Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng Cấu trúc rừng là hình thức biểu hiện bên ngoài của những mối quan hệ qua lại bên trong giữa thực vật rừng với nhau và giữa chúng với môi trường sống. Nghiên cứu cấu trúc rừng để biết được những mối quan hệ sinh thái bên trong của quần xã, từ đó có cơ sở để đề xuất các biện pháp kỹ thuật tác động phù hợp. Trên quan điểm sinh thái thì cấu trúc rừng chính là hình thức bên ngoài phản ánh nội dung bên trong của hệ sinh thái rừng.
Cấu trúc rừng bao gồm cấu trúc sinh thái, cấu trúc hình thái và cấu trúc tuổi. Cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng Các nghiên cứu về cấu trúc sinh thái của rừng mưa nhiệt đới đã được các tác giả Baur G.N (1962) [2] đã nghiên cứu các vấn đề về cơ sở sinh thái học nói chung và cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mưa nói riêng, trong đó 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. Từ đó tác giả đã đưa ra những tổng kết hết sức phong phú về các nguyên lý tác động xử lý lâm sinh nhằm đem lại rừng cơ bản là đều tuổi và các phương thức xử lý cải thiện rừng mưa. Catinot (1965) [3]; Plaudy J [22] đã biểu diễn cấu trúc hình thái rừng bằng các phẫu đồ rừng, nghiên cứu cấu trúc sinh thái thông qua việc mô tả phân loại về dạng sống, tầng phiến… của quần xã thực vật rừng.
Odum (1971) [18] đã hoàn chỉnh học thuyết về HST bên cơ sở thuật ngữ hệ sinh thái (ecosystem) của Tansley A. Khái niệm HST 4 được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc trên quan điểm sinh thái học. Mô tả hình thái của 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 và là cơ sở để tạo nên cấu trúc tầng thứ.W (1952) [23] đã đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng mưa nhiệt đới về mặt hình thái. Theo tác giả, đặc điểm nổi bật của rừng mưa nhiệt đới là tuyệt đại bộ phận thực vật đều thuộc thân cây gỗ và tác giả đã phân biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại là rừng mưa hỗn hợp có tổ thành loài cây phức tạp và rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài cây đơn giản.
Trong những điều kiện đặc biệt thì rừng mưa đơn ưu chỉ bao gồm một vài loài cây. Rừng mưa thường có nhiều tầng (thường có 3 tầng, ngoại trừ tầng cây bụi và tầng cây thảm cỏ). Trong rừng mưa nhiệt đới ngoài cây gỗ lớn, cây bụi và cây thân cỏ còn có nhiều loài cây dây leo đủ hình dạng và kích thước, cùng nhiều thực vật phụ sinh trên thân hoặc cành cây. “Rừng mưa thực sự là một quần lạc hoàn chỉnh và cầu kỳ nhất về mặt cấu tạo và cũng phong phú nhất về mặt loài cây”.
Phương pháp vẽ biểu đồ mặt cắt đứng của rừng do Davit và P. Risa (1933-1934) [16] để hướng và sử dụng lần đầu tiên ở Guyan đến nay vẫn là phương pháp hiệu quả để nghiên cứu cấu trúc tầng của rừng. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là chỉ minh họa được cách sắp xếp theo hướng thẳng đứng của các loài cây gỗ trong một diện tích có hạn. Phương pháp biểu đồ trắc diện do Davit và Richards (1933-1934) đề xuất trong khi phân loại và mô tả rừng nhiệt đới phức tạp về thành phần loài và cấu trúc thảm thực vật theo chiều nằm ngang và chiều thẳng đứng.
Kraft (1884) [10], là người đầu tiên xây dựng hệ thống phân cấp rừng ở Đức, ông chia cây rừng trong một lâm phần thành 5 cấp dựa vào khả 5 năng sinh trưởng kích thước và chất lượng cây rừng. Kraft là một phân cấp đơn giản, dễ áp dụng cho cả lâm phần cây lá rộng nhưng phân cấp này chỉ áp dụng cho lâm phần thuần loài, đều tuổi. 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. Khi nghiên cứu về cấu trúc rừng tự nhiên nhiệt đới, nhiều tác giả có ý kiến khác nhau trong việc xác định tầng thứ, trong đó có ý kiến cho rằng, kiểu rừng này chỉ có một tầng cây gỗ mà thôi.
Richards PW (1952) [25] phân rừng ở Nigeria thành 6 tầng với các giới hạn chiều cao là 6-12m, 12-18m, 18-24m, 24-30m, 30-36m và 36-42m, nhưng thực chất đây chỉ là các lớp chiều cao. (1971) [18] nghi ngờ sự phân tầng rừng rậm nơi có độ cao dưới 600m ở Puecto – Rico và cho rằng không có sự tập trung khối tán ở một tầng riêng biệt nào cả. 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. Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng Khi chuyển đổi từ nghiên cứu định tính sang nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng, 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.
Một số tác giả quan tâm nghiên cứu cấu trúc theo hướng định lượng và dùng các mô hình toán để mô phỏng các qui luật cấu trúc. (1971) [44] đã mô tả mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính bằng các hàm hồi qui, phân bố đường kính bằng các dạng phân bố xác suất. a, Về phân bố số cây theo cỡ đường kính (N/D1,3) 6 Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính là quy luật kết cấu cơ bản của lâm phần và được nhiều tác giả quan tâm, kiểu cấu trúc này thường được biểu diễn dưới các dạng hàm toán học với nhiều dạng phân bố khác nhau. Một số tác giả quan tâm nghiên cứu cấu trúc theo hướng định lượng và dùng các mô hình toán để mô phỏng các qui luật cấu trúc.
(1971) [44] đã mô tả mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính bằng các hàm hồi qui, phân bố đường kính bằng các dạng phân bố xác suất. Để mô tả phân bố N/D1.3 rừng tự nhiên, Meyer (1934) và Prodan (1949) đã sử dụng phương trình: Yi = *exp(- *xi) (1.1) Phương trình (1.1) còn được gọi là phương trình Meyer, trong đó x i và yi là trị số giữa và số cây của cỡ thứ i, α và β là các tham số. Nhìn chung các công trình nghiên cứu về dạng phân bố đem lại kết quả toàn diện và đa dạng nhất về quy luật kết cấu đường kính lâm phần rừng. b, Về phân bố số cây theo chiều cao (N/H) Các tác giả đi nghiên cứu cấu trúc lâm phần theo chiều cao thẳng đứng đã dựa vào phân bố số cây theo chiều cao.
Phương pháp kinh điển nghiên cứu cấu trúc đứng rừng tự nhiên là vẽ các phẫu diện đồ đứng với các kích thước khác nhau tuỳ theo phương pháp nghiên cứu. Các phẫu đồ đã mang lại hình ảnh khái quát về cấu trúc tầng tán, phân bố số cây theo chiều thẳng đứng. Từ đó rút ra các nhận xét và đề xuất ứng dụng thực tế. Phương pháp này được nhiều nhà nghiên cứu rừng nhiệt đới áp dụng mà điển hình là các công trình của các tác giả P.
Như vậy, trên thế giới các công trình nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc rừng nói chung và rừng nhiệt đới nói riêng rất phong phú, đa dạng và đã mang lại hiệu quả cao trong kinh doanh rừng. Nghiên cứu về tính đa dạng loài trong các trạng thái rừng Loài là do cơ thể sinh vật tiến hóa mà thành, do nó chiếm được 1 không gian nhất định, quần thể có sẵn số lượng cá thể nhất định trong thực tế hoặc bị thay đổi khi cách ly. Tính đa dạng loài là hình thức biểu hiện của tính đa dạng sinh vật chung, nó là độ lượng về tính phức tạp của cấu trúc và chức năng quần xã, nó bao gồm có mấy hàm ý như sau: Tính đa dạng loài của 1 khu vực địa lý nhất định là tính đa dạng loài nghiên cứu trong phạm vi khu vực đó; Là tổng số loài trong khu vực nhất định, chủ yếu theo góc độ phân loại học, hệ thống học và địa lý học đối với việc nghiên cứu tình hình loài động, thực vật trong 1 khu vực nhất định. Cũng còn được gọi là tính đa dạng loài khu vực.
Tính đa dạng loài động thực vật của quần xã hay HSTR - Là nghiên cứu cấu trúc theo chiều nằm ngang – theo góc độ sinh thái học; Ở đây chú trọng ý nghĩa sinh thái học của tính đa dạng loài; Là chỉ trình độ đồng đều về sự phân bố các loài trên phương diện sinh thái học. Thường được nghiên cứu trên một bộ phận diện tích của quần xã hoặc trên các OTC, ôdb.Tính đa dạng loài cũng còn được gọi là tính đa dạng sinh thái hoặc tính đa dạng quần xã. Từ năm 1943, Wilianms đã đề xuất khái niệm về “Tính đa dạng loài vật“ và Fisher đề xuất khái niệm về chỉ số tính đa dạng loài, cho đến nay cũng đã không ngừng được hoàn thiện thêm về phương pháp xác định tính đa dạng loài của quần xã. Đối với phương pháp xác định không chỉ có phương pháp Magurran – được đánh giá là tương đối tỷ mỉ và chính xác, mà còn có phương pháp của Whaitaker - Xác định tính đa dạng loài của quần xã hoặc tính đa dạng HST,; Theo ông ta thì nên phân ra tính đa dạng α-, tính đa dạng β- , tính đa dạng γ và các chỉ số của nó.
8 Tính đa dạng loài của 1 hệ tiến hóa hoặc của 1 không gian tiến hóa nhất định, từ góc độ diễn hóa của sinh vật để xem xét nghiên cứu thì qui luật biến hóa về tính đa dạng loài cũng tùy theo thời gian và không gian khác nhau mà có sự biến hóa không giống nhau, không chỉ bản thân loài vật, mà còn có cả nguồn gốc, sự phát triển, quá trình thoái hóa và tiêu vong. chính là qui luật diễn hóa của một chỉnh thể tính đa dạng loài vật và nó cũng có đặc thù riêng. Xác định các chỉ số tính đa dạng loài sinh vật cũng tùy theo tính chất mà có thể phân thành 4 loại chỉ số sau: Chỉ số độ phong phú loài, Chỉ số tính đa dạng loài, Chỉ số độ đồng đều và Chỉ số độ ưu thế sinh thái.