Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Các nhà lâm sinh quan niệm rằng, cấu trúc rừng (forest structure) là sự sắp xếp tổ chức nội bộ của các hệ sinh thái rừng mà qua đó các loài có đặc tính sinh thái học khác nhau có thể chung sống hài hòa và đạt tới sự ổn định tương đối trong một giai đoạn nhất định của tự nhiên. Cũng theo quan điểm này, Phùng Ngọc Lan (1986) [23] cho rằng: cấu trúc rừng là một khái niệm dùng để chỉ quy luật sắp xếp tổ hợp các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng theo không gian và thời gian. Còn trên quan điểm sản lượng, Husch,B. (1982) [13], cấu trúc là sự phân bố kích thước của loài và cá thể trên diện tích rừng.
Như vậy, có thể thấy cấu trúc lớp thảm thực vật là kết quả của quá trình chọn lọc tự nhiên, là sản phẩm của quá trình đấu tranh sinh tồn giữa thực vật với thực vật, giữa thực vật và môi trường sống. Trên quan điểm sinh thái thì cấu trúc là hình thức bên ngoài phản ánh nội dung bên trong của hệ sinh thái. Trên quan điểm sản lượng thì cấu trúc rừng phản ánh sưc sản xuất của rừng theo điều kiện lập địa. Cấu trúc quần xã thực vật rừng bao gồm cấu trúc tổ thành, cấu trúc tầng thứ, cấu trúc tuổi, cấu trúc mật độ, cấu trúc theo mặt phẳng nằm ngang….
Nhìn chung, nghiên cứu cấu trúc đã chuyển từ mô tả định tính sang phân tích định lượng dưới dạng mô hình hóa toán học nhằm khái quát hóa các quy luật của tự nhiên. Trong đó, các quy luật phân bố, tương quan của một số nhân tố điều tra được quan tâm nghiên cứu. Trên thế giới 1. Về phân loại rừng Trong kinh doanh rừng, đặc biệt là rừng tự nhiên nhiệt đới thì phân loại rừng là công việc hết sức cần thiết và thường được thực hiện đầu tư.
Theo Phùng Ngọc Lan (1986) [22], trên thế giới có rất nhiều trường phái phân loại rừng khác nhau: trường phái Liên Xô cũ và một số nước Đông Âu đã được các nhà phân loại rừng nước ta áp dụng trong một thời gian dài. Bên cạnh đó còn có các trường phái khác như trường phái Bắc Âu, trường phái Mỹ và Canada, 4 tùy thuộc vào kiểu rừng, mục tiêu kinh doanh mà các trường phái lựa chọn các nhân tố chủ đạo phân loại khác nhau.2 Nghiên cứu cấu trúc 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 (1964) [1] đã nghiên cứu các vấn đề cơ cở 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 2 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) [4] 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… 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. Mô tả về hình thái cấu trúc rừng Rừng mưa nhiệt đới với sự đa dạng và phong phú của nó đã được nhiều nhiều nhà khoa học đi sâu nghiên cứu như Richards (1952) [31], Catinot (1965) [4].
Các tác giả này đi sâu vào biểu diễn cấu trúc hình thái rừng bằng phẫu diện đồ, các nhân tố cấu trúc được mô tả phân loại theo các khái niệm: dạng sống, tầng phiến… 5 Các kết quả nghiên cứu này đã đặt nền móng quan trọng cho các nghiên cứu ứng dụng sau này. Rollet (1971) (theo Phạm Ngọc Giao, 1995) [10], đã mô tả cấu trúc hình thái rừng mưa bằng các phẫu đồ, biểu diễn các mối tương quan giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực, tương quan giữa đường tán với đường kính ngang ngực bằng các hàm hồi quy. Kraft (1988) (theo Phùng Ngọc Lan, 1986) [22], tiến hành phân chia những cây rừng trong lâm phần thành 5 cấp dựa vào khả năng sinh trưởng , kích thước và chất lượng của cây rừng. Các tiêu chuần phân cấp rõ ràng, đơn giản và dễ áp dụng, phản ánh được tình hình phân hóa cây rừng.
Như vậy, khi nghiên cứu về tầng thứ, hầu hết các tác giả chỉ đưa ra những nhận xét mang tính định tính chứ chưa thực sự phản ánh về sự phức tạp về cấu trúc của rừng tự nhiên nhiệt đới. Nghiên cứu định lượng về cấu trúc rừng Khi chuyển đổi nghiên cứu định tính sang nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng, nhiều tác giả đã sử dụng các công thức và hàm toán học để mô hình hóa cấu trúc rừng, xác định mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng. Raunkiaer (1934) 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 tỉ lệ phần trăm giữa số lượng các 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 các công thức xác định chỉ số đa dạng loài như Simpson (1949), Margalef (1958), Menhinik (1964) … Đây là những nghiên cứu mang tính định lượng nhưng xuất phát từ những cơ sở sinh thái nên đề tài lựa chọn và vận dụng. Nghiên cứu định lượng các mối quan hệ, cấu trúc ở rừng nhiệt đới phải nói đến Rollet (1971) (dẫn theo Phùng Đình Trung (2007) [37] ) là tác giả có nhiều công trình đi sâu vào lĩnh vực và đối tượng này. Ông đã biểu diễn mối quan hệ giữa các nhân tố điều tra với nhau bằng các hàm hồi quy, khái quát hóa phân bố đường kính tán, đường kính thân cây dưới dạng phân bố xác suất. Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N /D1.3), số cây theo cỡ chiều cao (N/HVN) Đây là các quy luật cơ bản nhất của kết cấu lâm phần.
Việc mô phỏng quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính (N-D), số cây theo cỡ chiều cao (N/HVN) được nhiều tác giả đặc biệt quan tâm. Hầu hết các tác giả đều sử dụng hàm toán học để mô phỏng cho các quy luật này. Có thể điểm qua một số công trình tiêu biểu sau: Meyer (1934) (theo Phạm Ngọc Giao, 1995) [10], sử dụng phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục để mô tả phân bố số cây theo cỡ đường kính, được gọi là phương trình Meyer hay hàm Meyer Naslund (1936 - 1937) đã xác lập luật phân bố Chiarlier kiểu A để nắn số cây theo cỡ kính của các lâm phần rừng thuần loài đều tuổi (theo Phạm Ngọc Giao, 1995 [10]).N sử dụng phân bố Gamma để biểu thị phân bố số cây theo cỡ đường kính lâm phần Thông Ôn đới. Ngoài ra, một số tác giả sử dụng các hàm Hyperbol, họ đường cong Pearson, phân bố Boisson,… để mô phỏng quy luật phân bố này.
Quy luật tương quan giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực (HVN/D1. Giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực của các cây trong lâm phần luôn tồn tại mối quan hệ chặt và tuân theo quy luật: khi tuổi tăng thì đường kính và chiều cao tăng theo và giữa chúng tồn tại mối quan hệ theo dạng đường cong. Và cùng với tuổi tăng lên thì đường cong có xu hướng dịch chuyển lên trên (Tiurin D. Ngoài ra, độ dốc của đường cong chiều cao giảm theo tuổi [13].
Một số tác giả đã sử dụng các hàm toán học khác để biểu thị mối quan hệ này. Có thể điểm qua một vài công trình như sau: 7 Tovstolesse, DI (1930) đã lấy cấp đất làm cơ sở để nghiên cứu quan hệ HVN/D1. Mỗi cấp đất tác giả lập một đường cong chiều cao tương ứng với mỗi cỡ đường kính để có dãy tương quan cho loài và cấp chiều cao. Sau đó dùng phương pháp biểu đồ để nắn dãy tương quan theo dạng đường thẳng của Gehrhardt và Kopetexki (dẫn theo Phạm Ngọc Giao, 1995 [10]).d )2 Petterson, H (1955) (dẫn theo Nguyễn Trọng Bình, 1996 [2]) đề xuất sử dụng phương trình: 1 b a (1.O (1967) (dẫn theo Hoàng Văn Dưỡng, 2000 [9]) mô phỏng quan hệ giữa chiều cao với đường kính và tuổi theo dạng phương trình: 1 1 1 Logh d b1.
Nghiên cứu về đa dạng khu hệ thực vật. Các công trình nghiên cứu về hệ thực vật đầu tiên trên thế giới được bắt đầu vào thập kỷ 60 của thế kỷ 19, điển hình là: thực vật chí Hồng Kông (1861), thực vật chí Ấn Độ (1872) gồm 7 tập, thực vật chí Hải Nam (1972-1977). Về khu hệ thực vật Đông dương có các công trình nghiên cứu: Thực vật Đông Dương gồm 8 tập của H.Lecomte (1905), rừng Đông dương của H. Nghiên cứu về tái sinh Trong phương thức rừng đều tuổi của Malaysia (MUS, 1945), nhiệm vụ đầu tiên được ghi trong lịch trình là điều tra tái sinh theo ô vuông 1/1000 mẫu Anh (4m2), để biết xem tái sinh có đủ hay không và sau đó mới tiến hành các tác động tiếp theo.W (1952) [31] đã tổng kết việc nghiên cứu tái sinh trên các ô dạng bản và phân bố tái sinh tự nhiên ở rừng nhiệt đới.
Để giảm sai số trong khi thống kê tự nhiên, Barnard (1950)[49] đã đề nghị một phương pháp “Điều tra chuẩn đoán” mà theo đó kích thước ô đo đếm có thể thay đổi tuỳ theo giai đoạn phát triển của cây tái sinh. Một số tác giả nghiên cứu tái sinh tự nhiên rừng nhiệt đới Châu Á như: Bara (1954)[45], Budowski (1956)[], có nhận định: dưới tán rừng nhiệt đới nhìn chung có đủ lượng cây tái sinh có giá trị kinh tế, nên việc đề xuất các biện pháp lâm sinh để bảo vệ lớp cây tái sinh này là cần thiết.