Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng Cấu trúc rừng là quy luật sắp xếp tổ hợp của các thành phần cấu tạo nên quần xã thực vật rừng theo không gian và thời gian (Phùng Ngọc Lan, 1986) [10]. Cấu trúc rừng bao gồm cấu trúc sinh thái, cấu trúc hình thái và cấu trúc thời gian.
Về cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng: Rất nhiều nhà khoa học đã dày công nghiên cứu về cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng: Baur G.P (1971) đã tập trung nghiên cứu các vấn đề sinh thái về cơ sở sinh thái nói chung và cơ sở sinh thái cho kinh doanh rừng mưa nói riêng. Qua đó làm sáng tỏ khái niệm hệ sinh thái rừng, đây là cơ sở nghiên cứu các nhân tố cấu trúc đứng trên quan điểm sinh thái học (dẫn theo Lê Sáu, 1996) [12]. Về mô tả hình thái cấu trúc rừng: Hiện tượng thành tầng là một trong những đặc trưng cơ bản về cấu trúc hình thái của quần thể thực vật rừng và tạo nên cấu trúc tầng thứ. Richards (1952) [16] đã phân biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại rừng mưa hỗn hợp có tổ thành loài cây phức tạp, rừng cây đơn ưu có tổ thành loài cây đơn giản, trong những lập địa đặc biệt.
Cũng theo tác giả này, rừng mưa thường có nhiều tầng (thường ba tầng trừ tầng cây bụi và tầng cây thân cỏ). Trong rừng mưa nhiệt đới, ngoài cây gỗ lớn, cây bụi, và các loài thân cỏ còn có nhiều loài dây leo có đủ hình dáng và kích thước, cũng nhiều loài phụ sinh trên thân hoặc cành hình thành nên nhóm thực vật ngoại tầng. Về cấu trúc tầng thứ: Nghiên cứu cấu trúc tầng thứ tự nhiên có nhiều ý kiến khác nhau, có tác giả lại cho rằng, ở kiểu rừng này chỉ có một tầng cây gỗ mà thôi, ngược lại có nhiều tác giả lại cho rằng, rừng lá rộng thường xanh có từ 3 – 5 tầng. Richards (1952) [16] phân chia rừng ở Nigiênia thành 5 – 6 tầng.
2 Phương pháp vẽ biểu đồ mặt cắt đứng của rừng do P. Richards (1952) [16] đề xướng và sử dụng lần đầu tiên ở Guam đến nay vẫn là phương pháp có hiệu quả để nghiên cứu cấu trúc tầng thứ của rừng. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là chỉ minh họa được cách sắp xếp theo chiều thẳng đứng của các loài cây gỗ trong diện tích có hạn. Việc phân cấp cây rừng cho rừng hỗn loài nhiệt đới tự nhiên là một vấn đề phức tạp, cho đến nay vẫn chưa có tác giả nào đưa ra được phương án phân cấp cây rừng cho rừng nhiệt đới tự nhiên mà được chấp nhận rộng rãi.
Như vậy, hầu hết các tác giả khi nghiên cứu về tầng thứ thường đưa ra những nhận xét mang tính định tính, chưa thực sự phản ánh được sự phân tầng phức tạp của rừng tự nhiên nhiệt đới. Chính vì vậy, những nghiên cứu sau này dần chuyển sang nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng cùng với sự phát triển của thống kê toán học và tin học. Nhiều tác giả đã sử dụng các công thức và các hàm toán học để mô hình hóa cấu trúc rừng, xác định mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng. Việc nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng được nhiều tác giả nghiên cứu có kết quả, trong đó việc mô hình hóa cấu trúc đường kính ngang ngực được nhiều người quan tâm nghiên cứu và biểu diễn theo các dạng phân bố khác nhau.
Các tác giả sử dụng các loại hàm khác nhau như: hàm Weibull, hàm Meyer, Hyperbol, Poisson, Logarit, … để mô hình hóa cấu trúc rừng. Nghiên cứu về tái sinh rừng Tái sinh là một quá trình sinh học mang tính đặc thù của hệ sinh thái rừng, biểu hiện của nó là sự xuất hiện một thế hệ cây con của những loài cây thân gỗ ở những nơi có hoàn cảnh rừng, dưới tán rừng, chỗ trống trong rừng, đất rừng sau khai thác, đất rừng sau nương rẫy. Vai trò lịch sử của lớp cây con này là thay thế một thế hệ cây già cỗi. Vì vậy, tái sinh rừng hiểu theo nghĩa hẹp là quá trình phục hồi thành phần cơ bản, chủ yếu là tầng cây gỗ của rừng.
Trên thế giới việc nghiên cứu tái sinh rừng đã trải qua hàng trăm năm nhưng đối với rừng nhiệt đới vấn đề này mới chỉ được đề cập từ cuối những 3 năm 1930 trở lại đây. Khoa học lâm sinh và kinh nghiệm sản xuất đã chỉ rõ sự giữ gìn lớp cây con có sức sống cao để khôi phục rừng tự nhiên sẽ giảm bớt cả về chi phí nhân lực, tiền vốn và thời gian so với trồng rừng mới. Ngay từ thế kỷ 19 ở Đức, sau khi thất bại trong quá trình tái sinh rừng nhân tạo họ đã đề ra khẩu hiệu “hãy trở về với rừng tự nhiên”. Hiệu quả tái sinh được xác định bởi mật độ, tổ thành, cấu trúc tuổi, chất lượng cây con, sự phân bố.
Sự tương đồng hay khác biệt giữa tổ thành lớp cây tái sinh và tầng cây gỗ đã được nhiều nhà khoa học quan tâm: Richards 1933 – 1939; Beard, 1946; Lebrun và Gilbert, 1954, Baur 1964… Do tính phức tạp về tổ thành loài cây, trong đó chỉ có một số loài có giá trị nên trong thực tiễn người ta chỉ khảo sát những loài cây có ý nghĩa. Về phân bố tái sinh tự nhiên rừng nhiệt đới, đáng chú ý là công trình nghiên cứu của Richards.W (1952) [16] đã tổng kết các quá trình nghiên cứu về phân bố cây tái sinh tự nhiên đã nhận xét: trong các ô có kích thước nhỏ (1m x 1m, 1m x 1,5m) cây tái sinh tự nhiên có dạng phân bố cụm, một số ít có phân bố Poisson. Có nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố đến tái sinh rừng. Trong đó nhân tố được đề cập nhiều nhất là ánh sáng (thông qua độ tàn che của rừng), độ ẩm đất, kết cấu quần phụ, cây bụi, dây leo và thảm tươi là những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến tái sinh rừng.
Trong rừng nhiệt đới sự thiếu hụt ánh sáng ảnh hưởng tới quá trình phát triển của cây con. Khi nghiên cứu tái sinh tự nhiên, các tác giả nhận định thảm cỏ và cây bụi đã ảnh hưởng tới quá trình tái sinh của loài cây gỗ. Ở quần thụ kín, tuy thảm cỏ phát triển kém nhưng sự cạnh tranh dinh dưỡng của nó vẫn ảnh hưởng xấu đến tái sinh rừng. Những lâm phần đã qua khai thác, thảm cỏ có điều kiện phát triển mạnh là nhân tố ảnh hưởng xấu tới tái sinh rừng (dẫn theo Hoàng Kim Ngũ, 2005) [11].
Mật độ và sức sống của cây con chịu ảnh hưởng trực tiếp vào chế độ khép tán của tầng cây cao. Trong quá trình nghiên cứu mối quan hệ qua lại 4 giữa cây con và tầng cây cao, V.G Karkov (1969) đã chỉ ra đặc điểm phức tạp trong quan hệ cạnh tranh về dinh dưỡng khoáng trong đất, ánh sáng, độ ẩm và tính không thuần nhất giữa các loài thực vật tùy thuộc vào đặc tính sinh vật học, tuổi và điều kiện sinh thái của quần thể thực vật. Tóm lại, kết quả nghiên cứu tái sinh tự nhiên của thảm thực vật rừng trên thế giới cho chúng ta những hiểu biết về phương pháp nghiên cứu, quy luật tái sinh ở một số nơi và chỉ ra mối quan hệ qua lại của các thành phần cấu trúc rừng. Nghiên cứu về phân loại trạng thái rừng Mục đích chủ yếu của phân loại trạng thái rừng là nhằm xác định các đối tượng rừng với những đặc trưng cấu trúc cụ thể, từ đó lựa chọn, đề xuất các biện pháp lâm sinh thích hợp để điều khiển, dẫn dắt rừng đạt trạng thái chuẩn.
Về phân loại rừng trước hết phải kể đến Loeschau (1963) [1] đưa ra hệ thống phân chia kiểu trạng thái cho kinh doanh rừng hỗn giao thường xanh lá rộng nhiệt đới. Viện Điều tra Quy hoạch rừng đã dựa trên hệ thống phân loại của Loeschau cải tiến cho phù hợp với đặc điểm rừng tự nhiên của Việt Nam và cho đến nay vẫn áp dụng hệ thống phân loại này (QPN 6 - 84). Tiếp theo Thái Văn Trừng (1978) [13] đứng trên quan điểm sinh thái đã chia rừng Việt Nam thành 14 kiểu thảm thực vật. Đây là công trình tổng quát đáp ứng được yêu cầu về quy luật sinh thái.
Xuất phát từ tính đa dạng, phong phú của rừng nhiệt đới, Thái Văn Trừng đưa ra kết luận: “Không thể dùng quần hợp thực vật làm đơn vị phân loại cơ bản như các tác giả kinh điển đã sử dụng ở vùng ôn đới. Ông đề xuất dùng kiểu thảm thực vật làm đơn vị phân loại cơ bản và lấy hình thái, cấu trúc quần thể làm đơn vị phân loại”. Nghiên cứu về cấu trúc rừng Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu từ những năm đầu thế kỷ XX. Theo Thái Văn Trừng (1970 5 – 1978) [13], trước những năm 1945 hầu như chỉ có người Pháp thực hiện các nghiên cứu về Đông Dương, trong đó đáng kể nhất là nghiên cứu của Maurand (1943) tác giả cuốn “Lâm nghiệp Đông Dương”; Roller, Lý Văn Hội, Neang Sam Oil (1952) tác giả cuốn “Những quần thể thực vật Nam Đông Dương”.
Sau năm 1945, rừng nước ta được nhiều nhà nghiên cứu Lâm nghiệp trong và ngoài nước rất quan tâm, đặc biệt là nghiên cứu về cấu trúc rừng, một trong những nội dung quan trọng nhằm đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp. Tuy nhiên, những công trình nghiên cứu về các chỉ tiêu định lượng đối với cấu trúc rừng nước ta còn ít. Trong những năm gần đây, nghiên cứu về cấu trúc được nhiều tác giả quan tâm như Phùng Ngọc Lan (1986) [10] cũng đã nêu lên mô hình cấu trúc mẫu là mô hình có khả năng tận dụng tối đa tiềm năng của điều kiện lập địa, có sự phối hợp hài hòa giữa các nhân tố cấu trúc để tạo ra một quần thể rừng có sản lượng ổn định và chức năng phòng hộ cao nhất, nhằm đáp ứng mục tiêu kinh doanh nhất định. Khi nghiên cứu kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới nước ta, Thái Văn Trừng (1963, 1970, 1978) [13] đã đưa ra mô hình cấu trúc tầng như: tầng vượt tán (A1), tầng ưu thế sinh thái (A2), tầng cây bụi (B) và tầng cỏ quyết (C).
Thái Văn Trừng đã bổ sung phương pháp biểu đồ mặt cắt đứng của David – Risa để nghiên cứu cấu trúc rừng Việt Nam. Nghiên cứu về tái sinh rừng Tái sinh rừng tự nhiên ở nước ta chưa được nghiên cứu sâu, được bắt đầu từ những năm 1960 trở lại đây.