Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Ngoài nước Thông tin về tăng trưởng đường kính và hình thức sinh trưởng của các cây cá thể có ý nghĩa quan trọng trong quản lý rừng hỗn loài nhiệt đới bền vững. Rất nhiều kết quả nghiên cứu về mô hình hóa tăng trưởng đã được nhiều tác giả tổng quan, thảo luận (Alder, 1995; Vanclay, 1994). Tuy nhiên phần lớn các kết quả này được thực hiện cho rừng trồng thuần loài, đều tuổi trong khi các nghiên cứu tăng trưởng cho rừng hỗn loài nhiệt đới, khác tuổi còn rất hạn chế (Gourlet- fleury, 2000; Zhao, Borders, & Wilson, 2004).
Trong rừng hỗn loài nhiệt đới với sự đa dạng loài rất lớn, tuổi cây là tham số không phù hợp cho việc mô hình hóa (J K Vanclay, 1995). Do đó, các tiếp cận mô hình hóa rất thành công đối với rừng đều tuổi lại rất hạn chế khi áp dụng cho rừng hỗn loài khác tuổi (Zhao et al. Các hạn chế trong mô hình hóa sinh trưởng rừng mưa nhiệt đới lá rộng thường xanh bởi hai lý do: (i) sự phức tạp của đối tượng và (ii) thiếu các số liệu theo dõi định vị lâu dài. Ai cũng biết rằng cấu trúc của rừng mưa nhiệt đới thường xanh rất phức tạp và biến động từ nơi này đến nơi khác; và sự đa dạng loài rất cao trong đó rất nhiều loài hiếm chỉ có rất ít cá thể đại diện, và chúng biểu lộ những hành vi khác nhau, đối lập nhau từ có thế cạnh tranh mạnh đến bị chèn ép.
Nhiều tác giả đã nhấn mạnh rằng điều đó đã làm cho việc mô hình hóa sinh trưởng các lâm phần này trở nên khó khăn và rất cần thiết phải phân nhóm loài để đơn giản hóa (Bossel và Krieger, 1994; Favrichon, 1994,1995; Vanclay, 1994, 1995; Houllier et al. Nghiên cứu các quá trình động thái của rừng tự nhiên là hết sức phức tạp nhưng lại có vai trò vô cùng quan trọng trong việc xác định các phương pháp hiệu quả để dự báo tài nguyên rừng. Các phương pháp mô hình hoá các quá trình động thái còn có khả năng thăm dò các lựa chọn về quản lý và phương án kỹ download by : skknchat@gmail.com 3 thuật lâm sinh. Chẳng hạn, các nhà lâm học muốn biết hiệu quả lâu dài của một biện pháp kỹ thuật lâm sinh cụ thể như việc thay đổi cường độ khai thác rừng và khả năng khai thác trong tương lai.
Với một mô hình sinh trưởng, nhà nghiên cứu có thể kiểm tra đầu ra của các phương án (kịch bản) khai thác khác nhau để lựa chọn được phương án tối ưu nhất. Quá trình xây dựng một mô hình sinh trưởng còn có khả năng tìm hiểu sâu hơn về các kiến thức động thái của lâm phần rừng. Đã có quá nhiều các công trình nghiên cứu mô hình hoá sinh trưởng của rừng thuần loài đều tuổi, đặc biệt là cho rừng trồng. Tuy nhiên, các HSTR trồng thường rất đơn giản và phương pháp tiếp cận để xây dựng mô hình cho chúng không thể áp dụng được đối với rừng hỗn loài, khác tuổi.
Rừng hỗn loài nhiệt đới ẩm với sự tồn tại hàng trăm loài cây khác nhau ở các cấp tuổi (cấp kích thước) và kiểu sinh trưởng rất đa dạng là một thách thức lớn đối với việc xây dựng các hàm sinh trưởng. Các nhà quản lý lâm nghiệp cần các thông tin về hiện trạng tài nguyên rừng (ví dụ số cây theo loài, theo cỡ kính, …), các dự báo về xu thế phát triển của rừng, lượng khai thác và thời gian có thể khai thác trong tương lai… Các thông tin này có thể được sưu tập từ ba nguồn sau đây: (i) xác định diện tích rừng hiện có; (ii) số liệu kiểm kê cấp lâm phần rừng hiện tại; và (iii) các mô hình sinh trưởng và khai thác dựa trên dữ liệu theo dõi diễn biến tài nguyên rừng. Vai trò và mối quan hệ tương tác giữa 3 nguồn số liệu này được thể hiện ở hình 1. Kiểm kê tĩnh (static inventory) là việc kiểm kê trạng thái rừng ở một thời điểm nhất định và thường sử dụng hệ thống ô tiêu chuẩn tạm thời.
Kiểm kê động (dynamic inventory) là việc kiểm kê định kỳ bằng hệ thống ô tiêu chuẩn định vị để theo dõi diễn biến động thái rừng. Một mô hình sinh trưởng là sự tổng hợp dữ liệu của kiểm kê động để biểu thị sinh trưởng và diễn biến của rừng. Các mô hình sinh trưởng có thể có vai trò rất lớn trong quản lý rừng và thể hiện các chính sách lâm nghiệp. Tận dụng được các ưu thế của mô hình sinh trưởng và kết hợp với các nguồn dữ liệu khác về tài nguyên và môi trường, mô hình sinh download by : skknchat@gmail.com 4 trưởng có thể được áp dụng để dự báo và trình bày các quy định, các hướng dẫn về chính sách lâm nghiệp.
Kiểm kê Diện tích Hiện trạng tĩnh rừng tài nguyên rừng Kiểm kê Mô hình sinh CÁC GIẢ ĐỊNH động trưởng Dự báo tài Lâm phần Diện tích nguyên tương lai rừng rừng Hình 1. Vai trò của mô hình sinh trưởng và dữ liệu bổ sung trong cung cấp thông tin cho quản lý rừng (Vanclay, J., 1994) Hiện tại có quá nhiều mô hình sinh trưởng vì vậy không một ai có khả năng kiểm tra tất cả các phương pháp đã sử dụng để xây dựng các mô hình sinh trưởng. Do đó, cần thiết phải có một sự phân loại các mô hình theo các tiêu chí nhất định. Dựa trên tính chi tiết của mô hình sinh rưởng có thể phân thành 3 nhóm mô hình: (i) Mô hình lâm phần; (ii) Mô hình theo cỡ kính và (iii) Mô hình cây cá thể.
Mô hình lâm phần (whole stand models) thường là những mô hình đơn giản, mang tính khái quát nhưng không toàn diện như các cách tiếp cận khác. Cách tiếp cận này dùng các tham số bình quân chung của lâm phần như mật độ, tổng tiết diện ngang và thể tích cây đứng để dự báo sinh trưởng và sản lượng của rừng. Không tính toán chi tiết cho từng cây. Mô hình theo cỡ kính (size class models) cung cấp các thông tin liên quan đến cấu trúc của lâm phần.
Có rất nhiều kỹ thuật có thể sử dụng để mô hình hoá cấu trúc lâm phần, nhưng phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất là download by : skknchat@gmail.com 5 mô hình phân bố số cây theo cỡ kính. Cách tiếp cận này là một sự dung hoà giữa tiếp cận toàn lâm phần và tiếp cận theo từng cây. Khi khoảng cách cỡ kính lớn và toàn lâm phần chỉ có một cỡ kính thì chúng ta có mô hình cho toàn lâm phần và khi khoảng cách cỡ kính nhỏ để mỗi cây cá thể được coi là một cỡ kính thì ta có mô hình cây cá thể. Mô hình cây cá thể và danh sách cây (Single tree and tree list models) là mô hình chi tiết nhất trong đó sử dụng đơn vị cây cá thể làm cơ sở cho mô hình hoá.
Số liệu đầu vào tối thiểu là một danh sách đặc trưng kích thước của tất cả các cây cá thể. Dựa trên đặc tính của mô hình, người ta cũng có thể chia thành hai nhóm (i) mô hình quá trình nhằm mô phỏng quá trình sinh trưởng của rừng phụ thuộc vào các nhân tố như ánh sáng, độ ẩm liên quan đến quá trình quang hợp và hô hấp của cây rừng và (ii) mô hình diễn thế nhằm mô phỏng sự thay thế lẫn nhau của các loài trong các giai đoạn diễn thế khác nhau, tuy nhiên nhóm mô hình này không cung cấp các thông tin về sản lượng của rừng. Dựa trên chức năng của mô hình thì có thể phân thành (i) mô hình để hiểu (tức là các mô hình mô phỏng bản chất của các quá trình động thái) và (ii) mô hình để dự báo (tức là các mô hình có thể tính toán dự báo được sự thay đổi của lâm phần trong tương lai dựa trên các thông số vào thời điểm hiện tại và các tương quan về xu thế phát triển của chúng. Và cuối cùng căn cứ vào tính chất toán học mà không phụ thuộc vào chi tiết của chúng, các mô hình có thể phân thành hai nhóm: (i) mô hình xác định (deterministic) và (ii) mô hình xác suất (stochachastic).
Nhiều mô hình sinh trưởng xây dựng cho rừng trồng bỏ qua việc dự đoán cây chết với giả thiết rằng trong rừng trồng được quản lý tốt thì quá trình chết không xảy ra, giả thuyết này có thể chấp nhận được đối với rừng trồng thâm canh được quản lý tốt. Tuy nhiên, khi mô hình hoá rừng tự nhiên chúng ta phải download by : skknchat@gmail.com 6 tính đến quá trình chết vì nó chắc chắn xảy ra do quá trình cạnh tranh (đặc biệt là cạnh tranh về ánh sáng). Stage và Renner (1988) nhận thấy rằng 80% biến động trong dự đoán thể tích của rừng hỗn giao cây lá kim ở vùng núi đá Hoa Kỳ là do không ước lượng được tỷ lệ chết. Rõ ràng là việc ước lượng tỷ lệ chết có thể ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của mô hình sinh trưởng và dự báo sản lượng rừng.
Việc phê phán và so sánh các phương pháp dự báo tỷ lệ chết sẽ trở nên dễ dàng hơn khi chúng ta phân loại được quá trình chết qua nguyên nhân và hình thức chết xảy ra trong rừng. Hình thức chết có thể khác nhau ở quy mô, tần suất và tính nghiêm trọng và những điều này có thể xem xét khi lựa chọn chiến lược mô hình hoá. Tuổi của cây có thể là một nhân tố đóng góp vào sự chết của một cây, nhưng nó không nhất thiết là nguyên nhân chết, phần lớn cây bị chết là do cạnh tranh, sâu, bệnh và các sự kiện ngẫu nhiên khác. Kích thước của cây tỏ ra không phải là nguyên nhân làm chết cây, nhưng trong thực tế lại là một nhân tố tốt để dự đoán xác suất chết của cây.
Rất nhiều nghiên cứu quan tâm đến quá trình cạnh tranh và chèn ép gây ra chết của những cây yếu thế. Nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung thảo luận về chỉ số mật độ lâm phần của Reineke (1933) và đường tỉa thưa tự nhiên của Yoda et al. Tuy nhiên, rất khó để giải thích một cách chi tiết quá trình chết phụ thuộc vào mật độ ngay cả đối với các lâm phần thuần loài đều tuổi. Trong rừng hỗn loài, tình hình càng phức hợp hơn (Sterba và Monserud, 1993), tuy vậy nhu cầu ánh sáng, dinh dưỡng và không gian sống là cần thiết đối với sinh trưởng của cây, và sự suy giảm các yếu tố này xuống dưới yêu cầu tối thiểu sẽ dẫn đến cây bị chết.
Sâu và bệnh cũng có thể làm chết cây.