Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Quan điểm cấu trúc quần xã thực vật rừng Theo quan điểm của các ngành lâm sinh, cấu trúc rừng (forest structure) là sự sắp xếp tổ chức nội bộ các thành phần trong hệ sinh thái rừng mà qua đó các loài có đặc tính sinh thái khác nhau có thể chung sống hài hòa và đạt tới sự ổn định tương đối trong một giai đoạn phát triển nhất định của tự nhiên [27]. Cũng theo quan điểm này, Phùng Ngọc Lan (1986) [22] cho rằng: cấu trúc rừng là một khái niệm dùng để chỉ quy luật sắp xếp các 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) [12], cấu trúc là sự phân bố kích thước của các loài và cá thể trên diện tích rừng. Như vậy, cấu trúc lớp thảm thực vật là kết quả của qúa trình chọn lọc tự nhiên, là sản phẩm của quá trình đấu tranh sinh tồn giữa thực vật với thực vật và giữa thực vật với hoàn cảnh sống. Do đó, cấu trúc phản ánh mối quan hệ giữa sinh vật với nhau và giữa sinh vật với môi trường. Trên quan điểm sinh thái thì cấu trúc chính là hình thức bên ngoài phản ánh nội dung bên trong của hệ sinh thái.
Trên quan điểm sản lượng rừng thì cấu trúc rừng phản ánh sức 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 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. Nghiên cứu về cấu trúc rừng 1.
Trên thế giới 1. Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N-D1.3) Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính là quy luật sắp xếp tổ hợp các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng theo không gian và thời gian. Đây là quy luật cơ bản nhất của kết cấu lâm phần. Hầu hết các tác giả này đều sử dụng hàm toán học để mô phỏng cho quy luật phân bố này.
Có thể điểm qua một số công trình tiêu biểu như sau: Meyer (1934), sử dụng các phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục để mô tả phân bố số cây theo cỡ đường kính, về sau gọi là phương trình Meyer hay hàm Meyer (dẫn theo Hoàng Thị Phương Lan, 2004 [21]).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 hàm Hyperbol, họ đường cong Poisson, phân bố Poisson, hàm charlier A, hàm charlier B,… để mô phỏng quy luật phân bố này. Quy luật phân bố số cây theo cỡ chiều cao (N-Hvn) Quy luật phân bố số cây theo cỡ chiều cao dùng để biểu thị quy luật kết cấu lâm phần theo chiều thẳng đứng. Phương pháp kinh điển được nhiều nhà khoa học sử dụng là vẽ phẫu đồ đứng mà điển hình là công trình của Richards (1952) [34].
Hình thái phân bố cây trên mặt đất Đây là vấn đề được rất nhiều nhà sinh thái học và lâm học quan tâm trong nghiên cứu sinh thái quần thể, cụ thể là một số công trình sau: Các phương pháp được tiến hành với mẫu là những ô vuông có độ lớn xác định. Nói chung, đây là những phương pháp đơn giản nhưng có độ chính xác lại phụ thuộc vào độ lớn của các ô vuông. Mức độ phù hợp theo tiêu chuẩn χ2 thường phụ thuộc vào hệ số gộp tổ đối của các tổ có tần số lý thuyết nhỏ hơn 5. Như trong công trình Greig – Smith (1957) đã đề cập đến một số phương pháp hình vuông và khoảng cách.
Blackman (1935) và một số tác giả khác thì sử dụng phân bố χ2 để so sánh phân bố thực nghiệm. Moore (1953) sử dụng tiêu chuẩn I-Test. Tiêu chuẩn này dựa vào tần số của tổ thứ nhất và thứ 3 trong bảng phân bố thực nghiệm. David và Moore (1954) đề nghị sử dụng chỉ số nhóm (Idex of Clumping).
Tiêu chuẩn này chủ yếu phụ thuộc vào hệ số biến động (dẫn theo Nguyễn Hải Tuất, 2007 [47]). Mc Ginneig (1936) sử dụng tỷ số bình phương chênh lệch giữa mật độ lý thuyết và thực tế với bình phương của mật độ lý thuyết. Hopkin (1854) sử dụng quan hệ giữa bình phương trung bình khoảng cách từ những điểm chọn xác định trên cây bên cạnh và trung bình bình phương khoảng cách từ cây chọn ngẫu nhiên đến cây bên lân cận. 6 Những phương pháp này tương đối đơn giản và chủ yếu là dựa vào mẫu các ô quan sát ngẫu nhiên hoặc khoảng cách giữa các cây trong quần thể, một số nhà lâm học nước ta đã vận dụng phương pháp này để kiểm tra hình thái phân bố nhiều loại rừng khác nhau (dẫn theo Nguyễn Hải Tuất, 2007 [47]).
Phân loại rừng Năm 1960, Loestchau đã đưa hệ thống phân loại rừng theo trạng thái hiện tại để đáp ứng các khâu điều tra rừng gỗ nhỏ ở Quảng Ninh. Năm 1966 công trình đã được chính tác giả bổ sung mang tên: Phân chia kiểu trạng thái và phương hướng kinh doanh rừng hỗn giao thường xanh lá rộng nhiệt đới. Sau khi được sử dụng phổ biến, Viện Điều tra quy hoạch rừng đã có những cải tiến hệ thống phân loại phù hợp hơn với đặc điểm rừng nước ta. Thái Văn Trừng (1978) [39] đưa ra hệ thống phân loại sinh thái phát sinh, tác giả chia rừng Việt Nam thành 14 kiểu thảm thực vật, nhưng các đơn vị cấp thấp phục vụ cho kinh doanh lợi dụng rừng chưa được nghiên cứu đầy đủ.Thomoius (1978) đã căn cứ vào chỉ số khô hạn của M.I Buduko (1956) để sắp xếp rừng Việt Nam thành 16 dạng thực bì trong đó có 12 dạng thực bì khí hậu, 4 dạng thực bì thổ nhưỡng.
Nguyễn Hồng Quân, Trương Hồ Tố, Hồ Viết Sắc (1981) [50] đã dựa vào các chỉ tiêu chính: Trạng thái hiện tại, mức độ bị tác động, cấp sản xuất của lâm phần và các chỉ tiêu phụ: Khả năng tái sinh tự nhiên, tình trạng đất đai (độ dốc và độ dày tầng đất) tiến hành phân loại rừng Khộp (Rừng thưa lá rộng rụng lá) nhằm phục vụ cho công tác điều chế rừng Khộp. Vũ Đình Huề (1984) [15] đã đề nghị lấy kiểu rừng (Forest type) làm đơn vị phân loại trên chỉ tiêu phụ: Khả năng tái sinh tự nhiên, tình hình đất đai (độ dốc và độ dày tầng đất) cơ sở hai chỉ tiêu là trạng thái rừng loại hình xã hợp thực vật. Vũ Biệt Linh (1984) [49] khi bàn về vấn đề phân chia rừng theo hệ thống phân loại kinh doanh đã được xác định cho rằng cần phân chia rừng và đất rừng 7 theo mục đích, nội dung, phương thức, biện pháp kinh doanh, tạo điều kiện kinh doanh có hiệu quả. Vũ Đình Phương (1985 – 1988) [29], [30], [31] đã dựa vào 5 nhân tố là nhóm sinh thái tự nhiên, các giai đoạn phát triển và sinh thái rừng, khả năng tái sinh bằng con đường tái sinh tự nhiên, đặc điểm địa hình, thổ nhưỡng để phân chia rừng thành các lô rừng khác nhau phục vụ thiết thực cho công tác điều chế rừng ở các khu rừng Tây Nguyên và Quảng Ninh, rất hiệu quả khi cường độ kinh doanh cao.
Bảo Huy (1993) [17] đã xác định trạng thái rừng hiện tại của các lâm phần rừng Bằng lăng (Largerstroe miacaliculata Krus) ở Tây Nguyên theo hệ thống phân loại của Loestchau, tác giả cũng xác định các loại hình xã hợp thực vật với các ưu hợp khác nhau thông qua trị số IV%. Như vậy, nhiều tác giả trong nước và ngoài nước đều cho rằng việc phân chia loại hình rừng tự nhiên ở nước ta là rất cần thiết đối với việc nghiên cứu cũng như trong sản xuất, đặc biệt là bảo tồn sinh học. Nhưng căn cứ mục tiêu đề ra để xây dựng các phương pháp khác nhau với mục đích làm rõ thêm các đặc điểm của đối tượng nghiên cứu. Cấu trúc của thảm thực vật rừng đã đặt nền móng cho việc phân chia rừng tự nhiên ở nước ta một cách tổng quát.
Phương pháp phân chia loại hình rừng của Loetschau đơn giản dễ sử dụng và không đòi hỏi người thực hiện phải có trình độ cao, rất hữu hiệu trong thống kê tài nguyên rừng nhưng lại không định hướng được cho các biện pháp kỹ thuật lâm sinh tác động vào đối tượng. Phương pháp của Vũ Đình Phương tỉ mỉ hơn và cho ta những thông số về thực trạng rừng hiện tại không chỉ ở góc độ về trữ lượng. Vì vậy, người quản lý dễ phác họa được các biện pháp quản lý lâm sinh tác động vào rừng. Phương pháp này tỏ ra hữu hiệu ở nơi có trình độ kinh doanh cao và tương đối ổn định [35].
Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N – D1.3) Ở nước ta, trong những năm qua nhiều nhà Lâm học đã có những đóng góp quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc nhất là rừng tự nhiên. Cụ thể: 8 Đồng Sỹ Hiền (1974) [10] dùng hàm Meyer và họ đường cong Poisson để nắn phân bố thực nghiệm số cây theo đường kính làm cơ sở cho việc lập biểu thể tích và độ thon cây đứng rừng tự nhiên miền Bắc Việt Nam. Nguyễn Hải Tuất (1975, 1982, 1990) [43], [44], [45] đã sử dụng hàm phân bố giảm, phân bố khoảng cách để biểu diễn cấu trúc rừng thứ sinh và vận dụng quá trình Poisson vào nghiên cứu cấu trúc quần thể. Nguyễn Văn Trương (1983) [40] đã thử nghiệm các hàm mũ, Logarit và phân bố Poisson để biểu thị cấu trúc số cây theo cấp kính của rừng tự nhiên hỗn loài.
Kết quả cho thấy chỉ có riêng phân bố Poisson không đem lại hiệu quả cao. Bảo Huy (1988, 1993) [16], [17] thử nghiệm 5 dạng phân bố lý thuyết là Poisson, khoảng cách, hình học, Meyer, Weibull để mô phỏng cấu trúc rừng Bằng Lăng ở Tây Nguyên. Trần Văn Con (1991), Lê Minh Trung (1991) [38] đã thử nghiệm một số phân bố xác suất mô tả phân bố N – D1.3 đều cho nhận xét là phân bố Weibull thích hợp nhất cho rừng tự nhiên ở Đắc Lắc.