Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU Cấu trúc rừng là sự sắp xếp có tính quy luật của tổ hợp các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng trong không gian và thời gian. Cấu trúc rừng biểu hiện quan hệ sinh thái giữa thực vật rừng với nhau và với các nhân tố môi trường xung quanh gồm: Cấu trúc sinh thái tạo thành loài cây, dạng sống, tầng phiến; cấu trúc hình thái tầng tán rừng; cấu trúc đứng; cấu trúc theo mặt phẳng ngang (mật độ và dạng phân bố cây trong quần thể); cấu trúc theo thời gian (theo tuổi). Cấu trúc rừng phản ánh điều kiện sinh thái. Cụ thể: Những nơi có điều kiện môi trường khắc nghiệt, cấu trúc rừng đơn giản chỉ gồm những loài cây chống chịu được môi trường đó.
Nơi có môi trường thuận lợi, cấu trúc rừng phức tạp và gồm nhiều loài cạnh tranh, có phần cộng sinh, ký sinh (các loại rêu, địa y…). Vùng ôn đới, cấu trúc rừng thường là thuần loài, đều tuổi, một tầng, rụng lá. Vùng nhiệt đới như Việt Nam, cấu trúc rừng tự nhiên điển hình là rừng hỗn loài, nhiều tầng, thường xanh quanh năm. Ngay trong một khu vực nhất định như ở sườn đồi, đỉnh đồi và ven khe suối cạn cũng có những kiểu thảm thực vật khác nhau.
Thậm chí trong một kiểu thảm thực vật (cùng một trạng thái rừng) thì đặc điểm cấu trúc, khả năng tái sinh, mật độ cây rừng và phân bố số loài cây tại vị trí này cũng có thể hoàn toàn khác so với vị trí khác. Điều đó đã nói lên cây rừng chịu ảnh hưởng sâu sắc của điều kiện sinh thái. Theo ITTO (tổ chức gỗ nhiệt đới quốc tế), Quản lý rừng bền vững là quá trình quản lý những lâm phần ổn định nhằm đạt được một hoặc nhiều hơn những mục tiêu quản lý rừng đã đề ra một cách rõ ràng, như đảm bảo sản xuất liên tục những sản phẩm và dịch vụ mong muốn mà không làm giảm đáng kể những giá trị di truyền và năng suất tương lai của rừng và không gây ra những tác động không mong muốn đối với môi trường tự nhiên và xã hội. Luận điểm cơ bản của kinh doanh rừng, bảo vệ, bảo tồn rừng nhiệt đới là xây dựng cho được một cấu trúc hợp lý nhất có năng suất, chất lượng cao và ổn định nhất; nghiên cứu cấu trúc rừng là nhằm hiểu rõ các quy luật tự nhiên quá trình diễn thế, sinh trưởng và phát triển rừng theo không gian và thời gian.
Tình hình nghiên cứu cấu trúc rừng trên thế giới Nghiên cứu cấu trúc rừng đã được các nhà lâm nghiệp trên thế giới nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác nhau để đáp ứng cho một mục tiêu nào đó. Tuy nhiên, đúc kết lại có hai hướng chính để mô tả cấu trúc rừng là theo định tính và định lượng. Nghiên cứu cấu trúc rừng theo định tính Theo Nguyễn Văn Trương (1983) [14] thì từ P. W Richards, Thái Văn Trừng đến M.Rollet việc nghiên cứu cấu trúc đứng rừng tự nhiên nhiệt đới vẫn dừng lại ở dạng vẽ phẫu đồ đứng.
Qua phương pháp đó, các tác giả đã cố gắng đem lại cho người đọc một hình tượng đặc sắc của cấu trúc đứng. Phương pháp này tỏ ra hiệu quả, sử dụng rộng rải cho đến nay. Nhưng phương pháp này chưa làm sáng tỏ tính quy luật của nó. Cũng cùng quan điểm này P.W Richards (1952) [25] cho rằng “quần xã thực vật gồm những loài cây có hình dạng khác nhau, dạng sống khác nhau nhưng tạo ra một hoàn cảnh sinh thái nhất định và có một cấu trúc bên ngoài và được sắp xếp một cách tự nhiên và hợp lý trong không gian”.
Theo ông cách sắp xếp được xem xét theo hướng thẳng đứng và hướng nằm ngang. Từ cách sắp xếp này có thể phân biệt các quần xã thực vật khác và có thể mô tả bằng các biểu đồ. Phương pháp này có thể nhận diện nhanh một kiểu rừng qua các biểu đồ mặt cắt. Trên cơ sở này, các nhà lâm sinh có thể lựa chọn các biện pháp kỹ thuật để điều chỉnh mật độ cây rừng nhằm đưa rừng phát triển ổn định.
N Baur (1964) [20], rừng mưa là một quần xã kín tán, bao gồm những cây gỗ về căn bản là ưa ẩm, thường xanh, có lá rộng, với hai tầng cây gỗ và cây bụi hoặc nhiều hơn nữa, cùng các tầng phiến có dạng sống khác nhau-cây bò leo và thực vật phụ sinh. Điều này nói lên rừng mưa nhiệt đới có những đặc trưng nhất định về loài cây gỗ chịu ẩm, nhiều tầng tán và các dạng sống khác rất phức tạp trong một kiểu rừng. Odum (1971) [21] đã phân chia sinh thái học thực vật thành sinh thái học cá thể và sinh thái học quần thể. Sinh thái học cá thể nghiên cứu từng cá thể sinh vật hoặc từng loài.
Trong đó chu kỳ sống và tập tính cũng như khả năng thích 6 nghi với môi trường được đặc biệt chú ý. Ngoài ra mối quan hệ giữa yếu tố sinh thái, sinh trưởng có thể định hướng bằng các phương pháp toán học thường được mô phỏng, phản ánh các đặc điểm quy luật tương quan phức tạp trong tự nhiên. Khi đưa ra hệ thống phân cấp cây rừng G.Kraft (1884) [22] đã chia cây rừng trong một lâm phần thành 5 cấp sinh trưởng hoặc cấp “ưu thế” và cấp “chèn ép”.Kraft sử dụng là: Vị trí tán cây trong tán rừng (chiều cao), độ lớn và hình dạng tán lá, khả năng ra hoa, tình trạng sinh lực…Mỗi chỉ tiêu có một hệ thống tiêu chuẩn để nhận biết và đánh giá (Stephen và ctv, 1986). Phương pháp này phản ánh được tình hình phân hóa cây rừng rõ ràng trong các lớp không gian, chiều cao của các cấp so với chiều cao trung bình.
Nhưng giải pháp này chỉ áp dụng cho rừng trồng đồng tuổi có sự cạnh tranh về không gian dinh dưỡng ở cùng loài cây, cùng tuổi. Rừng tự nhiên có cấu trúc phức tạp có nhiều thế hệ tuổi khác nhau nên khó áp dụng. Như vậy, các nhà lâm học nêu trên khi mô tả, nhận xét, đánh giá cấu trúc rừng đều mang tính định tính để nhận biết về kiểu rừng. Từ đó, khuyến cáo các nhà lâm học đều có biện pháp tác động thích hợp để nâng cao năng xuất rừng.
Cấu trúc rừng theo định lượng Với sự phát triển của khoa học công nghệ thông tin, tin học đóng vai trò quan trọng và hỗ trợ nhiều cho các nhà nghiên cứu trong thống kê toán học và mô hình hóa cấu rừng; xác lập mối quan hệ giữa các nhân tố điều tra rừng. Các công trình nghiên cứu nhiều nhất là nghiên cứu cấu trúc về không gian và thời gian của rừng. Nghiên cứu quy luật phân bố Theo Meryer đã xây dựng rừng chuẩn với phương trình hồi quy để tính toán cho chu kỳ khai thác ổn định số cây và cấp đường kính; P.W Richards [25] trong quyển “Rừng mưa nhiệt đới” cũng đề cập đến phân bố số cây theo cấp kính, ông cho đó là một phân bố đặc trưng của rừng tự nhiên hỗn loại. Trong quyển “hệ sinh thái rừng nhiệt đới” mà FAO xuất bản gần đây tác giả cũng xét phân bố số cây theo các cấp đường kính.
Theo quan điểm của Richards, Wenk đã nghiên cứu thân cây theo kích cỡ và đồng hóa với một số dạng phân bố lý thuyết để sử dụng trong tính toán quy hoạch rừng, Rollet đã dành một chương quan trọng để xác lập phương trình hồi quy số cây - đường kính (Nguyễn Văn Trương, 1983). 7 Các tác giả này đã xây dựng được các phương trình hồi quy cho các kiểu rừng khác nhau (số cây theo đường kính). Từ các nhân tố điều tra có thể suy ra được các biến khác thông qua tương quan hồi quy. Đây là cơ sở quan trọng để ứng dụng trong điều chế rừng góp phần tìm ra một số kết luận bổ ích cho công tác lâm sinh hướng vào mục tiêu xây dựng và nâng cao vốn rừng về lượng và chất.
Schumarcher và Coil, T. (1960) [22] đã sử dụng hàm Weibull để mô hình hoá cấu trúc đường kính loài. Bên cạnh đó các hàm Meyer, Hyperbol, hàm mũ, Peason, Poisson.cũng đã được nhiều tác giả sử dụng để mô hình hoá cấu trúc rừng. Phân bố cây rừng tư nhiên mà ông xác định đã được kiểm chứng ở rất nhiều nơi trên thế giới.
Đó là phân bố số cây theo đường kính của rừng tự nhiên có một đỉnh lệch trái. Số cây tập trung nhiều ở cấp đường kính nhỏ do có nhiều loài cây khác nhau và nhiều thế hệ cùng tồn tại trong kiểu rừng. Nếu xét về một loài cây, do đặc tính sinh thái nên lớp cây kế cận (cây nhỏ) bao giờ cũng nhiều hơn các lớp cây lớn do quy luật cạnh tranh không gian dinh dưỡng và đào thải tự nhiên; những nơi thuận lợi trong rừng cây mới vươn lên để tồn tại và phát triển. Còn phân bố số cây theo cấp chiều cao, rừng tự nhiên thường có quy luật nhiều đỉnh do có nhiều thế hệ cùng tồn tại và đặc tính di truyền của một số loài cây rừng chỉ lớn đến một kích cỡ nhất định nào đó sẽ không lớn nữa.
Đồng thời, việc phân bố nhiều đỉnh cũng là kết quả của việc khai thác chọn không đúng quy tắc để lại. Nghiên cứu về khả năng tái sinh 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 con và tầng cây gỗ đã được nhiều nhà khoa học quan tâm (P. Do tính phức tạp về tổ thành loài cây, trong đó chỉ có một số loài cây có giá trị nên trong thực tiễn người ta chỉ khảo sát những loài cây có ý nghĩa nhất định.
Quá trình tái sinh tự nhiên ở rừng tự nhiên vô cùng phức tạp và còn ít được quan tâm nghiên cứu. Phần lớn tài liệu nghiên cứu về tái sinh tự nhiên của rừng mưa chỉ tập trung vào một số loài cây có giá trị kinh tế dưới điều kiện rừng ít nhiều đã bị biến đổi J. Van Steenis (1965) [27] đã nghiên cứu hai đặc điểm tái sinh phổ 8 biến của rừng mưa nhiệt đới là tái sinh phân tán liên tục của các loài cây chịu bóng và tái sinh vệt của các loài cây ưa sáng. Baur (1964) [20] đã nghiên cứu các vấn đề về cơ sở sinh thái nói chung và về cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng nói riêng, trong đó đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng, các kiểu xử lý về mặt lâm sinh áp dụng cho rừng mưa tự nhiên.
