Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng Cấu trúc rừng được nhiều tác giả trên thế giới và Việt Nam đề cập từ đầu thế kỷ 20. Những nghiên cứu này đều có xu hướng xây dựng các cơ sở lý luận có tính khoa học phục vụ công tác quản lý kinh doanh rừng. Bước đầu đi từ định tính, sau đó đến định lượng với quy luật phát triển tự nhiên của hệ sinh thái rừng, góp phần làm sáng tỏ, giải quyết được nhiều vấn đề trong nghiên cứu khoa học và thực tiễn.
Cấu trúc rừng là hình thức biểu hiện bên ngoài của những mối quan hệ qua lại bên trong giữa thực vật với nhau và giữa chúng với môi trường sống (chủ yếu là mối quan hệ qua lại giữa các cá thể cây rừng với môi trường sống) đã tạo nên một hệ sinh thái rừng có cấu trúc ổn định, bền vững. Từ đó làm cơ sở đề xuất các biện pháp kỹ thuật tác động phù hợp vào rừng nhằm duy trì hay cải tạo mối quan hệ đó theo hướng có lợi để phát huy hết tiềm năng, chức năng của rừng phục vụ lợi ích con người. Trong một thời gian dài, vấn đề duy trì, điều tiết cấu trúc rừng được bàn luận và có rất nhiều quan điểm khác nhau, đặc biệt là việc đề xuất các tác động xử lý đối với rừng tự nhiên nhiệt đới. Nhiều phương thức lâm sinh ra đời và được thử nghiệm ở nhiều nước trên thế giới như phương thức rừng đều tuổi ở Malaysia (MUS, 1945), phương thức chặt cải thiện tái sinh (RIF, 1927)… Baur G (1964) [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.
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: “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 và vô dụng để tạo không gian sống thích hợp cho các loài cây còn lại sinh trưởng”, “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 4 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. Cationt R, (1965), [7] nghiên cứu cấu trúc rừng, hình thái rừng thông qua việc biểu diễn các phẫu đồ rừng, nghiên cứu các nhân tố cấu trúc sinh thái thông qua việc mô tả phân loại theo các khái niệm dạng sống, tầng phiến.
Khái niệm hệ sinh thái được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc trên quan điểm sinh thái học. Khi nghiên cứu tổ thành rừng tự nhiên nhiệt đới thành thục, Evans, J, (1984) xác định, có tới 70 - 100 loài cây gỗ trên 1 ha, nhưng hiếm có loài nào chiếm hơn 10% tổ thành loài.U, (1952) [24] đã đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng mưa nhiệt đới về mặt hình thức. Theo tác giả này một đặc điểm nổi bật của rừng mưa nhiệt đới là tuyệt đại bộ phận thực vật đều thuộc thân gỗ. Rừng mưa thường có nhiều tầng (ba tầng, ngoại trừ tầng cây bụi và tầng cây thân cỏ).
Trong đó, các loài có đủ hình dáng và kích thước, cùng nhiều thực vật phụ sinh trên thân hoặc cành cây. “Rừng mưa thực sự là một quần lạc hoàn chỉnh và cầu kỳ nhất về mặt cấu tạo và cũng phong phú nhất về mặt loài cây”. Khi nghiên cứu định tính chuyển sang nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng nhiều tác giả đã sử dụng các công thức và hàm toán học để mô hình hoá cấu trúc rừng, nhằm xác định mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng. Các nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng còn phát triển mạnh mẽ khi các hàm toán học được đưa vào sử dụng để mô phỏng các quy luật kết cấu lâm phần.L (1971) [41] là tác giả có nhiều công trình đi sâu vào lĩnh vực và đối tượng này.
Ông đã biểu diễn mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính bằng các hàm hồi quy, phân bố đường kính ngang ngực, đường kính tán bằng các dạng phân bố xác xuất, Belly (1973) [32] sử dụng các hàm Weibull để mô hình hoá cấu trúc đường kính thân cây Thông, tuy nhiên việc sử dụng các hàm toán học không thể phản ánh hết những mối quan hệ sinh thái giữa các cây rừng với nhau và giữa chúng với hoàn cảnh xung quanh. Meyer (1934) đã mô tả phân bố N - D1.3 bằng phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục và được gọi là phương trình Meyer. 5 Nhìn chung các nghiên cứu về cấu trúc theo định lượng trên cơ sở thống kê sinh học vẫn tập trung vào giải quyết phân bố số cây theo cỡ kính. Các hàm toán học được sử dụng để mô phỏng quy luật này rất đa dạng và phong phú.
Xu hướng nghiên cứu các quy luật phân bố của các nhân tố điều tra thông qua các hàm toán học để tìm ra hàm phù hợp nhất. Qua thực tế nghiên cứu thì rất khó có một hàm toán học nào có thể phù hợp một cách tuyệt đối các quy luật này của rừng tự nhiên. Việc nghiên cứu tầng thứ ở rừng nhiệt đới có nhiều quan điểm trái ngược nhau trong việc xác định tầng thứ, trong đó có ý kiến cho rằng, rừng nhiệt đới chỉ có một tầng cây gỗ vì không thể tìm thấy ở đây một giới hạn rõ rệt nào trong tầng cây gỗ. Beard (1964) không thừa nhận sự phân tầng trong rừng Trindad.P (1971) [39] nghi ngờ sự phân tầng rừng rậm nơi có độ cao dưới 600m ở Puecto - Rico và cho rằng không có sự tập trung khối tán ở một tầng riêng biệt nào cả.
Nhưng ngược lại với ý kiến trên, có nhiều tác giả cho rằng rừng lá rộng thường xanh có từ 3 - 5 tầng. Có tác giả giới thiệu tầng thứ theo hướng định tính với các tầng sinh thái khác nhau. Richards (1939) phân rừng ở Nigeria thành 6 tầng với các giới hạn chiều cao là 6 - 12m, 12 - 18m, 18 - 24m, 24 - 30m, 30 - 36m và 36 - 42m. Nhưng thực chất đây chỉ là các lớp chiều cao.
Đến năm (1952) Richard [24] đã phân tầng ở Sarawk thành 3 tầng cây gỗ với giới hạn chiều cao 8m, 18m, 34m, một tầng cây bụi, có hay không có tầng cỏ dưới cùng. Như vậy, hầu hết các tác giả khi nghiên cứu về tầng thứ, các tác giả thường đưa ra những nhận xét mang tính định tính, phân chia tầng theo chiều cao mang tính cơ giới nên chưa phản ánh được sự phân tầng phức tạp của rừng tự nhiên nhiệt đới. Tóm lại, trên thế giới các công trình nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc rừng nói chung và rừng nhiệt đới nói riêng rất phong phú đa dạng, có nhiều công trình nghiên cứu công phu và đã đem lại hiệu quả cao trong kinh doanh rừng. Tuy nhiên, chưa thấy một công trình nào nghiên cứu đầy đủ.
Nghiên cứu về 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 cả một thế hệ cây con của những loài cây gỗ ở những nơi có 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 rừng hiểu theo nghĩa hẹp là quá trình phục hồi thành phần cơ bản của rừng, chủ yếu là tầng cây gỗ. Sự xuất hiện lớp cây con là nhân tố mới làm phong phú thêm về số lượng và thành phần loài cây, đóng góp vào việc hình thành tiểu hoàn cảnh rừng, làm thay đổi quá trình trao đổi vật chất và năng lượng diễn ra trong hệ sinh thái.
Do đó, tái sinh rừng hiểu theo nghĩa rộng là sự tái sinh của một hệ sinh thái rừng. Về phương pháp điều tra tái sinh nhiều tác giả đã sử dụng cách lấy mẫu ô vuông theo hệ thống do Lowdermik (1927) đề nghị, với diện tích ô đo đếm thông thường từ 1 - 4m2. Diện tích ô đo đếm như vậy thuận lợi trong điều tra nhưng dung lượng mẫu (số ô đo đếm) phải đủ lớn thì mới phản ánh được hiện tượng tái sinh. Phương pháp điều tra theo dải hẹp cũng được sử dụng với các ô đo đếm có diện tích từ 10 - 100m2.
Phương pháp này trong điều tra tái sinh sẽ khó xác định quy luật phân bố lớp cây tái sinh trên bề mặt đất rừng. Để giảm sai số trong khi thống kê, Barnard (1950) đã đề nghị một phương pháp “Điều tra chẩn đoán” mà theo đó kích thước ô đo đếm có thể thay đổi tuỳ theo giai đoạn phát triển của cây tái sinh ở các trạng thái rừng khác nhau. Hiệu quả tái sinh phụ thuộc bởi mật độ, tổ thành, 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 đã được nhiều nhà khoa học quan tâm, như Mibbread (1930), Richards (1933-1939), Beard (1946), Lebrun và Gilbert, (1954) Baur (1964).
Do tính 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. Về phân bố tái sinh tự nhiên rừng nhiệt đới, đáng chú ý là công trình nghiên cứu của Richards. W (1952) [24], Bernard Rollet (1974), đã tổng kết các quá trình nghiên cứu về phân bố cây tái sinh tự nhiên đã nhận xét: Trong các ô có kích 7 thước nhỏ (1m x 1m; 1m x 1,5m) cây tái sinh tự nhiên có dạng phân bố cụm, một số ít có phân bố Poisson. Độ khép tán của quần thụ ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ và sức sống của cây con.
Trong quá trình nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa cây con và quần thụ.G Karkov (1969) đã chỉ ra đặc điểm phức tạp trong quan hệ cạnh tranh về dinh dưỡng khoáng trong đất, ánh sáng và độ ẩm và tính không thuần nhất giữa các loài thực vật tuỳ thuộc vào đặc tính sinh vật học, tuổi và điều kiện sinh thái của quần thể thực vật.