Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu động thái cấu trúc hệ sinh thái rừng lá rộng thường xanh tại Khu Bảo tồn thiên nhiên Hang Kia – Pà Cò và Vườn Quốc gia Xuân Sơn

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Tiến Dũng NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI CẤU TRÚC HỆ SINH THÁI RỪNG LÁ RỘNG THƯỜNG XANH TẠI KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN HANG KIA - PÀ CÒ VÀ VƯỜN QUỐC GIA XUÂN SƠN LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội – Năm 2020 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Tiến Dũng NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI CẤU TRÚC HỆ SINH THÁI RỪNG LÁ RỘNG THƯỜNG XANH TẠI KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN HANG KIA - PÀ CÒ VÀ VƯỜN QUỐC GIA XUÂN SƠN Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 42 01 20 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Trần Văn Con PGS TS Nguyễn Văn Sinh Hà Nội – Năm 2020 iii i Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình Những số liệu kế thừa rõ nguồn cho phép sử dụng tác giả Tác giả luận án ii Luận án hoàn thành Khoa Sinh thái Tài nguyên Sinh vật, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam khn khổ chương trình đào tạo nghiên cứu sinh Nghiên cứu sinh xin chân thành cám ơn Ban Lãnh đạo Học viện, Phòng Đào tạo Học viện Khoa học Cơng nghệ; Lãnh đạo Viện, Phịng Đào tạo Viện Sinh thái Tài nguyên Sinh vật, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; Lãnh đạo Trường Đại học Tây Bắc, Lãnh đạo Vườn Quốc gia Xuân Sơn, Khu Bảo tồn thiên nhiên Hang Kia – Pà Cò, Viện Nghiên cứu Lâm sinh, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt trình học tập nghiên cứu để hoàn thành luận án Trong suốt thời gian thực hoàn thành luận án, tác giả hướng dẫn chu đáo, giúp đỡ tận tình PGS.TS Trần Văn Con PGS.TS Nguyễn Văn Sinh với tư cách người hướng dẫn khoa học dành nhiều thời gian công sức hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận án Xin bày tỏ lòng biết ơn PGS.TS Trần Văn Con, chủ nhiệm đề tài cho phép, tạo điều kiện để tác giả tham gia cộng tác thu thập số liệu gốc cho nghiên cứu Qua đây, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Tác giả xin chân thành cám ơn nhà khoa học đồng nghiệp Viện Nghiên cứu Lâm sinh, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, đặc biệt nhóm nghiên cứu “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc động thái số kiểu rừng chủ yếu Việt Nam” tận tình giúp đỡ tác giả công tác ngoại nghiệp nội nghiệp phục vụ cho luận án Sau cùng, xin chân thành cám ơn tất thầy giáo, người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, hỗ trợ vật chất tinh thần để tác giả có thêm nghị lực hồn thành luận án Hà Nội, tháng 12 năm 2020 Tác giả iii LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết luận án 1.2 Mục tiêu nghiên cứu luận án 1.3 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án 1.4 Những nội dung luận án 1.5 Những điểm Luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu động thái rừng giới 1.1.1 Nghiên cứu động thái tái sinh 1.1.2 Nghiên cứu động thái sinh trưởng rừng 13 1.1.3 Nghiên cứu động thái diễn 19 1.2 Nghiên cứu động thái rừng Việt Nam 22 1.2.1 Nghiên cứu động thái tái sinh Việt Nam 22 1.2.2 Nghiên cứu động thái sinh trưởng Việt Nam 23 1.2.3 Nghiên cứu động thái diễn 27 1.2.4 Những nghiên cứu triển khai khu vực KBTTN Hang Kia – Pà Cò VQG Xuân Sơn 28 1.3 Thảo luận xác định vấn đề nghiên cứu 30 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Đối tượng, phạm vi giới hạn nghiên cứu 33 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 33 2.1.2 Phạm vi, giới hạn nghiên cứu 33 2.2 Nội dung nghiên cứu 33 2.2.1 Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng tính đa dạng loài 33 2.2.2 Nghiên cứu động thái cấu trúc tầng cao (Tổ thành, N/D1.3) 33 2.2.3 Nghiên cứu động thái tái sinh bổ sung, trình chuyển cấp trình chết tầng cao 34 2.2.4 Đề xuất ứng dụng kết nghiên cứu 34 2.2.5 Đề xuất số giải pháp quản lý rừng 34 2.3 Phương pháp nghiên cứu 34 2.3.1 Cơ sở phương pháp luận 34 iv 2.3.2 Kế thừa tài liệu 35 2.3.3 Phương pháp thu thập số liệu 35 2.3.4 Các phương pháp xử lý thông tin công cụ sử dụng 39 CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 46 3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 46 3.1.1 Vị trí địa lí 46 3.1.2 Địa hình, địa 46 3.1.3 Địa chất thổ nhưỡng 47 3.1.4 Điều kiện khí hậu, thuỷ văn 49 3.2 Đặc điểm dân sinh kinh tế, xã hội 50 3.2.1 KBTTN Hang Kia-Pà Cò 50 3.2.2 Vườn Quốc gia Xuân Sơn 51 3.3 Hệ thực vật 52 3.3.1 KBTTN Hang Kia – Pà Cò 53 3.3.2 VQG Xuân Sơn 53 3.3.3 Nhận xét chung điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 55 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 56 4.1 Đặc điểm cấu trúc rừng khu vực nghiên cứu 56 4.1.1 Đặc điểm cấu trúc tổ thành tính đa dạng 56 4.1.2 Phân bố số theo cấp đường kính (N/D1.3) 65 4.1.3 Phân bố số theo cấp chiều cao (N/Hvn) 71 4.2 Động thái cấu trúc rừng 74 4.2.1 Động thái cấu trúc tổ thành 74 4.2.2 Động thái cấu trúc N/D1.3 78 4.3 Động thái tái sinh bổ sung, chuyển cấp trình chết lâm phần 84 4.3.1 Đặc điểm trình động thái tái sinh bổ sung, chuyển cấp trình chết lâm phần 84 4.3.2 Mơ q trình động thái lâm phần 91 4.4 Đề xuất ứng dụng kết nghiên cứu 102 4.4.1 Mô động thái cấu trúc rừng phần mềm MM&S 102 4.4.2 Sử dụng phương trình xác định để mơ động thái cấu trúc lâm phần 109 4.5 Đề xuất số giải pháp quản lý rừng 118 4.5.1 Đề xuất mẫu định hướng 118 4.5.2 Đề xuất số biện pháp quản lý rừng khu vực nghiên cứu 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122 Kết luận 122 Tồn 123 Kiến nghị 124 v Ký hiệu Diễn giải nội dung ∑G Tổng tiết diện ngang ∑GD>40cm Tổng tiết diện ngang có đường kính >40cm D1.3 Đường kính ngang ngực ĐHLN ĐTQH Đại học Lâm nghiệp Điều tra quy hoạch G/D1.3 Phân bố tiết diện ngang theo cấp đường kính Hvn Chiều cao vút Gbh Chu vi vị trí 1,3m so với mặt đất IUFRO KBTTN M Mk-Dk International Union of Forest Research Organizations (Liên đoàn Tổ chức Nghiên cứu Lâm nghiệp Quốc tế) Khu bảo tồn thiên nhiên Số chết Số chết theo cấp đường kính Mp Mr N N/D1.3 Tỉ lệ chết Hệ số chết Mật độ Phân bố số theo cấp đường kính No, Nt Ns Ok Ok-Dk số có đường kính ngang ngực > 10 cm thời điểm đo Số sống sót Số chuyển khỏi cấp kính Số chuyển cấp theo cấp đường kính Ok-Nk OTC OTCĐV PTS QXTV QXCG R Rp Rr VQG Số chuyển cấp theo số cấp đường kính Ơ tiêu chuẩn Ơ tiêu chuẩn định vị Phó tiến sĩ Quần xã thực vật Quần xã gỗ Số tái sinh bổ sung Hệ số chuyển cấp Tỉ lệ chuyển cấp Vườn quốc gia vi Bảng 2.1: Mẫu biểu ghi chép số liệu điều tra tầng cao 36 Bảng 2.2: Thông tin OTCĐV 38 Bảng 3.1: Thành phần thực vật bậc cao có mạch khu vực so với nơi khác Việt Nam 52 Bảng 4.1 Tổ thành thực vật khu vực nghiên cứu 57 Bảng 4.2 Số loài xuất tăng diện tích OTC 61 Bảng 4.3 Tính đa dạng thực vật khu vực nghiên cứu 63 Bảng 4.4: Các tham số phân bố khoảng cách OTC 66 Bảng 4.5: Phân bố N/D1.3 khu vực Hang Kia, Pà Cò 66 Bảng 4.6 Sơn 68 Bảng 4.7: Tổng hợp thông tin OTC 75 Bảng 4.8: Biến đổi tổ thành khu vực nghiên cứu 76 Bảng 4.9: Động thái cấu trúc N/D1.3 Hang Kia – Pà Cò 78 Bảng 4.10: Động thái cấu trúc N/D1.3 Xuân Sơn 79 Bảng 4.11: Biến động đặc trưng OTC 83 Bảng 4.12 trạng thái IV ( Cò) 85 Bảng 4.13: Tổng hợp số tiêu động thái trạng thái IIIA3 (tại Hang Kia - Pà Cò) 86 Bảng 4.14: Tổng hợp số tiêu động thái trạng thái IIIB (tại Xuân Sơn) 87 Bảng 4.15: Tổng hợp số tiêu động thái cho OTC HB01 88 Bảng 4.16: Tổng hợp số tiêu động thái cho OTC HB03 88 Bảng 4.17: Tổng hợp số tiêu động thái cho OTC HB06 89 Bảng 4.18: Tổng hợp số tiêu động thái cho OTC XS01 89 Bảng 4.19: Tổng hợp số tiêu động thái cho OTC XS02 90 Bảng 4.20: Tổng hợp số tiêu động thái cho OTC XS03 90 Bảng 4.21: Kết thăm dò hàm mô số chuyển cấp cấp đường kính (Ok – Dk) Hang Kia – Pà Cị trạng thái IIIA3 92 Bảng 4.22: Kết phân tích phương sai tồn mối tương quan phương trình bậc 94 Bảng 4.23: Kết kiểm tra tồn ước lượng hệ số phương trình bậc 94 Bảng 4.24: Dự đoán cấu trúc lâm phần trạng thái IV tương lai Hang Kia – Pà Cò 112 Bảng 4.25: Dự đoán cấu trúc lâm phần trạng thái IIIB tương lai Xuân Sơn 114 Bảng 4.26 :Dự đoán cấu trúc lâm phần trạng thái IIIA3 tương lai Hang Kia – Pà Cò 116 Bảng 4.27: Mơ hình mẫu định hướng N/D1.3 cho trạng thái rừng 119 vii Hình 2.1: Sơ đồ ô phụ OTC định vị 35 Hình 2.2: Sơ đồ OTCĐV KBTTN Hang Kia – Pà Cò 37 Hình 2.3: Sơ đồ vị trí OTCĐV VQG Xuân Sơn 37 Hình 4.1: Biến đổi số lồi Hang Kia – Pà Cị diện tích OTC thay đổi 62 Hình 4.2: Biến đổi số loài Xuân Sơn diện tích OTC thay đổi 62 Hình 4.3: Biểu đồ số đa dạng Rényi OTC 65 Hình 4.4: Phân bố số theo cấp đường kính OTC HB01 67 Hình 4.5: Phân bố số theo cấp đường kính OTC HB03 67 Hình 4.6: Phân bố số theo cấp đường kính OTC HB06 68 Hình 4.7: Phân bố số theo cấp đường kính OTC XS01 69 Hình 4.8: Phân bố số theo cấp đường kính OTC XS02 70 Hình 4.9: Phân bố số theo cấp đường kính OTC XS03 70 Hình 4.10: Phân bố N/Hvn Hang Kia - Pà Cò (OTC HB01) 72 Hình 4.11: Phân bố N/Hvn khu vực Xuân Sơn (OTC XS02) 72 Hình 4.12: Phân bố số theo tầng tán OTC HB01 73 Hình 4.13: Phân bố số theo tầng tán OTC HB06 73 Hình 4.14: Phân bố số theo tầng tán OTC XS02 74 Hình 4.15: Động thái N/D1.3 OTC HB01 80 Hình 4.16: Động thái N/D1.3 OTC HB03 80 Hình 4.17: Động thái N/D1.3 OTC HB06 81 Hình 4.18: Động thái N/D1.3 OTC XS01 81 Hình 4.19: Động thái N/D1.3 OTC XS02 82 Hình 4.20: Động thái N/D1.3 OTC XS03 82 Hình 4.21: Kết mô mối quan hệ Ok-Dk trạng thái IIIA3 Hang Kia - Pà Cị 93 Hình 4.22: Mơ mối quan hệ Ok-Dk trạng thái IV Hang Kia - Pà Cị 95 Hình 4.23: Kết mô mối quan hệ Ok-Dk Xuân Sơn 96 Hình 4.24: Mơ mối quan hệ Ok-Dk Xuân Sơn hàm bậc 97 Hình 4.25: Kết mô mối quan hệ Mk-Dk trạng thái IIIA3 99 Hình 4.26: Kết mơ mối quan hệ Mk-Dk Xuân Sơn 101 Hình 4.27: Kết mơ mối quan hệ Mk-Nk Xuân Sơn 102 Hình 4.28: Sơ đồ mơ động thái cấu trúc rừng 104 Hình 4.29: Hộp thoại nạp thơng tin cho yếu tố trạng thái 105 Hình 4.30: Mơ hình dạng văn 106 Hình 4.31: Kết chạy mơ hình với tổng số bước thời gian (tương đương 55 năm), bước thời gian (11 năm) 106 Hình 4.32: Đồ thị thời gian vẽ cho biến “cỡ đường kính” với tỉ lệ chung cho tất biến 107 Hình 4.33: Đồ thị thời gian vẽ cho biến “số chết” với tỉ lệ chung 108 Hình 4.34: Dự đốn cấu trúc N/D1.3 trạng thái IV 113 Hình 4.35: Dự đoán cấu trúc G/D1.3 trạng thái IV 113 Hình 4.36: Dự đoán cấu trúc N/D1.3 trạng thái IIIB 115 Hình 4.37: Dự đoán cấu trúc G/D1.3 trạng thái IIIB 115 Hình 4.38: Dự đốn cấu trúc N/D1.3 trạng thái IIIA 117 Hình 4.39: Dự đốn cấu trúc G/D1.3 trạng thái IIIA 118 34 5.3 Trạng thái IIIB 5.3.1 Mk-Dk Model Summary and Parameter Estimates Dependent Variable: So cay chet (Mk) Equation Model Summary Parameter Estimates R Square F df1 df2 Sig Constant b1 b2 Inverse ,910 150,822 15 ,000 -2,279 153,338 Quadratic ,750 20,988 14 ,000 12,169 -,375 ,003 Cubic ,899 38,775 13 ,000 21,035 -1,097 ,019 The independent variable is Co duong kinh (Dk) Quadratic Sum of Squares ANOVA df Mean Square F Sig Regression 110,278 55,139 20,988 Residual 36,781 14 2,627 Total 147,059 16 The independent variable is Co duong kinh (Dk) Coefficients Unstandardized Standardized Coefficients Coefficients B Std Error Beta ,000 Co duong kinh (Dk) Co duong kinh (Dk) ** (Constant) t Sig -,375 ,079 -3,120 -4,745 ,000 ,003 ,001 2,465 3,749 ,002 12,169 1,840 6,614 ,000 34 b3 ,000 35 Cubic ANOVA Sum of df Mean Squares Square Regression 132,276 44,092 Residual 14,783 13 1,137 Total 147,059 16 The independent variable is Co duong kinh (Dk) Co duong kinh (Dk) Co duong kinh (Dk) ** Co duong kinh (Dk) ** (Constant) F 38,775 Coefficients Unstandardized Standardized Coefficients Coefficients B Std Error Beta -1,097 ,172 -9,138 Sig ,000 t -6,368 ,000 ,019 ,004 16,595 5,120 ,000 ,000 ,000 -8,336 -4,398 ,001 21,035 2,351 8,946 ,000 Inverse ANOVA Regression Sum of Squares 133,756 Sig df Mean F Square 133,756 150,822 35 Sig ,000 36 Residual 13,303 15 ,887 Total 147,059 16 The independent variable is Co duong kinh (Dk) Coefficients Unstandardized Standardized Coefficients Coefficients B Std Error Beta / Co duong kinh (Dk) (Constant) 153,338 12,486 -2,279 ,401 t ,954 Sig 12,281 ,000 -5,687 ,000 5.3.2 Mk-Nk Linear ANOVA Sum of df Mean F Squares Square Regression 129,586 129,586 111,245 Residual 17,473 15 1,165 Total 147,059 16 The independent variable is So cay tai co duong kinh (Nk) Coefficients Unstandardized Coefficients B Std Error So cay tai co duong kinh (Nk) (Constant) ,087 ,008 -,268 ,325 Sig ,000 Standardized Coefficients Beta t ,939 10,547 ,000 -,824 ,423 Quadratic Regression Sum of Squares 140,584 ANOVA df Mean F Square 70,292 151,998 36 Sig Sig ,000 37 Residual 6,474 14 ,462 Total 147,059 16 The independent variable is So cay tai co duong kinh (Nk) Coefficients Unstandardized Coefficients B Std Error So cay tai co duong kinh (Nk) So cay tai co duong kinh (Nk) ** (Constant) Standardized Coefficients Beta t Sig ,012 ,016 ,130 ,741 ,471 ,001 ,000 ,854 4,877 ,000 ,327 ,238 1,370 ,192 Cubic Regression Residual Total Sum of Squares 140,677 6,381 147,059 ANOVA df Mean Square 46,892 13 ,491 16 F Sig 95,528 ,000 The independent variable is So cay tai co duong kinh (Nk) Coefficients Unstandardized Coefficients B Std Error So cay tai co duong kinh (Nk) So cay tai co duong kinh (Nk) ** So cay tai co duong kinh (Nk) ** (Constant) Standardized Coefficients Beta t Sig ,030 ,045 ,326 ,671 ,514 ,000 ,001 ,322 ,260 ,799 2,747E-006 ,000 ,353 ,435 ,671 ,248 ,304 ,816 ,429 37 38 38 39 PHỤ LỤC 6: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TẠI CÁC OTC Hình ảnh OTC, đo đếm thực địa khu vực Hang Kia – Pà Cị (2018) Cọc bê tơng đánh dấu tâm OTC HB 01 39 40 40 41 Số cây, vị trí đo đánh dấu từ lần đo năm 2012 Hang Kia – Pà Cị 41 42 Hình ảnh OTC, đo đếm thực địa khu vực Xuân Sơn (2018) 42 43 Số cây, vị trí đo đánh dấu từ lần đo năm 2012 Xuân Sơn 43 44 44 45 Điều tra thực địa Xuân Sơn 45 46 46 47 47 48 48