Tài liệu Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và tái sinh tự nhiên trồng một số quần xã rừng trồng thuần loài và hỗn giao tại xã ngọc đường, thành phố hà giang

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN KIM OANH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ TÁI SINH TỰ NHIÊN TRONG MỘT SỐ QUẦN XÃ RỪNG TRỒNG THUẦN LOÀI VÀ HỖN GIAO TẠI XÃ NGỌC ĐƯỜNG THÀNH PHỐ HÀ GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN KIM OANH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ TÁI SINH TỰ NHIÊN TRONG MỘT SỐ QUẦN XÃ RỪNG TRỒNG THUẦN LOÀI VÀ HỖN GIAO TẠI XÃ NGỌC ĐƯỜNG THÀNH PHỐ HÀ GIANG Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60.42.01.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ NGỌC CÔNG THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nghiên cứu là của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Trần Kim Oanh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN i http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Lê Ngọc Công đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học để hoàn thành luận văn thạc sỹ. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong ban chủ nhiệm khoa Sinh - KTNN, khoa Sau Đại học - trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, cùng các thầy cô đã nhiệt tình giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong học tập và nghiên cứu khoa học. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn luôn động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường THPT Ngọc Hà - TP Hà Giang và các tổ chức cá nhân đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và hoàn thành luận văn này. Tác giả Trần Kim Oanh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN ii http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ... iv DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. v MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 2 3. Giới hạn nghiên cứu...................................................................................... 3 Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 4 1.1. Một số khái niệm về tái sinh và phục hồi ................................................... 4 1.1.1. Tái sinh rừng ....................................................................................... 4 1.1.2. Phục hồi rừng ...................................................................................... 5 1.2. Nghiên cứu về cấu trúc rừng ...................................................................... 5 1.2.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng trên thế giới ........................................... 5 1.2.2. Những nghiên cứu về cấu trúc rừng ở Việt Nam ................................. 8 1.3. Nghiên cứu về tái sinh rừng ..................................................................... 12 1.3.1. Trên thế giới...................................................................................... 12 1.3.2. Ở Việt Nam ....................................................................................... 17 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 25 2.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 25 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 25 2.2.1. Đặc điểm cấu trúc của các quần xã rừng trồng .................................. 25 2.2.2. Thành phần dạng sống trong các quần xã rừng trồng......................... 25 2.2.3. Đặc điểm tái sinh trong các quần xã rừng trồng ................................ 25 2.3.4. Đề xuất một số giải pháp nhằm xúc tiến tái sinh tự nhiên trong các quần xã rừng trồng ............................................................................ 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN iii http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 25 2.3.1. Thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế - xã hội ...... 25 2.3.2. Thu thập số liệu ở thực địa .............................................................. 26 2.3.3. Phỏng vấn người dân tại khu vực nghiên cứu .................................... 28 2.3.4. Phương pháp phân tích, xử lí số liệu ................................................. 28 Chương 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU.... 32 3.1. Điề u kiê ̣n tự nhiên.................................................................................... 32 3.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................ 32 3.1.2. Đặc điểm địa hình ............................................................................. 32 3.1.3. Đặc điểm khí hậu, thủy văn ............................................................... 33 3.1.4. Tài nguyên thiên nhiên ...................................................................... 34 3.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ......................................................................... 35 3.2.1. Dân số, dân tộc.................................................................................. 35 3.2.2. Sản xuất Nông - Lâm nghiệp ............................................................. 36 3.2.3. Sản xuất Công nghiệp.......................................................................... 37 3.2.4. Xây dựng nông thôn mới................................................................... 37 3.2.5. Văn hóa, giáo dục, y tế ...................................................................... 38 3.2.6. Thương mại, dịch vụ ........................................................................... 38 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH ................................. 40 4.1. Đă ̣c điể m tầ ng cây cao của các quần xã rừng trồ ng ta ̣i KVNC ................. 40 4.2. Thành phầ n da ̣ng số ng thực vâ ̣t trong quần xã rừng trồ ng thuô ̣c KVNC ........ 46 4.2.1. Thành phầ n da ̣ng số ng dưới tán rừng trồ ng Mỡ ................................. 46 4.2.2. Thành phầ n da ̣ng số ng trong quần xã rừng trồ ng Keo ....................... 47 4.2.3. Thành phầ n da ̣ng số ng trong quần xã rừng trồ ng hỗ n giao (Thông Keo lá tràm) ...................................................................................... 47 4.3. Đă ̣c điể m tái sinh tự nhiên quần xã rừng trồ ng ........................................ 48 4.3.1. Cấ u trúc tổ thành cây tái sinh ............................................................ 48 4.3.2. Chấ t lươṇ g và nguồ n gố c cây tái sinh ................................................ 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn 4.3.3. Phân bố cây tái sinh theo cấ p chiề u cao ............................................. 55 4.3.4. Phân bố cây tái sinh theo cấ p đường kiń h.......................................... 57 4.5. Đề xuấ t mô ̣t số giải pháp nhằ m xúc tiế n khả năng tái sinh tự nhiên ở các quần xã rừng trồ ng ta ̣i KVNC ................................................................. 60 4.5.1. Giải pháp về chiń h sách .................................................................... 60 4.5.2. Giải pháp về kỹ thuâ ̣t ........................................................................ 62 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHI ......................................................... ̣ 66 1. Kế t luâ ̣n ...................................................................................................... 66 2. Tồ n ta ̣i ........................................................................................................ 67 3. Kiến nghị .................................................................................................... 65 TÀ I LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 68 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 1. D1.3 Đường kính ngang ngực (1,3m) 2. Hvn Chiều cao vút ngọn 3. ÔTC - ÔDB Ô tiêu chuẩn - Ô dạng bản 4. ft Trị số thực nghiệm 5. flt Trị số lý thuyết 6. [1] Thứ tự tài liệu tham khảo 7. KVNC Khu vực nghiên cứu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1. Đă ̣c điể m tầ ng cây cao của các quần xã rừng trồ ng ta ̣i KVNC .. 40 Bảng 4.2. Kế t quả mô phỏng và kiể m tra giả thuyế t bằ ng hàm Meyer về luâ ̣t phân bố N/D1.3 .............................. 41 Bảng 4.3. Tương quan giữa chiề u cao vút nho ̣n và đường kiń h ngang ngực (HVN/D1.3) .................................... 44 Bảng 4.4. Thành phầ n da ̣ng số ng trong các quần xã rừng trồ ng ........ 46 Bảng 4.5. Đă ̣c điể m kế t cấ u tổ thành lớp cây tái sinh trong quần xã rừng trồng Mỡ ..................................... 48 Bảng 4.6. Đă ̣c điể m kế t cấ u tổ thành lớp cây tái sinh trong quần xã rừng trồ ng Keo .................................... 50 Bảng 4.7. Đă ̣c điể m kế t cấ u tổ thành lớp cây tái sinh trong quần xã rừng trồ ng hỗ n giao (Thông + Keo lá tràm) .................. 51 Bảng 4.8. Chấ t lươṇ g cây tái sinh dưới quần xã rừng trồ ng ta ̣i KVNC .... 54 Bảng 4.9. Nguồ n gố c cây tái sinh trong các quần xã rừng trồ ng ta ̣i KVNC . 55 Bảng 4.10. Mâ ̣t đô ̣ cây tái sinh theo cấ p chiề u cao trong các quần xã rừng trồ ng tại KVNC ................................ 56 Bảng 4.11. Mâ ̣t đô ̣ cây tái sinh theo cấ p đường kiń h trong các quần xã rừng trồ ng ta ̣i KVNC ................................ 58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Cách bố trí các ô dạng bản trong các ô tiêu chuẩn ........................... 27 Hình 4.1. Biểu đồ phân bố N/D1.3 rừng trồng thuần loài Mỡ ........................... 42 Hình 4.2. Biểu đồ phân bố N/D1.3 rừng trồng thuần loài Keo .......................... 43 Hình 4.3. Biểu đồ phân bố N/D1.3 rừng trồng hỗn giao (Thông + Keo lá tràm) ....... 43 Hình 4.4. Biểu đồ phân bố số cây theo cấ p chiề u cao dưới tán rừng trồ ng thuô ̣c khu vực xã Ngọc Đường - thành phố Hà Giang ..................... 57 Hình 4.5. Biểu đồ phân bố N/D1.3 của cây tái sinh dưới tán rừng trồ ng thuầ n loài Mỡ ........................................................................................... 59 Hình 4.6. Biểu đồ phân bố N/D1.3 của cây tái sinh dưới tán rừng trồ ng thuầ n loài Keo .......................................................................................... 59 Hình 4.7. Biểu đồ phân bố N/D1.3 của cây tái sinh dưới tán rừng trồ ng hỗ n giao (Thông + Keo) ......................................................................... 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN vi http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Rừng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với con người, rừng là một trong những nguồn tài nguyên có khả năng tái tạo quý giá nhất của đất nước ta. Nếu không có rừng thì xã hội loài người sẽ không thể tồn tại được. Rừng tham gia vào quá trình điều hòa khí hậu, duy trì tính ổn định và độ màu mỡ của đất, hạn chế lũ lụt, hạn hán, làm giảm nhẹ sức tàn phá khốc liệt của các thiên tai, góp phần bảo tồn nguồn nước mặt và nước ngầm. Nếu trên thế giới trong vòng 300 năm qua đã khai thác mất 2/3 diện tích rừng thì ở Việt Nam tài nguyên rừng bị giảm đi 1/2 chỉ trong vòng 50 năm. Diện tích rừng tự nhiên của Việt Nam bị suy giảm một cách nhanh chóng từ 14,3 triệu ha năm 1943 tương ứng độ che phủ 43%, đến năm 1995 chỉ còn 8,25 triệu ha rừng tự nhiên và 1,05 triệu ha rừng trồng tương ứng độ che phủ 28%. Cùng với diện tích rừng bị mất, chất lượng rừng còn lại cũng giảm sút; trữ lượng rừng thấp, nhiều loài cây gỗ quý trở nên hiếm, nhiều động thực vật có nguy cơ tuyệt chủng; khả năng cung cấp của rừng không đáp ứng được yêu cầu ngày càng tăng của xã hội; năng lực phòng hộ của rừng cũng bị hạn chế, thiên tai bão lụt ngày càng nghiêm trọng (dẫn theo Lê Đồng Tấn, 2000 [56]). Trước thực trạng này, việc trồng rừng, phục hồi lại rừng trở thành một mục tiêu quan trọng được Nhà nước, các nhà lâm nghiệp và toàn xã hội quan tâm. Sớm nhận thức được tầm quan trọng của nguồn tài nguyên rừng và vấn đề bảo tồn chúng. Chính phủ Việt Nam đã có nhiều hành động nhằm quản lí bảo vệ và phát triển nguồn tài nguyên rừng, nhiều chương trình trồng rừng bằng nguồn vốn Nhà nước và hỗ trợ của các tổ chức quốc tế được thực hiện như các dự án PAM, 327, 661, bảo vệ rừng, xúc tiến tái sinh rừng, khoanh nuôi rừng phòng hộ, rừng đặc dụng... nhờ đó mà diện tích rừng đã tăng lên đáng kể Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 1 http://www.lrc.tnu.edu.vn (năm 2013 độ che phủ là 40,7%), đặc biệt là diện tích rừng trồng trong đó có cả rừng sản xuất, rừng trồng đặc dụng, rừng trồng phòng hộ. Tỉnh Hà Giang là một tỉnh miền núi biên giới phía Bắc của Tổ quốc, có tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 791.489,4ha, có diện tích rừng và đất lâm nghiệp 566.723,4ha chiếm 71,6% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh. Trong đó có 437.217,9ha đất rừng, 358.147ha rừng tự nhiên, 79.070,9ha rừng trồng, độ che phủ 65,4 % diện tích tự nhiên. Thành phố Hà Giang có tổng diện tích đất tự nhiên là 13.404,6ha; trong đó có 10.094,5ha đất lâm nghiệp, 1.823,7ha rừng đặc dụng; 3.025ha rừng phòng hộ (có 10ha rừng trồng); 5.218,8ha rừng sản xuất (có 1.195,9ha rừng trồng). Xã Ngọc Đường là một trong các xã thuộc vùng khoanh nuôi, phục hồi và trồng rừng phủ xanh đất trống đồi núi trọc. Tổng diện tích là 2.025,2ha trong đó rừng trồng có diện tích là 628,3ha; đất chưa có rừng là 472,5ha, độ che phủ là 65,9%. Trong những năm gần đây, công tác nghiên cứu, đánh giá thành phần loài, tính đa dạng thực vật tại tỉnh Hà Giang đã được triển khai, nhưng các công trình đó chỉ mới dừng lại ở mức độ khái quát, chưa nghiên cứu sâu về đặc điểm tái sinh, sự phân bố và giá trị của từng loài từng họ. Nhằm cung cấp thêm những cơ sở khoa học về chuyển hóa rừng trồng thành rừng gần giống với rừng tự nhiên có tính bền vững của hệ sinh thái đáp ứng được mục tiêu của rừng đặc dụng và gắn liền với mục tiêu du lịch sinh thái. Xuất phát từ tình hình đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và tái sinh tự nhiên trồng một số quần xã rừng trồng thuần loài và hỗn giao tại xã Ngọc Đường, thành phố Hà Giang". 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Về lý luận Bổ sung thêm những hiểu biết về năng lực tái sinh tự nhiên dưới quần xã rừng trồng làm cơ sở khoa học cho việc chuyển đổi rừng trồng thuần loại thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 2 http://www.lrc.tnu.edu.vn rừng hỗn loài đa tầng nhằm tăng cường tính đa dạng thực vật và nâng cao tính bền vững của hệ sinh thái rừng. 2.2. Về thực tiễn Đề xuất một số phương pháp kỹ thuật lâm sinh xúc tiến việc khoanh nuôi tái sinh, thúc đẩy nhanh quá trình diễn thế và nâng cao chất lượng rừng phục hồi, nâng cao tính bền vững của hệ sinh thái nhằm đáp ứng mục tiêu phòng hộ cũng như bảo vệ nguồn gen và tính đa dạng sinh vật của rừng, 3. Giới hạn nghiên cứu 3.1. Giới hạn về khu vực nghiên cứu Đề tài nghiên cứu tại khu vực xã Ngọc Đường thuộc thành phố Hà Giang, tỉnh Hà Giang. 3.2. Giới hạn về đối tượng nghiên cứu Là các quần xã rừng trồng thuần loài Keo lá tràm (Acacia auriculiformis), Mỡ (Manglietia conifera) và quần xã rừng trồng hỗn giao: Thông (Pinus merkuii) và Keo lá tràm (Acacia auriculiformis). 3.3. Giới hạn về nội dung nghiên cứu Do hạn chế về thời gian, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu đặc điểm tái sinh tự nhiên của các loài cây gỗ dưới các quần xã rừng trồng nói trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 3 http://www.lrc.tnu.edu.vn Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Một số khái niệm về tái sinh và phục hồi 1.1.1. Tái sinh rừng 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 hệ sinh thái rừng là sự xuất hiện một thế hệ cây con của những loài cây gỗ ở những nơi còn hoàn cảnh hệ sinh thái rừng (hoặc mất đi chưa lâu): Dưới tán rừng, lỗ trống trong hệ sinh thái rừng, hệ sinh thái rừng sau khai thác, trên đất rừng sau làm nương, đốt rẫy v.v. Vai trò lịch sử của thế hệ cây con này là kế tục cây gỗ già cỗi. Vì vậy tái sinh hệ sinh thái rừng, hiểu theo nghĩa hẹp là quá trình phục hồ i lại thành phần cơ bản của hệ sinh thái rừng, chủ yếu là tầng cây gỗ. Sự xuấ t hiê ̣n lớp cây con là nhân tố mới làm phong phú thêm số lươṇ g và thành phầ n loài trong quầ n la ̣c sinh vâ ̣t (thực vâ ̣t, đô ̣ng vâ ̣t, vi sinh vâ ̣t), đóng góp vào viê ̣c hình thành tiể u hoàn cảnh rừng và làm thay đổ i cả quá triǹ h trao đổ i vâ ̣t chấ t và năng lươṇ g diễn ra trong hê ̣ sinh thái. Do đó tái sinh rừng có thể đươ ̣c hiể u theo nghiã rô ̣ng là sự tái sinh của mô ̣t hê ̣ sinh thái rừng. Tái sinh hệ sinh thái rừng thúc đẩy việc hình thành cân bằng sinh học, đảm bảo cho hệ sinh thái rừng tồn tại liên tục và do đó bảo đảm cho việc sử dụng hệ sinh thái rừng thường xuyên. Ở đây cần khẳng định tái sinh hệ sinh thái rừng không chỉ là một hiện tượng sinh học mà còn là một hiện tượng địa lí. Xét về bản chất sinh học tái sinh hệ sinh thái rừng diễn ra dưới ba hình thức: Tái sinh hạt, tái sinh chồi và tái sinh thân ngầm (các loài tre nứa). Mỗi hình thức tái sinh trên có quy luật riêng và trải qua nhiều giai đoạn khác nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 4 http://www.lrc.tnu.edu.vn Đứng trên quan điể m Triết ho ̣c, tái sinh rừng là mô ̣t quá trình phủ đinh ̣ biê ̣n chứng: Rừng non thay thế rừng già trên cơ sở đươ ̣c thừa hưởng hoàn cảnh thuận lợi do thế hệ rừng ban đầ u tạo nên. Đứng trên quan điể m chính trị kinh tế học, tái sinh rừng là mô ̣t quá trình tái sản xuấ t mở rô ̣ng tài nguyên rừng. Đương nhiên điều kiện này chỉ có thể trở thành hiện thực khi ta nắ m chắ c các biê ̣n pháp kỹ thuật lâm sinh chính xác, nhằ m điề u hòa và đinh ̣ hướng các quá triǹ h tái sinh nhằ m phu ̣c vu ̣ mu ̣c tiêu kinh doanh đã đề ra. Như vâ ̣y tái sinh rừng không còn chỉ là tự nhiên, kỹ thuâ ̣t mà còn là vấ n đề kinh tế xã hô ̣i (Sinh thái rừng - Hoàng Kim Ngũ, Phùng Ngo ̣c Lan,1998) [41]. Theo Nguyễn Xuân Lâm (2000) [31], tái sinh rừng là sự xuất hiện một thế hệ cây con của những loài cây gỗ ở dưới tán rừng hoặc trên đất rừng (sau khi làm nương rẫy), thế hệ cây tái sinh này sẽ lớn dần lên thay thế thế hệ cây già. 1.1.2. Phục hồi rừng Phục hồi rừng: Theo Trần Đình Lý (1995) [38], phục hồi rừng là một quá trình sinh địa phức tạp, gồm nhiều thời gian và kết thúc bằng sự xuất hiện một thảm thực vật cây gỗ ( tre nứa) bắt đầu khép tán. Nói cách khác phục hồi rừng là một quá trình tái tạo lại hệ sinh thái, một quần xã sinh vật mà trong đó cây gỗ là yếu tố cấu thành chủ yếu nó chi phối quá trình biến đổi tiếp theo. 1.2. Nghiên cứu về cấu trúc rừng 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 thể chung sống hài hòa và đạt tới sự ổn định tương đối trong một giai đoạn phát triển nhất định của tự nhiên. Cấu trúc rừng vừa là kết quả vừa là sự thể hiện quan hệ đấu tranh và thích ứng lẫn nhau giữa các sinh vật rừng với môi trường sinh thái và giữa các sinh vật rừng với nhau. 1.2.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng trên thế giới 1.2.1.1. Cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 5 http://www.lrc.tnu.edu.vn Quy luật về cấu trúc rừng là cơ sở quan trọng để nghiên cứu sinh thái học, hệ sinh thái rừng và đặc biệt là để xây dựng những mô hình lâm sinh cho hiệu quả sản xuất cao. 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 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 và thực vật và giữa thực vật với hoàn cảnh sống. Trên quan điểm sinh thái thì cấu trúc rừng chính là hình thức bên ngoài phản ánh nội dung bên trong của hệ sinh thái rừng. Thực tế cấu trúc rừng nó có tính trật tự và theo quy luật của quần xã. Các nghiên cứu về cấu trúc sinh thái của rừng mưa nhiệt đới đã được Richards P.W(1964) [53], Baur.G.N (1972) [1], Odum (1971) [73]…tiến hành. Các nghiên cứu này thường nêu lên quan điểm, khái niệm và mô tả định tính về tổ thành, dạng sống và tầng phiến của rừng. Công trình nghiên cứu của tác giả Catinot (1965) [6], Plaudy.J đã biểu diễn cấu trúc hình thái rừng bằng các phẫu đồ rừng, nghiên cứu các nhân tố cấu trúc sinh thái thông qua việc mô tả phân loại theo các khái niệm dạng sống, tầng phiến… Tác giả Odum E.P (1971) [73] đã hoàn chỉnh học thuyết về hệ sinh thái trên cơ sở thuật ngữ hệ sinh thái (ecosystem) của Tansley A.P (1935). Khái niệm hệ sinh thái được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc trên quan điểm sinh thái học. 1.2.1.2. Mô tả về hình thái cấu trúc rừng Hiện tượng thành tầng là sự sắp xếp không gian phân bố của các thành phần sinh vật rừng trên cả mặt bằng và theo chiều đứng. Phương pháp vẽ biểu đồ mặt cắt đứng của rừng do Davit và P.W. Richards (1933-1934) đề xướng và sử dụng lần đầu tiên ở Guyan đến nay vẫn là phương pháp có hiệu quả để nghiên cứu cấu trúc tầng của rừng. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là chỉ minh họa được cách sắp xếp theo hướng thẳng đứng của các loài cây gỗ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 6 http://www.lrc.tnu.edu.vn trong một diện tích có hạn. Cusen (1951) đã khắc phục bằng cách vẽ một số giải kề bên nhau và đưa lại một hình tượng về không gian ba chiều. Phương pháp biểu đồ trắc diện do Davit và Richards (1933 -1934) đề xuất trong khi phân loại và mô tả rừng nhiệt đới phức tạp về thành phần loài và cấu trúc thảm thực vật theo chiều nằm ngang và chiều thẳng đứng. Richards P.W (1968) đã phân biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại là rừng mưa hỗn hợp có tổ thành loài cây phức tạp và rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài cây đơn giản.Trong những lập địa đặc biệt thì rừng mưa đơn ưu chỉ bao gồm một vài loài cây. Cũng theo tác giả này thì rừng mưa thường có nhiều tầng (thường có 3 tầng, trừ tầng cây bụi và tầng cây thân cỏ). Trong rừng mưa nhiệt đới, ngoài cây gỗ lớn, cây bụi và các loài thân cỏ còn có nhiều loài cây leo đủ hình dáng và kích thước, cùng nhiều thực vật phụ sinh trên thân hoặc cành cây [53]. Kraft (1884), lần đầu tiên đưa ra hệ thống phân cấp cây rừng, ông phân chia cây rừng trong một lâm phần thành 5 cấp dựa vào khả năng sinh trưởng, kích thước và chất lượng của cây rừng. Phân cấp của Kraft phản ánh được tình hình phân hóa cây rừng, tiêu chuẩn phân cấp rõ ràng, đơn giản và dễ áp dụng nhưng chỉ phù hợp với rừng thuần loài đều tuổi (dẫn theo Thái Văn Trừng, 1978 [66]). Việc phân cấp cây rừng cho rừng hỗn loài nhiệt đới tự nhiên là một vấn đề phức tạp, cho đến nay vẫn chưa có tác giả nào đưa ra được phương án phân cấp cây rừng cho rừng nhiệt đới tự nhiên mà được chấp nhận rộng rãi. Sampion Gripfit (1948), khi nghiên cứu rừng tự nhiên Ấn Độ và rừng ẩm nhiệt đới Tây Phi có kiến nghị phân cấp cây rừng thành 5 cấp cũng dựa vào kích thước và chất lượng cây rừng. Richards (1968) phân rừng ở Nigeria thành 6 tầng dựa vào chiều cao cây rừng [53]. Như vậy, hầu hết các tác giả khi nghiên cứu về tầng thứ thường đưa ra những nhận xét mang tính định tính, việc phân chia tầng thứ theo chiều cao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 7 http://www.lrc.tnu.edu.vn mang tính cơ giới nên chưa phản ánh được sự phân tầng phức tạp của rừng tự nhiên nhiệt đới. 1.2.1.3. Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng Việc nghiên cứu cấu trúc rừng đã có từ lâu và được chuyển dần từ mô tả định tính sang định lượng với sự thống kê của toán học và tin học, trong đó việc mô hình hoá cấu trúc rừng, xác lập mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu có kết quả. Về cấu trúc không gian và thời gian của rừng được các tác giả tập trung nghiên cứu nhiều nhất. Có thể kể đến một số tác giả tiêu biểu như: Rollet B. (1971), Brung (1970), Loeth et al (1976)... Rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu cấu trúc không gian và thời gian của rừng theo hướng định lượng và dùng các mô hình toán để mô phỏng các qui luật cấu trúc (dẫn theo Trần Văn Con, 2001 [12]). Rollet. B (1971) đã mô tả mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính bằng các hàm hồi qui, phân bố đường kính bằng các dạng phân bố xác suất. Nhiều tác giả còn sử dụng hàm Weibull để mô hình hóa cấu trúc đường kính loài theo mô hình của Schumarcher và Coil (Belly, 1973). Bên cạnh đó các hàm Meyer, Hyperbol, hàm mũ, Pearson, Poisson, … cũng được nhiều tác giả sử dụng để mô hình hóa cấu trúc rừng [14], [55], [65], [69]. Khác với xu hướng phân loại rừng theo cấu trúc và ngoại mạo chủ yếu mô tả rừng ở trạng thái tĩnh. Trên cơ sở nghiên cứu rừng ở trạng thái động, Melekhov đã nhấn mạnh sự biến đổi của rừng theo thời gian, đặc biệt là sự biến đổi của tổ thành loài cây trong lâm phần qua các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát sinh và phát triển của rừng. Tóm lại, trên thế giới, các công trình nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc rừng nói chung và rừng nhiệt đới nói riêng rất phong phú, đa dạng, có nhiều công trình nghiên cứu công phu và đã đem lại hiệu quả cao trong kinh doanh rừng. 1.2.2. Những nghiên cứu về cấu trúc rừng ở Việt Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 8 http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.2.2.1. Về phân loại rừng Theo tác giả Trần Ngũ Phương (1963) [42] đã đề cập tới một hệ thống phân loại, trong đó rất chú ý tới việc nghiên cứu quy luật diễn thế sinh thái. Dựa trên quan điểm sinh thái phát sinh quần thể, tác giả Thái Văn Trừng (1978) [66] đã phân chia thảm thực vật rừng Việt Nam thành 14 kiểu. Đây là công trình tổng quát đáp ứng được yêu cầu về quy luật sinh thái. Với tác giả Vũ Đình Phương (1985-1988) [43,44,45,46,47] đã đưa ra phương pháp phân chia rừng phục vụ công tác điều chế với đơn vị phân chia là lô và dựa vào 5 nhân tố: Nhóm sinh thái tự nhiên, các giai đoạn phát triển và suy thoái của rừng, khả năng tái tạo rừng bằng con đường tái sinh tự nhiên, đặc điểm về địa hình, thổ nhưỡng với một bảng mã hiệu dùng để tra trong quá trình phân chia. Phương pháp phân chia này đã được đưa ra áp dụng trong khi xây dựng phương án điều chế cho một số lâm trường ở Tây Nguyên và Quảng Ninh đã tỏ ra có nhiều ưu điểm. Như vậy, có rất nhiều tác giả trong nước cũng như của nước ngoài đều cho rằng việc phân chia loại hình rừng tự nhiên ở Việt Nam là tối cần thiết đối với nghiên cứu cũng như trong sản xuất. Nhưng tùy từng mục tiêu đề ra mà xây dựng các phương pháp phân chia khác nhau nhưng đều nhằm mục đích làm rõ thêm các đặc điểm của đối tượng cần quan tâm. Công trình của Thái Văn Trừng đã đặt nền móng cho việc phân chia rừng tự nhiên của nước ta một cách tổng quát. Phương pháp của Vũ Đình Phương tỉ mỉ hơn và cho ta những thông số cơ bản về tình trạng rừng hiện tại không chỉ ở góc độ về trữ lượng, vì vậy người quản lí dễ phác họa được các biện pháp xử lí lâm sinh tác động vào rừng. Phương pháp này tỏ ra hữu hiệu khi áp dụng ở nơi có trình độ kinh doanh tương đối cao và ổn định. 1.2.2.2. Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng Trong những năm gần đây, việc đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng cũng đã được nhiều tác giả quan tâm như những công trình nghiên cứu mô hình hóa cấu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 9 http://www.lrc.tnu.edu.vn trúc đường kính D1.3 và biểu diễn chúng theo các dạng hàm phân bố xác suất khác nhau, nổi bật là công trình nghiên cứu của Đồng Sỹ Hiền (1974) [21] dùng hàm Meyer và hệ đường cong Poisson để nắn phân bố thực nghiệm số cây theo cỡ đường kính cho rừng tự nhiên. Nguyễn Hải Tuất (1982) [67] đã sử dụng hàm phân bố giảm, phân bố khoảng cách để biểu diễn cấu trúc của rừng thứ sinh, đồng thời cũng áp dụng quá trình Poisson vào nghiên cứu cấu trúc quần thể rừng. Lê Minh Trung (1991) đã sử dụng hàm Poisson mô phỏng cấu trúc tán lá cây, hàm Weibull mô phỏng cấu trúc chiều cao và đường kính. Đồng thời cũng tiến hành khảo nghiệm hàm Hyperbol và Meyer cho các cấu trúc này (dẫn theo Phạm Ngọc Thường, 2003 [65]. Nhìn chung các nghiên cứu định lượng cấu trúc đã được nhiều nhà lâm sinh học trong nước quan tâm ở các mức độ khác nhau nhưng đều nhằm một mục đích là xây dựng các cơ sở khoa học cho các giải pháp lâm sinh hợp lí. Các nghiên cứu không dừng lại ở mức độ mô tả chung chung mà đã đi sâu vào phân tích các quy luật kết cấu và theo xu hướng chung của thế giới. Đó là khái quát hóa, mô phỏng các quy luật bằng toán học, đồng thời các giải pháp lâm sinh được xây dựng trên cơ sở các chỉ tiêu định lượng. 1.2.2.3. Nghiên cứu cấu trúc và xây dựng mô hình cấu trúc mẫu Nghiên cứu cấu trúc rừng định lượng các nhân tố cấu trúc và xây dựng các mô hình mẫu chuẩn phục vụ khai thác, nuôi dưỡng rừng là mục tiêu quan trọng nhằm vạch ra phương hướng và phương pháp điều chế rừng. Nguyễn Văn Trương (1973-1986) đã nghiên cứu về phương pháp thống kê cây đứng, cấu trúc 3 chiều rừng gỗ hỗn loại và đề xuất các mô hình cấu trúc mẫu định lượng bằng toán học phục vụ công tác khai thác, nuôi dưỡng. Theo tác giả đây là những mô hình hoàn thiện nhất đã có trong thiên nhiên và trên cơ sở khắc phục những tồn tại lớn mà sự ngẫu nhiên của thiên nhiên mang lại (dẫn theo Đào Công Khanh,1966 [25]). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 10 http://www.lrc.tnu.edu.vn