Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hệ sinh thái rừng tự nhiên là đối tượng rất đa dạng, phong phú và phức tạp cả về cấu trúc và đặc điểm tái sinh. Chính vì vậy việc nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và tái sinh của rừng tự nhiên gặp không ít khó khăn, đặc biệt là việc phân loại đối tượng để phục vụ cho công tác kinh doanh. Cấu trúc rừng là quy luật sắp xếp tổ hợp của các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng theo không gian và thời gian. Cấu trúc rừng bao gồm các nội dung cả về sinh thái lẫn hình thái quần thể thực vật.
Nghiên cứu cấu trúc rừng là vấn đề cần thiết phục vụ cho việc đề xuất các giải pháp lâm sinh, lập kế hoạch kinh doanh rừng lâu dài. Đặc điểm cấu trúc và tái sinh rừng tự nhiên đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước tiến hành nghiên cứu và đã xây dựng được nhiều cơ sở khoa học và lí luận phục vụ cho công tác kinh doanh rừng. Có thể điểm qua một số nghiên cứu liên quan đến nội dung Luận văn như sau: 1. Trên thế giới 1.
Cấu trúc rừng 1. Cơ sở sinh thái cấu trúc rừng Rừng tự nhiên là một hệ sinh thái cực kỳ phức tạp, bao gồm nhiều thành phần sinh vật với các quy luật sắp xếp khác nhau theo không gian và thời gian. Cấu trúc rừng là một nhân tố sinh thái và là kết quả của quá trình chọn lọc, đấu tranh sinh tồn giữa thực vật với thực vật, giữa thực vật với hoàn cảnh sống xảy ra ngoài tự nhiên. Các yếu tố của cấu trúc rừng bao gồm: mật độ, tầng phiến, tầng thứ, mạng hình phân bố, cấu trúc tuổi….
Nghiên cứu cấu trúc rừng để biết được những mối quan hệ sinh thái bên trong của quần xã, từ đó có cơ sở để đề xuất các biện pháp kỹ thuật tác động phù hợp. Điển hình trong nghiên cứu phải nói đến Baur G. (1976)[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, trong đó 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 nhằm vào hai mục tiêu cụ thể: "Mục tiêu thứ nhất là nhằm cải thiện rừng nguyên 4 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 thích hợp cho các cây còn lại sinh trưởng.
Mục tiêu 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 thác hoặc trong chăm sóc nuôi dưỡng rừng sau đó". Chính nhờ quan điểm như vậy, tác giả đã đưa ra những tổng kết hết sức phong phú về các nguyên lý tác động xử lý lâm sinh. Catinot (1965)[5] nghiên cứu cấu trúc hình thái rừng thông qua việc biểu diễn các phẫu đồ rừng. Thông qua việc biểu diễn các phẫu đồ rừng, nghiên cứu các nhân tố cấu trúc sinh thái nhờ việc mô tả phân loại theo các khái niệm dạng sống, tầng phiến.tác giả cho rằng muốn ổn định hệ sinh thái rừng nhất thiết phải nắm vững quy luật vận động, biết cách điều tiết mối quan hệ trong sự phức tạp.
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. Những kết quả của các tác giả đã làm sáng tỏ các khái niện về hệ sinh thái rừng và đây là những cơ sở nghiên cứu các nhân tố cấu trúc đứng trên quan điểm sinh thái học. Nó chính là nền tảng vững chắc cho các công trình nghiên cứu về cấu trúc rừng hay ứng dụng đề xuất những biện pháp lâm sinh phù hợp. Về cấu trúc tổ thành Sự phong phú của hệ thực vật rừng mưa nhiệt đới được nhiều nhà khoa học ghi nhận và nghiên cứu khá đầy đủ chi tiết.
Nổi bật lên là một số tác giả như: Theo Schimper (1935) ở rừng Bắc Mỹ, trên diện tích 0,5 ha có đến 25-30 loài cây gỗ lớn; Brown (1941) cũng cho biết ở rừng mưa châu Âu hoặc Bắc Mỹ trong trường hợp cực đoan, rừng có thể bao gồm 20- 25 loài cây gỗ.W (1952)[31] trong rừng mưa nhiệt đới, trên mỗi hecta không mấy khi có ít hơn 40 loài cây gỗ, mà có trường hợp còn đến trên 100 loài. Nhiều loài cây gỗ lớn sinh trưởng hỗn hợp với nhau theo tỉ lệ khá bằng nhau, nhưng cũng có khi chỉ có một hoặc hai loài chiếm ưu thế.N (1976)[1] khi nghiên cứu rừng mưa ở khu vực gần Belem trên sông Amazôn, trên ô tiêu chuẩn diện tích khoảng hai hecta đã thống kê được 36 họ thực vật và trên ô tiêu chuẩn diện tích hơn bốn hecta ở phía bắc New South Wales cũng đã ghi nhận được sự hiện diện của 31 họ chưa kể cây leo, cây thân cỏ và thực vật phụ sinh. Trong rừng ẩm nhiệt đới châu Phi, theo Catinot. R (1974)[5] có đến vài trăm loài thực vật; còn trong tổ thành thực vật rừng ẩm nhiệt đới ở Đông Nam á thường có một nhóm loài ưu thế - nhóm họ dầu, chiếm đến 50 % quần thụ.
Mức độ phong phú của thành phần thực vật trong rừng thứ sinh ở Nepal cũng đã được Kanel K. và Shrestha K (2001)[54] điểm qua, có đến trên 6.500 loài cây có hoa và 4.064 loài cây không hoa, trong đó có trên 1.500 loài nấm và hơn 350 loài địa y. Rõ ràng các công trình nghiên cứu của các tác giả đã cho thấy mức độ phong phú về tổ thành nhóm loài cây trong hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới. Những kết quả này đã góp phần rất lớn vào việc đề xuất những tác động hay những biện pháp kỹ thuật lâm sinh vào đối tượng rất phức tạp này.
Về cấu trúc tầng thứ Một số tác giả như Chevalier (1917), Mildbraed (1922) đã ngụ ý rằng mọi phương pháp dựa vào chiều cao của cây để phân cây cối thành tầng đều có tính chất tùy tiện và các "tầng" đó không có một thực tế khách quan.W (1952)[31] đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng mưa nhiệt đới về mặt hình thái, ông cho rằng: 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 (thường có ba tầng, ngoại trừ tầng cây bụi và tầng cây thân cỏ). Trong rừng mưa nhiệt đới ngoài cây gỗ lớn, cây bụi và các loài thân cỏ còn có nhiều loài cây leo 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". Bên cạnh đó, Catinot.R (1965)[5] cũng cho rằng rừng ẩm nhiệt đới có sự 6 phân hoá mạnh, những tầng trong quần thụ rõ nét, cụ thể là có một tầng vượt tán với những cây có chiều cao trên 40 m và những tầng bên dưới.
Ngoài ra tác giả đã biểu diễn cấu trúc hình thái rừng bằng phẫu diện đồ ngang và đứng. Chính do tính chất phức tạp của sự phân tầng của rừng mưa nhiệt đới nên nhiều tác giả có ý kiến không thống nhất nhau trong cách phân chia tầng thứ. Mặc dù sự phân tầng và phương pháp thể hiện tầng tán trong rừng mưa nhiệt đới có các ý kiến trái ngược, nhưng các nghiên cứu vẫn tập chung lại ở quan điểm có sự phân tầng rõ rệt trong rừng mưa nhiệt đới được nhiều nhà khoa học xác nhận. Về cấu trúc mật độ Theo Richards P.W (1952)[31], trong rừng mưa nhiệt đới ở Nam Mỹ và châu Phi, mật độ lâm phần (cây có đường kính ngang ngực từ 10 cm trở lên) biến động từ 390 - 1.710 c/ha, trong đó mật độ của những cây có đường kính từ 41cm trở lên khoảng 39 - 60 c/ha.N (1962)[1] cũng cho biết: trong rừng mưa nguyên sinh ở Mã Lai trên diện tích một hecta có khoảng 550 cây có đường kính từ 10 cm trở lên, trong đó những cây có đường kính trên 48 cm từ 42 - 65 c/ha.
Về mật độ tối ưu lâm phần, H. Thomasius (1972) đã xây dựng lý thuyết khoảng sống và hằng số không gian sinh trưởng liên quan tới chiều cao, mật độ và tuổi. Kairukstis (1980) xác định mật độ tối ưu lâm phần theo diện tích tán lá và mức độ che phủ. Nhưng các phương pháp này chỉ thích hợp cho nghiên cứu rừng thuần loài đều tuổi.
Đối với rừng hỗn loài khác tuổi, việc xác định tuổi lâm phần rất khó khăn, cho nên khó áp dụng đối với rừng nhiệt đới hỗn loài khác tuổi. Về nghiên cứu định lượng Trong các thập kỷ gần đây, xu hướng nghiên cứu cấu trúc rừng trên thế giới chuyển dần từ nghiên cứu định tính sang nghiên cứu định lượng, các mô hình toán học ngày càng được nhiều tác giả sử dụng để mô phỏng cấu trúc và mối quan hệ giữa các đại lượng cấu trúc rừng tự nhiên. Quy luật phân bố số cây theo đường kính. Quy luật phân bố số cây theo đường kính được quan tâm nhiều hơn cả.
Các tác giả đã dùng phương pháp giải tích để tìm các phương trình toán học mô phỏng 7 phân bố này. Nghiên cứu định lượng các mối quan hệ, cấu trúc rừng nhiệt đới phải nói đến Rollet (1979)[57] là tác giả có nhiều công trình đi sâu vào lĩnh vực này. Ông đã mô phỏng quy luật phân bố số cây theo đường kính thân cây ở vị trí 1.3 m, dưới dạng phân bố xác suất. Việc mô phỏng phân bố số cây theo đường kính là quy luật kết cấu cơ bản của lâm phần được nhiều tác giả quan tâm, kiểu phân bố này thường được biểu diễn dưới dạng toán học với nhiều dạng hàm số khác nhau.
Balley (1973)[52] sử dụng hàm Weibull, nhiều tác giả khác dùng hàm Hyperbol, Meyer, Poisson,. Pierlot (1966) nhận thấy rằng, việc nắn đường thực nghiệm bằng phương trình mũ sẽ mất đi những sai số ở những cỡ kính nhỏ và đề xuất nên dùng hàm Hyperbol để nắn đường thực nghiệm là tốt hơn cả.Z Docouto (1992)[53] khi nghiên cứu cấu trúc ở 19 ô tiêu chuẩn với 60 loài của rừng nhiệt đới ở Maranhoo – Brazil đã dùng hàm Weibull để nắn phân bố số cây theo đường kính và nhận xét là, hàm Weibull mô phỏng rất tốt phân bố này.