Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Cấu trúc và động thái rừng tự nhiên đã được rất nhiều tác giả trong và ngoài nước đề cập những năm gần đây, các công trình nghiên cứu về vấn đề này nhằm xây dựng các cơ sở khoa học phục vụ quản lý, bảo vệ, kinh doanh rừng hợp lý, có hiệu quả cao, đạt yêu cầu về kinh tế lẫn môi trường sinh thái. Tuy nhiên, với sự đa dạng và phong phú của hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới tại Việt Nam thì vấn đề nghiên cứu cấu trúc và động thái rừng vẫn là một ẩn số đối với các nhà nghiên cứu, có thể điểm qua một số công trình nghiên cứu trong và ngoài nước như sau 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng 1.
Mô tả hình thái cấu trúc rừng Về cấu trúc rừng là sự biểu hiện bên ngoài những mối quan hệ bên trong giữa thực vật rừng với nhau, giữa chúng với môi trường sống. Đặc biệt là đối với rừng mưa nhiệt đới với sự đa dạng và phong phú của nó đã cuốn hút nhiều nhà khoa học với kiến thức sâu rộng như: Kraft (1984) đã tiến hành phân chia những cây rừng trong một lâm phần thành 5 cấp dựa vào khả năng sinh trưởng, kích thước và chất lượng của cây rừng. Phân cấp Kraft phản ánh tình hình phân hóa cây rừng tiêu chuẩn phân cấp rõ ràng, đơn giản dễ áp dụng nhưng chỉ phù hợp với rừng thuần loài nhiều tuổi.W Richads (1952) [43] đã đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng mưa nhiệt đới. Về mặt hình thái, theo tác giả, đặc điểm nổi bật rừng mưa nhiệt đới là tuyệt đại bộ phận thực vật đều thuộc thân gỗ và đều có nhiều tầng.
Baur (1964) [30] đã nghiên cứu vấn đề cơ sở sinh thái học nói chung và cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mưa nói riêng, trong đó đã đi sâu nghiên cứu nhân tố cấu trúc rừng, các kiểu xử lý lâm sinh áp dụng cho rừng mưa. Odum (1971) [29] đã hoàn chỉnh về học thuyết hệ sinh thái trên cơ sở thuật ngữ hệ sinh thái và đã được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc rừng trên quan điểm sinh thái học. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng.
Khi chuyển đổi từ định tính sang định lượng thì nhiều tác giả đã dùng hàm toán học để mô hình hóa cấu trúc rừng như: - Nghiên cứu về phân bố số cây theo cỡ đường kính (N/D 1.3) 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 kết cấu cơ bản nhất của kết cấu lâm phần. Khi mô phỏng các quy luật phân bố các tác giả phần lớn đều sử dụng các hàm toán học. Một số nghiên cứu tiêu biểu như: Meyer (1934) [40] đã miêu 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 hay hàm Meyer: Ni = ke-di Trong đó Ni, di là trị số giữa số cây của cỡ đường kính thứ i; k là tham số.
Podan và Patatscase (1964), Bill và kem K. (1964) đã biểu thị phân số N/D bằng phương trình logarit. Balley (1973) sử dụng hàm Weibull để mô hình hóa cấu trúc đường kính loài Thông theo mô hình của Schumacher và Coile. Loestchau (1973) dùng hàm Bê ta để nắn các phân bố thực nghiệm.
Ngoài ra một số tác giả còn dùng các hàm Hyperbol, Poisson… để mô phỏng quy luật phân bố số cây theo đường kính ngang ngực. - Về phân bố số cây theo chiều cao (N/Hvn) Phương pháp này đã được nhiều nhà nghiên cứu rừng nhiệt đới áp dụng mà điển hình là các công trình của các tác giả P. Đây là quy luật kết cấu lâm phần theo chiều thẳng đứng, phản ánh sự phân tầng của các cây trong lâm phần theo chiều cao. - Nghiên cứu quy luật tương quan giữa chiều cao với đường kính thân cây.
Chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực của các cây trong lâm phần luôn tồn tại mối quan hệ chặt. Với mỗi loài cây thì mối quan hệ này phụ thuộc vào tuổi cây và cấp đất. Các tác giả đã sử dụng các hàm toán học khác nhau để biểu thị LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 mối quan hệ này. Có thể kể đến một số tác giả như Tovstolesse, DI.
(1930) đã nghiên cứu mối quan hệ Hvn/D1.3 cho các cấp đất khác nhau. Mỗi cấp đất ứng với mỗi cỡ đường kính lập một đường cong chiều cao bình quân để thiết lập tương quan giữa chiều cao và đường kính bình quân sau đó dùng biểu đồ để nắn tương quan theo dạng đường thẳng. Krauter, G (1958) và Tiurin, A. V (1931) khi nghiên cứu tương quan Hvn/D1.3 trên cơ sở cấp đất và cấp tuổi đã rút ra nhận xét mối quan hệ chiều cao vút ngọn và đường kính không phụ thuộc vào cấp đất, cấp tuổi và cũng không cần xét đến tác động của hoàn cảnh và tuổi đến sinh trưởng của cây rừng.
Hay nói cách khác quan hệ đường kính và chiều cao đã bao hàm tác động của hoàn cảnh và tuổi. - Quy luật tương quan giữa đường kính tán và đường kính ngang ngực. Tán cây là chỉ tiêu biểu thị không gian dinh dưỡng của cây và là thông số để xác định mật độ tối ưu của lâm phần. Giữa tán cây và đường kính luôn tồn tại mối quan hệ.
Qua nghiên cứu nhiều tác giả như: Zieger, Erich (1928): Ahken J. (1954) đã đi đến kết luận: Giữa đường kính tán và đường kính ngang ngực có mối quan hệ mật thiết với nhau. Đối với mỗi loài cây khác nhau thì mối quan hệ này cũng khác nhau nhưng phổ biến là dạng phương trình đường thẳng: Dt = a + bD1.3 Tóm lại: Các công trình nghiên cứu về cấu trúc rừng trên thế giới là rất phong phú và đa dạng. Có nhiều công trình nghiên cứu công phu đóng góp không chỉ cơ sở lý luận mà còn đem lại hiệu quả cao trong kinh doanh rừng.
Nghiên cứu về động thái rừng Nghiên cứu về động thái rừng trên thế giới tập trung vào ba hướng chính: nghiên cứu quá trình tái sinh rừng, nghiên cứu quá trình sinh trưởng và phát triển của rừng và nghiên cứu về diễn thế rừng. Jeanine Maria Felfili (1997) [38] đã nghiên cứu trong vòng 6 năm trong khoảng 64 ha rừng hành lang nguyên sinh dọc theo dòng sông Gama tại quận Federal, Brazil. Các cây có chu vi từ 31 cm trở lên tại vị trí 1,3m (tương ứng với D1.3 > 10cm) được đo 3 năm 1 lần kể từ năm 1985 trong 151 ô định vị (10x 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tái sinh tự nhiên (của cây riêng lẻ có gbh < 31cm) được đo vào năm 1986, 1989 và 1991 trong các ô dạng bản.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng số cây (gbh ≥ 31 cm) gồm 93 loài, 81 chi và 44 họ vào thời điểm năm 1985. Hầu hết các loài, hiện tại là cây, đã có cây tái sinh vài lần trong suốt thời gian theo dõi, nhưng đối với phần lớn các loài đã bị thiếu hụt trong một số thời điểm nhất định. Tăng trưởng đường kính hàng năm của lớp cây có D1.3 > 10cm là 0,25cm/năm. Những loài ưa sáng và những loài cây tầng trên sinh trưởng nhanh hơn những loài chịu bóng và những loài ở tầng dưới.
Tỉ lệ tử vong chung cho quần xã là 3,5%/năm, trong khi tỉ lệ bổ sung là 2,7%. Không có sự khác biệt giữa tỉ lệ bổ sung và tỉ lệ tử vong của 55 loài. Tỉ lệ bổ sung đủ bù đắp cho tỉ lệ chết của các loài ưu thế. Quá trình tái sinh khoảng 80% số loài xuất hiện trong giai đoạn mới hình thành.
Cấu trúc mật độ cây và tái sinh tự nhiên tương tự như nhau với hơn 80% số loài xuất hiện với mật độ thấp. Tỷ lệ giảm giữa các lớp chiều cao kế tiếp là 50%, cho thấy số lượng cây ở mức độ thấp tiêu biểu cho lớp cây non tại các khu rừng nhiệt đới. Các loài phổ biến nhất là cây cũng đó tái sinh nhiều, ngoại trừ vài trường hợp ngoại lệ. Vì vậy, khu rừng ở đây dường như đủ mạnh mẽ để duy trì một sự đa dạng các loài và cấu trúc trong điều kiện không bị xáo trộn.
Koichi Takahashi và các cộng sự (2003) [39] đã nghiên cứu về Cấu trúc đứng và động thái tái sinh của những cây có chiều cao > 2m thời kỳ từ 1982 – 1998 trong một ô thí nghiệm có diện tích 1ha tại rừng thực vật hạt trần gỗ cứng ở miền Bắc Nhật Bản với thảm thực vật tre lùn dày đặc phía dưới tán. Các tác giả tập trung nghiên cứu tỉ lệ tử vong của các loài, tỉ lệ bổ sung vào tầng cây cao của các loài và chỉ ra nguyên nhân chính ảnh hưởng đến quá trình đó. Kết quả nghiên cứ chỉ ra rằng rừng có mật độ rất thấp so với các khu rừng khác (chỉ 651 cây/ha), loài Quercus crispula chiếm ưu thế ở tầng tán nhưng cây tái sinh rất ít. Trong khi Acer mono, Acer japonicum và Abies sachalinensis chiếm ưu thế trong tầng phụ nhưng ở tầng dưới có rất nhiều cây tái sinh.
Tỉ lệ tử vong của mỗi loài rất thấp trong suốt quá trình điều tra (trung bình 0,57%/năm) và không có sự khác biệt rõ ràng giữa bốn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cấu trúc tuổi của Q. crispula có dạng hình chuông với một đỉnh tại tuổi 200, trong khi các loài còn lại có dạng ngược lại: giảm theo hình chữ J hoặc dạng bất ổn định hình răng cưa. Kết quả quan sát cho thấy việc bổ sung của loài Q.
crispula không có, trong khi đó 3 loài còn lại được bổ sung rất nhiều. Có thể giải thích rằng Q. crispula phụ thuộc vào sự tồn tại dai dẳng của quần thể. Sự bổ sung của 3 loài không tập trung ở những lỗ trống của tầng tán bởi vì tre lùn che phủ rất dày đặc.
Họ chỉ ra rằng có sự quần hợp theo hướng tiêu cực giữa các cây trong tầng tán, nhưng sự quần hợp giữa các cá thể của Q. crispula lại rất chặt chẽ. Hầu hết các cây cao nhất của ba loài kia đều thấp hơn loài Q. Sự liên kết không gian giữa các quá trình bổ sung với tầng tán chính đã đem lại hiệu quả trong quá trình cạnh tranh cho loài Q.
crispula trên tỉ lệ tăng trưởng của ba loài kia và của chính nó.