ĐẶT VẤN ĐỀ Thực vật rừng nói riêng và rừng nói chung là nguồn tài nguyên thiên nhiên rất quý giá của mỗi quốc gia và đặc biệt quan trọng đối với sự sinh tồn của sinh vật trên thế giới. Bên cạnh vai trò là nơi cung cấp nơi sinh tồn cho các loài động thực vật, tạo sinh kế cho người dân bản địa, rừng còn góp phần to lớn trong việc bảo vệ nguồn nước, ngăn chặn xói mòn đất và giảm thiểu sự biến đổi khí hậu. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra hệ sinh thái rừng nhiệt đới vô cùng phong phú đa dạng và rất phức tạp gồm rất nhiều thành phần được sắp xếp theo không gian và thời gian với các quy luật khác nhau. Rừng tự nhiên sẽ mang tính ổn định cao nếu không có tác động của con người, nhưng một khi con người đã tác động vào thì rừng sẽ dần mất đi tính ổn định vốn có.
Do đó, để duy trì được tính ổn định của hệ sinh thái rừng cần có sự hiểu biết sâu về lĩnh vực này mà các nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc và tái sinh rừng là những cơ sở để xây dựng nên những biện pháp tác động phù hợp. Việt Nam có diện tích tự nhiên hơn 331.698km2 (chưa kể diện tích biển và hải đảo) trải dài trên nhiều vĩ tuyến và đai cao. Với địa hình rất đa dạng, hơn 2/3 lãnh thổ là đồi núi, tạo nên sự đa dạng về hệ sinh thái tự nhiên với nhiều như: Các trạng thái rừng như các trạng thái rừng khô lạnh vùng cao, các trạng thái rừng mưa ẩm vùng thấp, các trạng thái rừng khô hạn ven biển, các trạng thái rừng ngập mặn, rừng ngập nước ngọt vv…Những năm 40 của thế kỉ XX, độ che phủ của rừng của nước ta là 43%. Sau chiến tranh, giai đoạn 1979 - 1982, diện tích rừng chỉ còn khoảng 7,8 triệu ha tương đương độ che phủ 24%.
Từ những năm 90 trở lại đây, diện tích từng đã tăng đáng kể, đưa độ che phủ của rừng từ 24% lên 28% năm 1995, 33% năm 1999 và 41,19% (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Quyết định số 1819/QĐ-BNN-TCLN ngày 16/5/2017 công bố hiện trạng rừng toàn quốc). Mặc dầu diện tích rừng thời gian qua đã tăng lên hàng năm thông qua các nỗ lực trồng rừng, phục hồi rừng; nhưng chất lượng tài nguyên rừng Việt Nam vẫn bị giảm sút do nhiều nguyên nhân khác nhau, kéo theo đó là suy giảm về đa dạng sinh học đối với các hệ sinh thái rừng nhất là đối với rừng tự nhiên. 2 Vườn quốc gia Phia Oắc - Phia Đén có tổng diện tích là: 10.593,5 ha, nằm trên địa bàn 05 xã và thị trấn thuộc huyện Nguyên Bình, tỉnh Cao Bằng: xã Thành Công, Quang Thành, Phan Thanh, Hưng Đạo và thị trấn Tĩnh Túc. Vườn quốc gia Phia Oắc - Phia Đén nằm trên dãy núi chạy dài từ Tây sang Đông, nổi tiếng với đỉnh Phia Oắc, có độ cao 1.935m, từ đây phát triển thành một dãy núi lớn khác chạy xuống phía nam.
Vườn quốc gia được chia thành 03 phân khu chính là phân khu bảo vệ nghiêm ngặt; phân khu phục hồi sinh thái; phân khu dịch vụ hành chính. Trong đó, phân khu bảo vệ nghiêm ngặt có diện tích 4.035,5 ha tại đây có hệ sinh thái rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới và á nhiệt đới; hệ sinh thái rừng lùn hay còn gọi là “rừng rêu”, một trạng thái rừng của khí hậu ôn đới đặc trưng của miền Bắc ở Việt Nam. Tính đa dạng của các hệ sinh thái trên một vùng lãnh thổ không lớn với sự đa dạng về thành phần loài động vật có nhiều loài quý hiếm, đặc hữu rất cần được bảo tồn, bảo vệ. Tuy nhiên, những nghiên cứu về đặc trưng cấu trúc và đa dạng loài ở một số trạng thái rừng tự nhiên nơi đây còn hạn chế, chưa phản ánh hết được tính đa dạng sinh học, quy luật sống của hệ sinh thái rừng nơi đây - một trong những cơ sở quan trọng trong việc xây dựng các giải pháp để quản lý rừng bền vững.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn về công tác bảo tồn và phát triển tài nguyên rừng của Vườn quốc gia, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Một số đặc điểm cấu trúc và đa dạng loài cây của rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới núi đất tại Vườn quốc gia Phia Oắc - Phia Đén, huyện Nguyên Bình, tỉnh Cao Bằng”. Đề tài được thực hiện nhằm góp phần bổ sung những hiểu biết mới về cấu trúc và đa dạng loài cây của quần xã thực vật rừng, hướng phát triển bền vững hệ sinh thái rừng kín lá rộng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới núi đất tại huyện Nguyên Bình. 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1.1 Nghiên cứu về cấu trúc rừng Cấu trúc rừng là hình thức thể hiện bên ngoài của những mối quan hệ bên trong giữa thực vật rừng với nhau và giữa chúng với môi trường.
Nghiên cứu cấu trúc rừng để biết được những mối quan hệ bên trong của quần xã, từ đó có sơ sở đề xuất biện pháp tác động phù hợp. Trong nghiên cứu cấu trúc rừng, người ta chia thành ba dạng cấu trúc là cấu trúc hình thái, cấu trúc không gian và cấu trúc thời gian. Cấu trúc tổ thành Cấu trúc tổ thành là sự tham gia của những loài cây trong lâm phần, hay nói cách khác là sự phong phú của các loài cây trong quần thụ thực vật. Tác giả đã phân biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại: (i) rừng mưa hỗn hợp có tổ thành loài cây phức tạp; và (ii) rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài cây đơn giản, trong những lập địa đặc biệt, rừng mưa đơn ưu chỉ bao gồm một vài loài cây [71].L (1974) ở vùng nhiệt đới thành phần thực vật rất đa dạng thể hiện ở chỗ rất ít họ chiếm tỷ lệ 10% tổng số loài của hệ thực vật đó và tổng tỷ lệ phần trăm của 10 họ có số loài lớn nhất chỉ đạt 40 - 50% tổng số loài.
Trong rừng hỗn giao, nhiều loài cây gỗ lớn phân bố theo tỷ lệ khá cân bằng, tuy nhiên phần lớn trong một quần thụ thường có 1 - 2 loài chiếm ưu thế (dẫn theo tài liệu [21]). Tóm lại, các nghiên cứu từ trước đến nay của các tác giả đi trước cho thấy, lâm phần rừng tự nhiên nói chung rất đa dạng về thành phần loài thực vật. Nhìn chung, có tới hàng trăm loài cây gỗ trong diện tích 1 ha, tuy nhiên lại rất ít loài chiếm hơn 10% tổ thành loài. Cấu trúc phân bố số cây theo cỡ đường kính Mối quan hệ giữa các nhân tố điều tra trong lâm phần là những quy luật cơ bản trong nghiên cứu kết cấu rừng được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu.
Ngày nay, bên cạnh những nghiên cứu mang tính chất định tính, các nghiên cứu cấu trúc rừng trong các thập niên gần đây có xu hướng chuyển dần từ mô tả định tính sang định lượng với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê toán học và công nghệ tin học, trong đó việc mô hình hóa cấu trúc rừng, xác lập mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Vấn đề về cấu trúc không gian và thời gian của rừng được các tác giả tập trung nghiên cứu nhiều nhất. Để nghiên cứu quy luật, hầu hết các tác giả đã dùng phương pháp giải tích, tìm các phương trình toán học dưới dạng nhiều phân bố xác suất khác nhau. Phải kể đến các công trình như sau: Đầu tiên là công trình nghiên cứu của Meyer, H.
A (1952) đã mô tả phân bố N/D bằng phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục. Phương trình này được gọi là phương trình Meyer [65]. 5 Tiếp đó nhiều tác giả dùng phương trình giải tích để tìm phương trình của đường cong phân bố như Balley (1973) mô hình hóa cấu trúc phân bố số cây theo cỡ kính (N-D) bằng hàm Weibull [54]. Prodan, M và Patatscase (1964), Bill và Kem, K.
Đặc biệt, để tăng tính mềm dẻo, một số tác giả hay dùng các hàm khác như Loetschau (1973) (dẫn theo Phạm Ngọc Giao, 1997) dùng hàm Beta để nắn phân bố thực nghiệm.Z (1992) trong khi nghiên cứu 19 ô tiêu chuẩn với 60 loài cây của rừng nhiệt đới ở Maranhoo, Brazin đã dùng hàm Weibull để mô phỏng phân bố N/D1. Nhiều tác giả khác dùng hàm Hyperbol, hàm Poisson, hàm Logarith và hàm Pearson. Nhìn chung, việc sử dụng hàm này hay hàm khác để biểu thị qui luật cấu trúc là tùy thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả, cũng như các loài cây sinh trưởng khác nhau và số liệu đo đạc ngoài thực tế. Do đường kính cây không ngừng tăng lên theo tuổi, nên phân bố đường kính của lâm phần cũng không ngừng thay đổi theo tuổi.
Chính vì thế, từ các mô hình toán học đã xác định được, các nhà khoa học đã nghiên cứu sự biến đổi của quy luật phân bố số cây theo tuổi (gọi là động thái cấu trúc rừng). Quy luật phân bố số cây theo cỡ chiều cao (N/H) Phần lớn các tác giả khi nghiên cứu cấu trúc lâm phần theo chiều thẳng đứng đã dựa vào phân bố số cây theo cỡ chiều cao. Phương pháp nghiên cứu 6 cấu trúc đứng của rừng tự nhiên là vẽ các phẫu đồ đứng với các kích thước khác nhau tùy theo mục đích nghiên cứu. Các phẫu đồ mang lại hình ảnh khái quát về cấu trúc tầng tán, phân bố số cây theo chiều thẳng đứng từ đó rút ra các nhận xét và đề xuất ứng dụng thực tế.
Phương pháp này được nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng như Rollet (1979), Meyer (1952) [65], Richards P. Như vậy, từ các nghiên cứu định lượng cấu trúc phân bố N/D cho thấy, các nghiên cứu về phân bố số cây theo đường kính và ứng dụng của nó thường dựa vào dãy tần số lý thuyết. Các hàm toán học được các tác giả sử dụng để mô phỏng rất đa dạng và phong phú. Nhìn chung, các tác giả đều biểu diễn quy luật phân bố số cây theo đường kính dưới dạng phân bố xác suất, các hàm thường sử dụng như hàm Weibull, hàm mũ, hàm chuẩn, hàm Logarit, hàm Beta, hàm Gama.
Nghiên cứu đa dạng loài cây Raunkiaer (1934) [69] đã đưa ra công thức xác định phổ dạng sống chuẩn cho hàng nghìn loài cây khác nhau. Theo đó công thức phổ dạng sống chuẩn được xác định theo tỷ lệ phần trăm giữa số lượng cá thể của từng dạng sống so với tổng số cá thể trong một khu vực.