Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp phòng cháy cho rừng Thông ba lá (Pinus kesiya) tại Vườn quốc gia Bidoup-Núi Bà, tỉnh Lâm Đồng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:147

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm xác định được những đặc điểm chủ yếu của rừng Thông ba lá liên quan đến cháy rừng tại Vườn quốc gia Bidoup-Núi Bà. Xác định thành phần VLC của rừng Thông ba lá và các mối quan hệ của chúng trong môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp phòng cháy cho rừng Thông ba lá (Pinus kesiya) tại Vườn quốc gia Bidoup-Núi Bà, tỉnh Lâm Đồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ VĂN HƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÒNG CHÁY CHO RỪNG THÔNG BA LÁ (Pinus kesiya) TẠI VƯỜN QUỐC GIA BI DOUP-NÚI BÀ, TỈNH LÂM ĐỒNG NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG MÃ SỐ: 96 20 211 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. BẾ MINH CHÂU 2. PGS. TS. TRẦN NGỌC HẢI HÀ NỘI - 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp “Nghiên cứu đề xuất giải pháp phòng cháy cho rừng Thông ba lá (Pinus kesiya) tại Vườn quốc gia Bidoup - Núi Bà, tỉnh Lâm Đồng” mã số 9620211 là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình của tác giả nào khác dưới mọi hình thức. Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng Bảo vệ Luận án Tiến sĩ về lời cam đoan của mình. Đà Lạt, tháng 01 năm 2020 Tác giả Luận án Lê Văn Hương
ii LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sĩ “Nghiên cứu đề xuất giải pháp phòng cháy cho rừng Thông ba lá (Pinus kesiya) tại Vườn quốc gia Bidoup - Núi Bà, tỉnh Lâm Đồng” mã số 9620211 là công trình nghiên cứu có tính thực tiễn cao. Kết quả nghiên cứu phục vụ cho công tác phòng cháy chữa cháy rừng Thông ba lá tại Vườn quốc gia Bidoup – Núi Bà và các hệ sinh thái lửa rừng tương tự. Trong quá trình thực hiện tác giả đã gặp không ít những khó khăn, nhưng với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô giáo cùng các đồng nghiệp đến nay Luận án đã hoàn thành nội dung nghiên cứu theo mục tiêu đặt ra. Nhân dịp này, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Bế Minh Châu; PGS.TS Trần Ngọc Hải là những người hướng dẫn khoa học đã chỉ bảo tận tình và giúp đỡ để Luận án được hoàn thành. Đặc biệt, tôi tỏ lòng tri ân tới TS. Nguyễn Ngọc Kiểng người đã dìu dắt tôi trong một quá trình dài học tập và rèn luyện các kỹ năng nghiên cứu khoa học. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. TS. Phùng Văn Khoa đã hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu nhà trường; các nhà khoa học, cùng các thầy cô giáo thuộc Khoa Quản lý tài nguyên rừng, Khoa Sau đại học của Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam đã đào tạo và giúp đỡ tôi trong quá trình theo học khóa học đào tạo tiến sĩ tại Trường. Tôi cũng xin cảm ơn các đồng nghiệp tại Vườn quốc gia Bidoup – Núi Bà đã nhiệt tình hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và những người thân đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần cho tôi trong suốt thời gian qua. Đà Lạt, tháng 01 năm 2020 Tác giả Luận án Lê Văn Hương
iii MỤC LỤC NỘI DUNG Trang LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii MỤC LỤC ............................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................. viii DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... x ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 5 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 5 1.1.1. Một số đặc điểm và phân bố của rừng Thông ba lá ........................... 5 1.1.2. Cháy rừng và các nguyên lý cơ bản của cháy rừng ........................... 7 1.1.3. Vật liệu cháy và nguy cơ cháy rừng.................................................... 8 1.1.4. Các phương pháp dự báo cháy rừng .................................................... 11 1.1.5. Các giải pháp phòng cháy rừng ........................................................... 23 1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................. 25 1.2.1. Một số đặc điểm rừng Thông ba lá ...................................................... 25 1.2.2. Cháy rừng Thông ba lá ........................................................................ 29 1.2.3. Vật liệu cháy và nguy cơ cháy rừng .................................................... 30 1.2.4. Các phương pháp dự báo cháy rừng .................................................... 31 1.2.5. Biện pháp kỹ thuật phòng cháy rừng ................................................... 39 1.3. Nhận xét, đánh giá và định hướng nghiên cứu của luận án ....................... 41 1.3.1. Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 41 1.3.2. Định hướng nghiên cứu của luận án .................................................... 43 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 44 2.1. Nội dung nghiên cứu: ................................................................................. 44 2.2. Phương pháp tiếp cận của luận án ........................................................... 45 2.2.1. Tiếp cận hệ thống ............................................................................... 45 2.2.2. Tiếp cận theo các nhân tố sinh thái chủ đạo ..................................... 45
iv 2.3. Sơ đồ hướng tiếp cận của luận án .............................................................. 47 2.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 48 2.4.1. Cơ sở dữ liệu của luận án .................................................................... 48 2.4.2. Phương pháp điều tra hiện trường và xử lý số liệu ............................. 50 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................. 56 3.1. Một số đặc điểm của rừng Thông ba lá và tình hình cháy rừng ................ 56 3.1.1. Phân bố rừng Thông ba lá tại VQG BDNB ......................................... 56 3.1.2. Một số đặc điểm của rừng trồng Thông ba lá ...................................... 57 3.1.3. Một số đặc điểm của rừng Thông ba lá tự nhiên ................................. 60 3.1.4. Tình hình cháy rừng ở VQG BDNB ................................................... 62 3.1.5. Nguyên nhân cháy rừng ....................................................................... 63 3.1.6. Các biện pháp kỹ thuật phòng cháy đang áp dụng ở VQG BDNB ..... 64 3.2. Đặc điểm VLC ........................................................................................... 65 3.2.1. Khái niệm, phân loại và tính chất cơ bản của VLC ............................. 65 3.2.2. Thành phần của VLC ........................................................................... 65 3.2.3. Các loài thực vật dễ cháy ..................................................................... 68 3.2.4. Khối lượng và hệ số khả năng bắt cháy của VLC ............................... 70 3.2.5. Ma trận tương quan của các thành phần cấu thành VLC .................... 73 3.3. Mô hình hóa tương quan giữa các thành phần của VLC ........................... 76 3.3.1. Mô hình hóa mối tương quan giữa m1 với m2 và M ............................ 76 3.3.2. Mô hình hóa mối tương quan giữa K với m1 và m2 ............................ 80 3.3.3. Mô hình hóa mối tương tương quan giữa Tc với m1, m2 và M .......... 82 3.3.4. Mô hình hóa mối tương quan giữa Pc với m1, m2 và K ...................... 85 3.3.5. Mô hình hóa mối tương quan giữa K và m1 với Pc ............................. 87 3.4. Dự báo nguy cơ cháy rừng tại VQG BDNB .............................................. 88 3.4.1. Dự báo nguy cơ cháy rừng dựa trên các mô hình thống kê đơn biến.. 88 3.4.2. Dự báo nguy cơ cháy cho rừng Thông ba lá tại VQG BDNB dựa trên các mô hình thống kê đa biến ........................................................................ 93 3.5. Đề xuất một số giải pháp phòng cháy rừng Thông ba lá tại VQG BDNB110 3.5.1. Xác định mùa cháy rừng và thời gian dễ xảy ra cháy rừng ............... 110
v 3.5.2. Phân chia đối tượng phòng cháy ở VQG Bidoup-Núi Bà ................. 112 3.5.3. Giải pháp xử lý VLC để phòng cháy rừng ........................................ 113 3.5.4. Giải pháp đốt chỉ định để phòng cháy rừng tại VQG BDNB ............ 115 3.5.5. Cảnh báo nguy cơ cháy rừng. ............................................................ 120 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 121 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ .................................. 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 126
vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Viết tắt Nội dung 1 ANGS Chỉ số Angstrom 2 Association of Southeast Asian Nations - Hiệp hội các ASEAN quốc gia Đông Nam Á 3 BDNB Bidoup - Núi Bà 4 CA Cluster Analysis - Phân tích cụm 5 Canonical correlation analysis - Phân tích tương quan CCA chuẩn tắc 6 Canonical discriminant functions - Hàm biệt định chuẩn CDF tắc 7 CSDL Cơ sở dữ liệu 8 CUBRT Căn bậc ba 9 D1,3 Đường kính ngang ngực 10 DC Dễ cháy 11 DEMA Chỉ số De Martonne 12 FA Factor analysis - Phân tích yếu tố 13 Food and Agriculture Organization of the United FAO Nations - Tổ chức Nông lương Thế giới 14 FCF Fisher’s Classification Function - Hàm phân loại Fisher 15 Geographic Information System - Hệ thống thông tin GIS địa lý 16 H Độ ẩm không khí 17 Hvn Chiều cao vút ngọn 18 IVA Chỉ số Ivanov 19 K Hệ số bắt cháy 20 KC Khó cháy 21 LANG Chỉ số Lang 22 LN Lôgarit tự nhiên 23 M Tổng khối lượng vật liệu cháy 24 m1 Khối lượng vật liệu khô, 25 m2 Khối lượng vật liệu tươi
vii 26 Multidimentional scaling analysis - Phân tích đồ hình đa MDSA chiều 27 Moderate Resolution Spectroradiometer - Một loại cảm MODIS biến có độ phân giải trung bình đặt trên vệ tinh Terra và Aqua. 28 N Mật độ (cây/ha) 29 National Ocenic and Atmospheric Administration - Cục NOAA quản lý đại dương và khí quyển quốc gia Mỹ 30 NXB Nhà xuất bản 31 Pc Phần trăm cháy hết (của vật liệu cháy) 32 Principal component analysis - Phân tích thành phần PCA chính 33 PCCCR Phòng cháy, chữa cháy rừng 34 QĐ Quyết định 35 RDC Rất dễ cháy 36 SELY Chỉ số Selyaninov 37 SHAR Chỉ số Sharples 38 SQRT Căn bậc hai 39 SUL Chỉ số Cheney-Sullivan 40 TCN Tiêu chuẩn ngành 41 THORW Chỉ số Thornthwaite 42 T Nhiệt độ không khí 43 Tc Thời gian cháy hết 44 TK Tiểu khu 45 UBND Ủy ban nhân dân 46 United Nations Educational Scientific and Cultural UNESCO Organization - Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp quốc 47 VIN Chỉ số Viney 48 VLC Vật liệu cháy 49 VQG Vườn quốc gia 50 VQG BDNB Vườn quốc gia Bidoup – Núi Bà
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.Thành phần hóa học và nhiệt lượng tỏa ra của 1 kg VLC rừng thông ...................................................................................................................... 8 Bảng 1.2. Tiêu chí đánh giá mức độ khô hạn dựa trên chỉ số khô hạn của W. Lang .. 12 Bảng 1.3. Tiêu chí đánh giá mức độ khô hạn theo công thức P/PET, UNESCO 14 Bảng 1.4. Tiêu chí đánh giá mức độ khô hạn theo công thức P/PET, ................. 14 Bảng 1.5. Tiêu chí đánh giá nguy cơ cháy rừng theo chỉ số Nesterov được E.A. Shetinsky đề xuất ................................................................................................. 16 Bảng 1.6. Hệ số tỉ lệ K lấy giá trị trong khoảng [0, 1] tùy theo lượng mưa (R, mm) .. 16 Bảng 1.7. Tiêu chí đánh giá nguy cơ cháy rừng theo chỉ số Nesterov biến thể MNI . 17 Bảng 1.8. Độ ẩm VLC và chỉ số tích lũy theo K.P. Davis ................................... 18 Bảng 1.9. Phân cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên chỉ số FFDI ............................. 20 Bảng 1.10. Phân cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên chỉ số FWI ............................. 20 Bảng 1.11. Bảng tốc độ gió và giá trị K tương ứng ............................................. 33 Bảng 1.12. Bảng phân cấp cháy rừng theo chỉ số Pm ở Việt Nam ....................... 34 Bảng 1.13. Bảng phân cấp cháy rừng dựa vào độ ẩm VLC theo Bế Minh Châu 37 Bảng 1.14. Tiêu chí đánh giá dự báo khả năng cháy của VLC theo hệ số K của Lê Văn Hương ........................................................................................................... 37 Bảng 2.1. Thời gian, địa điểm và kiểu rừng của ô nghiên cứu đợt 1 ................... 48 Bảng 2.2. Thời gian, địa điểm và kiểu rừng của 340 ô nghiên cứu ..................... 49 Bảng 2.3. Cơ sở dữ liệu tính toán kiểm nghiệm các mô hình dự báo .................. 49 Bảng 3.1a. Đặc điểm của rừng trồng Thông ba lá cấp tuổi I ............................... 57 Bảng 3.1b. Đặc điểm của rừng trồng Thông ba lá cấp tuổi II .............................. 58 Bảng 3.1c. Đặc điểm của rừng trồng Thông ba lá cấp tuổi III ............................. 59 Biểu 3.1d. Đặc điểm của rừng trồng Thông ba lá cấp tuổi IV ............................. 59 Bảng 3.2. Đặc điểm của rừng Thông ba lá tự nhiên ............................................ 61 Bảng 3.3. Thống kê số vụ cháy và diện tích cháy rừng tại VQG BDNB ............ 62 từ năm 2005 – 2017 .............................................................................................. 62 Bảng 3.4. Tổng hợp các nguyên nhân gây cháy rừng ở VQG BDNB ................. 63 Bảng 3.5. Các dạng sống của thực vật trong rừng Thông ba lá ở VQG BDNB .. 66
ix Bảng 3.6. Tiêu chí phân biệt các nhóm thực vật theo khả năng bắt cháy ............ 68 Bảng 3.7a. Kết quả điều tra khối lượng VLC ở rừng trồng cấp tuổi I ................. 70 Bảng 3.7b. Kết quả điều tra khối lượng VLC ở rừng trồng cấp tuổi II ............... 71 Bảng 3.7c. Kết quả điều tra khối lượng VLC ở rừng trồng cấp tuổi III .............. 71 Bảng 3.7d. Kết quả điều tra khối lượng VLC ở rừng trồng cấp tuổi IV .............. 72 Bảng 3.7e. Kết quả điều tra khối lượng VLC ở rừng tự nhiên ............................ 73 Bảng 3.8. Ma trận tương quan của các thành phần cấu thành VLC. ................... 74 Bảng 3.9. Giá trị của hệ số chắn b0 và các hệ số hồi quy bi ................................. 88 Bảng 3.10. Dự báo nguy cơ cháy rừng dựa vào hệ số K và khối lượng VLC ..... 89 Bảng 3.11. Kết quả tính toán tỷ lệ phần trăm cháy Pc và khối lượng VLC ........ 90 Bảng 3.12. Tính toán tỷ lệ % cháy Pc dựa vào hệ số K và khối lượng VLC....... 91 Bảng 3.13. Tổng hợp các tiêu chí phục vụ công tác dự báo nguy cơ cháy rừng dựa vào trạng thái rừng ........................................................................................ 92 Bảng 3.14. Kết quả xử lý dữ liệu của các yếu tố khí tượng ................................. 93 Bảng 3.15. Kết quả tính toán giá trị của các biến chỉ số khô hạn từ dữ liệu khí tượng .................................................................................................................... 97 Bảng 3.16. Kết quả tính toán giá trị của các biến là các chỉ số nguy cơ cháy rừng từ dữ liệu khí tượng .............................................................................................. 99 Bảng 3.17. Kết quả tính toán dự báo nguy cơ cháy rừng dựa trên khoảng đa biến Mahalanobis ....................................................................................................... 108 Bảng 3.18. Kết quả dự báo nguy cơ cháy rừng dựa trên các hàm phân loại Fisher FCF 109
x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ tiếp cận của luận án .................................................................... 47 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ......................................................................... 50 Hình 3.1. Mối tương quan giữa m1 và m2 rừng trồng Thông ba lá khu vực Cổng Trời . 76 Hình 3.2. Mô hình hóa quan hệ giữa m1 và M .................................................... 77 Hình 3.3. Mô hình hóa mối tương quan giữa m1 và M đối với rừng tự nhiên Bidoup .................................................................................................................. 78 Hình 3.4. Mối tương quan giữa khối lượng vật liệu tươi m2 và tổng khối lượng vật liệu M đối với rừng trồng Bidoup. ................................................................. 79 Hình 3.5. Mô hình hóa mối tương quan giữa m2 và M đối với rừng trồng Bidoup . 79 Hình 3.6. Mô hình hóa mối tương quan giữa m1 và K ở rừng trồng Cổng Trời . 80 Hình 3.7. Mô hình hóa mối tương quan giữa m1 và K ở rừng tự nhiên Bidoup . 81 Hình 3.8. Mô hình hóa mối tương quan giữa m2 và K ở rừng trồng Cổng Trời . 81 Hình 3.9. Mô hình hóa mối tương quan giữa m2 và K ở rừng tự nhiên Bidoup . 82 Hình 3.10. Mô hình hóa mối tương quan giữa Tc và m1 ở rừng trồng Đưng K’nớ . 83 Hình 3.11. Mô hình hóa mối tương quan giữa thời gian cháy Tc và khối lượng vật liệu tươi m2 ở rừng trồng Đưng K’nớ. ........................................................... 83 Hình 3.12. Mô hình hóa mối tương quan giữa Tc và M ở rừng trồng Đưng K’nớ ..... 84 Hình 3.13. Mô hình hóa mối tương quan giữa Tc và M ở rừng tự nhiên Bidoup 85 Hình 3.14. Mô hình hóa mối tương quan giữa m1 và Pc đối với rừng trồng Cổng Trời ....................................................................................................................... 86 Hình 3.15. Mô hình hóa mối tương quan giữa Pc và m2 đối với rừng trồng Bidoup .................................................................................................................. 86 Hình 3.16. Mô hình hóa mối tương quan giữa Pc và K đối với rừng trồng Cổng Trời ....................................................................................................................... 87 Hình 3.17. Phác họa mô hình tương quan giữa Pc với K và m1 đối với rừng trồng Cổng Trời. ............................................................................................................ 88 Hình 3.18. Biểu đồ Gaussen – Walter với 5 yếu tố P, T, H, dT và S .................. 94
xi Hình 3.19a. Kết quả phân tích đồ hình đa chiều MDSA của các biến khí tượng trên phần mềm SPSS. ........................................................................................... 95 Hình 3.19b. Kết quả phân tích thành phần chính PCA từ các biến yếu tố khí tượng trên phần mềm Statgraphics....................................................................... 96 Hình 3.20a. Kết quả phân tích đồ hình đa chiều MDSA từ các biến chỉ số khô hạn (LANG, DEMA, SELY, IVA và THORW) trên phần mềm SPSS. .............. 98 Hình 3.20b. Kết quả phân tích yếu tố FA từ các biến chỉ số khô hạn (LANG, DEMA, SELY, IVA và THORW) trên phần mềm Statgraphics. ........................ 98 Hình 3.21a. Kết quả phân tích đồ hình đa chiều MDSA từ các biến chỉ số nguy cơ cháy rừng (ANGS, SHAR, SUL và VIN) trên phần mềm SPSS. ................. 100 Hình 3.21b. Kết quả phân tích thành phần chính PCA từ các biến chỉ số nguy cơ cháy rừng (ANGS, SHAR, SUL và VIN) trên phần mềm Statgraphics. ........... 100 Hình 3.21c. Kết quả phân tích yếu tố FA từ các biến chỉ số chỉ số nguy cơ cháy rừng (ANGS, SHAR, SUL và VIN) trên phần mềm SPSS................................ 101 Hình 3.21d. Kết quả phân tích cụm CA từ các biến chỉ số nguy cơ cháy rừng (ANGS, SHAR, SUL và VIN) trên phần mềm Statgraphics. ............................ 101 Hình 3.22. Mô hình toán học diễn tả mối tương quan giữa nhiệt độ T và độ ẩm không khí H ........................................................................................................ 103 Hình 3.23. Kết quả định vị mối tương quan chuẩn tắc giữa tập biến độc và tập biến phụ thuộc. ................................................................................................... 105 Hình 3.24. Đồ hình định vị và phân loại các cấp nguy cơ cháy rừng ................ 106
1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Sự cần thiết của luận án Sự cháy được xem là một quá trình lý hóa sản sinh ra năng lượng nhiệt thông qua việc ôxy hóa các vật chất hữu cơ [86]. Sự cháy chỉ có thể xảy ra khi có sự kết hợp đồng thời của ba yếu tố cơ bản tạo thành tam giác cháy, đó là ôxy, vật liệu cháy (VLC) và nguồn nhiệt [11]. Ngoài tự nhiên, quá trình cháy rừng phức tạp hơn sự cháy đơn thuần của một vật chất hữu cơ đơn lẻ, bởi vì cả ba yếu tố (ôxy, VLC và nguồn nhiệt) đều thay đổi nhanh chóng theo không gian và thời gian. Khi đám cháy đạt đến một cường độ và độ lớn nhất định, lửa lan ra toàn bộ cảnh quan, thiêu hủy hầu hết các sinh khối thực vật trên bề mặt đất rừng. Những năm gần đây, cháy rừng liên tục xảy ra ở các nước Mỹ, Nga, Hy Lạp, Australia, Brazin, Indonesia ...để lại những hậu quả to lớn về kinh tế xã hội và môi trường. Ở Việt Nam, cháy rừng cũng thường xuyên xảy ra, tuy nhiên mức độ thiệt hại thường không được thống kê đầy đủ. Lâm Đồng là một tỉnh nằm trong khu vực trọng điểm cháy rừng của cả nước. Với đặc điểm khí hậu của khu vực Tây Nguyên Việt Nam, cháy rừng thường xảy ra vào mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 hàng năm. Theo chi cục Kiểm lâm Lâm Đồng, trong giai đoạn từ 2001 đến 2017 có 544 vụ cháy rừng xảy ra gây thiệt hại 1.413,96 ha rừng các loại [13]. Vườn quốc gia Bidoup – Núi Bà (VQG BDNB), tỉnh Lâm Đồng có diện tích 70.038 ha nằm trong hệ thống các Vườn quốc gia (VQG) Việt Nam, được thành lập theo quyết định 1240/QĐ-TTg ngày 19 tháng 11 năm 2004 của Thủ tướng Chính phủ. Năm 2015, Tổ chức Con người và sinh quyển của UNESCO (MAB/ UNESCO) đã công nhận Khu vực Langbiang là Khu dự trữ sinh quyển thế giới. Vùng lõi của khu dự trữ sinh quyển là toàn bộ VQG BDNB bao gồm phân khu bảo vệ nghiêm ngặt và phục hồi sinh thái với chức năng chính là bảo tồn các giá trị đa dạng sinh học mang tính đại diện toàn cầu. Năm 2018, Hội nghị Bộ trưởng môi trường ASEAN cũng đã công nhận VQG BDNB là Vườn di sản ASEAN. Tuy nhiên một trong những thách thức lớn nhất hiện nay của VQG BDNB là cháy rừng. Theo kết quả kiểm kê rừng năm 2014 [37], tổng diện tích rừng dễ cháy của VQG BDNB
2 là 30.930 ha. Các trạng thái dễ cháy là rừng tự nhiên và rừng trồng Thông ba lá (Pinus kesiya), rừng lồ ô tre nứa, đất trống trảng cỏ, đất có cây bụi rải rác và cây tái sinh. Thống kê cũng cho thấy từ 2005-2017 trên địa bàn VQG BDNB đã xảy ra 84 vụ cháy rừng với diện tích bị thiệt hại lên đến 229,4 ha, chủ yếu là rừng Thông ba lá. Trong một cảnh quan được hình thành từ các yếu tố địa khí hậu đặc trưng như rừng Thông ba lá ở VQG BDNB, đã nhiều năm rừng không bị cháy, thảm cỏ dày rậm, khối lượng VLC có thể trên 20 tấn/ha, nên nguy cơ cháy có thể xảy ra bất cứ lúc nào. Khi cháy rừng xẩy ra trên diện rộng, những giá trị đa dạng sinh học và cảnh quan mang ý nghĩa toàn cầu có thể bị thiệt hại nghiêm trọng và khó có khả năng phục hồi. Đã có nhiều nghiên cứu khoa học về phòng cháy, chữa cháy rừng trên thế giới và Việt Nam. Mục đích của các nghiên cứu khoa học về lửa rừng là làm thế nào để hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng xảy ra. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều nước đã ứng dụng các công nghệ hiện đại vào công tác phòng chống cháy rừng. Công nghệ địa không gian được tích hợp từ ba hệ thống định vị toàn cầu (GPS), hệ thống viễn thám (RS) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để cảnh báo và phát hiện sớm nguy cơ cháy rừng cũng đã được ứng dụng rộng rãi ở các quốc gia phát triển và Việt Nam. Tuy nhiên cháy rừng vẫn thường xuyên xảy ra trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam và còn được xem như là thảm họa trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu. Như vậy, vẫn còn nhiều thách thức trong nghiên cứu về lửa rừng. Các kết quả nghiên cứu hiện nay vẫn chưa đáp ứng được mục tiêu phòng cháy, chữa cháy rừng của các chủ thể quản lý trong đó có VQG BDNB. Làm thế nào để giảm thiểu những thiệt hại có thể xảy ra do cháy rừng ở VQG BDNB, nơi được xem là vùng trọng điểm cháy rừng của khu vực tỉnh Lâm Đồng. Vì những lý do nêu trên, nghiên cứu sinh chọn và thực hiện đề tài “ Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp phòng cháy cho rừng Thông ba lá (Pinus kesiya) tại Vườn quốc gia Bidoup-Núi Bà, tỉnh Lâm Đồng” là rất cần thiết.
3 2. Mục tiêu của luận án 2.1. Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu cơ sở khoa học để đề xuất các giải pháp phòng cháy hiệu quả đối với rừng Thông ba lá tại Vườn quốc gia Bidoup-Núi Bà, tỉnh Lâm Đồng. 2.2. Mục tiêu cụ thể Luận án xác định những mục tiêu cụ thể sau: (1) Xác định được những đặc điểm chủ yếu của rừng Thông ba lá liên quan đến cháy rừng tại VQG BDNB. (2) Xác định thành phần VLC của rừng Thông ba lá và các mối quan hệ của chúng trong môi trường. (3) Tìm kiếm cơ sở khoa học cho công tác phòng cháy rừng Thông ba lá. (4) Đề xuất được các giải pháp phòng cháy rừng hiệu quả cho rừng Thông ba lá tại VQG BDNB. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 3.1. Đối tượng nghiên cứu Rừng trồng và rừng Thông ba lá tự nhiên ở VQG BDNB, tỉnh Lâm Đồng. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu ở 4 khu vực theo các đai độ cao khác nhau ở VQG BDNB gồm: Đưng K’nớ; Đưng Iar Jiêng, Cổng trời và Bidoup thuộc VQG BDNB, tỉnh Lâm Đồng. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4.1. Ý nghĩa khoa học Luận án nghiên cứu mối quan hệ giữa các nhân tố liên quan đến cháy rừng, định lượng các mối quan hệ này làm cơ sở xây dựng các mô hình dự báo nguy cơ cháy rừng, mùa cháy rừng và cung cấp cơ sở khoa học cho giải pháp xừ lý VLC, đốt chỉ định cho rừng Thông ba lá tại VQG BDNB. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn Luận án đã đề xuất được các phương pháp xác định mùa cháy rừng, dự báo nguy cơ cháy rừng và đề ra các giải pháp phòng cháy hiệu quả cho rừng Thông ba lá ở VQG BDNB.
4 5. Những đóng góp mới của luận án Về lý luận: Luận án đã lượng hóa và xây dựng được các mô hình toán học về mối liên hệ giữa VLC, nhiệt độ, ẩm độ môi trường rừng và khả năng cháy rừng làm cơ sở để dự báo nguy cơ cháy rừng. Về thực tiễn: - Đề xuất cách phân loại VLC mới và hệ số bắt cháy K trong đánh giá và dự báo nguy cơ cháy rừng. - Xác định mùa cháy rừng và phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng các mô hình thống kê đơn biến và thống kê đa biến. - Xác định đối tượng, cường độ và thời điểm đốt chỉ định; - Đề xuất được các giải pháp phòng cháy rừng hiệu quả cho VQG Bidoup- Núi Bà có cơ sở khoa học và thực tiễn.
5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1.1.1. Một số đặc điểm và phân bố của rừng Thông ba lá Gaussen (1954) [55] đã mô tả Thông ba lá với tên khoa học là Pinus khasya var. langbianensis. Styles và Burley (1972) [87] đã xem xét sự định danh cho phức hợp khu vực có xuất hiện loài này và kết luận theo các điều khoản của quy định quốc tế về định danh thực vật học, tên hợp lệ được công bố là Pinus kesiya Royle ex Gordon. Theo J.W. Turnbull, F.B. Armitage and J. Burley (1980) [44] phức hệ thực vật của Pinus kesiya phân bố rất rộng, đã được tìm thấy rất xa về phía Bắc đến vĩ độ 28° giữa Sikiang và biên giới phía Đông Bắc của Ấn Độ, một trong các thung lũng sông lớn ở phía Đông Nam Trung Quốc. Địa điểm xuất hiện sâu nhất về phía Nam là ở cao nguyên Di Linh, miền Nam Việt Nam có vĩ độ 12°N. Cho đến nay Thông ba lá được ghi nhận ở Ấn Độ, Trung Quốc, Philippines, Malaysia, Thái Lan, Lào và Việt Nam. Ở Việt Nam, các quần thể tương đối liên tục cùng với các khoảnh nhỏ rãi rác ở khu vực Dak Glae-Kontum của miền Trung Việt Nam. Xa hơn về phía Nam chủ yếu ở các độ cao 1300- 2300m, trên cao nguyên Langbiang và cao nguyên Đồng Nai Thượng gần Di Linh. Ở phần cực Bắc của Việt Nam, các quần thể nhỏ của thông Pinus kesiya xuất hiện trên các độ cao 650-850m phía trên sông Hồng, các khu vực lân cận Hoàng Su Phì và Lào Cai [57]. Theo F.B, Armitage và J., Burley (sds) (1990) [43], trong phạm vi phân bố tự nhiên của loài Thông ba lá có lượng mưa biến thiên rõ rệt theo mùa, mùa khô từ 2-5 tháng. Lượng mưa biến thiên rộng từ khu vực này sang khu vực khác do ảnh hưởng của địa hình địa phương. Ở Ấn Độ, Miến Điện, miền Nam Lào và miền Nam Việt Nam lượng mưa hàng năm biến thiên từ 1500; 1750; 3000 mm hoặc nhiều hơn trong khi ở Thái Lan, miền Bắc Lào và Trung Quốc lượng mưa hàng năm biến thiên thấp hơn, chỉ khoảng 1000-2000 mm. Ở Luzon trên độ cao 1200 m, lượng mưa là 3000-5000 mm trong khi bên dưới đó lượng mưa chỉ xấp xỉ 2500 mm. Nhiệt độ ở những nơi có phân bố rừng Thông ba lá cũng rất biến
6 động, không chỉ từ năm này qua năm khác, mà còn là kết quả của sự biến thiên theo độ cao và điều kiện địa hình của từng nơi cụ thể. Trong điều kiện nhiệt độ trung bình tháng lạnh nhất và tháng nóng nhất, phạm vi biến thiên rộng nhất xảy ra ở Ấn Độ (9-11-20-26°C), Miến điện (6-14 đến 19-26°C) và Trung Quốc (4-10 đến 18 – 22 °C). Khí hậu Thái Lan có đặc trưng biến động nhiệt độ theo mùa ít hơn (20-24 đến 28-30°C), miền Nam Việt Nam (17-20-20-25 C) và Luzon (23- 28°C ở độ cao 500 m, 17-19°C ở độ cao 1500 m và thậm chí nhiệt độ thấp hơn ở các độ cao lớn hơn. Loài Thông ba lá xuất hiện tự nhiên trên một loạt các loại đất từ đất cát nhẹ đến đất sét pha thịt và đất sét. Loài này dễ dàng chiếm đất suy thoái do lửa và canh tác nương rẫy nhưng không thể chịu được đất thoát nước kém. Thông ba lá xuất hiện trong một phạm vi rộng của các kiểu quần thụ từ các kiểu rừng ôn đới hoặc cận nhiệt đới chiếm ưu thế bởi các loài lá rộng thường xanh. Các quần thụ mọc thuần loại trên các sườn dốc và các đỉnh núi, xen kẽ là rừng lá rộng và rừng khô hỗn giao có cây bụi với các loài cây gỗ lá rộng đa phần là các loài sồi, dẻ. Kiểu rừng savan với Thông ở tầng trên, thảm cỏ có cây bụi hay chỉ là thảm cỏ thuần. Dạng thức phân bố này không chỉ phản ánh các điều kiện tự nhiên khí hậu và đất đai mà trong một mức độ rất lớn, còn chịu ảnh hưởng của con người thông qua canh tác nương rẫy và sử dụng lửa. Cũng như tất cả các loài cây tiên phong khác, Thông ba lá là một loài ưa sáng mạnh. Cây con sinh trưởng chậm trong vài tháng đầu tiên nhưng sau đó tăng trưởng nhanh. Tái sinh chỉ có triển vọng khi hạt giống tiếp đất, tàn che thấp và không bị lửa rừng đe dọa. Có thể thu hái hạt giống khi cây đạt 10-20 năm tuổi trong các quần thụ tự nhiên và 5-7 năm tuổi trong các khu rừng trồng. Rừng trồng thường sinh trưởng phát triển tốt với điều kiện trong phạm vi phân bố tự nhiên của loài này. Thông ba lá sinh trưởng tốt trên các địa điểm mà rừng đã bị xuống cấp bởi sự chăn thả quá mức và tác động của lửa. Theo Ashesh Kumar Das and P.S. Ramakrishnan (1985) [49]. Các rừng trồng Thông ba lá 7, 15 và 22 năm tuổi ở vùng núi Mawlai (độ cao1250 m) tỉnh Meghalaya, đông bắc Ấn Độ, sản xuất tổng lượng vật rụng lần lượt là 6.663; 8.090; 8984 kg/ha một năm. Lượng vật rụng là lá kim chiếm 78 đến 98% tổng lượng vật rụng với con số tối đa ở rừng trồng 7 tuổi. Vật rụng xuất
7 hiện quanh năm với cao điểm vào mùa khô, trong tháng ba và tháng tư. Vật rụng thông ba lá cung cấp một lượng lớn VLC hàng năm. Như vậy, từ vùng phân bố, điều kiện sinh thái phát sinh, đặc tính sinh vật học của loài cho thấy rừng Thông ba lá (Pinus kesiya) có sự liên hệ với sự xuất hiện của lửa rừng và là đối tượng rừng dễ bị cháy vào mùa khô hàng năm. 1.1.2. Cháy rừng và các nguyên lý cơ bản của cháy rừng Theo Nhóm điều phối quốc gia về lửa rừng Mỹ (National Wildfire Coordinating Group) [75], thuật ngữ cháy rừng đã được các nhà khoa học thống nhất như sau: Cháy rừng là sự lan truyền không kiểm soát của lửa trên các vùng đất được bao phủ toàn bộ hoặc một phần cây gỗ, cỏ hoặc thực vật dễ cháy khác. FAO (2007) [54] đã ước tính diện tích rừng và thảm thực vật bị cháy trên toàn cầu là 350 triệu ha. Hầu hết diện tích bị cháy là vùng hạ Sahara, châu Phi. Các nhà khoa học trên thế giới trong nhiều nghiên cứu đã ghi nhận vai trò của lửa với thực vật là hỗn hợp. Trong một số hệ sinh thái các vụ cháy tự nhiên là cần thiết để duy trì sự cân bằng của hệ sinh thái. Hơn nữa lửa cũng là công cụ quan trọng trong quản lý đất đai. Hàng năm đều có hàng triệu ha rừng bị cháy gây tổn thất đến đời sống con người và động vật. Nguồn tài nguyên rừng bị thiêu hủy và chi phí cho chữa cháy ngày càng cao. Các tác động đến xã hội, môi trường như khói, mất mát đa dạng sinh học, làm gia tăng khí nhà kính, gây thiệt hại đến cơ sở hạ tầng phục vụ đời sống con người ngày càng lớn. Khi nghiên cứu về nguyên lý cơ bản của cháy rừng. Các nhà khoa học đã xem xét khá toàn diện từ bản chất, các điều kiện của cháy rừng, thành phần hóa học của VLC, các quá trình cơ bản của cháy rừng, quá trình tỏa nhiệt cũng như sự khuyếch tán nhiệt lượng của đám cháy. Đáng chú ý là các nghiên cứu sau đây. - Về bản chất của cháy rừng là quá trình lý hóa sản sinh ra năng lượng nhiệt thông qua việc ô xy hóa các VLC. Điều kiện để có thể xảy ra cháy phải có sự kết hợp đồng thời của ba nhân tố cơ bản bao gồm oxy, VLC và nguồn nhiệt gây cháy [86]. - Năm 1931, I.A.Kaplukov [12] đã đưa ra công thức tính nhiệt lượng cháy ở mức thấp thông qua hệ số ôxy và một hằng số đặc trưng cho từng loại VLC. Đối với VLC ở trong rừng, hằng số này có giá trị là 3.250 cal/kg. Công thức tính như sau:
8 Q = 3.250K (1.1) Trong đó: K là hệ số oxy, tức là khối lượng oxy cần thiết để đốt cháy 1 kg vật liệu. Tính K như sau: K= 8/3C+8H-O; với: C, H, O là lượng các bon, hydro và oxy tính bằng Kg. - Theo C.V Belov (1982) [10], khi đốt thử nghiệm 1 kg vật liệu khô tuyệt đối là thảm khô và thảm mục dưới tán rừng thông thu được số liệu như sau: Bảng 1.1.Thành phần hóa học và nhiệt lượng tỏa ra của 1 kg VLC rừng thông Đơn vị Hàm lượng các nguyên tố Nhiệt lượng (Kj) tính C H O N Chất tro Qc QTh % 48,5 6,1 38,7 1,2 5,5 Kg 0,485 0,061 0,387 0,012 0,055 18.300 18.850 Nguồn: [9] - A.G. McArthur (1967) [70] cho rằng tốc độ phát tán của đám cháy tỉ lệ thuận với mức độ nguy cơ cháy. - R.C. Rothermel (1972) [82] đã nghiên cứu mô hình toán học để dự báo sự lan truyền của lửa đối với các vụ cháy rừng lớn ở vùng Tây Bắc của nước Mỹ. - Trabaud (1979) [90] thực hiện đốt thử nghiệm ở một khu rừng dễ cháy tại miền Nam nước Pháp đã xác định được nhiệt độ tối đa của vùng vật liệu đang cháy đạt tới 1.200oC. Tác giả đã kết luận rằng, tốc độ cháy lan của ngọn lửa phụ thuộc vào tốc độ gió, chiều cao thực bì và hàm lượng nước trong thực vật. Chiều cao ngọn lửa tỉ lệ thuận với tốc độ cháy lan và chiều cao thực bì. Ngọn lửa có chiều cao tối đa khi tốc độ gió đạt 30-40km/h. Các nghiên cứu về bản chất cháy rừng những nguyên lý cơ bản của cháy rừng đã được các nhà khoa học thực hiện rất sớm và còn nguyên giá trị cho đến hôm nay. Tuy nhiên trong thế kỷ 21 thảm họa cháy rừng vẫn xảy ra thường xuyên trên phạm vi toàn cầu. 1.1.3. Vật liệu cháy và nguy cơ cháy rừng Theo Nhóm điều phối quốc gia về lửa rừng Mỹ (National Wildfire Coordinating Group) [75] thuật ngữ VLC được định nghĩa là: tất cả các vật liệu