Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Trên thế giới 1.1 Nghiên cứu sinh thái rừng Các chuyên gia sinh thái học đã khẳng định rằng: Rừng là một hệ sinh thái, thực vật rừng có sự biến động cả về chất và lượng khi yếu tố ngoại cảnh thay đổi, rừng cây và con người có quan hệ mật thiết với nhau. Chính vì lẽ đó, cây rừng được con người quan sát, xem xét. Như vậy sinh thái rừng là sinh thái quần xã, nhưng không tách rời sinh thái cá thể, bởi vì chỉ có trên cơ sở nắm chắc sinh thái cá thể thì mới có điều kiện để nghiên cứu sinh thái quần thể. Sinh thái cá thể cũng như sinh thái quần thể gắn liền chặt chẽ với môi trường.Odum (1975)[37] đã phân chia ra sinh thái học cá thể và sinh thái học quần thể.
Sinh thái học cá thể nghiên cứu từng cá thể sinh vật hoặc từng loài, trong đó, chu kỳ sống và tập tính cũng như khả năng thích nghi với môi trường được đặc biệt chú ý. Ngoài ra mối quan hệ giữa các yếu tố sinh thái, sinh trưởng có thể định lượng bằng các phương pháp toán học thường được gọi là mô phỏng, phản ảnh các đặc điểm, quy luật tương quan phức tạp trong tự nhiên. Trong lâm nghiệp, nhiều tác giả đã đi sâu nghiên cứu về sinh thái rừng làm cơ sở đề xuất biện pháp tác động hợp lý và xây dựng thành các hệ thống kỹ thuật lâm sinh. Một số công trình tiêu biểu như: Rừng mưa nhiệt đới Baur (1974) [1].
Trên cơ sở nghiên cứu sinh thái rừng mưa, Geoge N. Baur đã tổng kết các biện pháp lâm sinh tác động vào rừng và phân loại các biện pháp theo mục đích nhằm đem lại rừng căn bản đều tuổi hoặc không đều tuổi, các phương pháp xử lý cải thiện. Đặc điểm hình thái của loài là đặc điểm về mối quan hệ của sinh trưởng và phát triển của thực vật với điều kiện hoàn cảnh. Đặc điểm sinh thái của loài thường được mô tả bằng những giới hạn trên, giới hạn dưới và giá trị tối thích c vii của các yếu tố sinh thái với sinh trưởng và phát triển của loài.
Trong điều kiện nghiên cứu phát triển thì đặc điểm sinh thái của loài có thể được mô tả bằng những biểu thức toán học phản ánh liên hệ định lượng của sinh trưởng, phát triển của loài với các tiêu chí sinh thái có thể sử dụng một số phương pháp khác nhau (Vương văn Quỳnh và Trần Tuyết Hằng, 1996). Mặc dù, các phương pháp nghiên cứu sinh thái rừng trên thế giới rất đa dạng, song có một số phương pháp thường được áp dụng để nghiên cứu đặc tính sinh thái cây gỗ sau: 1.1 Về cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng Khái niệm về hệ sinh thái rừng đã được làm sáng tỏ là cơ sở cho việc nghiên cứu các nhân tố cấu trúc đứng trên quan điểm sinh thái học.N (1962) [1] đã nghiên cứu các vấn đề cơ sở sinh thái học nói chung và cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mưa nói riêng. Trong đó, tác giả đã đi sâu nghiên cứu các nhân tố cấu trúc rừng, các kiểu xử lý về mặt lâm sinh áp dụng cho rừng mưa tự nhiên. Theo tác giả, các phương thức đều có hai mục đích rõ rệt: “Mục tiêu thứ nhất là cải thiện rừng cây nguyên sinh vốn thường hỗn loài và không đồng tuổi bằng cách đào thải những cây quá thành thục và vô dụng để tạo không gian sống thích hợp cho các loài cây còn lại sinh trưởng; Mục tiêu thứ hai là tạo lập tái sinh bằng cách xúc tiến tái sinh, thực hiện tái sinh nhân tạo hoặc giải phóng lớp cây tái sinh sẵn có đang ở trạng thái ngủ để thay thế cho những cây đã lấy ra khỏi rừng trong khai thác hoặc trong chăm sóc, nuôi dưỡng rừng sau đó”.
Từ đó, tác giả đã đưa ra tổng kết hết sức phong phú về các nguyên lý tác động xử lý cải thiện rừng mưa.R (1965) [6] đã nghiên cứu cấu trúc hình thái rừng thông qua việc biểu diễn các phẫu đồ rừng, nghiên cứu các nhân tố cấu trúc sinh thái rừng thông qua việc mô tả, phân loại theo các khái niệm, dạng sống, tầng phiến… c vii Odum E. Khái niệm hệ sinh thái được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu cấu trúc trên quan điểm sinh thái học. Nghiên cứu đặc điểm sinh thái – sinh trưởng của cây rừng Theo tổng hợp các kết quả nghiên cứu ở các nước vùng nhiệt đới, tổ chức Nông lương Thế giới (FAO, 2004) đã chỉ ra rằng, khả năng sinh trưởng của rừng trồng, đặc biệt là rừng trồng nguyên liệu công nghiệp phụ thuộc rất rõ vào 4 nhân tố chủ yếu có liên quan tới điều kiện lập địa là: Khí hậu, địa hình, loại đất và hiện trạng thực bì. Điển hình là các công trình nghiên cứu của Laurie (1974), Julian Evans (1974, 1992) [22,23], Pandey (1983) [43].
Theo Cajender (1962), việc phân loại đánh giá rừng bằng chỉ tiêu cấp đất (Site Index) do Huber thực hiện lần đầu tiên ở nước Đức năm 1824. Đến đầu thế kỷ thứ 20, phương pháp này được phổ biến rộng rãi ở Châu Âu, lan truyền sang Bắc Mỹ. Các nhân tố sinh thái được sử dụng để phân chia, để đánh giá sức sản xuất hay đặc trưng hoàn cảnh rừng. Có hai hướng nghiên cứu môi trường: nghiên cứu nhân tố (Factorial approach) và nghiên cứu tiểu hoàn cảnh (Holistic approach).
Nghiên cứu nhân tố: Lần đầu tiên do Haig áp dụng để nghiên cứu quan hệ giữa chỉ số cấp đất với chỉ số hàm lượng limonset (silt plus clay) trong đất trồng rừng Thông đỏ (Red pine) trên nền đất rừng màu nâu ở Conecticut (theo Jones 1969 [41]. Ngày nay trường phái này được nghiên cứu đa dạng khác, đặc biệt với các chỉ số lý hóa tính của đất với các công cụ toán học là phép phân tích hồi quy nhiều biến số. Những công trình tiêu biểu trong lĩnh vực nàu là của tác giả: Caile (1935, 1955); Gysel và Arend (1963), Carmean (1963). Nghiên cứu dạng sống và đa dạng sinh học Raunkiaer (1934) (Dẫn theo Nguyễn Văn Sinh, 2007) đã đưa ra công thức xác định phổ dạng sống chuẩn cho hàng nghìn loài cây khác nhau.
Theo đó, công thức phổ dạng sống chuẩn được xác định theo tỷ lệ % giữa số lượng cá thể của từng dạng sống so với tổng số cá thể trong một khu vực. Để biểu thị tính đa dạng về loài, một số tác giả đã xây dựng công thức xác định chỉ số đa dạng loài như Simpson (1949), Margalef (1958), Menhinik (1964) … và để đánh giá mức độ phân tán hay tập trung của các loài, đặc biệt là lớp thảm tươi, Drude đã đưa ra khái niệm độ nhiều và cách xác định. Một vấn đề nữa có liên quan đến nghiên cứu cấu trúc rừng là việc phân loại rừng theo cấu trúc ngoại mạo. Cơ sở phân loại rừng theo xu hướng này là đặc điểm phân bố, dạng sống ưu thế, cấu trúc tầng thứ và một số đặc điểm hình thái khác của quần xã thực vật rừng.
Đại diện cho hệ thống phân loại rừng theo hướng này có Humbold (1809), Schimper (1903), Aubreville (1949), UNESCO (1973)… Nhiều hệ thống phân loại rừng theo xu hướng này, khi nghiên cứu ngoại mạo của quần xã thực vật đã không tách khỏi hoàn cảnh sinh thái của nó. Từ đó, hình thành xu hướng phân loại rừng theo ngoại mạo sinh thái. Tóm lại, trên thế giới, các công trình nghiên cứu sinh thái rừng nhiệt đới rất phong phú, đa dạng, có nhiều công trình nghiên cứu công phu và đã đem lại hiệu quả cao. Tuy nhiên, chưa tìm thấy một công trình nào nghiên về đặc tính sinh thái loài Sao lá to.2 Về phân bố Trong khu phân bố của một loài thực vật thường có sự phân hóa nhất định của điều kiện sinh thái.
Phù hợp với nó là sự khác biệt của các hiện tượng sự vật. Phân tích mối liên hệ của các hiện tượng ở thực vật ở điều kiện sinh thái sẽ cho những kết luận về ảnh hưởng của các điều kiện sinh thái đến loài và yêu cầu sinh c vii thái của loài. Theo phương pháp này, điều kiện sinh thái ở trung tâm khu phân bố thường được coi là điều kiện sinh thái tối thích của loài, giới hạn biến động của điều kiện sinh thái trong khu phân bố là giới hạn chịu đựng hay biên độ sinh thái loài. Phương pháp phân tích khu phân bố được áp dụng rộng rãi trong lâm nghiệp.
Nó có thể sử dụng cho cả những đối tượng có tuổi thọ dài, kích thước lớn như cây rừng trong điều kiện tự nhiên. Khu phân bố của loài cây càng rộng, bản đồ phân bố hoàn cảnh sinh thái càng chi tiết, kết quả phân tích đặc điểm sinh thái loài càng chính xác. Trong hoàn cảnh của nước ta, phương pháp này cũng gặp một số khó khăn nhất định. + Các bản đồ mô tả hoàn cảnh sinh thái thường có độ chính xác không cao, trong khi đó quy luật phân hóa điều kiện sinh thái lại phức tạp.
Vì vậy, chính xác hóa hoàn cảnh sinh thái cho từng địa điểm của khu phân bố là việc làm rất khó khăn. + Ảnh hưởng của điều kiện sinh thái đến thực vật là ảnh hưởng đồng thời của nhiều nhân tố như đất đai, khí hậu. + Việc xác định ranh giới khu phân bố loài trong tự nhiên là phức tạp, đòi hỏi tốn nhiều công sức. Nghiên cứu về sinh thái 1.1 Nghiên cứu các nhân tố sinh thái Khi nghiên cứu xác định tiêu chuẩn phân chia lập địa cho rừng trồng công nghiệp tại một số vùng sinh thái của Việt Nam, TS Ngô Đình Quế và cộng sự (2001) đã nhận định là có 4 yếu tố cơ bản chủ đạo ảnh hưởng rõ rệt tới khả năng sinh trưởng của rừng trồng công nghiệp bao gồm: đá mẹ và loại đất; độ dày tầng đất, tỷ lệ đá lẫn; độ dốc; thảm thực bì.
c vii Về đặc điểm sinh thái của 04 loài cây họ Sao - Dầu: Dầu cát (Dipterocarpus chartaceus), Sến cát (Shorea roxburghii), Chai lá cong (Shorea falcata), và Sao hình tim (Hopea cordata) đã được tác giả Nguyễn Hoàng Nghĩa,2005 [18] nghiên cứu trong công trình "Kết quả điều tra sinh thái - di truyền bốn loài cây họ Dầu trên vùng cát ven biển" Nguyễn Ngọc Nhị và Nguyễn Văn Khánh (1982) đã phân vùng sinh trưởng cho toàn quốc trên cơ sở đặc trưng khí hậu thủy văn, thổ nhưỡng, thực vật với hệ thống phân loại chi tiết với 6 cấp phân vị. Các công trình nghiên cứu sinh trưởng rừng, trong giai đoạn đầu mới chỉ đưa ra những chỉ số trung bình theo các giai đoạn tuổi hay giai đoạn phát triển rừng ở chiều cao, đường kính, thể tích.