Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Khái niệm lập địa Theo các nhà lập địa Đức thì lập địa được hiểu là một phạm vi địa hình nhất định với tất cả những yếu tố của ngoại cảnh ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây cối. Khi thống nhất phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh trưởng của thực vật rừng với các yếu tố khí hậu, địa hình, đất mà không chú ý đến yếu tố địa lý (phương pháp phân kiểu lập địa) và phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa thực vật rừng và lập địa trong một không gian nhất định (phương pháp phân vùng lập địa), ngành lâm nghiệp Đức đã đưa ra một phương pháp điều tra lập địa tổng hợp phục vụ sản xuất lâm nghiệp.Schwanecker (1971), trên cở sở thuyết lâm hình của Suchaev (1958) đã đưa ra khái niệm cụ thể về lập địa như sau [35], [90]: * Các yếu tố tĩnh: Sinh thái cảnh - Khí hậu.
Ở Ucraina, Pogrebnhiac (1968), cho rằng kiểu lập địa bao gồm mọi khu đất có điều kiện đất đai giống nhau kể cả nơi có rừng và nơi không có rừng; dựa trên 2 tiêu chí cơ bản là độ phì và độ ẩm của đất, trong đó độ phì được chia làm 4 cấp còn độ ẩm được chia thành 6 cấp đã phân được 24 kiểu lập địa. Theo Blaglovidop và Buadop (1958), Tretop (1981) thì nền lập địa ở vùng Sankt-Peterburg lại được phân chia dựa vào các yếu tố: đá mẹ hình thành đất, địa hình và chế độ thoát nước [55], [54], [58], [65]. Như vậy có thể hiểu: Lập địa là một phạm vi lãnh thổ nhất định với tất cả những yếu tố của ngoại cảnh ảnh hưởng tới sinh trưởng của cây cối. Lập địa theo nghĩa hẹp bao gồm 3 thành phần: khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và theo nghĩa rộng bao gồm 4 thành phần: khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và thế giới động thực vật.
Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài xác định các yếu tố cấu thành lập địa phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch và gây trồng, phát triển cây cao su trên địa bàn tỉnh Lai Châu, bao gồm: (i) Điều kiện khí hậu (nhiệt độ trung bình năm, độ ẩm trung bình năm, lượng mưa trung bình năm); (ii) Điều kiện địa hình (độ cao, độ dốc); và (iii) Điệu kiện đất (độ dày tầng đất, loại đất). Nghiên cứu về sinh trưởng và sản lượng cây rừng Nghiên cứu về sinh trưởng và sản lượng rừng là một vấn đề mà được rất nhiều nhà lâm nghiệp trên thế giới đặc biệt quan tâm. Việc thành lập những ô định 20 vị từ thế kỷ XIX đã tìm ra những hệ thống các biểu sinh trưởng phục vụ đắc lực trong việc quản lý, dự đoán, lập kế hoạch trong lĩnh vực sản xuất lâm nghiệp. Sinh trưởng của cây rừng là kết quả của quá trình đồng hóa những nguồn năng lượng của môi trường dưới ảnh hưởng của các quy luật vận động nội tại cũng như mối quan hệ giữa các nhân tố nội tại với các nhân tố ngoại cảnh trong suốt thời gian tồn tại tự nhiên của chúng và là cơ sở chủ yếu để đánh giá sức sản xuất của lập địa, điều kiện tự nhiên cũng như hiệu quả của các biện pháp tác động đã áp dụng [22], [23].
Sản lượng có thể được hiểu là kích thước của một hoặc nhiều cá thể trong lâm phần tại thời điểm nào đó hoặc là lượng gỗ của lâm phần có thể cho thu hoạch từ thời điểm trồng đến thời điểm xác định. Chỉ tiêu thường được sử dụng để đánh giá sản lượng lâm phần là trữ lượng (m3/ha) tại tuổi xác định. Như vậy, sản lượng chính là tổng tăng trưởng hàng năm của lâm phần về một số đại lượng nào đó, như trữ lượng trên hécta tại tuổi A, tổng tiết diện ngang trên hécta tại tuổi A, lượng mủ khai thác được (đối với loài lấy mủ) trên hécta tại tuổi A, trong đó trữ lượng được sử dụng rộng rãi hơn cả, vì đại lượng này phản ánh tổng hợp năng suất của lâm phần [24].Bertalanfly (1951) (dẫn theo Vũ Minh Đức [19]), sinh trưởng là sự lớn lên của cơ thể thông qua sự đồng hóa. Về phương diện toán học, sinh trưởng của rừng được hiểu như một hàm số phụ thuộc vào nhiều biến số: tuổi cây (A), các đặc trưng về nhiệt độ (TT), lượng mưa (VL), ẩm độ (W), lượng bức xạ (BX), dinh dưỡng khoáng trong đất (NPK), mật độ của cây rừng (N), và được biểu diễn dưới dạng phương trình: Y = f(A, TT, VL, W, BX, NPK, N,…) Trong đó f là dạng phương trình toán học thích hợp được xác định bởi các phương pháp thống kê và phù hợp với các đặc tính sinh học của cây rừng.
Nếu như đồng nhất các yếu tố hoàn cảnh thì hàm số trên chỉ còn phụ thuộc vào tuổi (A). Cho đến nay, nhiều nhà khoa học lâm nghiệp trên thế giới đã đi sâu nghiên cứu với sự ứng dụng rộng rãi thống kê toán học để tìm ra các hàm toán học thích 21 hợp cho việc mô tả quá trình sinh trưởng của các loài cây rừng ở các vùng sinh thái khác nhau trên các châu lục. Tuy nhiên, các hàm toán học hay các hàm sinh trưởng được tìm ra chỉ thích hợp với một số loài cây ở một vùng sinh thái cụ thể nào đó. Với tất cả loài cây khác nhau ở các vùng sinh thái khác nhau, các hàm toán học này có phù hợp hay không cần có những nghiên cứu ứng dụng và kết luận về mức độ phù hợp của chúng [21].
Khi nghiên cứu về suất sinh trưởng ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát triển ở rừng mưa nhiệt đới, Richards cho rằng "Suất sinh trưởng của một cây gỗ trong mọi giai đoạn phát triển của nó đều do hai nhóm nhân tố quyết định là điều kiện hoàn cảnh và tính di truyền. Tính di truyền biến đổi từ loài cây này sang loài cây khác" [50]. Walter, ứng dụng phân tích hệ thống đối với sinh thái học được biết dưới tên gọi hệ sinh thái và đã trở thành một môn khoa học. Mọi hệ toán học trong sinh thái được gọi là mô hình, vì nó là hình ảnh không đầy đủ và trừu tượng của thế giới thực tại.
Mục đích của các mô hình toán học được xây dựng là để dự đoán sự thay đổi của hệ sinh thái. Các mô hình sinh thái thường phức tạp nên phải được nghiên cứu chủ yếu nhờ vào sự mô hình hóa bằng máy tính [46]. Mô hình hồi quy tuyến tính: Một sự mô tả về mối quan hệ giữa hai biến x và y mà không thể xác định được bằng mối quan hệ hàm số y =f(x), có thể xác định được bởi mô hình xác suất. Dạng tổng quát của một mô hình xác suất cho phép y lớn hơn hoặc nhỏ hơn hàm f(x) một độ lệch tự do e nào đó.
Phương trình mô hình có dạng y =f(x) +e [104]. Nếu một phương pháp nghiên cứu yêu cầu một mối quan hệ tuyến tính giữa hai biến thì cần thiết phải chuyển dạng một trong hai hoặc cả hai biến để thỏa mãn yêu cầu này [96]. Kiểu mô hình được mô tả dưới dạng biểu thức toán học thường được sử dụng nhiều nhất trên máy tính, nó được phát triển để diễn tả đúng đắn về sinh vật và ứng dụng trong sinh thái học [111]. Để xây dựng các mô hình hồi quy đa biến, các nhà khoa học lâm nghiệp trên thế giới đã thử nghiệm rất nhiều dạng phương trình toán học và qua đó đề xuất một số hàm tương đối đặc trưng để mô tả quy luật về sinh trưởng và sản lượng rừng cho 22 một số loại rừng cụ thể.
Theo đó, đối với rừng trồng thuần loài người ta thường sử dụng những hàm: (i) Hàm Thomasius (1978) có dạng: y=a 0(1-e-bt), trong đó: y là chỉ tiêu sinh trưởng, a0 = ymax là chỉ tiêu sinh trưởng lớn nhất, e là cơ số Neper, b là tham số phương trình phụ thuộc vào loài cây, t là tuổi rừng; (ii) Hàm Michailov có dạng: y=a.e-b/t, trong đó: y là chỉ tiêu sinh trưởng, a và b là tham số của phương trình phụ thuộc vào loài cây, t là tuổi rừng; (iii) Hàm Wenk có dạng: log(lm) = a 0 + a1logt + a2loghg + a3logG +a4log2G, trong đó: lm là tăng trưởng về trữ lượng rừng, t là tuổi rừng, hg là chiều cao bình quân của cây rừng theo cây bình quân tiết diện ngang, G là tổng tiết diện ngang của rừng [75]. Nghiên cứu ảnh hưởng của lập địa đến sinh trưởng, năng suất cây rừng và sản lượng mủ cây cao su Tổng kết các nghiên cứu ở các nước nhiệt đới, Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), 1994 khẳng định khả năng sinh trưởng của rừng trồng phụ thuộc rất rõ vào bốn nhân tố chủ yếu liên quan đến điều kiện lập địa là khí hậu, địa hình, loại đất và hiện trạng thực bì [15]. Khảo sát rừng trồng ở các điều kiện lập địa khác nhau, Pandey (1993) nhận thấy Bạch đàn trắng (Eucalyptus camadulensis) trồng ở vùng nhiệt đới khô với chu kỳ kinh doanh từ 10-20 năm thường chỉ đạt năng suất từ 5-10 m 3/ha/năm, nhưng ở vùng nhiệt đới ẩm có thể đạt 30m 3/ha/năm. Như vậy, với điều kiện lập địa khác nhau thì sinh trưởng và năng suất của rừng trồng cũng khác nhau rõ rệt [117].
Các nhân tố hoàn cảnh đơn lẻ: Phương pháp này thường sử dụng những nhân tố hoàn cảnh vật lý có tính ổn định, có quan hệ mật thiết với sinh trưởng và năng suất của cây rừng, như: Khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng. Các học giả Nhật Bản đã áp dụng hệ thống phân loại đất của Mỹ, của UNESCO và phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa các nhân tố hoàn cảnh đơn lẻ với sinh trưởng và năng suất của cây rừng tại Philippines [43]. (2017) đã nghiên cứu ảnh hưởng của khô hạn đến sinh trưởng của cao su bằng việc so sánh các phản ứng quang hợp của hai dòng vô tính (RRIM600 và FX3864) có khả năng chịu được hạn hán. Nghiên cứu đã loại 23 bỏ hoàn toàn việc tưới nước cho đến khi tiềm năng nước của lá (Ψw) đạt đến giá trị tới hạn ở thời điểm 38 ngày sau khi thiếu nước đối với cả hai dòng cao su.
Kết quả cho thấy dòng FX3864 nhạy cảm hơn với hạn hán so với dòng RRIM600 có lợi thế về sinh trưởng hơn, có độ ổn định và hiệu quả hơn ở các khu vực có lượng mưa thấp [105].