TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trên thế giới
1.1.1 Nghiên cứu về cấu trúc rừng a Cơ sở hình thái của cấu trúc rừng
Cấu trúc rừng phản ánh mối quan hệ giữa thực vật và môi trường sống, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu hệ sinh thái Việc tìm hiểu cấu trúc rừng giúp xác định các mối quan hệ sinh thái và đề xuất biện pháp kỹ thuật phù hợp để duy trì và điều tiết rừng Trong thời gian qua, nhiều quan điểm khác nhau đã được đưa ra về cách quản lý rừng tự nhiên nhiệt đới, dẫn đến sự phát triển và thử nghiệm các phương thức lâm sinh như chặt cải thiện tái sinh (RIF, 1927) và phương thức rừng đều tuổi của Malaysia (MUS, 1945).
Richard P.W (1952) trong tác phẩm "Rừng mưa nhiệt đới" đã nghiên cứu và phân biệt giữa tổ thành cây phức tạp và tổ thành cây rừng mưa đơn ưu, trong đó rừng mưa đơn ưu chỉ bao gồm một vài loài cây trong những điều kiện lập địa đặc biệt Catinot (1965, 1967) và Plaudy đã mô tả hình thái cấu trúc rừng thông qua các phẫu đồ ngang và đứng, với các nhân tố cấu trúc được thể hiện qua các khái niệm như dạng sống và tầng phiến.
Bau G.N và Odum (1971) trong tác phẩm “Cơ sở sinh thái học của rừng mưa nhiệt đới” đã nghiên cứu cấu trúc rừng mưa và cung cấp nền tảng sinh thái cho việc khai thác rừng này Rollet (1971) đã mô tả hình thái cấu trúc rừng mưa thông qua các phẫu đồ, đồng thời nghiên cứu mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính, cũng như giữa đường kính tán với D1.3, và biểu diễn các mối quan hệ này bằng các hàm hồi quy.
Rừng mưa nhiệt đới đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học, trong đó có Richard P.W (1952), người đã nghiên cứu cấu trúc hình thái của loại rừng này Ông chỉ ra rằng một trong những đặc điểm nổi bật của rừng mưa nhiệt đới là sự đa dạng sinh học phong phú và cấu trúc phức tạp của nó.
Rừng mưa nhiệt đới có cấu trúc đa tầng, bao gồm ít nhất ba tầng chính, bên cạnh tầng cây bụi và cây thân cỏ Trong hệ sinh thái này, không chỉ có những cây gỗ lớn mà còn có nhiều dạng cây bụi, cây thân cỏ và dây leo với đủ hình dáng và kích thước Ngoài ra, còn tồn tại nhiều loại thực vật phụ sinh bám trên thân và cành cây, tạo nên sự phong phú cho môi trường sống.
Hầu hết các tác giả nghiên cứu về tầng thứ trong rừng tự nhiên nhiệt đới thường đưa ra những nhận xét định tính, chưa phản ánh đầy đủ sự phân tầng phức tạp của hệ sinh thái này Do đó, việc nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng là cần thiết để hiểu rõ hơn về sự đa dạng và phân bố của các tầng cây trong rừng.
Khi chuyển từ nghiên cứu định tính sang nghiên cứu định lượng về cấu trúc rừng, nhiều tác giả đã áp dụng công thức và hàm toán học để mô hình hóa cấu trúc rừng và xác định mối quan hệ giữa các yếu tố cấu trúc.
- Về phân bố số cây theo đường kính (N/D 1.3 )
Quy luật phân bố số cây theo đường kính là một trong những quy luật cơ bản trong lâm học, thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu về rừng Để phân tích đặc điểm của quy luật này, nhiều nghiên cứu đã áp dụng phương pháp giải tích với các phương trình toán học dưới dạng phân bố xác suất khác nhau nhằm tìm ra quy luật chung Meyer (1934) và Prodan đã thực hiện mô phỏng phân bố N/D 1.3 cho rừng tự nhiên.
(1949) đã sử dụng phương trình:
Y = e x (1.1 ) để mô tả N/D 1.3 lâm phần thuần loài đều tuổi , Prodan M và Patascase
Vào năm 1946, Bill và Kem K.A đã tiếp cận phân bố này thông qua phương trình logarit chính thái Năm 1973, Balley đã áp dụng hàm Weibull với phương trình fx(X) = α·λ·x^(α−1)·exp(−λ·x^α) để biểu thị đường cong cộng dồn phần trăm số cây bằng đa thức bậc ba Cùng năm, Loetschau đã sử dụng hàm Beta để điều chỉnh các phân bố thực nghiệm Nhiều tác giả khác cũng đã áp dụng các hàm như Hyperbol, Poisson, Logarit chuẩn, Pearson và Weibull trong nghiên cứu của họ.
Công trình nghiên cứu về dạng phân bố cung cấp những kết quả toàn diện và đa dạng nhất về quy luật kết cấu của đường kình lâm phần rừng.
- Về phân bố số cây theo chiều cao (N/H)
Các tác giả đã nghiên cứu cấu trúc lâm phân theo chiều thẳng đứng dựa trên phân bố số cây theo chiều cao Phương pháp kinh điển để phân tích cấu trúc đứng của rừng tự nhiên là vẽ các phẫu diện đồ đứng với kích thước khác nhau tùy theo phương pháp nghiên cứu Các phẫu đồ này cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu trúc tầng tán và phân bố số cây theo chiều thẳng đứng, từ đó cho phép rút ra các nhận xét và đề xuất ứng dụng thực tiễn Phương pháp này đã được nhiều nhà nghiên cứu rừng nhiệt đới áp dụng, nổi bật là các công trình của P.W Richards (1952) và Rollet (1979).
- Nghiên cứu quy luật tương quan giữu chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực (H - D)
Nghiên cứu cho thấy chiều cao cây rừng tăng theo tuổi tương ứng với mỗi cỡ đường kính xác định, phản ánh quá trình sinh trưởng tự nhiên Ở các tuổi khác nhau, cây rừng thuộc các cấp sinh trưởng khác nhau, và cấp sinh trưởng giảm khi tuổi lâm phần tăng, dẫn đến tỷ lệ H-D tăng theo tuổi Do đó, đường cong quan hệ giữa chiều cao (H) và đường kính (D) có thể thay đổi hình dạng và luôn dịch chuyển lên trên khi tuổi lâm phần gia tăng.
Vào năm 1927, V đã phát hiện ra hiện tượng liên quan đến sự phát triển chiều cao qua việc thiết lập đường cong chiều cao cho các nhóm tuổi khác nhau Nghiên cứu của Prodan (1965) và Dittmar.O cho thấy rằng độ dốc của đường cong chiều cao có xu hướng giảm dần khi tuổi tác tăng lên.
(1967) đã mô phỏng quan hệ chiều cao với đường kính và tuổi theo dạng phương trình : logh = d + b1 + b2 + b3
Petterson H (1955) ( theo Nguyễn Trọng Bình, 1996), đề xuất phương trình tương quan :
Nghiên cứu của Kraute G (1958) và Tiourin A.V (1932) chỉ ra rằng mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính ngang ngực của cây không bị ảnh hưởng bởi cấp đất và cấp tuổi Khi phân chia cây thành các cấp chiều cao, các yếu tố như hoàn cảnh và tuổi đã được phản ánh trong kích thước cây, tức là đường kính và chiều cao đã bao hàm tác động của những yếu tố này.
( 1944) , Kreen K (1946), Meyer H.A (1952) … đã đề nghị sử dụng các phương trình dưới đây để mô tả quan hệ H ~ D : h = a + b1 d + b2 d 2 (1.5) h = a + b1 d + b2 d 2 + b3 d 3 (1.6) h – 1.3 (1.7) h = a + b logd (1.8) h = a + b1 d + b2 logd (1.9) h = k d b (1.10)
Kennel.R (1971) đề xuất rằng để mô phỏng đường cong chiều cao lâm phần, cần tìm phương trình thích hợp mô tả mối quan hệ giữa chiều cao vút ngọn (Hvn) và đường kính ngang ngực (D1.3), sau đó xác lập mối quan hệ của các tham số này theo tuổi.
Ở Việt Nam
1.2.1 Nghiên cứu về cấu trúc rừng
Rừng tự nhiên Việt Nam là kiểu rừng nhiệt đới với sự phong phú và đa dạng về loài cũng như cấu trúc phức tạp Nghiên cứu về cấu trúc rừng đã được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ 20, chủ yếu bởi các nhà khoa học Pháp tại Đông Dương trước năm 1945 Sau năm 1945, nhiều nhà nghiên cứu lâm nghiệp trong và ngoài nước đã chú trọng hơn đến vấn đề này Các công trình khoa học đã tập trung vào việc phân tích đặc điểm cấu trúc của rừng tự nhiên và rừng trồng, nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững và hiệu quả trong kinh doanh rừng Một trong những yếu tố quan trọng trong nghiên cứu là phân bố số cây theo cỡ đường kính (N/D 1.3).
Các nghiên cứu về rừng tự nhiên ở Việt Nam cho thấy sự phân bố số lượng cây theo kích thước kính (N/D1.3) của tầng cây cao (D ≥ 6 cm) chủ yếu có hai dạng chính.
- Dạng giảm liên tục và có nhiều đỉnh phụ hỉnh răng cưa
Các tác giả lựa chọn mô hình toán học phù hợp để mô phỏng các dạng cụ thể Đồng Sỹ Hiền (1974) đã nghiên cứu biểu thể tích cây đứng trong rừng tự nhiên miền Bắc Việt Nam qua nhiều lâm phần khác nhau và kết luận rằng phân bố N/D có dạng tổng quát là phân bố giảm Tuy nhiên, do quá trình khai thác chọn thô không theo quy tắc, đường thực nghiệm thường có hình dạng răng cưa Để mô tả kiểu phân bố thực nghiệm này, tác giả đã sử dụng hàm Meyer và đường cong Pearson.
Trần Xuân Thiệp (1996) và Lê Sáu (1996) đã chứng minh rằng phân bố Weibull vượt trội trong việc mô tả phân bố N/D cho mọi trạng thái rừng tự nhiên, bất kể phân bố thực nghiệm có hình dạng giảm liên tục hay có một đỉnh.
Bảo Huy (1993) qua nghiên cứu cấu trúc rừng ưu thế Bằng lăng rút ra nhận xét: so với phân bố khác như Meyer, Weibull thì phân bố khoảng cách
Phạm Ngọc Giao (1994) đã nghiên cứu quy luật N/D cho Thông đuôi ngựa tại vùng Đông Bắc, chứng minh tính thích ứng của hàm Weibull Ông cũng đã xây dựng mô hình cấu trúc đường kính cho lâm phần Thông đuôi ngựa, góp phần quan trọng vào việc hiểu rõ hơn về loài cây này.
Nguyễn Văn Hồng (2010) đã nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên tại Ban quản lý rừng đặc dụng Hương Sơn, Hà Tĩnh và kết luận rằng hàm Weibull mô phỏng tốt quy luật phân bố N/D và N/H Đáng chú ý, tất cả các ô tiêu chuẩn đều không phù hợp với hàm Meyer.
Bùi Thị Diệp (2012) đã chỉ ra trong nghiên cứu về cấu trúc rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên – văn hoá Đồng Nai rằng sự phân bố số lượng cây theo đường kính tuân theo quy luật phân bố khoảng cách, với đỉnh phân bố đạt ở cỡ đường kính 12cm.
Phùng Văn Khang (2014) đã nghiên cứu đặc điểm lâm học của rừng kín thường xanh hơi ẩm nhiệt đới tại khu vực Mã Đà, tỉnh Đồng Nai, và nhận thấy rằng phân bố N/D của ba trạng thái nghiên cứu IIB, IIIA2 và IIIA3 có dạng phân bố giảm.
Nguyễn Thi Thu Hiền và Trần Thu Hà (2014) đã nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Vườn quốc gia Vũ Quang, tỉnh Hà Tĩnh Kết quả cho thấy phân bố số cây theo đường kính được mô phỏng bằng hàm khoảng cách, với đường cong phân bố có dạng giảm.
Nghiên cứu phân bố N/D gần đây không chỉ nhằm mục đích điều tra tổng tiết diện ngang và trữ lượng, mà còn nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho các giải pháp lâm sinh trong việc nuôi dưỡng và làm giàu rừng Việc phân bố số cây theo cỡ chiều cao (N/H vn) cũng được xem xét để cải thiện hiệu quả quản lý rừng.
Nghiên cứu của Đồng Sỹ Hiền (1974) về rừng tự nhiên chỉ ra rằng sự phân bố số cây theo chiều cao trong các lâm phần tự nhiên thường có nhiều đỉnh Điều này phản ánh cấu trúc tầng thứ phức tạp của rừng chặt chọn.
Bảo Huy (1993), Đào Công Thanh (1996) đã nghiên cứu phân bố N/H để tìm tầng tích tụ tán cây
Nguyễn Thành Mến (2005) đã áp dụng các hàm Weibull, Meyer và phân bố khoảng cách để mô phỏng quy luật phân bố N/Hvn ở các khu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh sau khai thác tại Phú Yên Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm Meyer và phân bố khoảng cách không phù hợp, trong khi hàm Weibull với độ mềm dẻo cao đã mô phỏng hiệu quả quy luật phân bố N/Hvn.
Nghiên cứu của Bùi Thị Diệp (2012) tại khu bảo tồn thiên nhiên - văn hóa Đồng Nai cho thấy rằng sự phân bố số cây theo chiều cao tuân theo quy luật phân bố của hàm Meyer, với giá trị biến động từ 2,4 đến 2,8 Ngoài ra, phân bố số cây theo chiều cao có dạng phân bố một đỉnh lệch trái.
Phùng Văn Khang (2014) đã nghiên cứu đặc điểm lâm học của rừng kín thường xanh hơi ẩm nhiệt đới tại khu vực Mã Đà, tỉnh Đồng Nai, và cho thấy rằng phân bố N/H của ba trạng thái nghiên cứu IIB, IIIA2 và IIIA3 có dạng một đỉnh lệch trái với phân bố liên tục.
Các tác giả thống nhất rằng sự phân bố N/H có hình dạng một đỉnh chính và nhiều đỉnh phụ theo kiểu răng cưa, được mô tả bằng hàm Weibull Ngoài ra, có mối tương quan giữa chiều cao và đường kính (H vn – D 1.3).
MỤC TIÊU – NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc và đa dạng của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại xã Quảng Đức, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh
Nghiên cứu đã xác định một số đặc điểm cấu trúc lâm phần của các trạng thái rừng thứ sinh nghèo tại xã Quảng Đức, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh Các đặc điểm này bao gồm sự phân bố của các loài cây, chiều cao trung bình và mật độ cây trong khu vực Thông tin này đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và bảo tồn rừng thứ sinh tại địa phương.
- Nghiên cứu được một số chỉ tiêu đa dạng loài
- Đề xuất được một số giải pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm quản lý và phát triển rừng thứ sinh nghèo tại khu vực nghiên cứu
2.2 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Khóa luận nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và sự đa dạng loài của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại xã Quảng Đức, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh Nghiên cứu này nhằm phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển và bảo tồn hệ sinh thái rừng tại khu vực này.
2.3.1 Nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc lâm phần
- Cấu trúc tổ thành tầng cây cao theo hệ số tổ thành (ki) và theo chỉ số tầm quan trọng (IV%)
- Mô tả một số đại lượng sinh trưởng (N, D 13 , H vn , ∑G,)
- Quy luật phân bố tần số (N/D 1.3 , N/H vn )
- Quy luật tương quan giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực (Hvn – D1.3)
- Chỉ số đa dạng Shannon – Wiener (H’)
- Chỉ số đa dạng Simpson (D)
- Tổ thành lớp cây tái sinh theo hệ số tổ thành (ki)
- Mật độ cây tái sinh
- Phân bố cây tái sinh theo cấp chiều cao
- Phân bố cây tái sinh trên mặt đất
- Ảnh hưởng của một số nhân tố đến tái sinh rừng
2.3.4 Đề xuất một số giải pháp kỹ thuật lâm sinh cho các trạng thái rừng thứ sinh nghèo tại khu vực nghiên cứu
Kế thừa những tư liệu về điều kiện tự nhiên: địa hình, khí hậu, thủy văn, đất đai, tài nguyên rừng, điều kiện kinh tế - xă hội
Ban quản lý rừng xã Quảng Đức, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh đã thực hiện báo cáo về tình hình tài nguyên rừng và công tác quản lý rừng Báo cáo này cung cấp cái nhìn tổng quan về hiện trạng rừng, nêu rõ những thách thức trong công tác bảo vệ và phát triển rừng, đồng thời đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên rừng tại địa phương Sự chú trọng vào bảo tồn và phát triển bền vững rừng là cần thiết để đảm bảo lợi ích kinh tế và môi trường cho cộng đồng.
2.4.2.1 Điều tra sơ thám Điều tra sơ thám toàn bộ khu vực nghiên cứu để nắm được một cách tổng quát tình hình chung của đối tượng nghiên cứu về địa hình, địa vật, đặc điểm tài nguyên rừng để chọn các vị trí lập ô tiêu chuẩn (OTC) và có những định hướng cho công tác điều tra tỷ mỉ
2.4.2.2 Điều tra tỷ mỉ a, Điều tra tầng cây cao
Trên mỗi trạng thái rừng lập 3 OTC điển hình tạm thời, tổng số OTC cho
3 trạng thái là 9 Vị trí lập cách đường ít nhất 10m, không vượt qua rông, qua khe và suối Ô tiêu chuẩn có dạng hình chữ nhật có diện tích là 1000m 2 (25x40m)
Trong mỗi OTC đã lập tiến hành điều tra tầng cây cao về các chỉ tiêu sau:
- Đánh dấu, xác định tên loài và đo đường kính D1.3 bằng thước kẹp kính của tất cả các cây có đường kính lớn hơn hoặc bằng 6cm
- Đo chiều cao vút ngọn, chiều cao dưới cành: bằng thước Blumeleiss
- Đo đường kính tán: dùng thước dây đo hình chiếu tán lá trên mặt đất theo 2 chiều Đông-Tây, Nam-Bắc, sau đó lấy giá trị trung bình
Toàn bộ các số liệu đo đếm tầng cây cao được ghi chép theo mẫu biểu 01
Mẫu biểu 01: Điều tra OTC rừng tự nhiên
Số hiệu OTC Trạng thái
Người điều tra Ngày ĐT Độ dốc Hướng phơi
Hdc (m) Tuổi Phẩm chất b, Điều ra cây tái sinh
Với OTC điển hình tạm thời có diện tích là 1000m 2 thì lập 5 ô dạng bản (ODB), mỗi ô có diện tích 25m 2 (5 m x 5 m), 4 ô ở 4 góc OTC và 1 ô ở tâm OTC
Trong các ODB tiến hành xác định các chỉ tiêu:
- Tên loài cây tái sinh
- Nguồn gốc tái sinh (chồi, hạt)
- Chiều cao cây tái sinh theo 3 cấp: 1,0 m
- Toàn bộ số liệu điều tra cây tái sinh dược thu thập theo mẫu biểu 02
Mẫu biểu 02: Điều tra cây tái sinh
ODB TTcây Tên loài cây Chiều cao H (m)
2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu
2.4.3.1 Phân loại trạng thái rừng Để phân loại trạng thái rừng, luận văn sử dụng phương pháp phân loại của Loestchau (1960) đã được Viện Điều tra – Quy hoạch rừng nghiên cứu và bổ
Dựa vào tổng tiết diện ngang, trữ lượng và các thông tin khảo sát ngoài thực địa, chúng tôi tiến hành phân chia trạng thái rừng cho từng khu vực OTC.
2.4.3.2 Cấu trúc tổ thành a Tổ thành tầng cây cao theo hệ số tổ thành ki
* Xác định công thức tổ thành theo số cây Cách làm như sau:
+ Bước 1: Tập hợp số liệu tầng cây cao ở tất cả các OTC theo loài trong từng trạng thái và số cá thể của mỗi loài
+ Bước 2: Xác định tổng số loài cây và tổng số cá thể trong các OTC của từng trạng thái
+ Bước 3: Tính số cá thể trung bình của 1 loài theo công thức
: Số lượng cá thể trung bình của mỗi loài
N: Tổng số lượng cá thể của các loài m: Tổng số loài
+ Bước 4: Xác định số loài, tên loài tham gia vào công thức tổ thành
Những loài nào có số cây ≥ thì tham gia vào công thức tổ thành
+ Bước 5: Xác định hệ số tổ thành của từng loài theo công thức:
Xi là số lượng cá thể loài i
N là ∑số cá thể của tất cả các loài
+ Bước 6: Viết công thức tổ thành
Loài nào có Ki > 0,5 thì ghi vào công thức tổ thành Loài nào có hệ số tổ thành lớn viết trước, nhỏ viết sau
Chú ý: Khi viết CTTT loài có 0,5≥ Ki 0,5 thì ghi vào công thức tổ thành Loài nào có hệ số tổ thành lớn viết trước, nhỏ viết sau
Chú ý: Khi viết CTTT loài có 0,5≥ Ki