Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Cấu trúc rừng tự nhiên là chủ đề đã được nhiều tác giả trong nước và ngoài nước nghiên cứu từ những năm đầu của thế kỷ XX với mục đích tìm hiểu rõ quy luật tổ hợp, sắp xếp của các nhân tố cấu trúc rừng như cấu trúc tổ thành loài, sự phân chia tầng thứ của rừng, hình thái phân bố cây rừng,. từ đó làm cơ sở để xây dựng, đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh tác động vào rừng một cách có hiệu quả, dẫn dắt rừng đi theo hướng có lợi cả về kinh tế, xã hội và môi trường. Ở giai đoạn đầu, các kết quả nghiên cứu còn mang tính định tính, mô tả về cấu trúc rừng. Sau đó cùng với sự phát triển của các ngành kinh tế khác, với sự ứng dụng rộng rãi của toán thống kê và tin học trong nghiên cứu lâm nghiệp thì những nghiên cứu định lượng, chính xác về rừng cũng được tiến hành.
Những nghiên cứu theo hướng lượng hóa các quy luật tự nhiên, cấu trúc sinh trưởng và sản lượng rừng đã được các nhà khoa học khái quát bằng các dạng hàm toán học, từ đơn giản đến phức tạp, nhờ đó đã giải quyết được nhiều vấn đề trong kinh doanh rừng. Ở ngoài nước Đặc điểm cấu trúc và tái sinh rừng tự nhiên đã được nhiều nhà khoa học lâm nghiệp trên thế giới nghiên cứu nhằm xây dựng cơ sở khoa học và lý luận phục vụ công tác kinh doanh rừng, có thể điểm qua một số nghiên cứu liên quan đến nội dung của đề tài như sau: 1. Nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc rừng 1. Về cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng Rừng tự nhiên là một hệ sinh thái phức tạp bao gồm nhiều thành phần, được sắp xếp theo các quy luật khác nhau trong không gian và thời gian.
4 Trong nghiên cứu cấu trúc rừng người ta chia thành ba dạng cấu trúc là cấu trúc sinh thái, cấu trúc không gian và cấu trúc thời gian. Cấu trúc của quần xã thực vật là kết quả của quá trình chọn lọc tự nhiên, là sản phẩm của quá trình đấu tranh sinh tồn giữa các loài thực vật, giữa thực vật với hoàn cảnh sống. Trên quan điểm sinh thái thì cấu trúc rừng chính là nhân tố phản ánh nội dung bên trong của hệ sinh thái rừng.N (1964) [1] 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 đi sâu nghiên cứu các nhân tố cấu trúc rừng, các kiểu xử lý về mặt lâm sinh áp dụng cho rừng tự nhiên. Khái niệm sinh thái học được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc trên quan điểm sinh thái học.
Về hình thái cấu trúc rừng mưa Rừng mưa nhiệt đới là chủ đề đã được nhiều nhà khoa học đi sâu nghiên cứu, tiêu biểu là các tác giả: Catinot R. Để biểu diễn hình thái cấu trúc rừng theo mặt cắt ngang và mặt cắt dọc, các tác giả đã sử dụng phẫu diện đồ ngang và phẫu diện đồ đứng; các nhân tố cấu trúc được mô tả theo các khái niệm: dạng sống, tầng phiến,… Rollet (1971) [51] đã đưa ra hàng loạt phẫu đồ mô tả cấu trúc hình thái rừng mưa, tương quan giữa chiều cao với đường kính và mô phỏng mối quan hệ giữa chúng bằng các hàm hồi quy.W (1952) [28] đã căn cứ vào tổ thành thực vật, chia rừng mưa thành hai loại: rừng mưa hỗn hợp - rừng có tổ thành loài cây rất phức tạp và rừng mưa đơn ưu - rừng có tổ thành loài cây đơn giản. Trong những lập địa 5 đặc biệt thì rừng mưa đơn ưu chỉ bao gồm một vài loài cây. Những nghiên cứu về các lĩnh vực trên đã đặt nền móng cho các nghiên cứu ứng dụng sau này, tuy nhiên các kết quả trên vẫn nặng về mô tả định tính.
Về cấu trúc tổ thành Rừng mưa nhiệt đới được ghi nhận là rừng có khu hệ thực vật đa dạng và phong phú nhất trong số các loại rừng. Theo Schimper (1935), khi nghiên cứu rừng ở Bắc Mỹ cho thấy trên diện tích 0,5 ha có đến 25 - 30 loài cây gỗ lớn; Brown (1941) cũng chỉ ra ở rừng mưa châu Âu hoặc Bắc Mỹ trong trường hợp cực đoan, rừng có thế bao gồm 20 - 25 loài cây gỗ.W (1952) [28] trong rừng mưa nhiệt đới thường có trên 40 loài cây gỗ/ha, cá biệt có trường hợp lên tới trên 100 loài, nhiều loài cây gỗ lớn sinh trưởng hỗn hợp với nhau theo tỷ lệ khá đồng đều nhưng cũng có thể chỉ có một hoặc vài loài chiếm ưu thế. Trong rừng ẩm nhiệt đới châu Phi, Catinot. Về cấu trúc tầng thứ Sự phân tầng trong quần xã thực vật rừng là một trong những đặc trưng nổi bật của rừng nhiệt đới, là kết quả của chọn lọc tự nhiên mà ở đó có sự chung sống giữa loài cây ưa sáng (tầng trên) và loài cây chịu bóng (tầng 6 dưới), giữa chúng là những loài thực vật trung tính.
Do sự đa dạng, phức tạp trong cách thể hiện sự phân tầng thứ của rừng nên có nhiều ý kiến không đồng nhất trong việc phân chia, có tác giả cho rằng ở loại rừng này chỉ có một tầng cây gỗ. Ngược lại, có nhiều tác giả lại cho rằng rừng lá rộng thường xanh có từ 3 đến 5 tầng. Richards (1939) phân chia rừng ở Nigieria thành 5 - 6 tầng. Tuy nhiên, hầu hết các tác giả khi nghiên cứu tầng thứ rừng tự nhiên đều nhắc đến sự phân tầng nhưng mới dừng lại ở mức nhận xét hoặc đưa ra những kết luận mang tính định tính; việc phân chia các tầng theo chiều cao cũng mang tính chất cơ giới, chưa phản ánh được sự phân tầng phức tạp của rừng tự nhiên nhiệt đới.
Về phân bố số cây theo cỡ đường kính (N-D1.3) Phân bố số cây theo cỡ kính là quy luật kết cấu cơ bản nhất của lâm phần và được các nhà lâm học, điều tra rừng quan tâm nghiên cứu, việc nghiên cứu quy luật phân bố N-D1.3 có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn trong kinh doanh rừng, nó là cơ sở để đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh tác động vào rừng, để lập các biểu chuyên dùng trong lâm nghiệp (biểu quá trình sinh trưởng, biểu thể tích, biểu cấp đất,. Meyer (1934) đã mô tả phân bố N-D1.3 bằng phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục. Tiếp đó, nhiều tác giả dùng phương pháp giải tích để tìm phương trình của đường cong phân bố. Balley (1973) [46] sử dụng hàm Weibull, Schiffel để biểu thị đường cong cộng dồn phần trăm số cây bằng đa thức bậc ba.M và Pattatscase (1964), Bill và Kem K.A (1964) đã tiếp cận phân bố này bằng phương trình Lnarit chính thái.N sử dụng phân bố Gamma biểu thị phân bố số cây theo đường kính lâm phần thông ôn đới.
Đặc biệt để tăng tính mềm dẻo một số tác giả hay dùng các hàm khác như: Loetsch (1973) dùng hàm Beta để nắn các phân bố 7 thực nghiệm, J.Z Docouto (1992) trong khi nghiên cứu 19 ô tiêu chuẩn với 60 loài của rừng nhiệt đới ở Maranhoo - Brazil đã dùng hàm Weibull mô phỏng phân bố N-D1. Về phân bố số cây theo chiều cao (N-H) Phân bố số cây theo chiều cao là nhân tố cấu trúc thể hiện sự sắp xếp của cây rừng trong lâm phần theo chiều thẳng đứng. Nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên theo chiều thẳng đứng bằng việc vẽ các phẫu diện đồ đứng với tỷ lệ, kích thước khác nhau tùy theo mục đích; là phương pháp kinh điển được áp dụng, các phẫu đồ cho hình ảnh trực quan, khái quát về cấu trúc tầng tán, phân bố cây rừng theo chiều thẳng đứng. Từ đó rút ra nhận xét và đề xuất ứng dụng thực tế, phương pháp này được nhiều nhà nghiên cứu rừng nhiệt đới áp dụng mà điển hình là các công trình của các tác giả P.
Về phân loại rừng thứ sinh nghèo và các xử lý lâm sinh Hiện nay, có hai quan điểm về phân loại rừng nghèo, được sự nhất trí cao trong giới khoa học quốc tế: Dựa vào đặc điểm hiện trạng thảm thực vật che phủ: Điển hình quan điểm này là của E.Bruenig (1998) khi phân chia hệ sinh thái rừng bị suy thoái thành 5 loại chính và các biện pháp lâm sinh nhằm phục hồi chúng, đó là các lâm phần rừng hỗn loài tự nhiên bị khai thác quá mức, các lâm phần rừng thứ sinh ở các giai đoạn phát triển khác nhau, các đám cây gỗ thứ sinh, trảng cỏ và các dạng thảm thực vật khác trên các loại thổ nhưỡng khác nhau. Dựa vào đặc điểm của sự tác động: Quan điểm này được thể hiện rõ trong hướng dẫn phục hồi rừng của tổ chức cây gỗ rừng nhiệt đới quốc tế (ITTO, 2002) theo đó rừng nghèo được phân chia thành 3 kiểu phụ như sau: - Rừng nguyên sinh bị thoái hóa (Degraded primary forest) là kiểu rừng 8 mà độ che phủ của nó đó bị thay đổi dưới sự ảnh hưởng của việc khai thác không bền vững các sản phẩm gỗ và lâm sản ngoài gỗ. Vì vậy cấu trúc, chức năng, động thái của chúng bị thay đổi vượt quá khả năng có thể phục hồi của hệ sinh thái trong một thời gian ngắn. - Rừng thứ sinh (Secondary forest) hình thành trên những vùng đất mà trước đây đó được che phủ bởi rừng.
Những khu rừng thứ sinh này thông thường được phục hồi (hình thành và phát triển) tự nhiên trên đất đó bị bỏ hoang sau canh tác nương rẫy, đất định canh nông nghiệp, đất chăn thả hoặc trên đất của những khu rừng trồng không thành công. - Đất rừng bị thoái hóa (Degraded forest land) là đất của những khu rừng bị ảnh hưởng bởi quá trình khai thác các sản phẩm gỗ và lâm sản ngoài gỗ một cách quá mức, thiếu quản lý, bị lửa rừng nhiều lần, chăn thả cũng như các tác động khác chúng gây tác động tổn hại đến đất và thực vật tới mức kìm hãm sự phục hồi của rừng sau quá trình bỏ hoang. Đặc điểm khác nhau của ba kiểu rừng này là cấu trúc của thảm thực vật và thành phần loài.