Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. QUAN ĐIỂM VỀ CẤU TRÚC QUẦN XÃ THỰC VẬT RỪNG Theo quan điểm của các nhà lâm sinh, cấu trúc rừng (forest structure) là sự sắp xếp tổ chức nội bộ của các hệ sinh thái rừng mà qua đó các loài có đặc tính sinh thái học khác nhau có thể chung sống hài hòa và đạt tới sự ổn định tương đối trong một giai đoạn nhất định của tự nhiên [28]. Cũng theo quan điểm này, Phùng Ngọc Lan (1986) [22] cho rằng: cấu trúc rừng là một khái niệm dùng để chỉ quy luật sắp xếp tổ hợp các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng theo không gian và thời gian. Còn trên quan điểm sản lượng, Husch,B.
(1982) [13], cấu trúc là sự phân bố kích thước của loài và cá thể trên diện tích rừng. Như vậy, có thể thấy cấu trúc lớp thảm thực vật là kết quả của quá trình chọn lọc tự nhiên, là sản phẩm của quá trình đấu tranh sinh tồn giữa thực vật với thực vật, giữa thực vật và môi trường sống. Trên quan điểm sinh thái thì cấu trúc là hình thức bên ngoài phản ánh nội dung bên trong của hệ sinh thái. Trên quan điểm sản lượng thì cấu trúc rừng phản ánh sưc sản xuất của rừng theo điều kiện lập địa.
Cấu trúc quần xã thực vật rừng bao gồm cấu trúc tổ thành, cấu trúc tầng thứ, cấu trúc tuổi, cấu trúc mật độ, cấu trúc theo mặt phẳng nằm ngang…. Nhìn chung, nghiên cứu cấu trúc đã chuyển từ mô tả định tính sang phân tích định lượng dưới dạng mô hình hóa toán học nhằm khái quát hóa các quy luật của tự nhiên. Trong đó, các quy luật phân bố, tương quan của một số nhân tố điều tra được quan tâm nghiên cứu. NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TRÚC RỪNG 1.
Trên thế giới 1. Về cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng Khái niệm về hệ sinh thái rừng đã được làm sáng tỏ là cơ sở cho việc nghiên cứu các nhân tố cấu trúc đứng trên quan điểm sinh thái học. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.N (1962) [1] đã nghiên cứu các vấn đề cơ cở sinh thái học nói chung và cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mưa nói riêng. Trong đó, tác giả 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 đều có hai mục đích rõ rệt: “Mục tiêu thứ nhất là cải thiện rừng cây nguyên sinh vốn thường hỗ loài và không đồng tuổi bằng cách đào thải những cây quá thành thục và vô dụng để tạo không gian sống thích hợp cho các loài cây còn lại sinh trưởng: mục tiêu thứ 2 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”. Từ đó, tác giả đã đưa ra tổng kết hết sức phong phú về các nguyên lý tác động xử lý cải thiện rừng mưa.R (1965) [4] đã nghiên cứu cấu trúc hình thái rừng thông qua việc biểu diễn các phẫu đồ rừng, nghiên cứu các nhân tố cấu trúc sinh thái rừng thông qua việc mô tả, phân loại theo các khái niệm, dạng sống, tầng phiến… Odum E. Khái niệm hệ sinh thái được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu cấu trúc trên quan điểm sinh thái học. Mô tả về hình thái của cấu trúc rừng Rừng mưa nhiệt đới với sự đa dạng và phong phú của nó đã cuốn hút nhiều nhà khoa học nghiên cứu sâu rộng như Richards (1952) [30], Catinot (1965) [4].
Các tác giả này đi sâu vào biểu diễn cấu trúc hình thái rừng bằng phẫu diện đồ, các nhân tố cấu trúc được mô tả phân loại theo các khái niệm: dạng sống, tầng phiến… Các kết quả nghiên cứu này đã đặt nền móng quan trọng cho các nghiên cứu ứng dụng sau này mặc dù các kết quả còn nặng về mô tả và định tính. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 13 Phạm trù phân bố cá thể trên trên mặt đất rừng theo kiểu cụm, đám hoặc lan truyền là một tập hợp phức tạp có tên gọi khác nhau như Poisson kép, Newman, Poisson âm… và được giải thích kỹ trong sách của M.Digge (1979,1982) (dẫn theo Trương Hồ Tố, 1996 [51]) cho rằng có ba phạm trù phân bố các cá thể cây rừng trên mặt đất rừng: Bảng 1.1: Phạm trù phân bố cấu trúc hình thái rừng STT Phân bố Theo B.Digge 1 Cách đều Plantation Regular 2 Ngẫu nhiên Poisson Random 3 Cụm, nhóm, lan truyền Contagious Aggregated B.Rollet (1985) đưa ra các phương pháp sử dụng toán đồ lập sẵn với hai diện tích của phạm trù phân bố 1 và 3 cùng với một số đường cong ranh giới. Đó là dùng phương pháp giải tích để đánh giá độ phù hợp bằng xác suất (dẫn theo Trương Hồ Tố, 1996 [51]). Nghiên cứu định lượng về cấu trúc rừng Khi chuyển đổi nghiên cứu định tính sang nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng, nhiều tác giả đã sử dụng các công thức và hàm toán học để mô hình hóa cấu trúc rừng, xác định mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng.
Nghiên cứu định lượng các mối quan hệ, cấu trúc ở rừng nhiệt đới phải nói đến Rollet (1971) (dẫn theo Phùng Đình Trung (2007) [40] ) là tác giả có nhiều công trình đi sâu vào lĩnh vực và đối tượng này. Ông đã biểu diễn mối quan hệ giữa các nhân tố điều tra với nhau bằng các hàm hồi quy, khái quát hóa phân bố đường kính tán, đường kính thân cây dưới dạng phân bố xác suất. Có rất nhiều các tác giả khác nhau nghiên cứu, định lượng hóa các quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N/D1.3), quy luật phân bố số cây theo cỡ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 chiều cao (N/HVN), quy luật tương quan giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực (HVN/D1.3), tương quan giữa đường kính tán với đường kính ngang ngực (Dt/D1.3) cụ thể như sau: a. Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N /D1.3), số cây theo cỡ chiều cao (N/HVN) Đây là các quy luật cơ bản nhất của kết cấu lâm phần.
Việc mô phỏng quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính (N-D), số cây theo cỡ chiều cao (N/HVN) được nhiều tác giả đặc biệt quan tâm. Hầu hết các tác giả đều sử dụng hàm toán học để mô phỏng cho các quy luật này. Có thể điểm qua một số công trình tiêu biểu sau: Meyer (1934), sử dụng phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục để mô tả phân bố số cây theo cỡ đường kính, về sau gọi là hàm Meyer hay hàm Meyer (dẫn theo Hoàng Thị Phương Lan, 2004 [21]).N sử dụng phân bố Gamma để biểu thị phân bố số cây theo cỡ đường kính lâm phần Thông Ôn đới. Ngoài ra, một số tác giả sử dụng các hàm Hyperbol, họ đường cong Pearson, phân bố Boisson,… để mô phỏng quy luật phân bố này.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Quy luật tương quan giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực (HVN/D1.3) Giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực của các cây trong lâm phần luôn tồn tại mối quan hệ chặt và tuân theo quy luật: khi tuổi tăng thì đường kính và chiều cao tăng theo và giữa chúng tồn tại mối quan hệ theo dạng đường cong. Và cùng với tuổi tăng lên thì đường cong có xu hướng dịch chuyển lên trên (Tiurin D. Ngoài ra, độ dốc của đường cong chiều cao giảm theo tuổi [13].
Một số tác giả đã sử dụng các hàm toán học khác để biểu thị mối quan hệ này. Có thể điểm qua một vài công trình như sau: Tovstolesse, DI (1930) đã lấy cấp đất làm cơ sở để nghiên cứu quan hệ HVN/D1. Mỗi cấp đất tác giả lập một đường cong chiều cao tương ứng với mỗi cỡ đường kính để có dãy tương quan cho loài và cấp chiều cao. Sau đó dùng phương pháp biểu đồ để nắn dãy tương quan theo dạng đường thẳng của Gehrhardt và Kopetexki (dẫn theo Phạm Ngọc Giao, 1995 [10]).d )2 Petterson, H (1955) (dẫn theo Nguyễn Trọng Bình, 1996 [16]) đề xuất sử dụng phương trình: 1 b a (1.O (1967) (dẫn theo Hoàng Văn Dưỡng, 2000 [9]) mô phỏng quan hệ giữa chiều cao với đường kính và tuổi theo dạng phương trình: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Nghiên cứu tầng thứ trong rừng nhiệt đới Việc nghiên cứu tầng thứ ở rừng nhiệt đới có nhiều quan điểm trái ngược nhau. Có tác giả cho rằng “rừng nhiệt đới chỉ có một tầng cây gỗ mà thôi vì không thể tìm thấy ở đây một giới hạn rõ rệt nào trong tầng cây gỗ.” Beard (1964) không thừa nhận sự phân tầng trong rừng. Odum (1971) [56] nghi ngờ sự phân tầng rừng rậm ở độ cao dưới 600m ở Porto Rico và cho rằng không có sự tập trung khối tán ở chiều cao riêng biệt nào cả. Nhưng ngược lại với ý kiến trên, có nhiều tác giả cho rằng “rừng lá rộng thường xanh có từ 3 đến 5 tầng”, có tác giả giới thiệu tầng thứ theo hướng định tính với các tầng sinh thái khác nhau và đưa ra giới hạn độ cao của các tầng như: Richards (1939) [30] phân rừng ở Nigeria thành 6 tầng với các giới hạn chiều cao là 6 đến 12m, 12 – 18m, 18 – 24m, 24 – 30m, 30 – 36m và 36 – 42m, nhưng thực chất đây chỉ là các lớp chiều cao.
Nhưng năm 1952, Richards [57] đã phân tầng ở Sarawk thành 3 tầng cây gỗ với giới hạn chiều cao 8m, 18m và 34m, một tầng cây bụi, có hay không có tầng cỏ dưới cùng. Ngoài ra, các tác giả Taylor (1960), Gerad (1906), Myatt Sonith (1963) cũng chia rừng ở Kinshara – Conggo, Malaysia thành 3 – 5 tầng với các chiều cao giới hạn được chỉ rõ. Như vậy, hầu hết các tác giả khi nghiên cứu về rừng tự nhiên đều nhắc đến sự phân tầng của đối tượng này nhưng mới chỉ dừng lại ở mức nhận xét theo cảm tính hoặc những kết luận mang tính định tính. Việc phân chia các LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 17 tầng theo chiều cao cũng mang tính chất cơ giới chứ chưa phản ánh được sự phân tầng phức tạp của rừng tự nhiên nhiệt đới.
Nghiên cứu dạng sống và đa dạng sinh học Raunkiaer (1934) (dẫn theo Nguyễn Văn Sinh, 2007 [37]) đã đưa ra công thức xác định phổ dạng sống chuẩn cho hàng nghìn loài cây khác nhau.