Luận án Nghiên cứu cơ sở khoa học để phục hồi rừng trên núi đá vôi tại vườn quốc gia Cát Bà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ==================== LÊ HỒNG LIÊN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ PHỤC HỒI RỪNG TRÊN NÚI ĐÁ VÔI TẠI VƯỜN QUỐC GIA CÁT BÀ LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP HÀ NỘI - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ==================== LÊ HỒNG LIÊN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ PHỤC HỒI RỪNG TRÊN NÚI ĐÁ VÔI TẠI VƯỜN QUỐC GIA CÁT BÀ Ngành đào tạo: Lâm sinh Mã ngành: 9.62.02.05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. BÙI THẾ ĐỒI HÀ NỘI - 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Một phần số liệu của luận án được thu thập từ các ô mẫu nghiên cứu của đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu xây dựng mô hình cộng đồng bảo tồn và sử dụng hợp lý tài nguyên đa dạng sinh học Khu dự trữ sinh quyển quần đảo Cát Bà”, mã số ĐTĐL.CN-25/17 mà nghiên cứu sinh là cộng tác viên và đã được chủ nhiệm đề tài đồng ý để sử dụng trong luận án . Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Nghiên cứu sinh Lê Hồng Liên ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành theo chương trình đào tạo tiến sĩ khoá 2017 - 2021 tại Trường Đại học Lâm nghiệp. Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS.TS. Bùi Thế Đồi đã bồi dưỡng, tận tình hướng dẫn tôi nghiên cứu chuyên sâu về một lĩnh vực hết sức thú vị những cũng rất khó khăn. Để hoàn thành bản luận án này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của Ban lãnh đạo Trường Đại học Lâm nghiệp, Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Khoa Lâm học, Bộ môn Lâm sinh, Ban lãnh đạo Vườn Quốc gia Cát Bà, nhóm cán bộ của Viện nghiên cứu Lâm sinh, Thầy giáo hướng dẫn khoa học, các chuyên gia và đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Khoa Lâm học, các Thầy Cô bộ môn Lâm sinh, Phòng Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Lâm nghiệp đã tận tình chia sẻ, đóng góp ý kiến về mặt chuyên môn để luận án được hoàn thiện. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, nhân viên, người dân địa phương tại Vườn Quốc gia Cát Bà đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thu thập số liệu. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện nghiên cứu lâm sinh, nhóm cán bộ nghiên cứu thuộc đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu xây dựng mô hình cộng đồng bảo tồn và sử dụng hợp lý tài nguyên đa dạng sinh học Khu dự trữ sinh quyển quần đảo Cát Bà”, mã số ĐTĐL.CN-25/17, đã hỗ trợ trong quá trình điều tra thu thập số liệụ nghiên cứu. Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các nhà khoa học, các chuyên gia, các tác giả của những nghiên cứu đã được trích dẫn trong luận án. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình đã luôn là chỗ dựa vững chắc và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận án tốt nhất. Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Nghiên cứu sinh Lê Hồng Liên iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa đầy đủ BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn CTTT Công thức tổ thành D1.3 (cm) Đường kính ngang ngực DLST Du lịch sinh thái ĐDSH Đa dạng sinh học F (%) Tần số xuất hiện F05 (%) Tần số xuất hiện trong tổ thành loài G (m2) Tổng tiết diện ngang H Chỉ số đa dạng Shannon Hvn (m) Chiều cao vút ngọn HST Hệ sinh thái HSTR Hệ inh thái rừng Hα Chỉ số đa dạng Rényi Kiểu phụ thổ nhưỡng kiệt nước trên đất đá vôi xương xẩu ít bị I.Đk1 tác động I.Np1-1 Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi xương xẩu Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi phục hồi sau khai I.Np1-2 thác chọn Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi phục hồi sau khai I.Np1-3 thác mạnh Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi phục hồi sau khai I.Np1-3 thác kiệt Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi bị thoái hoá chân I.Np2-1 núi sau khai thác Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi thoái hoá sau nương I.Np2-2 rẫy IUCN Liên minh bảo tồn thiên nhiên thế giới IVI (%) Chỉ số quan trọng IIA Rừng nghèo kiệt IIIA2 Rừng nghèo IIIA3 Rừng trung bình IVB Rừng trung bình IVA Rừng giàu Ki Hệ số tổ thành loài cây tái sinh KNBV Khoanh nuôi bảo vệ iv KNXTTS Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh KNXTTS-TBS Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh kết hợp trồng bổ sung LSNG Lâm sản ngoài gỗ LRTX Lá rộng thường xanh M, (m3) Trữ lượng N (cây) Số cây, mật độ OTC Ô tiêu chuẩn SĐVN Sách đỏ Việt Nam SI Chỉ số tương đồng thành phần loài TB Trung bình TT Thứ tự TSTV Tái sinh có triển vọng TSTN Tái sinh tự nhiên TTVR Thảm thực vật rừng QXTV Quần xã thực vật QXTVR Quần xã thực vật rừng UBND Ủy ban nhân dân VQG Vườn Quốc gia v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ vii 1. Sự cần thiết của luận án ............................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................. 2 3. Ý nghĩa của luận án ................................................................................................... 2 4. Những đóng góp mới ................................................................................................. 3 5. Đối tượng, địa điểm và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 3 6. Cấu trúc luận án ........................................................................................................ 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................. 5 1.1. Trên thế giới ............................................................................................................ 5 1.1.1. Phân bố và đặc điểm của HST núi đá vôi .............................................................. 5 1.1.2. Đặc điểm hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi ........................................................... 6 1.1.3. Nguyên nhân suy thoái rừng núi đá vôi................................................................. 8 1.1.4. Nghiên cứu phục hồi rừng trên núi đá vôi ........................................................... 10 1.2. Tại Việt Nam ......................................................................................................... 12 1.2.1. Phân bố và đặc điểm của HST núi đá vôi ............................................................ 12 1.2.2. Đặc điểm hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi ......................................................... 14 1.2.3. Nguyên nhân suy thoái rừng núi đá vôi............................................................... 15 1.2.4. Nghiên cứu phục hồi rừng trên núi đá vôi ........................................................... 15 1.3. Nghiên cứu phục hồi rừng tại VQG Cát Bà ....................................................... 20 1.4. Thảo luận chung ................................................................................................... 22 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 25 2.1. Nội dung nghiên cứu............................................................................................. 25 2.1.1. Đánh giá hiện trạng rừng tự nhiên trên núi đá vôi và thực trạng quản lý rừng tại VQG Cát Bà................................................................................................................... 25 2.1.2. Nghiên cứu một số đặc điểm lâm học của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà ....................................................................................................... 25 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số nhân tố sinh thái - xã hội tới phục hồi rừng và phân chia mức độ phục hồi của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà ................................................................................................................................... 25 2.2.4. Đề xuất các giải pháp tổng hợp phục hồi và quản lý rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà.............................................................................................................. 25 2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 25 2.2.1. Quan điểm nghiên cứu và phương pháp tiếp cận ................................................ 25 vi 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể .......................................................................... 29 2.2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu .............................................................. 39 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 48 3.1. Hiện trạng rừng tự nhiên trên núi đá vôi và thực trạng quản lý rừng tại VQG Cát Bà ........................................................................................................................... 48 3.1.1. Hiện trạng rừng tự nhiên trên núi đá vôi ở VQG Cát Bà .................................... 48 3.1.2. Thực trạng quản lý và các giải pháp phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà................................................................................................................... 55 3.2. Đặc điểm lâm học của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá tại VQG Cát Bà ....................................................................................................................................... 62 3.2.1. Phân loại các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi .......................................... 62 3.2.2. Đặc điểm cấu trúc tầng cây cao ........................................................................... 66 3.2.3. Đặc điểm cấu trúc lớp cây tái sinh ...................................................................... 83 3.2.4. Biến động về cấu trúc, đa dạng tầng cây cao và lớp cây tái sinh ........................ 89 3.2.5. Đặc điểm đất của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ........................... 102 3.3. Ảnh hưởng của một số nhân tố sinh thái - xã hội tới phục hồi rừng và phân chia mức độ phục hồi của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà ................................................................................................................................. 107 3.3.1. Ảnh hưởng của một số của nhân tố sinh thái - xã hội đến phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi .............................................................................................................. 107 3.3.2. Phân chia và đánh giá mức độ phục hồi của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ........................................................................................................................... 114 3.4. Đề xuất các giải pháp tổng hợp phục hồi và quản lý rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà .................................................................................................... 124 3.4.1. Quan điểm giải pháp quản lý và phục hồi rừng................................................. 124 3.4.2. Biện pháp kỹ thuật lâm sinh phục hồi rừng ....................................................... 125 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ ........................................ 132 4.1. Kết luận ............................................................................................................... 132 4.2. Tồn tại .................................................................................................................. 133 4.3. Kiến nghị ............................................................................................................. 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 134 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................................. 146 PHỤ LỤC ................................................................................................................... 147 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Tổng kết một số mô hình phục hồi rừng tự nhiên nghèo ...................... 18 Bảng 2.1. Số lượng các đối tượng tham gia phỏng vấn ........................................30 Bảng 2.2. Một số đặc điểm khí hậu, thủy văn, địa chất, địa hình và thổ nhưỡng VQG Cát Bà .................................................................................................. 45 Bảng 3.1. Tổng hợp diện tích thảm thực vật rừng của VQG Cát Bà ....................48 Bảng 3.2. Các chi đa dạng nhất hệ thực vật trên núi đá vôi VQG Cát Bà ............50 Bảng 3.3. Tình trạng bảo tồn hệ thực vật trên núi đá vôi VQG Cát Bà ................52 Bảng 3.4. Thống kê tài nguyên thực vật rừng, ĐDSH ở VQG Cát Bà .................54 Bảng 3.5. Khái quát thực trạng quản lý rừng ở khu vực VQG Cát Bà .................56 Bảng 3.6. Tác động của cơ chế, chính sách đến hoạt động bảo tồn ĐDSH, bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng tại VQG Cát Bà ..............................................57 Bảng 3.7. Đặc điểm một số mô hình phục hồi rừng chủ yếu ở VQG Cát Bà .......59 Bảng 3.8. Phân loại kiểu rừng và kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ở VQG Cát Bà ...................................................................................................................64 Bảng 3.9. Một số đặc trưng cấu trúc tầng cây cao các kiểu phụ rừng trên núi đá vôi .......................................................................................................................67 Bảng 3.10. Một số đặc trưng cấu trúc lớp cây tái sinh các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ........................................................................................................84 Bảng 3.11. Chỉ số tương đồng SI tầng cây cao giữa các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ........................................................................................................89 Bảng 3.12. Tổng hợp một số đặc trưng cấu trúc tầng cây cao của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ....................................................................................92 Bảng 3.13. Chỉ số đa dạng Margalef (d1), Menhinik (d2), Simpson (D) và Shanon (H) tầng cây cao của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ....................94 Bảng 3.14. Chỉ số đa dạng Rényi tầng cây cao của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ........................................................................................................95 Bảng 3.15. Chỉ số tương đồng SI lớp cây tái sinh giữa các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi .................................................................................................95 Bảng 3.16. Biến động cấu trúc tầng cây cao và lớp cây tái sinh của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ...........................................................................97 Bảng 3.17. Tổng hợp một số đặc trưng cấu trúc lớp cây tái sinh của các kiểu phụ rừng ở VQG Cát Bà .................................................................................... 100 Bảng 3.18. Chỉ số đa dạng của Margalef (d1), Menhinik (d2) Simpson (D) và Shanon (H) lớp cây tái sinh của các kiểu phụ rừng trên núi đá vôi ở VQG Cát Bà .. 101 viii Bảng 3.19. Chỉ số đa dạng Rényi lớp cây tái sinh của các kiểu phụ rừng trên núi đá vôi ở VQG Cát Bà ...................................................................................... 101 Bảng 3.20. Một số tính chất vật lý của đất tại các kiểu phụ rừng tự nhiên ở VQG Cát Bà ......................................................................................................... 105 Bảng 3.21. Một số tính chất hóa học của đất tại các kiểu phụ rừng tự nhiên ở VQG Cát Bà ......................................................................................................... 106 Bảng 3.22. Thống kê loại hình tác động của cộng đồng đến rừng và tần suất xuất hiện ở VQG Cát Bà .................................................................................... 109 Bảng 3.23. Đánh giá một số hoạt động quản lý tài nguyên rừng ở VQG Cát Bà .................................................................................................................... 110 Bảng 3.24. Phân loại các đặc trưng cấu trúc theo mức độ phục hồi của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi ...................................................................... 119 Bảng 3.25. Đánh giá mức độ phục hồi của của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi .......................................................................................................... 120 Bảng 3.26. Đánh giá mức độ phục hồi của các kiểu phụ rừng tự nhiên và QXTV trên núi đá vôi ............................................................................................. 122 Bảng 3.27. Nhóm các giải pháp phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi ............ 126 DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1. Phân bố địa hình núi đá vôi toàn cầu (màu nâu) cùng với ranh giới các vùng sinh thái trên cạn (màu xanh lá cây) và vùng sinh thái dưới biển (màu xanh dương) “Nguồn: Ford và Williams, 2007” [101] ..................................5 Hình 1.2. Phân bố các quần thể thực vật theo vị trí địa hình của núi đá vôi (Limestone = đá vôi; Piedmond = chân núi; TDFr = rừng rụng lá nhiêt đới trên bề mặt đá vôi; TDFs = rừng rụng lá nhiệt đới trên tầng đất sâu) “Nguồn: Wang và cộng sự, 2019” [152] ........................................................................6 Hình 1.3. Các nhân tố ảnh hưởng tới sự phát triển và thoái hoá của rừng trên núi đá vôi “Nguồn: Wang cộng sự, 2019” [143] ..................................................9 Hình 1.4. Khung căn cứ lựa chọn giải pháp phục hồi rừng “Nguồn: Holl và Aide, 2011” [108] ...................................................................................................11 Hình 1.5. Phân bố địa hình cacxtơ ở Việt Nam “Nguồn: Vũ Tự Lập, 2004 và Đào Trọng Năng, 1979” [44], [48] .......................................................................13 Hình 2.1. Sơ đồ các bước nghiên cứu ...................................................................29 Hình 2.2. Sơ đồ tuyến và OTC điều tra tại VQG Cát Bà ......................................33 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí các ô thứ cấp trong OTC....................................................33 ix Hình 2.4. Mô phỏng mức độ phục hồi rừng theo tiêu chuẩn quốc tế “Nguồn: McDonald và cộng sự, 2016” [122] ..............................................................38 Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc, chức năng của các phân khu (vùng lõi) và vùng đệm các lâm phần tại VQG Cát Bà .............................................................................. 44 Hình 3.1. Các taxon của hệ thực vật trên núi đá vôi VQG Cát Bà ........................49 Hình 3.2. Các họ đa dạng nhất hệ thực vật trên núi đá vôi VQG Cát Bà ..............50 Hình 3.3. Các dạng sống của hệ thực vật trên núi đá vôi VQG Cát Bà ................51 Hình 3.4. Công dụng hệ thực vật trên núi đá vôi VQG Cát Bà .............................52 Hình 3.5. Phân bố N/D1.3 và N/Hvn tầng cây cao của kiểu phụ rừng I.Đk1 tại các ưu hợp Lòng mang đa hình + Chẹo tía + Ô rô (a, b), Chẹo tía + Côm tầng + Nhội (c, d) và Sấu + Mòng + Huỳnh đường cao (e, f) ...........................................70 Hình 3.6. Phân bố N/D1.3 và N/Hvn tầng cây cao của kiểu phụ rừng I.NP1-1 tại các ưu hợp Sấu + Ô rô (a, b), Huỳnh đường cao + Ô rô (c, d) và Sao hòn gai + Hồng tùng + Re hương (e, f) ...................................................................................72 Hình 3.7. Phân bố N/D1.3 và N/Hvn tầng cây cao của kiểu phụ rừng I.Np1-2 tại các ưu hợp Chẹo tía + Côm Trắng (a, b), Chẹo tía + Kháo vàng (c, d) và Hồng quân + Chẹo tía + Côm tầng (e, f) .................................................................74 Hình 3.8. Phân bố N/D1.3 và N/Hvn tầng cây cao của kiểu phụ rừng I.Np1-3 tại các ưu hợp Trâm núi + Trường + Ô rô (a, b), Lòng mang + Trâm núi (c, d) và Ô rô + Trường (e, f) ...........................................................................................76 Hình 3.9. Phân bố N/D1.3 và N/Hvn tầng cây cao kiểu phụ rừng I.Np1-4 tại các ưu hợp Côm tầng + Mòng (a, b), Mạy tèo + Chà ran (c, d) và Trường kẹn + Ô rô (e, f) ...............................................................................................................78 Hình 3.10. Phân bố N/D1.3 và N/Hvn tầng cây cao kiểu phụ rừng I.Np2-1 tại các ưu hợp Trọng đũa + Mật sạ (a, b), Sảng nhung + Chẹo tía + Lòng mang (c, d) và Vạng trứng + Chẹo tía + Hồng quân (e, f) ....................................................80 Hình 3.11. Phân bố N/D1.3 và N/Hvn tầng cây cao I.Np2-2 tại các ưu hợp Vả + Bời lời lá tròn (a, b), Vả + Bời lời lá tròn + Lòng mang (c, d) và Vả + Lòng mang + Bời lời lá tròn (e, f).....................................................................................82 Hình 3.12. Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái - xã hội đến đặc điểm cấu trúc tầng cây cao tại các kiểu phụ rừng (a) và QXTV (b) ......................................... 112 Hình 3.13. Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái - xã hội đến đặc điểm cấu trúc lớp cây tái sinh tại các kiểu phụ rừng (c) và QXTV (d) ................................... 113 Hình 3.14. Phân lớp các kiểu phụ rừng (a) và QXTV (b) của tầng cây cao ...... 115 Hình 3.15. Phân lớp các kiểu phụ rừng (a) và QXTV (b) lớp cây tái sinh......... 117 Hình 3.16. Mức độ phục hồi theo các tiêu chí của các kiểu phụ rừng (a) và QXTV (b) ................................................................................................................ 123 x 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của luận án Vườn Quốc gia (VQG) Cát Bà là một khu vực đặc thù cho rừng trên núi đá vôi miền Bắc Việt Nam với nhiều đặc trưng về sinh thái (biển đảo) và có vai trò quan trọng trong hệ thống rừng đặc dụng và bảo tồn đa dạng sinh học (ĐDSH) Việt Nam. Tổng diện tích của VQG là 17.362,96 ha, trong đó diện tích quy hoạch cho đất lâm nghiệp là 10.443,6 ha, chiếm 60,2% tổng diện tích tự nhiên. Rừng tự nhiên (chủ yếu là rừng trên núi đá vôi) có 5.891,69 ha chiếm 56,6% diện tích đất lâm nghiệp; trong đó: 1.056,27 ha là rừng nguyên sinh chiếm 17,3% tổng diện tích rừng; rừng thứ sinh 4.856,09 ha, chủ yếu là rừng nghèo và nghèo kiệt, chiếm gần 70% tổng diện tích rừng tự nhiên (VQG Cát Bà, 2020) [88]. Thảm thực vật rừng tự nhiên trên núi đá vôi ở VQG Cát Bà thuộc kiểu rừng kín lá rộng thường xanh, mưa ẩm nhiệt đới và được chia thành các kiểu phụ thổ nhưỡng và kiểu phụ nhân tác (Thái Văn Trừng, 1978) [77], có cấu trúc, tổ thành phong phú và phân bố trên địa hình phức tạp. Hiện nay, phần lớn các kiểu phụ rừng này là rừng lá rộng thường xanh thứ sinh nghèo, nhiều loài cây quý, hiếm ít xuất hiện và đang bị đe doạ nghiêm trọng, như Đinh (Markhamia stipulata), Nghiến (Excentrodendron tonkinense), Hoàng đằng (Fibraurea tinctoria), Kim giao (Nageia fleuryi), Cọ hạ long (Livistona halongensis), v.v (VQG Cát Bà, 2020) [88]. Hệ sinh thái rừng (HSTR) tự nhiên trên núi đá vôi khi đã bị bị tàn phá thì việc phục hồi trở lại trạng thái ban đầu gặp rất nhiều khó khăn do khả năng tự phục hồi thấp và cần thời gian dài, đặc điểm này khác hẳn các HSTR núi đất. Trên quan điểm sinh thái, đặc điểm cấu trúc và tái sinh rừng thể hiện mối quan hệ qua lại giữa các thành phần của HSTR và giữa chúng với môi trường. Việc nghiên cứu cấu trúc và tái sinh rừng nhằm duy trì rừng như một hệ sinh thái (HST) ổn định, có sự hài hoà của các nhân tố cấu trúc, lợi dụng tối đa mọi tiềm năng của điều kiện lập địa và phát huy bền vững các chức năng có lợi của rừng cả về kinh tế, xã hội và sinh thái. Hiểu biết về các đặc điểm lâm học chủ yếu như cấu trúc và tái sinh rừng cũng như mối quan hệ tương tác giữa cây rừng với các nhân tố hoàn cảnh sẽ giúp định hướng đúng các biện pháp kỹ thuật tác động nhằm thúc đẩy phục hồi rừng tự nhiên thứ sinh. Đến nay, nhiều nghiên cứu về cấu trúc và tái sinh rừng tự nhiên đã được thực hiện nhưng vẫn chưa thể bao quát hết các đối tượng, chưa làm rõ đặc thù của các loại hình rừng ở từng 2 khu vực cụ thể, đặc biệt là các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi do điều kiện địa hình phức tạp, bao gồm cả VQG Cát Bà. Do đó, đề tài luận án: “Nghiên cứu cơ sở khoa học để phục hồi rừng trên núi đá vôi tại Vườn Quốc gia Cát Bà” được thực hiện, trong đó tập trung nghiên cứu sâu, tương đối hệ thống và toàn diện bằng các phương pháp nghiên cứu sinh thái định lượng nhằm góp phần bổ sung những hiểu biết mới về rừng tự nhiên (phân loại các kiểu phụ rừng, đặc điểm cấu trúc tầng cây cao, tái sinh tự nhiên, (TSTN), tính đa dạng thực vật, điều kiện lập địa, ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên và kinh tế - xã hội lên quá trình phục hồi rừng), từ đó làm cơ sở đề xuất biện pháp kỹ thuật tác động phù hợp để phục hồi và phát triển bền vững HSTR tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà, khu vực biển đảo lớn nhất Việt Nam. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu lý luận Cung cấp được luận cứ khoa học cho nghiên cứu phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà. 2.2. Mục tiêu thực tiễn - Xác định được những đặc trưng về hiện trạng và thực trạng quản lý rừng, lập địa, cấu trúc sinh thái, tái sinh, đa dạng loài thực vật trong mối liên hệ tương tác với các nhân tố kinh tế - xã hội cho các kiểu phụ rừng và quần xã thực vật rừng (QXTVR) tại VQG Cát Bà. - Phân chia được các kiểu phụ QXTVR điển hình để đề xuất giải pháp phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà. 3. Ý nghĩa của luận án 3.1. Ý nghĩa khoa học Xác định được 7 kiểu phụ rừng và 21 QXTVR dựa trên những đặc trưng cụ thể về lập địa, thảm thực vật (cấu trúc tầng cây cao và số lượng, chất lượng cây tái sinh), các chỉ số đa dạng sinh học (ĐDSH) trong mối tương tác với các tác động kinh tế - xã hội tại VQG Cát Bà. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Phân chia mức độ phục hồi và xây dựng được bản đồ phân bố của 7 kiểu phụ rừng và 21 QXTVR; từ đó đề xuất được một số giải pháp phục hồi cho từng kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý, bảo tồn và sử dụng bền vững 3 tài nguyên rừng tại VQG Cát Bà. 4. Những đóng góp mới 1) Xác định được cơ sở khoa học để phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi gồm những đặc trưng cấu trúc sinh thái, động thái tái sinh, động thái phục hồi đa dạng loài thực vật trong mối liên hệ với yếu tố kinh tế - xã hội cho 7 kiểu phụ rừng và 21 QXTVR tại VQG Cát Bà. 2) Phân chia được mức độ phục hồi của 7 kiểu phụ rừng và 21 QXTVR, làm căn cứ đề xuất một số giải pháp phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà. 5. Đối tượng, địa điểm và phạm vi nghiên cứu 5.1. Đối tượng nghiên cứu Rừng kín lá rộng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới núi đá vôi (các kiểu phụ rừng và QXTVR) và một số nhân tố tác động tới rừng (các nhân tố tự nhiên và kinh tế - xã hội) tại VQG Cát Bà. 5.2. Địa điểm nghiên cứu - Nghiên cứu các đặc điểm rừng tự nhiên trên núi đá vôi được thực hiện tại khu vực vùng lõi (phân khu bảo vệ nghiêm ngặt và phân khu phục hồi sinh thái) và vùng đệm (vùng đệm trong và vùng đệm ngoài) của VQG Cát Bà. - Nghiên cứu các mô hình phục hồi rừng, các nhân tố xã hội tác động tới quá trình phục hồi rừng được thực hiện ở cả khu vực vùng lõi và vùng đệm của VQG Cát Bà. 5.3. Phạm vi nghiên cứu 5.3.1. Về nội dung - Hiện trạng rừng tự nhiên trên núi đá vôi và thực trạng quản lý rừng: Nghiên cứu tập trung về quy mô diện tích, phân bố, ĐDSH, phân chia các kiểu phụ rừng và QXTVR; Đánh giá hiệu quả của một số mô hình phục hồi rừng, các tác động của cơ chế, chính sách tới phục hồi rừng. - Đặc điểm lâm học của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi: Tập trung nghiên cứu đặc điểm cấu trúc tầng cây cao, TSTN, biến động cấu trúc và đa dạng của tầng cây cao và lớp cây tái sinh, đặc điểm đất. - Một số nhân tố ảnh hưởng tới quá trình phục hồi rừng và phân chia mức độ phục hồi của các kiểu phụ rừng và QXTVR tự nhiên trên núi đá vôi: Phân tích một số nhân tố xã hội (hoạt động của con người) và tự nhiên (lập địa và một số chỉ tiêu lâm học của các kiểu phụ rừng), cũng như mối quan hệ tương tác giữa xác nhân tố sinh thái - xã 4 hội tới các kiểu phụ rừng và QXTVR. - Các giải pháp phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi: Dựa trên đặc trưng của từng kiểu phụ rừng và QXTVR để đề xuất các giải pháp phục hồi rừng. 5.3.2. Về đối tượng - Đề tài luận án tập trung nghiên cứu đặc điểm của một số kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi (phân loại các kiểu phụ rừng, ĐDSH, cấu trúc tầng cây cao, TSTN và các nhân tố ảnh hưởng; trong đó rừng giàu/rừng nguyên sinh được sử dụng làm đối chứng về khả năng phục hồi của các kiểu phụ rừng và QXTVR) tại VQG Cát Bà. - Đối với các bên liên quan có ảnh hưởng tới quá trình phục hồi rừng, đề tài luận án tập trung nghiên cứu cộng đồng dân cư tại chỗ và người dân di cư sinh sống tại VQG Cát Bà. 5.3.3. Về thời gian Đề tài luận án đã tiến hành điều tra, thu thập và xử lý số liệu trong 2 đợt: Đợt 1: từ tháng 4/2017 - 12/2018 và Đợt 2: từ tháng 6/2021 - 12/2022. 6. Cấu trúc luận án Luận án dài 146 trang (bao gồm cả tài liệu tham khảo), có 30 bảng và 26 hình. Ngoài danh mục 152 tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án được kết cấu thành các phần sau đây: Phần mở đầu: 4 trang Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu: 20 trang Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu: 23 trang Chương 3. Kết quả và thảo luận: 84 trang Kết luận, tồn tại và kiến nghị: 2 trang 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Trên thế giới 1.1.1. Phân bố và đặc điểm của HST núi đá vôi Hệ sinh thái (HST) núi đá vôi (hay còn gọi là Karst) là một cảnh quan đặc biệt được hình thành bởi sự hòa tan cacbonat, chiếm 12% diện tích đất toàn cầu và bao phủ khoảng 20% diện tích đất không có băng khô của Trái đất (Hình 1.1). Nhìn chung, có khoảng 800.000 km2 diện tích núi đá vôi ở nhiệt đới Đông Nam Á và Nam Trung Quốc (Williams, 2008) [145] và khu vực này có 8 trong số 47 núi đá vôi được công nhận là bảo tồn di sản thế giới (Williams, 2008) [145]. Các tầng chứa nước núi đá vôi ít nhất là một phần nguồn nước uống cho gần một phần tư dân số thế giới (Ford và Williams, 2007) [101]. Những cảnh quan cacbonat thường xảy ra tình trạng thiếu nước do lượng mưa thay đổi theo mùa đáng kể (Ford và Williams, 2007) [101]. Hơn nữa, cảnh quan núi đá vôi thường được đặc trưng bởi các lớp đất mỏng, khả năng thẩm thấu cao, khả năng giữ nước thấp và đặc biệt dễ bị tổn thương bởi những thay đổi môi trường và tác động của con người do các đặc điểm địa chất thủy văn độc đáo của chúng (Ford và Williams, 2007) [101]. Hình 1.1. Phân bố địa hình núi đá vôi toàn cầu (màu nâu) cùng với ranh giới các vùng sinh thái trên cạn (màu xanh lá cây) và vùng sinh thái dưới biển (màu xanh dương) “Nguồn: Ford và Williams, 2007” [101] Hệ thống thủy văn, thổ nhưỡng và HST là những yếu tố nhạy cảm nhất trong các 6 khu vực núi đá vôi. Lớp đất ở các khu vực núi đá vôi rất mỏng và tốc độ xói mòn vật lý cao hơn tốc độ hình thành đất (Ford và Williams, 2007 [101]; Gutiérrez cộng sự, 2014 [104]). Một khi đất bị mất đi sẽ rất khó phục hồi. Ngoài ra, việc mất đất làm trầm trọng thêm tình trạng khô hạn núi đá vôi, vì lớp phủ đất là một trong những hồ chứa nước lớn nhất ở các khu vực này. Các đặc điểm trên là một trong những điểm khác biệt cơ bản giữa tính dễ bị tổn thương của đất ở các khu vực cacbonat và ở các khu vực có các loại đá khác và cũng là lý do giải thích cho các vấn đề liên quan đến sử dụng đất ở các khu vực núi đá vôi (Ford và Williams, 2007) [107]. 1.1.2. Đặc điểm hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi Theo Liu và cộng sự (2021) [117], do môi trường đất có chất lượng thấp và giàu canxi, thực vật ở các khu vực núi đá vôi chủ yếu thích nghi với tỷ lệ đá lớn, thường mảnh mai và ưa canxi. Cây sinh trưởng chậm, sự phát triển của thảm thực vật bị hạn chế bởi điều kiện đất và nước; do đó, thảm thực vật ở các khu vực núi đá vôi có mức độ chống chịu thấp và dễ bị tổn thương hơn so với các khu vực khác (Kiew và cộng sự, 2019) [115]. Hình 1.2. Phân bố các quần thể thực vật theo vị trí địa hình của núi đá vôi (Limestone = đá vôi; Piedmond = chân núi; TDFr = rừng rụng lá nhiêt đới trên bề mặt đá vôi; TDFs = rừng rụng lá nhiệt đới trên tầng đất sâu) “Nguồn: Wang và cộng sự, 2019” [152] Núi đá vôi thường được nhận định như những ốc đảo sinh thái (Hình 1.2) với sự khác biệt rõ rệt so với những hệ thực vật liền kề về thành vật loài, diện mạo và dạng 7 sống (Wang và cộng sự, 2019 [143]). Lớp đất mỏng và không liên tục là đặc trưng của HST núi đá gắn liền với sự khô hạn và nghèo dinh dưỡng (Wang và cộng sự, 2019 [143]). Hệ thực vật chịu tác động bởi lập địa khô hạn chủ yếu là các loài cây thân thảo, cây gỗ thưa thớt, xương rồng, các loài thực vật chịu hạn, loài hàng năm và thỉnh thoảng có các loài cây ăn thịt là những thành phần đặc trưng của HST núi đá vôi (Makoto và Wilson, 2019 [120]). Mặc dù hệ thực vật núi đá vôi có xu hướng nghèo về thành phần loài nhưng chúng là những HST có tỷ lệ loài đặc hữu cao (Sritharan và cộng sự, 2021 [135]). Các nghiên cứu đặc hữu cổ đại đã ghi nhận tỷ lệ đặc hữu cao vẫn không phải là một đặc trưng bất biến của HST núi đá vôi (Fleischmann và cộng sự, 1996 [100]). Mặc dù môi trường sinh thái khắc nghiệt, mật độ và đa dạng của các loài một lá mầm tham gia vào HST núi đá là tương đối đáng kể, đặc biệt là các họ Bromeliaceae, Cyperaceae, Orchidaceae, và Poaceae (George và cộng sự, 2023 [103]). Hệ sinh thái thực vật núi đá vôi thường bị bỏ qua dù tính quan trọng về sinh học của nó, điều này được thể hiện bởi tần suất ghi nhận các loài thực vật hiếm và loài mới trên các vùng núi trên thế giới (Porembski và cộng sự, 1998 [125]; Sritharan và cộng sự, 2021 [135]). Ngoài ra, có rất ít nghiên cứu định lượng về cấu trúc của các quần xã này. Hệ thực vật trên núi đá vôi lại là đối tượng nhận được ít quan tâm nhất so với các hệ thực vật trên núi đá granit hay đá gnai (Sritharan và cộng sự, 2021 [135]). Một trong những vùng rừng núi đá vôi được nghiên cứu nhiều nhất là rừng nhiệt đới tại Xishuangbanna, Trung Quốc. Rừng nguyên sinh tại Xishuangbanna đã được phân thành các kiểu: rừng mưa mùa nhiệt đới, rừng mưa nhiệt đới núi cao, rừng lá rộng thường xanh, rừng nhiệt đới gió mùa trên đá vôi và rừng nhiệt đới ven sông (Chen và cộng sự, 2022 [93]). Trong các kiểu rừng này, rừng nhiệt đới gió mùa trên đá vôi có đa dạng loài thấp nhất. Điều này có thể do điều kiện môi trường cực kỳ khắc nghiệt với tỷ lệ đá lộ đầu lớn, địa hình dốc tạo nên lập địa với tầng đất mỏng, thường xuyên khô hạn theo mùa. Tổ thành loài tầng cây cao gồm các loài rụng lá vào mùa khô và ra lá mới vào mùa mưa như Garuga pinnata, Tetrameles nudiflora. Các lâm phần thường có 1 - 2 loài ưu thế như Cleistanthus sumatranus và Lasiococca comberi var. pseudoverticillata. Ngoài ra, một trong những đặc trưng của rừng nhiệt đới núi đá vôi đó là các quần xã đơn ưu hay quần hợp với sự ưu thế của 1 - 2 loài cây chiếm 90% tổng số cây của tầng cây cao (van der Velden và cộng sự, 2014) [139]. Hiện tượng quần hợp sinh thái do chỉ một hoặc một số ít loài chiếm ưu thế do thích nghi hoàn toàn với điều kiện môi trường 8 khắc nghiệt của lập địa núi đá vôi cũng tạo nên đặc tính đa dạng loài thấp của loại rừng này (van der Velden và cộng sự, 2014) [139]. Một số loài chiếu ưu thế và gần như thuần loài tại các vùng rừng núi đá vôi đó là: Shorea chinensis tại Xishuangbanna, Gilbertiodendron dewevrei tại Zaire. Các loài ưu thế này thường có mật độ lớn và dạng tán tương tự nhau, điển hình là dạng cây cao, tán hình ô và đường kính thân lớn mặc dù có thể các loài này không tham gia vào lâm phần với số lượng cây nhiều. Một đặc trưng khác của rừng nhiệt đới trên núi đá vôi là tỷ lệ lớn các loài hiếm gặp (Rare tree species) hoặc chỉ 1 cá thể của 1 loài xuất hiện trong diện tích điều tra rộng (Chen và cộng sự, 2022) [93]. Do đó, việc điều tra mẫu đối với rừng nhiệt đới trên núi đá vôi cần khác biệt so với các kiểu rừng nhiệt đới khác. Như vậy loài ưu thế chiếm đa số về số cây trong rừng nhưng các cá thể loài hiếm gặp lại tham gia vào cấu trúc của rừng. Sự tăng về số lượng cá thể của một số loài lại là sự trao đổi về sự giảm ĐDSH tại 1 khoảng giá trị xác định. Hiện tượng này đã được lý giải bởi một số cơ chế sinh thái tạo nên tính đa dạng loài của rừng nhiệt đới gồm lịch sử, môi trường và tác động xáo trộn (Denslow, 1987 [87]; George và cộng sự, 2023 [103]). Các loài quý hiếm có thể được đặc trưng bởi ít nhất một trong ba yếu tố: phạm vi địa lý hạn chế, tính đặc trưng của môi trường sống cao và/hoặc quy mô quần thể địa phương nhỏ (Huang và cộng sự, 2019 [109]; Sritharan và cộng sự, 2021 [135]). Cùng với tỷ lệ bắt gặp cây trưởng thành thấp thì hiện tượng thiếu tái sinh cũng là một trong những đặc trưng của rừng núi đá vôi do điều kiện chia cắt của địa hình núi đá vôi. Rõ ràng, điều kiện lập địa đóng một vai trò quan trọng đối với quá trình tái sinh. Rừng núi đá vôi và rừng núi đá vôi nhiệt đới thường có tính đa dạng thực vật cao kết hợp với mức độ đặc hữu cao, được gọi là “kho ĐDSH”. Một số loài đặc hữu núi đá vôi là chỉ thị cho các vị trí đá, khô và kiềm (De Lange và Norton, 2004) [96] trong khi ở các vị trí khác, chúng có thể ít phong phú hơn do sự cạnh tranh giữa các loài cụ thể. Đối với con người, các khu vực đá vôi thường khó tiếp cận do địa hình hiểm trở và độ dốc lớn, mặc dù vậy nạn khai thác gỗ, LSNG và xáo trộn rừng vẫn còn phổ biến. 1.1.3. Nguyên nhân suy thoái rừng núi đá vôi Sự suy thoái rừng được hiểu một cách khái quát là quá trình dẫn đến phá vỡ cấu trúc rừng, mất sự đa dạng loài cây bản địa, phá vỡ các quá trình sinh thái đặc trưng cho rừng tự nhiên và giảm năng suất của chúng. Sự suy thoái rừng có thể xảy ra dưới nhiều hình thức và qui mô khác nhau, khi các yếu tố phi tự nhiên gây ra những xáo trộn trong