Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng Cấu trúc rừng là hình thức thể hiện bên ngoài của những mối quan hệ bên trong giữa thực vật rừng với nhau và giữa chúng với môi trường. Nghiên cứu cấu trúc rừng để biết được những mối quan hệ bên trong của quần xã, từ đó có sơ sở đề xuất biện pháp tác động phù hợp.
Trong nghiên cứu cấu trúc rừng, người ta chia thành ba dạng cấu trúc là cấu trúc hình thái, cấu trúc không gian và cấu trúc thời gian. Cấu trúc tổ thành Cấu trúc tổ thành là sự tham gia của những loài cây trong lâm phần, hay nói cách khác là sự phong phú của các loài cây trong quần thụ thực vật. Tác giả đã phân biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại: (i) rừng mưa hỗn hợp có tổ thành loài cây phức tạp; và (ii) rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài cây đơn giản, trong những lập địa đặc biệt, rừng mưa đơn ưu chỉ bao gồm một vài loài cây [34]. L (1974) ở vùng nhiệt đới thành phần thực vật rất đa dạng thể hiện ở chỗ rất ít họ chiếm tỷ lệ 10% tổng số loài của hệ thực vật đó và tổng tỷ lệ phần trăm của 10 họ có số loài lớn nhất chỉ đạt 40 - 50% tổng số loài.
Trong rừng hỗn giao, nhiều loài cây gỗ lớn phân bố theo tỷ lệ khá cân bằng, tuy nhiên phần lớn trong một quần thụ thường có 1 - 2 loài chiếm ưu thế (dẫn theo tài liệu [34]). LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Laura Klappenbach (2001) cho rằng thành phần loài cây liên quan đến các loại rừng, một số khu rừng chứa đựng hàng trăm loài cây, trong đó có một số khu rừng chỉ có một ít loài. Rừng luôn luôn biến đổi và phát triển thông qua một chuỗi diễn thế, trong thời gian đó thành phần loài cây trong các khu rừng có sự thay đổi [57].
Ở châu Á, trong rừng thứ sinh nhiệt đới vùng Shanxin - Trung Quốc, Zeng và các cộng sự (1998) đã thống kê được khoảng 280 loài cây dược liệu, 80 loài cây có dầu và 20 loài cây có sợi cũng như một số loài cây gỗ có giá trị khác. Mức độ phong phú của thành phần thực vật trong rừng thứ sinh ở Nepal cũng được Kanel K. (2001) nghiên cứu, có trên 6.500 loài cây có hoa và 4.064 loài cây không hoa, trên 1.500 loài nấm và hơn 350 loài địa y. Tóm lại, các nghiên cứu từ trước đến nay của các tác giả đi trước cho thấy, lâm phần rừng tự nhiên nói chung rất đa dạng về thành phần loài thực vật.
Nhìn chung, có tới hàng trăm loài cây gỗ trong diện tích 1 ha, tuy nhiên lại rất ít loài chiếm hơn 10% tổ thành loài. Cấu trúc phân bố số cây theo cỡ đường kính Mối quan hệ giữa các nhân tố điều tra trong lâm phần là những quy luật cơ bản trong nghiên cứu kết cấu rừng được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ngày nay, bên cạnh những nghiên cứu mang tính chất định tính, các nghiên cứu cấu trúc rừng trong các thập niên gần đây có xu hướng chuyển dần từ mô tả định tính sang 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. Vấn đề về cấu trúc không gian và thời gian của rừng được các tác giả tập trung nghiên cứu nhiều nhất.
Để nghiên cứu quy luật, hầu hết các tác giả đã dùng phương pháp giải tích, tìm các phương trình toán học dưới dạng nhiều phân bố xác suất khác nhau. Phải kể đến các công trình như sau: Đầu tiên là công trình nghiên cứu của Meyer, H. A (1952) đã mô tả phân bố N/D bằng phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục. Phương trình này được gọi là phương trình Meyer [58].
Tiếp đó nhiều tác giả dùng phương trình giải tích để tìm phương trình của đường cong phân bố như Balley (1973) mô hình hóa cấu trúc phân bố số cây theo cỡ kính (N-D) bằng hàm Weibull [54]. Prodan, M và Patatscase (1964), Bill và Kem, K. (1972) sử dụng hàm Beta mô phỏng phân bố cấu trúc N/D (dẫn theo tài liệu [16]) Đặc biệt, để tăng tính mềm dẻo, một số tác giả hay dùng các hàm khác như Loetschau (1973) (dẫn theo Phạm Ngọc Giao, 1997) dùng hàm Beta để LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 nắn phân bố thực nghiệm.Z (1992) trong khi nghiên cứu 19 ô tiêu chuẩn với 60 loài cây của rừng nhiệt đới ở Maranhoo, Brazin đã dùng hàm Weibull để mô phỏng phân bố N/D1. Nhiều tác giả khác dùng hàm Hyperbol, hàm Poisson, hàm Logarith và hàm Pearson.
Nhìn chung, việc sử dụng hàm này hay hàm khác để biểu thị qui luật cấu trúc là tùy thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả, cũng như các loài cây sinh trưởng khác nhau và số liệu đo đạc ngoài thực tế. Do đường kính cây không ngừng tăng lên theo tuổi, nên phân bố đường kính của lâm phần cũng không ngừng thay đổi theo tuổi. Chính vì thế, từ các mô hình toán học đã xác định được, các nhà khoa học đã nghiên cứu sự biến đổi của quy luật phân bố số cây theo tuổi (gọi là động thái cấu trúc rừng). Quy luật phân bố số cây theo cỡ chiều cao (N/H) Phần lớn các tác giả khi nghiên cứu cấu trúc lâm phần theo chiều thẳng đứng đã dựa vào phân bố số cây theo cỡ chiều cao.
Phương pháp nghiên cứu cấu trúc đứng của rừng tự nhiên là vẽ các phẫu đồ đứng với các kích thước khác nhau tùy theo mục đích nghiên cứu. Các phẫu đồ mang lại hình ảnh khái quát về cấu trúc tầng tán, phân bố số cây theo chiều thẳng đứng từ đó rút ra các nhận xét và đề xuất ứng dụng thực tế. Phương pháp này được nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng như Rollet (1979), Meyer (1952), Richards P. Như vậy, từ các nghiên cứu định lượng cấu trúc phân bố N/D cho thấy, các nghiên cứu về phân bố số cây theo đường kính và ứng dụng của nó thường dựa vào dãy tần số lý thuyết.
Các hàm toán học được các tác giả sử LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 dụng để mô phỏng rất đa dạng và phong phú. Nhìn chung, các tác giả đều biểu diễn quy luật phân bố số cây theo đường kính dưới dạng phân bố xác suất, các hàm thường hay sử dụng như hàm Weibull, hàm mũ, hàm chuẩn, hàm Logarit, hàm Beta, hàm Gama. Nghiên cứu đa dạng loài cây Raunkiaer (1934) đã đưa ra công thức xác định phổ dạng sống chuẩn cho hàng nghìn loài cây khác nhau. Theo đó công thức phổ dạng sống chuẩn được xác định theo tỷ lệ phần trăm giữa số lượng cá thể của từng dạng sống so với tổng số cá thể trong một khu vực.
Để biểu thị tính đa dạng về loài, một số tác giả đã xây dựng các công thức xác định chỉ số đa dạng loài như Simpson (1949), Margalef (1958), Menhinik (1964), … 1. Tái sinh rừng 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 như 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 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 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 như Richards, 1933, 1939; Aubreville, 1938; Beard, 1946; Lebrun và Gilbert, 1954; 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, người ta chỉ khảo sát những loài cây có ý nghĩa nhất định. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Về phương pháp điều tra tái sinh tự nhiên, nhiều tác giả đã sử dụng cách lấy mẫu ô vuông theo hệ thống của Lowdermilk (1927), với diện tích ô đo đếm thông thường từ 1 m2 đến 4 m2. Diện tích ô đo đếm nhỏ nên thuận lợi trong điều tra nhưng số lượng ô phải đủ lớn mới phản ánh trung thực tình hình tái sinh rừng, để giảm sai số trong khi thống kê tái sinh tự nhiên, Barnard (1950) đã đề nghị một phương pháp “điều tra chẩn đoán” mà theo đó kích thước ô đo đếm có thể thay đổi tùy theo giai đoạn phát triển của cây tái sinh ở các trạng thái rừng khác nhau.
Richards (1952) đã tổng kết việc nghiên cứu tái sinh trên các ô dạng bản 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 tái sinh rừng nhiệt đới nói chung có đủ 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 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 (dẫn theo Nguyễn Văn Hồng, 2010) [17]. Van Steenis (1956) đã nghiên cứu hai đặc điểm tái sinh phổ biến của rừng nhiệt đới đó là tái sinh phân tán - liên tục và tái sinh vệt.
Hai đặc điểm này không chỉ thấy ở rừng nguyên sinh mà còn thấy cả ở rừng thứ sinh - một đối tượng rừng khá phổ biến ở nhiều nước nhiệt đới. 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.N (1952, 1964) cho rằng, trong rừng nhiệt đới nếu thiếu ánh sáng thì sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của cây con, sự nảy mầm và phát triển của cây nảy mầm thì ảnh hưởng là không rõ ràng. Ngoài ra, các tác giả nhận định: Thảm cỏ và cây bụi có ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây tái sinh. Mặc dù ở những quần thụ kín tán, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.