CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu * Tái sinh rừng là một quá trình sinh học mang tính đặc thù của hệ sinh thái rừng. Biểu hiện đặc trưng của tái sinh rừng là sự xuất hiện một thế hệ cây con của những loài cây gỗ ở các nơi có hoàn cảnh rừng (hoặc mất rừng chưa lâu): dưới tán rừng, lỗ trống trong rừng, rừng sau khai thác, trên đất rừng làm sau nương rẫy… Vai trò lịch sử của thế hệ cây con là thay thế thế hệ cây gỗ già cỗi. Vì vậy, tái sinh rừng theo nghĩa hẹp là quá trình phục hồi lại thành phần cơ bản của rừng, chủ yếu là tầng cây gỗ.
Sự xuất hiện lớp cây con là nhân tố mới làm phong phú thêm số lượng và thành phần loài trong quần lạc sinh vật đóng góp vào việc hình thành tiểu hoàn cảnh rừng và làm thay đổi cả quá trình trao đổi vật chất và năng lượng diễn ra trong hệ sinh thái. Do đó, tái sinh rừng có thể hiểu theo nghĩa rộng là sự tái sinh của một hệ sinh thái rừng. Tái sinh rừng thúc đẩy việc hình thành cân bằng sinh học, đảm bảo cho rừng tồn tại liên tục và do đó bảo đảm cho việc sử dụng rừng thường xuyên. * Phục hồi rừng được hiểu là quá trình tái tạo lại rừng trên những diện tích đã mất rừng.
Theo quan điểm sinh thái học thì phục hồi rừng là một quá trình tái tạo lại một hệ sinh thái mà trong đó cây gỗ là yếu tố của cấu thành chủ yếu. Đó là một quá trình sinh địa phức tạp gồm nhiều giai đoạn và kết thúc bằng sự xuất hiện của một thảm thực vật cây gỗ bắt đầu khép tán. Để tái tạo rừng người ta có thể sử dụng các giải pháp khác nhau tuỳ theo mức độ tác động của con người là phục hồi nhân tạo, phục hồi tự nhiên, phục hồi tự nhiên có tác động của con người. * Cấu trúc rừng là sự sắp xếp tổ chức nội bộ của các thành phần sinh vật trong hệ sinh thái rừng mà qua đó các loài có đặc điểm sinh thái khác nhau có 5 thể cùng sinh sống hoà thuận trong một khoảng không gian nhất định trong một giai đoạn phát triển của rừng.
Cấu trúc rừng vừa là kết quả vừa là sự thể hiện các mối quan hệ đấu tranh sinh tồn và thích ứng lẫn nhau giữa các thành phần trong hệ sinh thái với nhau và với môi trường sinh thái. Cấu trúc rừng bao gồm cấu trúc sinh thái, cấu trúc hình thái và cấu trúc tuổi. * Loài ưu thế là một loài hoặc các nhóm có ảnh hưởng xác định lên quần xã, quyết định số lượng, kích thước, năng suất và các thông số của chúng. Loài ưu thế tích cực tham gia vào sự điều chỉnh, vào quá trình trao đổi vật chất và năng lượng giữa quần xã với môi trường xung quanh.
Chính vì vậy, nó có ảnh hưởng đến môi trường, từ đó ảnh hưởng đến các loài khác trong quần xã. Những nghiên cứu về cấu trúc và tái sinh tự nhiên trên thế giới Lịch sử nghiên cứu tái sinh rừng trên thế giới đã trải qua hàng trăm năm nhưng với rừng nhiệt đới vấn đề này được tiến hành chủ yếu từ những năm 30 của thế kỷ trước trở lại đây. Do sự phát triển của nền công nghiệp ở thế kỷ XIX, trong lâm nghiệp đã hình thành xu hướng thay thế rừng tự nhiên thành rừng trồng nhân tạo cho năng suất cao nhằm đáp ứng nhu cầu gỗ cho nguyên liệu công nghiệp và cuộc sống. Nhưng sau thất bại trong tái sinh nhân tạo ở Đức và một số nước vùng nhiệt đới, nhiều nhà khoa học đã nêu khẩu hiệu “Hãy quay lại với tái sinh tự nhiên”.
Kết quả nghiên cứu của các công trình nghiên cứu về tái sinh rừng tự nhiên trên thế giới được tóm tắt như sau. 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 (Richards. 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.
6 Các công trình nghiên cứu về phân bố tái sinh tự nhiên rừng nhiệt đới đáng chú ý là công trình nghiên cứu của (Richards., (1965) [17] tổng kết các kết quả nghiên cứu về phân bố số cây tái sinh tự nhiên đã nhận xét: trong các ô có kích thước nhỏ (1 m x 1 m; 1 m x 1,5 m) cây tái sinh tự nhiên có dạng phân bố cụm, một số ít có phân bố Poisson. Ở Châu Phi trên cơ sở các số liệu thu thập Tayloer (1954), Barnard (1955) xác định số lượng cây tái sinh trong rừng nhiệt đới thiếu hụt cần thiết phải bổ sung bằng trồng rừng nhân tạo. Ngược lại, các tác giả nghiên cứu về tái sinh tự nhiên rừng nhiệt đới Châu á như Budowski (1956), Bava (1954), Atinot (1965) lại nhận định dưới tán rừng nhiệt đới nhìn chung có đủ số lượng cây tái sinh có giá trị kinh tế, do vậy các biện pháp lâm sinh đề ra cần thiết để bảo vệ và phát triển cây tái sinh có sẵn dưới tán rừng. Đối với rừng nhiệt đới thì các nhân tố sinh thái như nhân tố ánh sáng (thông qua độ tàn che của rừng), độ ẩm của đất, kết cấu quần thụ, cây bụi, thảm tươi là những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tái sinh rừng, cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu, đề cập đến vấn đề này.N (1962) [2] cho thấy, sự thiếu hụt ánh sáng ảnh hưởng đến phát triển của cây con còn đối với sự nảy mầm và phát triển của cây mầm, ảnh hưởng này thường không rõ ràng và thảm cỏ, cây bụi có ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây tái sinh.
Ở những quần thụ kín tán, thảm cỏ và cây bụi kém phát triển nhưng chúng vẫn có ảnh hưởng đến cây tái sinh. Nhìn chung có rừng nhiệt đới, tổ thành và mật độ cây tái sinh thường khá lớn. Nhưng số lượng loài cây có giá trị kinh tế thường không nhiều và được chú ý hơn, còn các loài cây có giá trị kinh tế thấp thường ít được nghiên cứu, đặc biệt là đối với tái sinh ở các trạng thái rừng phục hồi sau nương rẫy.Lamprecht (1989) [36] căn cứ vào nhu cầu ánh sáng của các loài cây trong suốt quá trình sống để phân chia rừng nhiệt đới thành nhóm cây ưu 7 sáng, nhóm cây bán chịu bóng và nhóm cây chịu bóng. Kết cấu của quần thụ lâm phần có ảnh hưởng đến tái sinh rừng.
Trong nghiên cứu tái sinh rừng người ta nhận thấy rằng tầng cỏ và cây bụi qua thu nhận ánh sáng, độ ẩm và các nguyên tố dinh dưỡng khoáng của tầng đất mặt đã ảnh hưởng xấu đến cây con tái sinh của các loài cây gỗ. Những quần thụ kín tán, đất khô và nghèo dinh dưỡng khoáng do đó thảm cỏ và cây bụi sinh trưởng kém nên ảnh hưởng của nó đến các cây gỗ tái sinh không đáng kể. Ngược lại, những lâm phần thưa, rừng đã qua khai thác thì thảm cỏ có điều kiện phát sinh mạnh mẽ. Trong điều kiện này chúng là nhân tố gây trở ngại rất lớn cho tái sinh rừng (dẫn theo Nguyễn Văn Thêm.
Nghiên cứu tái sinh rừng ở rừng nhiệt đới Châu Phi, A.Obrevin (1938) nhận thấy cây con của các loài cây ưu thế trong rừng mưa là rất hiếm.Obrevin đã khái quát hóa các hiện tượng tái sinh ở rừng mưa nhiệt đới Châu Phi để đúc kết nên lý luận bức khảm tái sinh, nhưng phần lý giải hiện tượng đó còn bị hạn chế. Vì vậy lý luận của ông còn ít sự thuyết phục, chưa giúp sức cho thực tiễn sản xuất các biện pháp kỹ thuật điều khiển tái sinh rừng theo những mục tiêu kinh doanh đã đề ra (dẫn theo Phạm Hồng Ban, 2000) [1]. Tái sinh tự nhiên của thảm thực vật sau nương rẫy được một số tác giả nghiên cứu. Saldarriaga (1991) nghiên cứu tại rừng nhiệt đới ở Colombia và Venezuela nhận xét: Sau khi bỏ hoá, số lượng loài thực vật tăng dần từ ban đầu đến rừng thành thục.
Thành phần của các loài cây trưởng thành phụ thuộc vào tỷ lệ các loài nguyên thuỷ mà nó được sống sót từ thời gian đầu của quá trình tái sinh, thời gian phục hồi khác nhau phụ thuộc vào mức độ, tần số canh tác của khu vực đó (dẫn theo Phạm Hồng Ban, 2000) [1]. Kết quả nghiên cứu của các tác giả Lambert et al (1989) [37], Warner (1991) [42], đều cho thấy quá trình diễn thế sau nương rẫy như 8 sau: đầu tiên đám nương rẫy được các loài cỏ xâm chiếm; nhưng sau một năm loài cây gỗ tiên phong được gieo giống từ vùng lân cận hỗ trợ cho việc hình thành quần thụ của các loài cây gỗ, tạo ra tiểu hoàn cảnh thích hợp cho việc sinh trưởng của cây con. Những loài cây gỗ tiên phong chết đi sau 5-10 năm và được thay thế dần bằng các loài cây rừng mọc chậm, ước tính cần phải mất hàng trăm năm thì nương rẫy cũ mới chuyển thành loại hình rừng gần với dạng nguyên sinh ban đầu. Nghiên cứu khả năng tái sinh tự nhiên của thảm thực vật sau nương rẫy từ 1 - 20 năm ở vùng Tây Bắc ấn Độ, Ramakrishnan (1981-1992) đã cho biết chỉ số đa dạng loài rất thấp.
Chỉ số loài ưu thế đạt đỉnh cao nhất ở pha đầu của quá trình diễn thế và giảm dần theo thời gian bỏ hoá. Long Chun và cộng sự (1993) đã nghiên cứu đa dạng thực vật ở hệ sinh thái nương rẫy tại Xishuangbanna tỉnh Vân Nam, Trung Quốc nhận xét: tại Baka khi nương rẫy bỏ hoá được 3 năm thì có 17 họ, 21 chi, 21 loài thực vật, bỏ hoá 19 năm thì có 60 họ, 134 chi, 167 loài (dẫn theo Phạm Hồng Ban, 2000) [1].N [2] đã nghiên cứu các vấn đề về cơ sở sinh thái học nói chung và về 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. Tác giả cho rằng, sự thiếu hụt ánh sáng ảnh hưởng đến phát triển của cây con còn đối với sự nảy mầm và phát triển của cây mầm ảnh hưởng này thường không rõ ràng và thảm cỏ, cây bụi có ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây tái sinh.