Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu về động thái cấu trúc rừng a. Nghiên cứu về động thái cấu trúc rừng Nghiên cứu về động thái cấu trúc rừng trên thế giới gần đây rất được quan tâm, và được tập trung cho nhiều đối tượng rừng.
Cụ thể có các tác giả: Boerner (1981), nghiên cứu động thái cấu trúc rừng Thông New Jrersey sau xử lý các thảm vật liệu cháy. Mark Cowell and James J, nghiên cứu cấu trúc, lịch sử và động thái rừng Sồi trưởng thành ở tây Ấn độ [60]. Nghiên cứu động thái rừng ở vùng đất thấp Bolivia, chỉ ra tính đa dạng các loài thực vật, sự hợp thành cấu trúc theo những điều kiện hoàn cảnh chính. Nghiên cứu hướng vào những nhân tố điều khiển tính đa dạng, sự phong phú và phân bố các loài trong quần thể rừng trên những vùng rộng.
(1991), Tầm quan trọng của nghiên cứu lâu dài động thái rừng trong lô lớn. Năm 1992, tiếp tục nghiên cứu dài hạn về lịch sử và đời sống động thái cây rừng. Nghiên cứu cấu trúc và động thái trong thời kì 16 năm (1982 -1998) loài Tùng bách với những cây có chiều cao 2m trở lên dưới rừng hỗn giao Bắc Nhật Bản của viện nghiên cứu ôn đới, Đại học Hokkaido, Sapporo 060 0819 Nhật Bản, … Tổng mật độ năm 1982 thấp hơn 651 cây/ha và được so sánh với các khu rừng khác ở trong nước. Nghiên cứu cấu trúc và động thái trên 1 ha rừng phía tây nam Nhật Bản tiến hành điều tra trên những cây có đường kính ngang ngực trên 5cm vào năm 1998 và 2001.
Số lượng cây mất đi hàng năm chiếm 1.54% và cao hơn lượng cây được bổ sung (1,32%). Với khu rừng tốt thì cho kết quả ngược lại, sự phân bố tần số lớp cây có đường kính được kì vọng đảm bảo số lượng trong quần thể và chiếm ưu thế trong tương lai. 3 4 Đóng góp chính tới sự nghiên cứu động thái rừng bởi việc xem xét ba đề tài quan trọng: - Ảnh hưởng tổng hợp của các nhân tố chính: gió, lửa, động vật ăn cỏ lên xu hướng diễn thế và những cấu trúc đặc trưng của rừng. - Sự tương tác của loài rụng lá hàng năm và những loài thường xanh tới sự hình thành thảm rừng, ảnh hưởng tới môi trường và sự biến động.
- Ý nghĩa của hệ thống không gian và thời gian với đánh giá toàn bộ những biến động. Nghiên cứu quan trọng về cấu trúc rừng là việc mô tả bằng phương pháp định lượng với sự hỗ trợ của thống kê toán học và tin học, trong đó việc mô hình hóa cấu trúc rừng, xác lập mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu có kết quả. Vấn đề về cấu trúc không gian và thời gian của rừng được các tác giả tập trung nghiên cứu nhiều nhất. Có thể kể đến một số tác giả tiêu biểu như: B.Rollet (1971) đã biểu diễn quan hệ chiều cao - đường kính ngang ngực, đường kính tán - đường kính ngang ngực bằng các hàm hồi quy; phân bố đường kính tán, đường kính thân cây dưới dạng các phân bố xác suất; Balley (1973) mô hình hóa cấu trúc thân cây với phân bố số cây theo đường kính (N/D) bằng hàm Weibull.
Nhiều tác giả khác dùng hàm Schumacher, hyperbol, hàm mũ, Poison, Charlier,… để mô hình hóa cấu trúc rừng ( dẫn theo Trần Văn Con, 2001, [5]). Một vấn đề liên quan đến nghiên cứu cấu trúc rừng đó là việc phân loại rừng theo cấu trúc ngoại mạo hay ngoại mạo sinh thái [12]. Cở sở phân loại rừng theo xu hướng này là đặc điểm phân bố, dạng sống ưu thế, cấu trúc tầng thứ và một số đặc điểm hình thái khác của quần xã thực vật rừng. Tiêu biểu cho hệ thống phân loại rừng theo xu hướng này khi nghiên cứu ngoại mạo của quần xã thực vật đã không tách rời khỏi hoàn cảnh của nó và do vậy hình thành một hướng phân loại theo ngoại mạo sinh thái.
Khác với xu hướng phân loại rừng theo cấu trúc và ngoại mạo chủ yếu mô tả rừng ở trạng thái tĩnh. Trên cơ sở nghiên cứu rừng ở trạng thái động Melekhov [12] đã nhấn mạnh sự biến đổi của rừng theo thời gian, đặc biệt là sự biến đổi của tổ thành loài cây trong lâm phần qua các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát sinh và phát triển của rừng. Các kiến thức về không gian và thời gian là cơ sở để xây 4 5 dựng mô hình cấu trúc định hướng và đề xất giải pháp xử lý lâm sinh để hướng rừng đến cấu trúc định hình đó. Nghiên cứu về tăng trưởng rừng Về nghiên cứu sinh trưởng, tăng trưởng: đã có nhiều nghiên cứu về sinh trưởng và tăng trưởng nhưng hầu hết tập trung chủ yếu nghiên cứu sinh trưởng, tăng trưởng cho lâm phần thuần loài đều tuổi, phần lớn các nghiên cứu đều xây dựng thành mô hình toán học chặt chẽ, có thể điểm qua một số công trình: Meyer (1952), Meyer, Stevenson (1943), Schumacher& Coile (1960), Fao (1980)… Các công trình nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc và tăng trưởng rừng nói chung và cho rừng nhiệt đới nói riêng đã có nhiều kết quả khả quan, đặt nền móng vững chắc cho những nghiên cứu tiếp theo về lĩnh vực này.
Tuy nhiên trong số các nghiên cứu này, chỉ có một số công trình nào đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc về tăng trưởng để phục vụ kinh doanh, về nghiên cứu tăng trưởng chủ yếu tập trung vào đối tượng là rừng thuần loài đều tuổi, do đó đề tài này sẽ giúp cho việc định hướng, xác định một số nội dung nghiên cứu cơ bản nhằm đề xuất giải pháp kỹ thuật lâm sinh cho đối tượng cụ thể. Nghiên cứu về động thái tái sinh rừng Lịch sử nghiên cứu tái sinh rừng tự nhiên trên thế giới đã trải qua hàng trăm năm nhưng đối với rừng nhiệt đới mới chỉ đề cập đến từ những năm 1930 trở lại đây. Tái sinh rừng là một quá trình sinh học mang tính đặc thù của hệ sinh thái rừng, biểu hiện của nó là sự xuất hiện của một thế hệ cây con của những loài cây gỗ ở những nơi còn 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 thế hệ cây già cỗi.
Vì vậy tái sinh từng 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 hiệu quả tái sinh rừng được xác định bởi mật độ, tổ thành loài cây, cấu trúc tuổi, chất lượng cây con, đặc điểm phân bố. Sự tương đồng hay khác biệt giữa tổ thành lớp cây tái sinh và tầng cây gỗ lớn đã được nhiều nhà khoa học quan tâm Mibbread, 1930; Richards, 1933; 1939; 5 6 Aubreville, 1938; Beard, 1946; Lebrun và Gilbert, 1954; Jones, 1955-1956; Schultz, 1960; Baur, 1964; Rollet, 1969) [56, 57, 60]. Do tính chất 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 nhất định.
Quá trình tái sinh tự nhiên ở rừng nhiệt đới rất phức tạp và còn ít được nghiên cứu. Phần lớn tài liệu nghiên cứu về tái sinh tự nhiên của rừng mưa thường chỉ tập trung vào một số loài cây có giá trị kinh tế dưới điều kiện rừng đã ít nhiều bị biến đổi. Van Steenis (1956) đã nghiên cứu hai đặc điểm tái sinh phổ biến của rừng mưa nhiệt đới là tái sinh phân tán liên tục của các loài cây chịu bóng và tái sinh vệt của các loài cây ưa sáng. Một số công trình nghiên cứu về động thái tái sinh như: DF Greene, JC Zasada, L Sirois, D Kneeshaw, H …( 1999) nghiên cứu động thái tái sinh rừng ở Bắc Mỹ.
Griffiths, Megan nghiên cứu ảnh hưởng những chỗ trống đến động thái tái sinh lớp cây tầng dưới rừng cồn cát ven biển cận nhiệt đới. Lars Lundqvist A nghiên cứu động thái tái sinh trong rừng vân sam khác tuổi ở phía Bắc Thụy Điển (2002). Động thái tái sinh rừng rậm thứ sinh sau khai thác tại Vale lµm Rio Doce S. Đóng góp lớn trong nghiên cứu động thái tái sinh rừng là nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình sinh trưởng, phát triển của lớp cây tái sinh.
Có rất nhiều công trình đã đề cập đến những nguyên nhân ảnh hưởng tới tái sinh tự nhiên và có thể chia thành 2 nhóm tác động chính: a/ Nhóm nhân tố sinh thái ảnh hưởng đến tái sinh rừng không có sự can thiệp của con người Nhân tố sinh thái được nhiều tác giả quan tâm và tìm hiểu là sự thiếu hụt ánh sáng của cây con dưới tán rừng. Trong rừng mưa nhiệt đới, sự thiếu hụt ánh sáng ảnh hưởng chủ yếu đến sự phát triển của cây con, còn đối với sự nảy mầm và phát triển mầm non thường không rõ, Baur G, N (1962) [56]. Cấu trúc của quần thụ ảnh hưởng đến tái sinh rừng đã được Anden, S (1981) chứng minh độ dày đầy đủ tối ưu cho sự phát triển bình thường cây gỗ là 0,6 - 0,7. Độ khép tán của quần thụ có quan hệ với mật độ và mức sống của cây con.
Trong 6 7 sự cạnh tranh giữa thực vật về dinh dưỡng, khoáng, ánh sáng, ẩm độ, thì mức độ cạnh tranh tuỳ thuộc vào đặc tính sinh vật học, tuổi của mỗi loài và điều kiện sinh thái của quần thể thực vật. b/ Nhóm nhân tố ảnh hưởng đến tái sinh có sự can thiệp của con người Hiệu quả xử lý lâm sinh trong rừng nhiệt đới được đánh giá cao. Xử lý lâm sinh tác động vào cây mục đích, tái sinh theo ý muốn. Qua đó các nhà lâm học đã xây dựng thàng công nhiều phương thức chặt tái sinh.
Theo tổng kết của FAO (1989) đã đưa ra một số kết quả: Wayatt Smith (1961-1963) với phương thức chặt rừng đều tuổi ở Mã Lai. Donis Maudouz (1951-1954) với phương thức đồng nhất hoá tầng trên ở Zava. Kennedy (1935), Taylor (1954), Jones (1960), Ayleffe (1952) với phương thức chặt dần nhiệt đới ở Trinidat. Grifith (1947), Benmerfi (1959) với phương thức chặt dần nâng cao vòm lá ở Andaman.
Đối với rừng mưa nhiệt đới có khá nhiều công trình nghiên cứu cách thức xử lý lâm sinh tại Châu Phi, Châu Mỹ, Châu Úc,. Riêng khu vực Đông Nam Á chưa được nghiên cứu nhiều. Kết quả các phương thức xử lý lâm sinh đã được Baur G, N (1962) tổng kết và đánh giá tỉ mỉ trong cuốn "Cơ sở sinh thái học của kinh doanh rừng mưa" [56].