Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu cấu trúc và tái sinh rừng trên thế giới 1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng 1. Khái niệm cơ bản về cấu trúc rừng Cấu trúc rừng là một khái niệm dùng để chỉ quy luật sắp xếp tổ hợp của các thành phần cấu tạo nên quần xã thực vật rừng theo không gian và thời gian (Phùng Ngọc Lan, 1986).
Cấu trúc rừng biểu hiện quan hệ sinh thái giữa thực vật rừng với nhau và với các nhân tố môi trường xung quanh gồm: Cấu trúc sinh thái tạo thành loài cây, dạng sống, tầng phiến; cấu trúc hình thái tầng tán rừng; cấu trúc đứng; cấu trúc theo mặt phẳng ngang (mật độ và dạng phân bố cây trong quần thể); cấu trúc theo thời gian (theo tuổi). Cấu trúc tổ thành: Tổ thành là nhân tố diễn tả số loài thamg gia và số cá thể của từng loài trong thành phần cây gỗ của rừng. Hiểu một cách khác,tổ thành cho biết sự tổ hợp và mức độ tham gia của các loài cây khác nhau trên cùng đơn vị thể tích. Trong một khu rừng nếu một loài cây nào đó chiếm trên 95% thì rừng đó được coi là rừng thuần loài, còn rừng có từ 2 loài cây trở lên với tỷ lệ sấp xỉ nhau thì là rừng hỗn loài.
Tổ thành của các khu rừng nhiệt đới thường phong phú về các loài hơn là tổ thành các loài cây của rừng ôn đới. Cấu trúc tầng thứ: Sự phân bố theo không gian của tầng cây gỗ theo chiều thẳng đứng, phụ thuộc vào đặc tính sinh thái học, nhu cầu ánh sáng của các loài tham gia tổ thành. Cấu trúc tầng thứ của các hệ sinh thái rừng nhiệt đới thước nhiều tầng thứ hơn các hệ sinh thái rừng ôn đới. Một số cách phân chia tầng tán: - Tầng vượt tán: Các loài cây vươn cao trội hẳn lên, không có tính liên tục.
- Tầng tán chính (tầng ưu thế sinh thái): Cấu tạo nên tầng rừng chính,có tính liên tục. 4 - Tầng dưới tán: Gồm những cây tái sinh và những cây gỗ ưa bóng. - Tầng thảm tươi: Chủ yếu là các loài thảm tươi. - Thực vật ngoại tầng: Chủ yếu là các loài thân dây leo.
Cấu trúc mật độ: Cấu trúc mật độ phản ánh số cây trên một đơn vị diện tích. Phản ảnh mức độ tác động giữa các cá thể trong lâm phần. Mật độ ảnh hưởng đến tiểu hoàn cảnh rừng, khả năng sản xuất của rừng. Theo thời gian, cấp tuổi của rừng thì mật độ luôn thay đổi.
Đây chính là cơ sở của việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật lâm sinh trong kinh doanh rừng. Cấu trúc rừng phản ánh điều kiện sinh thái. Cụ thể: Những nơi có điều kiện môi trường khắc nghiệt, cấu trúc rừng đơn giản chỉ gồm những loài cây chống chịu được môi trường đó. Nơi có môi trường thuận lợi, cấu trúc rừng phức tạp và gồm nhiều loài cạnh tranh, có phần cộng sinh, ký sinh (các loại rêu, địa y…).
Vùng ôn đới, cấu trúc rừng thường là thuần loài, đều tuổi, một tầng, rụng lá. Vùng nhiệt đới như Việt Nam, cấu trúc rừng tự nhiên điển hình là rừng hỗn loài, nhiều tầng, thường xanh quanh năm. Ngay trong một khu vực nhất định như ở sườn đồi, đỉnh đồi và ven khe suối cạn cũng có những kiểu thảm thực vật khác nhau. Thậm chí trong một kiểu thảm thực vật (cùng một trạng thái rừng) thì đặc điểm cấu trúc, khả năng tái sinh, mật độ cây rừng và phân bố số loài cây tại vị trí này cũng có thể hoàn toàn khác so với vị trí khác.
Điều đó đã nói lên cây rừng chịu ảnh hưởng sâu sắc của điều kiện sinh thái. Luận điểm cơ bản của kinh doanh rừng, bảo vệ, bảo tồn rừng nhiệt đới là xây dựng cho được một cấu trúc hợp lý nhất có năng suất, chất lượng cao và ổn định nhất; nghiên cứu cấu trúc rừng là nhằm hiểu rõ các quy luật tự nhiên quá trình diễn thế, sinh trưởng và phát triển rừng theo không gian và thời gian. Cơ sở sinh thái học của cấu trúc Cấu trúc rừng là một hình thái 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 kĩ thuật tác động phù hợp.N (1962) 1 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 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 xử lý đều có hai mục tiêu rõ rệt : “Mục tiêu thứ nhất là cải thiện rừng nguyên sinh vốn thường hỗn loài và không đồng tuổi bằng cách đào thải những cây quá thành thục, vô dụng để tạo không gian sống thích hợp cho các loài cây còn lại sinh trưởng; Mục tiêu thứ hai 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 những tổng kết hết sức phong phú về các nguyên lý tác động xử lý cải thiện rừng mưa, (dẫn theo Nguyễn Văn Sinh, luận văn Thạc sỹ khoa học Lâm nghiệp). Như vậy, có thể khẳng định những biện pháp kỹ thuật lâm sinh đều tác động vào cấu trúc rừng và hoàn cảnh của rừng. Khái niệm hệ 6 sinh thái được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu cấu trúc trên quan điểm sinh thái học. Quy luật phân bố số cây theo đường kính (N/D1.3) và chiều cao (N/Hvn) Quy luật phân bố số cây theo đường kính (N/D1.3): Là quy luật kết cấu cơ bản nhất của lâm phần nên được hầu hết các nhà lâm học và điều tra rừng quan tâm.
Để nghiên cứu đặc điểm của quy luật kết cấu này, hầu hết các công trình nghiên cứu đều dùng phương pháp giải tích bằng các phương trình toán học dưới dạng phân bố xác xuất khác nhau để tìm ra quy luật chung nhất. Để mô tả phân bố N/D1.3 của rừng tự nhiên, Meyer (1934) và Pradan (1949) đã sử dụng phương trình: Yi e x (1-1) Phương trình (1-1) còn được gọi là phương trình Meyer, trong đó xi và yi là trị số giữa và số cây của cỡ thứ i, và là các tham số. Để mô tả phân bố N/D1.3 lâm phần thuần loài đều tuổi, Prodan M và Patascase (1946), Bill và Kem K.A (1964) đã tiếp cận phân bố này bằng phương trình logarit chính thái. Balley (1973) sử dụng hàm Weibull biểu thị đường cong cộng dồn phần trăm số cây bằng đa thức bậc ba.
Loetschau (1973) dùng hàm Beta để nắn các phân bố thực nghiệm. Nhiều tác giả khác dùng hàm Hyperbol, hàm Poisson, hàm Logarit chuẩn, họ Pearon, hàm Weibull,… Nhìn chung, các công trình nghiên cứu về dạng phân bố đem lại kết quả toàn diện và đa dạng về quy luật kết cấu đường kính lâm phần rừng. Quy luật phân bố số cây theo chiều cao (N/Hvn): Phần lớn các tác giả khi nghiên cứu về cấu trúc lâm phần theo chiều thẳng đứng đã dựa vào phân bố số cây theo chiều cao. Phương pháp kinh điển nghiên cứu cấu trúc đứng tự nhiên là vẽ các phẫu đồ đứng.
Các phẫu đồ đã 7 mang lại hình ảnh khái quát về cấu trúc tầng tán, phân bố số cây theo chiều thẳng đứng, từ đó rút ra những nhận xét và đề xuất các ứng dụng thực tế. Phương pháp này đã được nhiều nhà nghiên cứu rừng nhiệt đới áp dụng mà điển hình là các công trình của Richarts. Nghiên cứu về tái sinh Tái sinh rừng là một quá trính sinh học mang tính đặc thù và diễn ra liên tục của hệ sinh thái rừng. Sự xuất hiện của cây con của các loài cây đang phát triển dưới tán rừng, lỗ trống trong rừng sau khai thác chọn, sau phát nương làm rẫy.
Vai trò quan trọng của lớp tái sinh này là nguồn thay thế lớp cây đã già cỗi, là quá trình phục hồi thành phần cơ bản của rừng. Theo quan điểm của các nhà lâm học thì hiệu quả tái sinh rừng là xác định được mật độ tái sinh, tổ thành loài cây, cấu trúc tuổi, chất lượng cây tái sinh (cây triển vọng), và phân bố của cây tái sinh…Sự tương đồng hay khác biệt trong tổ thành của loài cây tái sinh với tổ thành loài cây gỗ đã được các nhà khoa học quan tâm (Richards (1933, 1939)); Baur (1964). Do tính phức tạp của tổ thành loài cây, nên khi khảo sát người ta chỉ đo đếm, nghiên cứu các loài có giá trị thực tiễn và có ý nghĩa nhất định. W (1952) đã tổng kết việc nghiên cứu tái sinh trên các ÔDB và phân bố tái sinh tự nhiên ở rừng nhiệt đới.
Một số tác giả nghiên cứu tái sinh tự nhiên rừng nhiệt đới Châu Á như Bara (1954), Budowski (1956) có nhận định “dưới rừng nhiệt đới có đủ số 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”. Nhờ những nghiên cứu này nhiều biện pháp tác động vào lớp cây tái sinh đã được xây dựng và đem lại hiệu quả đáng kể. Hai đặc điểm này không 8 chỉ thấy ở rừng nguyên sinh mà còn thấy ở rừng thứ sinh, một hiện tượng khá phổ biến ở nhiều nước nhiệt đới (dẫn theo Nguyễn Mạnh Tuyên, khóa luận tốt nghiệp – Trường Đại học lâm nghiệp, 2009). 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 con, đặc điểm phân bố.
Sự tương đồng hay khác biệt giữa tổ thành lớp cây tái sinh và tầ ng cây gỗ lớn đã được nhiều nhà khoa học quan tâm (Mibbread, 1930; Richard s, 1933; 1939; Aubreville, 1938; Beard, 1946; Lebrun và Gilber, 1954; Joné, 19 55- 956; Schultz, 1960; Baur, 1964; Rollet, 1969). Do tính chất phức tạp về tổ thành loài cây, trong đó chỉ có một số loài có giá trị nên trong thực tiễn, ngườ i ta chỉ khảo sát những loài cây có ý nghĩa nhất định. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái đến tái sinh tự nhiên, nhân tố ánh sáng (thông qua độ tàn che của rừng), độ ẩm của đất, kết cấu quần thụ, cây bụi thảm tươi được đề cập thường xuyên.