Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Thành quả nghiên cứu Nghiên cứu về cấu trúc rừng Đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu nhằm xây dựng cơ sở khoa học phục vụ cho kinh doanh rừng. Có thể thống kê một số nghiên cứu có liên quan đến cấu trúc rừng như sau: Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng, tiêu biểu như: Baur G. Các tác giả đã tập trung nghiên cứu về các vấn đề sinh thái nói chung và cơ sở sinh thái cho kinh doanh rừng mưa nói riêng, tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu cấu trúc rừng.
Hình thái và tính đa dạng của cây rừng có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc của cả hệ sinh thái rừng ‘Dưới con mắt của các nhà thực vật học ở miền ôn đới, những cây cỏ ở miền nhiệt đới được xem là những kỳ quan, những sinh vật sai quy cách, mà đáng lẽ ra phải xem chúng là những sinh vật bình thường, đại diện cho một bộ phận to lớn của thế giới thực vật’ (Vann Stenis, 1956) [81]. Tầng thứ là chỉ tiêu cấu trúc phản ánh hình thái theo mặt phẳng đứng của lâm phần, thể hiện sự cạnh tranh sinh tồn giữa các loài cây trong quần xã với nhau và với hoàn cảnh xung quanh trong quá trình sinh trưởng và phát triển. Với đối tượng nghiên cứu là rừng tự nhiên, cấu trúc tầng thứ phản ánh bản chất sinh thái nội bộ hệ sinh thái rừng và phản ánh các mối quan hệ giữa các tầng rừng với nhau, giữa các loài cây khác nhau. Đã có một số tác giả nghiên cứu về vấn đề này, điển hình như Richards P.W (1933 - 1934) đã mô phỏng cấu trúc tầng thứ thông qua trắc đồ đứng.
Tuy nhiên cách mô phỏng của ông chỉ minh hoạ được cách sắp xếp theo hướng thẳng đứng của các loài cây gỗ trong một diện tích có hạn.W (1952) [78] đã phân biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại: Rừng mưa hỗn hợp có tổ thành loài phức tạp và rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài đơn giản chỉ bao gồm một vài loài cây. Theo tác giả, rừng mưa thường có nhiều tầng (thường là 3 tầng, trừ tầng cây bụi và tầng cây thân cỏ). Trong rừng mưa nhiệt đới, ngoài cây gỗ lớn, cây bụi và các cây thân cỏ còn có nhiều loại dây leo đủ hình dáng và kích thước, cùng nhiều thực vật phụ sinh trên thân hoặc cành cây hình thành nên nhóm thực vật ngoại tầng. Một vấn đề nữa có liên quan đến nghiên cứu cấu trúc rừng đó là việc phân loại rừng theo cấu trúc và ngoại mạo hay ngoại mạo sinh thái [19].
Cơ sở phân loại rừng theo xu hướng này là đặc điểm phân bố, dạng sống ưu thế, cấu trúc tầng thứ và một số đặc điểm hình thái khác của quần xã thực vật rừng. Tiêu biểu cho hệ thống phân loại rừng theo hướng này có Humbold (1809), Schimper (1903), Aubreville (1949), UNESCO (1973). Trên cơ sở nghiên cứu rừng ở trạng thái động Melekhov đã nhấn mạnh sự biến đổi của rừng theo thời gian, đặc biệt là sự biến đổi của tổ thành loài cây trong lâm phần qua các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát sinh và phát triển của rừng. Như vậy, những nghiên cứu về cấu trúc tầng thứ của các tác giả nêu trên mới mang tính chất định tính, chưa phản ánh hết tính phức tạp của cấu trúc rừng nhiệt đới.
Do vậy, các nghiên cứu cấu trúc rừng được chuyển dần từ mô tả định tính sang định lượng với sự hỗ trợ của thống kê toán học và tin học, trong đó việc mô hình hoá cấu trúc rừng, xác lập mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu có kết quả. Vấn đề về cấu trúc không gian và thời gian của rừng được các tác giả tập trung nghiên cứu nhiều nhất. Có thể kể đến một số tác giả tiêu biểu như: B.Rollet (1971) đã biểu diễn các quan hệ chiều cao- đường kính ngang ngực, đường kính tán - đường kính ngang ngực bằng các hàm hồi quy; phân bố đường kính tán, đường kính thân cây dưới dạng các phân bố xác suất; Balley (1973) mô hình hoá cấu trúc thân cây với phân bố số cây theo cỡ kính ( N-D) bằng hàm Weibull. Nhiều tác giả khác dùng hàm Schumacher, hyperbol, hàm mũ, Poisson, Charlier,.
để mô hình hoá cấu trúc rừng (dẫn theo Trần Văn Con, 2001) [14]. 4 Nghiên cứu về tái sinh rừng Lịch sử nghiên cứu tái sinh rừng trên thế giới đã trải qua hàng trăm năm, nhưng với rừng nhiệt đới, vấn đề này mới được tiến hành chủ yếu từ những năm 30 đến nay. Có nhiều quan điểm, nội dung nghiên cứu của các tác giả về tái sinh tự nhiên nhưng có thể tóm tắt như sau: Về đặc điểm tái sinh: TSTN rừng nhiệt đới là vấn đề cực kỳ phức tạp bởi tính đa dạng sinh học cao trong cùng QXTVR và có nhiều khác biệt với rừng ôn đới và còn ít được nghiên cứu. Vansteenis (1956) [81] đã nghiên cứu hai đặc điểm tái sinh phổ biến của rừng mưa nhiệt đới là: tái sinh phân tán, liên tục của các loài cây chịu bóng tạo tiền đề tạo thành rừng hỗn loài khác tuổi và tái sinh vệt của các loài cây ưa sáng tiên phong, mọc nhanh để lấp các lỗ trống do cây già đổ.
Về xác định thời gian nghiên cứu tái sinh: Đa số các nhà nghiên cứu thống nhất rằng trong nghiên cứu tái sinh rừng cần phải nghiên cứu quá trình tái sinh rừng kể từ khi hình thành cơ quan sinh sản, sự hình thành hoa, quả, các tác nhân phát tán hạt, sự phù hợp của mùa vụ hạt giống với điều kiện khí hậu. Phần lớn các nhà lâm học Liên Xô cũ lại đề nghị chỉ nên nghiên cứu quá trình TSR bắt đầu từ cây có hoa quả, thậm chí từ thời gian cây mạ trở đi (dẫn theo Đinh Quang Diệp, 1993)[16]. Về ảnh hưởng của một số nhân tố sinh thái đến tái sinh rừng: Cho đến nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu tập trung xác định ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến tái sinh rừng và được phân thành 2 nhóm: nhóm các nhân tố ảnh hưởng không có sự tác động của con người và có sự tác động của con người. Quá trình sinh trưởng của cây rừng nói chung và cây tái sinh nói riêng chịu tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái như ánh sáng, đất, lượng mưa.và mỗi loài cây chỉ có thể tồn tại và sinh trưởng trong một giới hạn nhất định của các nhân tố sinh thái trên.
Khi một trong các nhân tố thay đổi làm cho môi trường thay đổi và sinh trưởng của chúng sẽ bị ảnh hưởng [82]. Để làm rõ mức độ ảnh hưởng của các nhân tố và xác định được tổ hợp thích hợp cho mỗi loài cây các nhà sinh thái học đã tập trung 5 nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng chủ yếu như: ánh sáng, đất, cây bụi thảm tươi, nguồn hạt giống, thảm mục, các nhân tố khí hậu, động vật và vi sinh vật rừng. Thứ nhất, nhân tố ánh sáng. Đây là nhân tố sinh thái được nhiều tác giả qua tâm bởi đa số các loài cây, ánh sáng là nhân tố giới hạn có ảnh hưởng rất lớn tới thành công của quá trình tái sinh [82].
Theo đó có hai hướng nghiên cứu: Một là tái sinh dưới tán, để phân biệt nhu cầu ánh sáng giữa các loài cây, H. Lamprecht (1989) [74] đã phân cây rừng thành 3 nhóm: chịu bóng, ưa sáng và trung tính dựa theo nhu cầu ánh sáng tối thiểu cho quá trình quang hợp của chúng. Dưới tán rừng, khi lượng ánh sáng chiều xuống bị thiếu hụt mức độ chịu bóng của cây rừng sẽ là đặc điểm quyết định khả năng tái sinh của chúng [1], [82]. Hơn nữa, sự thiếu hụt ánh sáng ảnh hưởng chủ yếu đến sự phát triển của cây con, còn đối với sự nảy mầm và phát triển của mầm non thường không rõ [78].Yurkevich (1960) đã chứng minh độ tàn che tối ưu cho sự phát triển bình thường của đa số các loài cây gỗ là 0,6 - 0,7.
Hai là, tái sinh lỗ trống. Odum (1971) [77] khi nghiên cứu về nội cân bằng của hệ sinh thái cho rằng: Hệ sinh thái có khả năng tự duy trì và tự điều chỉnh, có khả năng chống chịu sự biến đổi và duy trì trạng thái cân bằng. Hệ sinh thái rừng nhiệt đới cũng có đặc điểm này, thể hiện rõ nhất ở việc tái sinh lỗ trống khi cây cổ thụ trong rừng tự nhiên bị bão đổ, chết; tùy theo độ lớn của lỗ trống, lỗ trống lớn sẽ xuất hiện cây tái sinh của loài ưa sáng mọc nhanh, lấp kín lỗ trống nhanh chóng, sau mới đến cây tái sinh của các loài có giá trị, chiếm tầng ưu thế trong rừng nhưng ưa bóng trong giai đoạn đầu. Thứ hai, nhân tố đất không chỉ là giá thể cho cây đứng vững mà con cung cấp nước, các chất dinh dưỡng, muối khoáng và ô xy cho cây sinh trưởng và phát triển.
Khác với cây cao, bộ rễ của cây tái sinh chủ yếu tập trung ở tầng đất mặt. Do vậy, khi định lượng mối quan hệ giữa cây rừng và đất, các nhà khoa học không chỉ tập trung vào các tính chất của đất mà còn chú trọng nghiên cứu biến động nhiệt độ và độ ẩm tầng đất mặt bởi chúng có liên quan trực tiếp tới khả năng hấp thụ nước, 6 muối khoáng và các chất dinh dưỡng khác trong đất của cây. Theo Tamari (1975) [80] hàm lượng mùn, độ xốp, nhiệt độ và độ ẩm của tầng đất mặt có ảnh hưởng rất lớn tới khả năng nẩy mầm và sinh trưởng của cây tái sinh. Độ khép tán của quần thụ ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ và sức sống của cây con.
Trong công trình nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa cây con và quần thụ, V. Karpov (1969) đã chỉ ra đặc điểm phức tạp trong quan hệ cạnh tranh về dinh dưỡng khoáng của đất, ánh sáng, ẩm độ và tính chất không thuần nhất của quan hệ qua lại giữa các thực vật tuỳ thuộc đặc tính sinh vật học, tuổi và điều kiện sinh thái của quần thể thực vật. Thứ ba, cây bụi, thảm tươi và nguồn hạt giống: Đây là nhân tố có ảnh hưởng rất lớn tới khả năng tiếp cận của hạt giống với đất, chi phối lượng ánh sáng chiếu xuống, ảnh hưởng đến độ ẩm đất và là đối thủ cạnh tranh sinh tồn của cây mạ.