Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên tại Nam Trung Bộ và Tây Nguyên

• Tác giả: Thái Văn Thành
• Người hướng dẫn: Gs. Vũ Tiến Hinh
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Lâm Học
• Đề tài: Xác Định Đặc Điểm Cấu Trúc Cơ Bản Của Một Số Ô Định Vị Nghiên Cứu Sinh Thái Rừng Tự Nhiên Ở Nam Trung Bộ Và Tây Nguyên
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Trên thế giới
• 1.1.1. Về phân loại rừng phục vụ kinh doanh
• 1.1.2. Nghiên cứu về định lượng cấu trúc rừng
• 1.1.3. Nghiên cứu về tính đa dạng tầng cây gỗ
• 1.1.4. Nghiên cứu cấu trúc tầng thứ
• 1.1.5. Nghiên cứu quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính (N-D1.3)
• 1.1.6. Nghiên cứu về tái sinh rừng
• 1.2. Ở Việt Nam
• 1.2.1. Phân loại rừng phục vụ mục đích kinh doanh

I. Khám phá cấu trúc rừng tự nhiên Nam Trung Bộ và Tây Nguyên

Cấu trúc rừng tự nhiên là sự sắp xếp, tổ chức các thành phần sinh vật trong một hệ sinh thái rừng theo không gian và thời gian. Đây là yếu tố cốt lõi phản ánh sức khỏe, sự ổn định và tiềm năng phát triển của rừng. Tại khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên, nơi có địa hình và khí hậu đa dạng, việc nghiên cứu cấu trúc rừng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Cấu trúc này không chỉ thể hiện mối quan hệ phức tạp giữa các loài với môi trường mà còn là cơ sở khoa học để đề xuất các giải pháp quản lý bền vững. Một hệ sinh thái rừng ổn định được đặc trưng bởi sự hài hòa của các nhân tố cấu trúc, giúp tận dụng tối đa tiềm năng của điều kiện lập địa và phát huy bền vững các chức năng về kinh tế, môi trường và xã hội. Nghiên cứu cấu trúc rừng thường tập trung vào hai khía cạnh chính: cấu trúc thẳng đứng (phân tầng) và cấu trúc ngang (phân bố cây trên mặt đất). Cấu trúc thẳng đứng thể hiện sự phân chia không gian theo chiều cao, tạo thành các tầng tán khác nhau, từ tầng vượt tán, tầng ưu thế sinh thái đến tầng cây bụi và thảm tươi. Sự phân tầng này giúp các loài tận dụng hiệu quả nguồn ánh sáng, giảm cạnh tranh và tăng cường đa dạng sinh học. Trong khi đó, cấu trúc ngang liên quan đến mật độ cây gỗ và quy luật phân bố số cây theo đường kính (phân bố đường kính N-D). Việc hiểu rõ các quy luật này là nền tảng để dự báo sản lượng, đánh giá động thái phát triển và xây dựng các biện pháp lâm sinh phù hợp, đặc biệt đối với các kiểu rừng lá rộng thường xanh và rừng hỗn giao gỗ tre nứa phổ biến tại khu vực.

1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu đặc điểm lâm học

Việc nghiên cứu các đặc điểm lâm học của rừng tự nhiên Nam Trung Bộ và Tây Nguyên có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn. Thứ nhất, nó cung cấp cơ sở dữ liệu nền tảng về tổ thành loài cây, mật độ, trữ lượng và các chỉ số sinh trưởng. Những dữ liệu này là đầu vào không thể thiếu cho công tác quy hoạch, điều chế và thiết kế kinh doanh rừng. Thứ hai, hiểu biết về cấu trúc giúp xác định các loài cây ưu thế, đánh giá mức độ đa dạng sinh học và nhận diện các loài quý hiếm cần được ưu tiên bảo tồn. Theo nghiên cứu của Thái Văn Thành (2011), việc xác định chỉ số IV% (chỉ số giá trị quan trọng) giúp làm rõ vai trò sinh thái của từng loài trong quần xã. Thứ ba, phân tích cấu trúc còn là cơ sở để dự đoán chiều hướng phát triển của rừng, đặc biệt là khả năng tái sinh tự nhiên sau các tác động như khai thác hoặc cháy rừng. Kết quả nghiên cứu giúp đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh phù hợp, từ khai thác chọn, làm giàu rừng đến khoanh nuôi xúc tiến tái sinh, nhằm quản lý tài nguyên rừng một cách bền vững và hiệu quả.

1.2. Các kiểu hệ sinh thái rừng chính trong khu vực nghiên cứu

Khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên sở hữu một thảm thực vật rừng phong phú, phân hóa theo độ cao, lượng mưa và loại đất feralit. Các kiểu hệ sinh thái rừng chính bao gồm: Rừng lá rộng thường xanh ẩm nhiệt đới, phân bố ở những nơi có độ ẩm cao, đất đai màu mỡ, đặc trưng bởi cấu trúc nhiều tầng tán và tính đa dạng sinh học vượt trội. Kiểu rừng này thường có các loài cây gỗ lớn thuộc họ Dầu (Dipterocarpaceae), họ Đậu (Fabaceae). Tiếp theo là rừng lá kim, chủ yếu xuất hiện ở các vùng cao nguyên như Đà Lạt, với các loài thông là ưu thế. Ngoài ra, rừng hỗn giao gỗ tre nứa cũng là một kiểu thảm thực vật quan trọng, thường là trạng thái rừng thứ sinh sau các tác động của con người. Bên cạnh đó, còn có rừng nửa rụng lá và rừng rụng lá (rừng khộp) ở những khu vực khô hạn hơn. Mỗi kiểu hệ sinh thái có những đặc trưng riêng về tổ thành loài cây, cấu trúc tầng tán và động thái phát triển, đòi hỏi các phương pháp quản lý và bảo tồn đa dạng sinh học riêng biệt.

II. Phân tích các thách thức lớn gây suy thoái rừng tự nhiên

Rừng tự nhiên tại Nam Trung Bộ và Tây Nguyên đang đối mặt với nhiều áp lực nghiêm trọng, dẫn đến tình trạng suy thoái rừng cả về diện tích và chất lượng. Nguyên nhân chính xuất phát từ các hoạt động của con người và tác động của biến đổi khí hậu. Việc khai thác gỗ trái phép, chuyển đổi đất rừng sang mục đích nông nghiệp, và các tập quán canh tác lạc hậu như du canh du cư đã phá vỡ cấu trúc tầng tán, làm giảm mật độ cây gỗ và chia cắt các hệ sinh thái. Luận văn của Thái Văn Thành (2011) chỉ ra rằng, "diện tích rừng tự nhiên hiện có đa phần là rừng nghèo, rừng kém chất lượng, cấu trúc rừng ở nhiều nơi đã bị phá vỡ". Tình trạng này không chỉ làm mất đi các loài cây gỗ quý hiếm mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng phòng hộ đầu nguồn, điều tiết nguồn nước và bảo vệ đất. Hậu quả là các hiện tượng xói mòn, lũ lụt, hạn hán ngày càng trở nên khắc nghiệt. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu với sự gia tăng nhiệt độ và thay đổi chế độ mưa cũng đang tác động mạnh mẽ đến các hệ sinh thái rừng. Nó làm tăng nguy cơ cháy rừng, tạo điều kiện cho sâu bệnh hại phát triển, và làm thay đổi quy luật tái sinh tự nhiên của nhiều loài cây. Việc giải quyết những thách thức này đòi hỏi một cách tiếp cận tổng thể, kết hợp giữa các giải pháp kỹ thuật lâm sinh và chính sách quản lý tài nguyên hiệu quả.

2.1. Tác động của con người đến cấu trúc và đa dạng sinh học

Hoạt động của con người là yếu tố trực tiếp và mạnh mẽ nhất gây ra suy thoái rừng. Việc khai thác chọn không theo quy hoạch, chỉ tập trung vào các loài có giá trị kinh tế cao, đã làm thay đổi nghiêm trọng tổ thành loài cây, khiến rừng mất đi các cây mẹ tốt và suy giảm nguồn gen. Điều này dẫn đến cấu trúc phân bố đường kính N-D bị biến dạng, thường có dạng hình răng cưa, thiếu vắng các cây gỗ lớn. Ngoài ra, việc phát quang lớp cây bụi, thảm tươi để lấy đất canh tác đã phá hủy môi trường sống của lớp cây tái sinh và các loài động vật, làm giảm mạnh đa dạng sinh học. Các công trình thủy điện, đường giao thông cắt ngang qua các cánh rừng cũng gây ra hiện tượng phân mảnh sinh cảnh, cô lập các quần thể và cản trở quá trình trao đổi di truyền. Những tác động này không chỉ làm suy giảm chất lượng rừng mà còn phá vỡ các mối quan hệ sinh thái phức tạp, ảnh hưởng đến sự ổn định lâu dài của toàn bộ hệ sinh thái rừng.

2.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến hệ sinh thái rừng

Biến đổi khí hậu đang đặt ra những thách thức chưa từng có đối với các hệ sinh thái rừng nhiệt đới. Sự gia tăng nhiệt độ và các đợt hạn hán kéo dài làm tăng nguy cơ cháy rừng, đặc biệt ở các kiểu rừng rụng lá và rừng trồng. Cháy rừng không chỉ tiêu hủy sinh khối rừng mà còn làm thay đổi cấu trúc đất, tiêu diệt lớp cây tái sinh và hạt giống trong đất. Lượng mưa thay đổi thất thường cũng ảnh hưởng đến chu kỳ ra hoa, kết quả của nhiều loài cây, tác động trực tiếp đến quá trình tái sinh tự nhiên. Các loài cây có biên độ sinh thái hẹp, thích nghi với điều kiện khí hậu ổn định, có nguy cơ tuyệt chủng cao. Hơn nữa, điều kiện thời tiết khắc nghiệt còn tạo môi trường thuận lợi cho các loài sâu bệnh hại phát triển, có thể gây ra dịch bệnh trên diện rộng, làm suy yếu và chết hàng loạt cây gỗ, đe dọa nghiêm trọng đến công tác bảo tồn đa dạng sinh học và sự bền vững của tài nguyên rừng.

III. Phương pháp phân tích tổ thành loài cây và đa dạng sinh học

Để đánh giá chính xác cấu trúc rừng tự nhiên, việc phân tích tổ thành loài cây và đa dạng sinh học là bước đi nền tảng. Nghiên cứu của Thái Văn Thành (2011) đã áp dụng các phương pháp định lượng hiện đại trên các ô định vị nghiên cứu sinh thái (ÔĐVNCST) tại Gia Lai, Kon Tum, Khánh Hòa và Bình Định. Phương pháp cốt lõi để xác định vai trò của các loài trong quần xã là tính toán chỉ số giá trị quan trọng (IV%). Chỉ số này được tổng hợp từ tỷ lệ phần trăm về số cây và tỷ lệ phần trăm về tiết diện ngang của mỗi loài, cho phép xác định các loài cây ưu thế một cách khách quan. Những loài có IV% > 5% được xem là có ý nghĩa sinh thái thực sự trong lâm phần. Ví dụ, tại ô nghiên cứu ở Kon Tum, các loài như Chò chai (Shorea roxburghii) và Ươi (Scaphium macropodum) có chỉ số IV% rất cao, cho thấy vai trò vượt trội của chúng. Dựa trên kết quả này, công thức tổ thành được xây dựng, phản ánh cấu trúc cốt lõi của thảm thực vật rừng. Bên cạnh đó, mức độ đa dạng sinh học được lượng hóa thông qua các chỉ số kinh điển như chỉ số Shannon-Wiener (H') và chỉ số Simpson (D). Các chỉ số này không chỉ đo lường số lượng loài mà còn tính đến sự đồng đều về số lượng cá thể giữa các loài, cung cấp một cái nhìn toàn diện về sự phong phú và ổn định của hệ sinh thái rừng.

3.1. Xác định các loài cây ưu thế qua chỉ số giá trị quan trọng IV

Chỉ số giá trị quan trọng (IV%) là một công cụ hiệu quả để xác định các loài cây ưu thế trong một quần xã thực vật. Theo phương pháp của Daniel Marmillod, IV% được tính bằng trung bình cộng của phần trăm số cây và phần trăm tiết diện ngang của một loài so với tổng thể. Kết quả từ luận văn cho thấy, mỗi khu vực nghiên cứu có một nhóm loài cây ưu thế khác nhau. Tại Gia Lai, các loài như Lèo heo (Knema globularia) và Gội nếp (Aglaia gigantea) chiếm ưu thế. Trong khi đó, ở Khánh Hòa, Trâm trắng (Syzygium zeylanicum) và Thị rừng (Diospyros sp.) lại đóng vai trò chủ đạo. Việc xác định chính xác các loài ưu thế này có ý nghĩa quan trọng trong việc định hướng kinh doanh và bảo tồn. Nó giúp nhận diện các loài chủ chốt duy trì cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái rừng, đồng thời là cơ sở để xây dựng các mô hình lâm sinh nhằm phát triển các loài cây mục tiêu, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và sinh thái của rừng.

3.2. Đánh giá đa dạng sinh học qua chỉ số Shannon và Simpson

Để đánh giá mức độ phong phú và đồng đều của các loài, các chỉ số đa dạng sinh học như Shannon-Wiener (H') và Simpson (D) được sử dụng rộng rãi. Chỉ số Shannon-Wiener nhạy cảm với sự thay đổi của các loài hiếm, trong khi chỉ số Simpson lại nhấn mạnh hơn vai trò của các loài phổ biến. Nghiên cứu trên các ô định vị cho thấy sự khác biệt rõ rệt về mức độ đa dạng. Ô nghiên cứu tại Bình Định (428-89) có chỉ số H' cao nhất (3,8262), cho thấy một hệ sinh thái rừng rất đa dạng và ổn định. Ngược lại, ô tại Khánh Hòa (149-90) có chỉ số H' thấp nhất (2,7466), phản ánh sự ưu thế của một vài loài và mức độ đa dạng thấp hơn. Kết quả so sánh thống kê (kiểm định t) cũng khẳng định sự khác biệt có ý nghĩa về đa dạng sinh học giữa các khu vực. Những con số này cung cấp bằng chứng định lượng quan trọng cho các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong việc ưu tiên các khu vực cần được bảo tồn đa dạng sinh học khẩn cấp.

IV. Cách xác định cấu trúc không gian rừng ngang và thẳng đứng

Việc nghiên cứu cấu trúc không gian rừng là chìa khóa để hiểu rõ sự phân bố và cạnh tranh của các cá thể cây gỗ. Cấu trúc không gian bao gồm hai thành phần chính: cấu trúc thẳng đứng (phân tầng) và cấu trúc ngang (phân bố theo diện tích). Cấu trúc thẳng đứng của rừng tự nhiên Nam Trung Bộ và Tây Nguyên thường phức tạp, điển hình cho một rừng lá rộng thường xanh nhiệt đới với 3 đến 5 tầng tán. Thái Văn Trừng (1978) đã phân chia thành 5 tầng: tầng vượt tán (A1), tầng ưu thế sinh thái (A2), tầng dưới tán (A3), tầng cây bụi (B) và tầng cỏ quyết (C). Sự phân tầng này tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng và không gian sống. Trong khi đó, cấu trúc ngang được đặc trưng bởi quy luật phân bố đường kính N-D, tức là mối quan hệ giữa số cây và các cấp đường kính. Đối với rừng tự nhiên hỗn loài, khác tuổi, quy luật này thường tuân theo dạng đường cong giảm (hàm Meyer), nghĩa là số lượng cây ở các cấp đường kính nhỏ rất lớn và giảm dần ở các cấp đường kính lớn. Việc mô hình hóa quy luật này giúp ước tính trữ lượng, dự báo tăng trưởng và lập kế hoạch khai thác chọn một cách khoa học, đảm bảo duy trì một cấu trúc tầng tán hợp lý và thúc đẩy tái sinh tự nhiên.

4.1. Phân tích cấu trúc tầng tán và sự phân bố theo chiều cao

Cấu trúc tầng tán là biểu hiện rõ nét của cấu trúc thẳng đứng, phản ánh sự phân hóa về chiều cao của các cây gỗ trong rừng. Việc phân tích cấu trúc này thường được thực hiện thông qua vẽ các phẫu đồ rừng hoặc phân tích biểu đồ phân bố số cây theo chiều cao (N-H). Rừng ở trạng thái ổn định thường có 3 tầng cây gỗ rõ rệt. Tầng trên cùng, hay tầng ưu thế, bao gồm các cây gỗ lớn, quyết định độ tàn che của lâm phần. Tầng giữa là các cây gỗ có kích thước trung bình, đang trong giai đoạn sinh trưởng mạnh. Tầng dưới cùng bao gồm các cây gỗ nhỏ và lớp cây tái sinh, chờ đợi cơ hội để vươn lên khi có khoảng trống tán. Một cấu trúc tầng tán hợp lý với nhiều lớp kế thừa sẽ đảm bảo tính ổn định và khả năng phục hồi liên tục của rừng. Phân tích cấu trúc này giúp các nhà lâm học xác định cần tác động vào tầng nào để thúc đẩy sinh trưởng của các cây mục tiêu hoặc tạo điều kiện cho tái sinh tự nhiên phát triển.

4.2. Quy luật phân bố đường kính N D và mật độ cây gỗ

Quy luật phân bố đường kính N-D là một trong những đặc điểm lâm học cơ bản và quan trọng nhất của một lâm phần. Nó mô tả số lượng cây phân bố trong từng cấp đường kính cụ thể. Trong các khu rừng tự nhiên hỗn loài tại Việt Nam, phân bố này thường có dạng đường cong giảm liên tục, có thể mô phỏng bằng hàm Meyer (y = α.e^-βx) hoặc hàm Weibull. Đường cong này cho thấy một số lượng lớn cây con và cây non ở các cấp kính nhỏ, đảm bảo nguồn cây kế cận dồi dào để thay thế các cây già cỗi bị chết đi. Tuy nhiên, các hoạt động khai thác không bền vững có thể làm biến dạng đường cong này, tạo ra sự thiếu hụt ở một số cấp kính nhất định. Việc duy trì mật độ cây gỗ hợp lý và một đường cong phân bố N-D lý tưởng là mục tiêu quan trọng của quản lý rừng bền vững. Nó không chỉ đảm bảo sản lượng gỗ ổn định mà còn duy trì sự cân bằng của hệ sinh thái rừng.

V. Hướng dẫn giải pháp bảo tồn và thúc đẩy tái sinh tự nhiên

Dựa trên các phân tích chi tiết về cấu trúc rừng tự nhiên, việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh là bước đi tất yếu nhằm bảo tồn đa dạng sinh học và quản lý tài nguyên bền vững. Một trong những ưu tiên hàng đầu là thúc đẩy tái sinh tự nhiên, vì đây là con đường phục hồi rừng hiệu quả và ít tốn kém nhất. Nghiên cứu cho thấy, quá trình tái sinh chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các yếu tố như độ tàn che, độ dày thảm mục và sự cạnh tranh của cây bụi, thảm tươi. Do đó, các biện pháp tác động cần hướng tới việc tạo ra các điều kiện thuận lợi cho cây con phát triển. Khai thác chọn theo phương pháp tạo "lỗ trống" trong tán rừng có thể cung cấp đủ ánh sáng cho các loài cây ưa sáng tái sinh. Bên cạnh đó, cần phát dọn dây leo, cây bụi xâm lấn ở những nơi có mật độ cây tái sinh mục tiêu cao. Đối với công tác bảo tồn đa dạng sinh học, cần thiết lập các khu vực bảo vệ nghiêm ngặt cho những hệ sinh thái rừng có chỉ số đa dạng cao, đồng thời xây dựng các hành lang sinh học để kết nối các mảnh rừng bị chia cắt. Việc nuôi dưỡng và làm giàu rừng bằng cách trồng bổ sung các loài cây gỗ quý, hiếm, có giá trị kinh tế và sinh thái cao cũng là một giải pháp quan trọng nhằm phục hồi tổ thành loài cây và nâng cao chất lượng rừng.

5.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tái sinh tự nhiên

Quá trình tái sinh tự nhiên là một quá trình sinh học phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Ánh sáng là nhân tố khống chế quan trọng nhất. Theo Thái Văn Trừng (1978), ánh sáng điều khiển quá trình tái sinh trong rừng. Môi trường dưới tán rừng, bao gồm độ ẩm đất, nhiệt độ và độ dày thảm mục, cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng nảy mầm của hạt và sự sống sót của cây mầm. Cây mẹ là nguồn cung cấp hạt giống, do đó, sự hiện diện và phân bố của cây mẹ quyết định tổ thành loài cây của thế hệ tái sinh. Nghiên cứu của Vũ Tiến Hinh (1991) chỉ ra mối quan hệ chặt chẽ giữa hệ số tổ thành của tầng cây cao và tầng tái sinh. Ngoài ra, sự cạnh tranh từ thảm cỏ, cây bụi và các tác động từ động vật (ăn hạt, dẫm đạp cây con) cũng là những nhân tố cần được xem xét. Hiểu rõ các yếu tố này là cơ sở để thiết kế các biện pháp lâm sinh tác động một cách khoa học và hiệu quả.

5.2. Đề xuất biện pháp lâm sinh nhằm phục hồi cấu trúc rừng

Để phục hồi cấu trúc rừng tự nhiên đã bị suy thoái, cần áp dụng đồng bộ các biện pháp kỹ thuật lâm sinh. Thứ nhất, áp dụng phương thức khai thác chọn bền vững, điều chỉnh cường độ khai thác để duy trì một cấu trúc tầng tán và đường cong phân bố đường kính N-D hợp lý. Thứ hai, thực hiện các biện pháp nuôi dưỡng rừng như loại bỏ cây cong queo, sâu bệnh, cây phi mục đích để tập trung sinh trưởng cho các cây có giá trị. Thứ ba, làm giàu rừng bằng cách trồng bổ sung các loài bản địa có giá trị kinh tế và sinh thái cao, đặc biệt là các loài đang bị suy giảm. Thứ tư, khoanh nuôi, xúc tiến tái sinh tự nhiên bằng cách bảo vệ nghiêm ngặt khu vực, kết hợp với các biện pháp phát quang dây leo, xới đất cục bộ để tạo điều kiện cho hạt nảy mầm. Các biện pháp này cần được thực hiện dựa trên kết quả điều tra, đánh giá hiện trạng cụ thể của từng lô rừng, nhằm đảm bảo hiệu quả và tính bền vững lâu dài.