Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 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. Cấu trúc rừng là một vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm. Bởi nhờ đó có thể đề xuất các biện pháp tác động phù hợp nhằm nâng cao chất lượng rừng (có cơ sở khoa học và thực tiễn). Ở Việt Nam và trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về cấu trúc rừng nhưng chỉ những năm giữa thế kỷ XX đến nay mới được chú ý nhiều hơn.
Việc nghiên cứu cấu trúc rừng được chuyển dần từ mô tả định tính sang mô tả định lượng. Ngày nay, tin học ngày càng phát triển thì việc định lượng càng thuận lợi hơn. Trên thế giới 1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng Cấu trúc rừng là sự sắp xếp tổ chức nội bộ của các thành phần sinh vật trong hệ sinh thái rừng mà qua đó các loài có đặc điểm sinh thái khác nhau có thể cùng sinh sống trong một khoảng không gian nhất định trong một giai đoạn phát triển của rừng.
Cấu trúc rừng vừa là kết quả vừa là sự thể hiện các mối quan hệ đấu tranh sinh tồn và thích ứng lẫn nhau giữa các thành phần trong hệ sinh thái với nhau với môi trường. Cấu trúc rừng bao gồm cấu trúc sinh thái, cấu trúc hình thái và cấu trúc tuổi. * Cơ sở sinh thái về cấu trúc rừng Quy luật về cấu trúc rừng là cơ sở quan trọng để nghiên cứu sinh thái học, sinh thái rừng và đặc biệt là để xây dựng những mô hình lâm sinh cho hiệu quả sản xuất cao. Trong nghiên cứu cấu trúc rừng người ta chia ra làm 3 dạng cấu trúc là: cấu trúc sinh thái, cấu trúc không gian và cấu trúc thời gian.
Cấu trúc của thảm thực vật là kết quả của quá trình đấu tranh sinh tồn giữa thực vật với thực vật và giữa thực vật với hoàn cảnh sống. 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, thực tế cấu 4 trúc rừng nó có tính quy luật và theo trật tự của quần xã. Các nghiên cứu về cấu trúc sinh thái của rừng mưa nhiệt đới đã được P. Odum (1971) tiến hành.
Những nghiên cứu này đã nêu lên quan điểm, các khái niệm và mô tả định tính về tổ thành, dạng sống và tầng phiến của rừng. Baur (1964) [64] đã nghiên cứu các vấn đề về cơ sở sinh thái nói chung và về cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng nói riêng, trong đó đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng, các kiểu xử lý về mặt lâm sinh áp dụng cho rừng mưa tự nhiên. Từ đó tác giả đưa ra các nguyên lý tác động xử lý lâm sinh cải thiện rừng. Khái niệm sinh thái được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc trên quan điểm sinh thái học.
Công trình nghiên cứu của R. Plaudy (1987) [29] đã biểu diễn cấu trúc hình thái rừng bằng các phẫu đồ rừng, nghiên cứu các cấu trúc sinh thái thông qua việc mô tả phân loại theo các khái niệm dạng sống, tầng phiến. * Mô tả về hình thái cấu trúc rừng Hiện tượng thành tầng là sự sắp xếp không gian phân bố của các thành phần sinh vật rừng trên cả mặt bằng và theo chiều thẳng đứng. Phương pháp vẽ biểu đồ mặt cắt đứng của rừng do P.
Richards (1952) [49] 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. Cusen (1953) đã khắc phục bằng cách vẽ một số giải kề bên nhau và đưa lại một hình tượng về không gian ba chiều. Richards (1959, 1968, 1970) [50] đã phân biệt tổ thành rừng mưa nhiệt đới làm hai loại là rừng mưa hỗn hợp và rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài cây đơn giản.
Cũng theo tác giả thì rừng mưa thường có nhiều tầng (thường có 3 tầng, trừ tầng cây bụi và tầng cây cỏ). Trong rừng mưa nhiệt đới, ngoài cây gỗ lớn, cây bụi 5 và các loài thân thảo còn có nhiều loại dây leo cùng nhiều loài thực vật phụ sinh trên thân hoặc cành cây. Hiện nay, nhiều hệ thống phân loại thảm thực vật rừng đã dựa vào các đặc trưng như cấu trúc và dạng sống, độ ưu thế, kết cấu hệ thực vật hoặc năng suất thảm thực vật. Ngay từ đầu thế kỷ 19, Humboldt và Grinsebach đã sử dụng dạng sinh trưởng của các loài cây ưu thế và kiểu môi trường sống của chúng để biểu thị cho các nhóm thực vật.
Phương pháp của Humboldt và Grinsebach được các nhà sinh thái học Đan Mạch (Warming, 1094; Raunkiaer, 1934) tiếp tục phát triển. Tuy nhiên, nhiều nhà sinh thái học cho rằng phân loại hình thái, các phổ dạng sống của Raunkiaer kém ý nghĩa hơn các dạng sinh trưởng của Humboldt và Grinsebach. Trong các loại rừng dựa theo cấu trúc và dạng sống của thảm thực vật, phương pháp dựa vào hình thái bên ngoài của thảm thực vật được sử dụng nhiều nhất. Kraft (1884) lần đầu tiên đưa ra hệ thống phân cấp cây rừng, ông phân chia cây rừng thành 5 cấp dựa vào khả năng sinh trưởng, kích thước và chất lượng cây rừng.
Phân cấp của Kraft phản ánh được tình hình phân hoá cây rừng, tiêu chuẩn phân cấp rõ ràng, đơn giản và dễ áp dụng nhưng chỉ phù hợp với rừng thuần loài đều tuổi. Việc phân cấp cây rừng cho rừng tự nhiên hỗn loài nhiệt đới là một vấn đề phức tạp, cho đến nay vẫn chưa có tác giả nào đưa ra phương án phân cấp cây rừng cho rừng nhiệt đới tự nhiên 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, việc phân chia tầng thứ theo chiều cao mang tính cơ giới nên chưa phản ánh được sự phân tầng của rừng tự nhiên nhiệt đới. Tóm lại, 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, có nhiều công trình nghiên cứu công phu đã đem lại hiệu quả cao trong bảo vệ rừng.
- Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng: 6 Việc nghiên cứu cấu trúc rừng đã có từ lâu và chuyển dần từ mô tả định tính sang định lượng. Nhiều tác giả đã sử dụng các công thức, hàm toán học với sự hỗ trợ của thống kê toán học và tin học đã xây dựng mô hình cấu trúc rừng của một số nhân tố, xác định mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng. * Phân bố số cây theo đường kính (N/D1.3) Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N/D1.3) là quy luật cấu trúc cơ bản của lâm phần. Để nghiên cứu các đặc điểm của quy luật này, hầu hết các tác giả đều dùng phương pháp giải tích hay các phương trình toán học dưới dạng phân bố xác xuất khác nhau để tìm ra quy luật chung nhất.
Đầu tiên, phải kể đến công trình nghiên cứu của Meyer (1934), ông đã mô tả phân bố số cây theo cỡ kính bằng phương trình toán học, mà dạng của nó là đường cong giảm liên tục. Ngoài ra, tác giả Ballley (1973) đã sử dụng hàm Weibull. Naslunel (1936-1937) đã xác lập phân bố Chaier-A đối với phân bố N/D của lâm phần thuần loài đều tuổi.I (1964), Bill và Remken K.A (1964) đã tiếp cận phân bố này bằng phương trình Logarit. Loetschau (1973) dùng hàm Beta để nắn phân bố đường cong thực nghiệm hay hàm Hyberbol, họ đường cong Peason, họ đường cong Peason, họ đường cong Poisson.
* Về phân bố số cây theo chiều cao (N/Hvn) Đại đa số các tác giả khi nghiên cứu cấu trúc lâm phần theo chiều thẳng đứng đã dựa vào phân bố số cây theo chiều cao vút ngọn. Phương pháp kinh điển nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên là vẽ phẫu đồ đứng với tỷ lệ khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của nội dung cần nghiên cứu. Các phẫu đồ đứng cho hình ảnh xác thực về cấu trúc tầng tán, phân bố số cây theo chiều đứng từ đó rút ra kết luận. * Về quy luật tương quan giữa đường kính tán với đường kính ngang ngực Đường kính tán cây (Dt) là bộ phận quyết định đến sinh trưởng, tăng trưởng cây rừng.
Nó là chỉ tiêu quan trọng để xác định không gian dinh dưỡng của từng cây cá biệt. Từ kết quả việc xác định không gian dinh dưỡng này mà có thể xác định được hệ số khép tán cho từng loài, từng giai đoạn tuổi của lâm phần. 7 Quan hệ giữa Dt và D1.3 đã được nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu, nhìn chung các kết quả đều tập trung lại dưới dạng tuyến tính 1 lớp. Qua nghiên cứu của một số tác giả như: Zieger, E rich (1928), Ahken.
cho thấy giữa đường kính tán và đường kính ngang ngực có mối liên hệ mật thiết với nhau. Nghiên cứu về tái sinh rừng Tái sinh rừng hiểu theo nghĩa hẹp là quá trình phục hồi thành phần cơ bản của rừng, chủ yếu là tầng cây gỗ. Theo quan điểm của các nhà nghiên cứu thì hiệu quả tái sinh rừng được xác định bởi mật độ, tổ thành loài cây, cấu trúc tuổi, chất lượng cây tái sinh, đặc điểm phân bố. (1979) [2] cho rằng, sự thiếu hụt ánh sáng ảnh hưởng đến phát triển của cây con còn đối với sự nảy mầm và phát triển của cây mầm, ảnh hưởng này thường không rõ ràng và thảm cỏ, cây bụi có ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây tái sinh.
Như vậy, các công trình nghiên cứu được đề cập ở trên đã phần nào làm sáng tỏ việc đặc điểm tái sinh tự nhiên ở rừng nhiệt đới. Đó là cơ sở để xây dựng các phương thức xử lý lâm sinh hợp lý. * Tái sinh tự nhiên của thảm thực vật Lĩnh vực nghiên cứu này có một số tác giả tiêu biểu sau: Saldarriaga (1991) nghiên cứu tại rừng nhiệt đới ở Colombia và Venezuela nhận xét: Sau khi bỏ hoá số lượng loài thực vật tăng dần từ ban đầu đến rừng thành thục. Thành phần của các loài cây trưởng thành phụ thuộc vào tỷ lệ các loài nguyên thuỷ mà nó được sống sót từ thời gian đầu của quá trình tái sinh, thời gian phục hồi khác nhau phụ thuộc vào mức độ, tần số canh tác của khu vực đó (Dẫn theo Phạm Hồng Ban, 2000) [1].