giáo trình tài NGUYÊN RỪNG

1 NGUYỄN XUÂN CỰ - ĐỖ ĐÌNH SÂM TÀI NGUYÊN RỪNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 2 Chịu trách nhiệm xuất bản: Giám đốc: PHÙNG QUỐC BẢO Tổng biên tập. PHẠM THÀNH HƯNG Chịu trách nhiệm nội dung. Hội đồng nghiệm thu giáo trình Trường ĐHKHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội Người nhận xét. GS.TS. LÊ VĂN KHOA TS. NGÔ ĐÌNH QUẾ Biên tập: ĐỨC HỮU NHƯ QUỲNH Trình bày bìa: NGỌC ANH 3 MỞ ĐẦU Rừng là một trong những bộ phận quan trọng nhất cấu thành nên sinh quyển. Ngoài ý nghĩa về nguồn tài nguyên sinh vật. Rừng còn là một yếu tố địa lý không thể thiếu được trong từ nhiên. Nó có vai trò cực kỳ quan trọng tạo nên cảnh quan vi có tác động mạnh mẽ đến các yếu tố khí hậu, đất đai. Chính vì vậy, rừng không chi có chức năng trong phát triển kinh tế - xã hội mà nó còn có ý nghĩa đác biệt trong việc bảo vệ môi trường sinh thái. Ngay từ buổi đầu tiên trong lịch sử phát triển nhân loại. Rừng đã có những đóng góp cực kỳ quan trọng đối với đời sống con người. Rừng cung cấp nơi cư trú, lương thực, thực phẩm, nguyên liệu, nhiên liệu cho sự tồn tại và phát triển của xã hội loài người. Sự phát triển ngày càng cao của kinh tế - xã hội, đặc biệt là trong giai đoạn hiện đại dựa trên nền tảng sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã làm đa dạng hơn quá trình sử dụng tài nguyên thiên nhiên và làm thay đổi sự phụ thuộc của con người vào rừng. Con người đã rời bỏ từng phần hoặc toàn bộ sự lệ thuộc vào rừng di chuyển xuống sông ở các lưu vực sông. Nơi có các điều kiện dễ dàng hơn và có năng suất cây trồng cao hơn. Các cộng đồng dân cư đã phân bố rộng khắp từ những vùng đô thị đến các vùng nông thôn ven biển. Tuy nhiên một bộ phận quan trọng gồm nhiều công đồng dân cư khác nhau vẫn sống trong rừng hoặc ở các vùng ven rừng. Họ tiếp tục nền sản xuất nông nghiệp truyền thống tự cung tự cấp, sử dụng đất rừng để canh tác nông nghiệp và khai thác các tài nguyên rừng phục vụ trực tiếp cho cuộc sống của họ. Ngày nay do dân số tăng nhanh nhu cầu về tài nguyên ngày càng lớn. Quá trình sản xuất phát triển dựa trên một nền khoa học công nghệ cao đã gáy sức ép ngày càng lớn đối với các 4 nguồn tài nguyên nói chung. Trong đó, tài nguyên rừng được huy động ngày càng nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về lương thực,thực phẩm, nhu cầu gò củi và các nguyên liệu cho sự phát triển kinh tế xã hội của loài người. Điều này đã dẫn dấn làm suy giảm đáng kể nguồn tài nguyên rừng, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Rừng bị suy giảm do bất kỳ một nguyên nhân nào cũng đều có thể gây ra các vấn đề về sinh thái, môi trường như: Gây hạn hán, lũ lụt, ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu, làm giảm đa dạng sinh học, gây xói mòn đất và có nguy cơ dẫn đến sa mạc hóa các vùng đất. Cuối cùng chúng sẽ gây hậu quả về kinh tế, xã hội và dẫn đến đói nghèo. Rừng không chỉ có ý nghĩa trong phát triển kinh tế xã hội của từng địa phương mà nó đồng thời cũng là bộ phận cấu thành quan trọng trong sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Những nguyên nhân làm giảm diện tích rừng ít nhiều có sự thay đổi theo từng vùng nhưng trước hết đều có liên quan trực tiếp đến các cộng đồng người sống trong rừng hoặc ở các vùng ven rừng. Do vậy, để bảo vệ và phát triển rừng. Chính phủ và các tồ chức có liên quan cần ủng hộ, trợ giúp các quá trình sản xuất nhằm phát triển đời sống các cộng đồng dân cư địa phương. Việt Nam cũng như nhiều nước dang phát triển khác đang đứng trước những vấn đề cấp bách về môi nhường. Tài nguyên rừng đất nước, khoáng sản đang được huy động mạnh mẽ cho quá trình phát triển kinh tế và bị suy giảm nhanh chóng nhiều loài động thực vật quý hiếm đang có nguy cơ bị tuyệt chủng môi trường đang bị đe dọa bởi sự ô nhiễm. Bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng sẽ có vai trò đặc biệt quan trọng nhằm giữ ổn định cân bẵng sính thái trong sinh quyển."Chính vì vậy bảo vệ tài nguyên rừng đã được xác định là một trong những mục tiêu lớn trong chiến lược hành động cho sự phát triển bền vững ở nước ta nói riêng và trên toàn thế giới nới chung. Là một bộ phận cấu thành của chương trình đào tạo cử nhân khoa học môi trường, giáo trình "Tài nguyên rừng" nhằm trang 5 bị những kiến thức cơ bản về rừng và tài nguyên rừng, về vai trò của rừng trong sự nghiệp phát triển kinh tế, xã hội và bao vệ môi trường cho sinh viên khoa Môi trường. Đồng thời được dùng làm tài liệu tham khảo cho các ngành khoa học có liên quan. Với mục đích đó, giáo trình "Tài nguyên rừng" đề cập cái những nội dung chính có liên quan đến các khái niệm, các quá trình cơ bản của rừng, vai trò của rừng những vấn đề xe tài nguyên rừng cũng như việc tổ chức quản lý và sử dụng tài nguyên rừng cho sự phát triển bền vững. Các tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các chuyên gia và các nhà khoa học để sửa chửa bổ sung và hoàn chỉnh nội dung nhằm đáp ứng ngày một tốt hơn yêu cầu của quá trình đào tạo. 6 Chương I: NHỮNG KHÁI NIÊM CƠ BẢN VÀ Ý NGHĨA SINH THÁI CỦA RỪNG 1.1. KHÁI NIỆM VỀ RỪNG. Rừng là bộ phận cấu thành quan trọng nhất của sinh quyển và có ý nghĩa lớn trong sự phát triển kinh tế xã hội, sinh thái và môi trường. Trên thực tế, rừng đã có lịch sử phát triển lâu dài nhưng những hiểu biết về rừng chỉ mới thức sự có được từ thế kỷ XIX. Cùng với sự ra đời của sinhthái học, các khái niệm về rừng và khoa học rừng dần dần được sáng to: Theo quan điểm học thuyết về hệ sinh thái rừng được xem như là hệ sinh thái điển hình trong sinh quyển (Temslay, 1935; Vili, 1997; Odum, 1966). Mặt khác trên cơ sở học thuyết về rừng của morodov, Sukasov thì rừng được coi là một sinh địa quần lạc (Biogeocenose). Thực ra thì hai học thuyết này là không khác nhau về bản chất, nhung mỗi học thuyết nhấn mạnh về một khía cạnh đặc trưng riêng của rừng. Cả hai học thuyết đều sử dụng các nguyên lý cơ bản của sinh thái học khi nghiên cứu một đơn vị tự nhiên trong sinh quyển. Chung đều được thừa nhận và sử dụng trong khoa học nghiên cứu về rừng. 1.1.1. Rừng là một hệ sinh thái . Vili (1957) đã khái niệm hệ sinh thái là một đơn vị tự nhiên bao gồm các yếu tố sống và không sống, giữa chúng có sự trao đổi vật chất và năng lượng tạo nên một hệ thống ổn định. Nói cách khác, hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm quần xã sinh vật và các yếu tố môi trường vật lý, trong đó có sự tương tác giữa chúng vôi nhau. 7 Các yếu tố môi trường vật lý trong hệ sinh thái bao gồm khí hậu (như nhiệt độ, độ ẩm), ánh sáng, không khí và các yếu tố dinh dưỡng (như N, P, K, Ca, Mg, Mo, H 2 O). Quần xã sinh vật bao gồm các loài thực vật, động vật, vi sinh vật. Đây là thành phần sống và biến động nhất trong hệ sinh thái. Xét về quan hệ dinh dưỡng, người ta chia các sinh vật ra làm 2 nhóm: (l) Sinh vật tự dưỡng hay sinh vật sản xuất, chủ yếu là các cây xanh có khả năng chuyển hóa năng lượng mặt trời nhờ quá trình quang hợp; (2) Sinh vật dị dưỡng bao gồm sinh vật tiêu thụ (chủ yếu là các loại động vật) và các sinh vật phân hủy (nấm và các vi sinh vật). Các sinh vật tiêu thụ lại được chia thành sinh vật tiêu thụ bậc 1, tiêu thụ bậc 2, tiêu thụ bậc 3, Chức năng cơ bản của hệ sinh thái là thực hiện vòng tuần hoàn vật hất và dòng năng lượng. Bắt đầu từ các thực vật, chúng sử dụng các chất khoáng, CO 2 và H 2 O dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ. Một phần các chất hữu cơ này sẽ được chuyển sang các sinh vật tiêu thụ thông qua chuỗi thức ăn. và cuối cùng chúng bị phân hủy trả lại các hợp chất vô cơ cho môi trường, khép kín chu trình vật chất trong hệ sinh thái. Dòng năng lượng từ bức xạ mặt trời được thức vật cố định cũng được vận chuyển trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn. Tuy nhiên, năng lượng là dòng hở, nó bị tiêu hao dần qua các bậc dinh dưỡng. Có thể biểu diễn vòng tuần hoàn dinh dưỡng và dòng năng lượng trong hệ sinh thái bằng sơ đồ đơn giản như hình 1. Tùy theo phạm vi nghiên cửu, hệ sinh thái có thể có giới hạn rộng hẹp khác nhau khác nhau: Một khi rừng, một đồng cỏ, một vùng biển, hoặc có thể nhỏ chỉ là một cái ao, thậm chí chỉ là. một bể cá nhỏ. Cả hành tinh của chúng ta dược coi là một hệ sinh thái khổng lồ. Do có đa dạng sinh học cao và cấu trúc phức tạp nên rừng được xem là hệ sinh thái phức tạp nhất trong các hệ sinh thái trên cạn. - Mối quan hệ dinh dưỡng trong hệ sinh thái rừng: Cây xanh tự dưỡng sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời và các chất vô cơ tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ đây là nguồn thức ăn cung cấp trực tiếp cho các sinh vật tiêu thụ bậc 1 là các động vật ăn thực vật như trâu, bò, ngựa, hươu, nai, thỏ, chuột đồng, sóc và nhiều loài chim ăn hạt như chim bồ câu, gà lôi (Gaulus gtandarins). Côn trùng lấy phấn hoa và mật (ong, ruồi hoa, các loài bướm) có vai trò quan trọng trong việc truyền phấn hoa cho các cây rừng như phong lan, anh đào. Côn trùng ăn và phá hoại các loài thực vật như ong xinip, sâu cuốn lá, một sâu ăn lá, ăn chồi. Các côn trùng ăn thực vật tuy có khối lượng không lớn nhưng có tác động rõ rệt đến hệ sinh thái rừng. Các động vật ăn thịt bậc 1: Ăn các loại động vật ăn thực vật như cáo, chồn. Nhiều loại chim như chim chích, gõ kiến và một số động vật nhỏ hơn như nhện ăn sâu bọ. Đến lượt mình, chính các động vật ăn thịt bậc 1 lại bị các động vật khác ăn thịt (ăn thịt bậc 2). Ví dụ như cú ăn thịt, diều hâu chuyên săn bắt các loại chuột, gà. 8 9 Cuối cùng trên đỉnh tháp dinh dưỡng thể hiện mối tác động tương hỗ về thức ăn trong hệ sinh thái gồm các vật ký sinh trên động vật ăn thịt bậc 1 và bậc 2 như ve, bét. Trên thực tế mối quan hệ thức ăn trong hệ sinh thái rừng là rất phức tạp. Mỗi một sinh vật tiêu thụ có thể đồng thời tham gia một số chuỗi dinh dưỡng khác nhau. Tập hợp tất cả các mối quan hệ thức ăn (các chuỗi thức ăn) sẽ tạo thành một mạng lưới dinh dưỡng (mạng lưới thức ăn) nhiều nhánh. Các sinh vật sản xuất và tiêu thụ ở mức độ dinh dưỡng khác nhau khi chết đi trả lại cho đất một khối lượng lớn các chất hữu cơ. Đây là nguồn thức ăn nuôi sống một số lượng lớn các động vật hoại sinh sống trong đất và trên mặt đất thuộc các nhóm khác nhau như bộ cánh cổng, bộ hai đuôi (Diptera), bộ nhiều chân (Scolopendromorpha), giun tròn, giun đất. Sự phân hủy cuối cùng các chết hữu cơ để trả lại chất vô cơ cho đất là do nấm, xạ khuẩn và vi khuẩn đảm nhận. Sinh khối của các nhóm sinh vật trong:hệ sinh thái rừng là khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện sinh thái, đặc biệt lả Loài cây ưu thế. Ví dụ như trong 1ha rừng sồi và dẻ 120 tuổi ở châu Âu có thành phần sinh khối của các nhóm sinh vật chủ yếu như sau: Cây gỗ Lá 4 tấn Cành 30 tấn Thân 240 tấn Cỏ 1 tấn Động vật có vú (lợn lòi, hươu, nai) 5 kg Chim 1,5 kg Động vật đất (chủ yếu là giun đất) 600 kg 10 Nhìn chung trong hệ sinh thái rừng, khối lượng, động vật chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với sinh khối thực vật. Tuy nhiên về số lượng cá thể thì lại rất lớn Ước tính số lượng các cá thể động vật trên 1 ha rừng cũng nhiều gấp 20 lần so với dân số trên trái đất. Trong quẩn xã sinh vật rừng, tỉ lệ giữa các nhóm sinh vật luôn có sự biến động và điều chỉnh nhằm thiết lập sự cân bằng động giữa chúng với nhau và với môi trường tạo nên sự ổn định của hệ sinh thái. Năng suất hệ sinh thái rừng Năng suất sơ cấp của rừng bao gồm tổng lượng vật chất hoặc năng lượng tích lũy được do các sinh vật sản xuất sơ cấp tích luỹ được hệ sinh thái rừng và được tính bằng lượng chất hữu cơ (hay C ) hoặc năng lượng được tích lũy trong 1 đơn vị thời gian trên 1 đơn vị diện tích. Năng suất rừng phụ thuộc chủ yếu vào khả năng quang hợp của cây xanh. Tuy nhiên một phần lớn năng lượng cố định được lại bị tiêu hao cho các hoạt động của hệ sinh thái nên phần tích lũy lại trong thực vật (bao gồm cả thân, lá, hoa, quả và rễ) là không lớn lắm. Nhiều nghiên cứu ở vùng rừng Trung Âu cho thấy khoảng 45% sản phẩm đồng hóa được sử dụng cho quá trình hô hấp của thực vật, gần 16 % mất đi do cành lá rụng, 3% mất đi qua hệ thống rễ, 1% do quả, 3% do rễ chết và 8% do các nguyên nhân khác. Chỉ có khoảng 29% là mô gỗ có thể sử dụng trong thực tiễn. Theo tính toán như vậy thì lượng chất hữu cơ tổng hợp trong quá trình quang hợp ở rừng châu Âu có thể đạt 8-23 tấn/ha năm tương ửng với 2-8 tấn gỗ. Kết quả này là phù hợp với lượng gỗ khai thác được trên thực tế, dao động trong khoảng 1-7 tấn/năm. Năng suất cây rừng cũng phụ thuộc rất lớn vào các điều kiện khí hậu, đất đai. Ở Tây âu có thể đạt tới 12 m 3 /ha/năm, trong khi ở vùng cực Bắc chỉ vào khoảng 0,5 m 3 /ha/năm. Do vậy chu kỳ khai thác rừng ở Tây âu vào khoảng 6 - 9 năm, còn ở cực Bắc thì chu kỳ này kéo dài tới 30 - 40 năm. Hiện nay, việc biểu thị [...]... các chất dinh dưỡng và hệ sinh thái rừng khó lập lại trạng thái ban đầu 1.4 QUÁ TRÌNH TÁI SINH VÀ DIỄN THỂ RỪNG 1.4.1 Tái sinh rừng 1.4.1.1 Khái niệm Tái sinh rừng là một quá trình sinh học mang đặc thù của hệ sinh thái rừng Đó là sự xuất hiện các thế hệ cây con của những loài cây gô ở những nơi còn hoàn cảnh rừng như dưới tán rừng, khoảng trống trong rừng, trên dết rừng sau khi khai thác hoặc sau khi... Quá trình diễn thế thứ sinh Diễn thế thứ sinh xảy ra trên cơ sở diễn thế nguyên sinh bắt đầu từ giai đoạn hệ sinh thái rừng bị phá hủy hết hoặc từng phần:dọ chặt phá, cháy rừng, chăn thả gia súc Tập quán làm nương đốt rãy, phá huỷ tài nguyên rừng là nhưng nguyên nhân chủ yếu dẫn tới quá trình diễn thế thứ sinh của rừng nhiệt đới Do tác động tái diễn nhiều lần tính cân bằng ổn định của hệ sinh thái rừng. .. không chỉ xảy ra ở rừng nguyên sinh mà cả ở rừng thứ sinh Nhiều vùng có hiện tượng nảy mầm "đồng thời” tạo ra thế hệ rừng cây tiên phong tương đối thuần loài như rừng bồ đề, rừng sau sau Sau đó, tổ hợp cây rừng khá phức tạp dần và có xu hướng trở lại tổ thành của thế hệ rừng ban đầu nếu điều kiện sinh trưởng của cây rừng là thích hợp Hiện tượng tái sinh tự nhiên cũng diễn ra ngay cả ở rừng trồng nhất... như là một nguyên nhân quan trọng của diễn thế rừng Tác động của con người làm quá trình diễn thế xảy ra nhanh chóng hơn nhiều so với các quá trình tự nhiên, và cũng theo 2 hướng tích cực hoặc tiêu cực Trên thực tế, quá trình diễn thế rừng xảy ra thường là đo những uyên nhân tổng hợp bao gồm cả nguyên nhân bên trong và bên ngoài luôn tác động một cách đồng thời 1.4.2.3 Quá trình diễn thế nguyên sinh... đến phá vỡ chu trình vật chất và làm nghèo kiệt tài nguyên trong hệ sinh thái rừng ở nhiều nơi Nhìn chung trong các kiểu rừng khác nhau, canxi luôn bị cây trồng sử dụng nhiều nhất Theo tính toán của Rennie (1957) thì trong mỗi ha rừng cây lá rộng chứa một lượng canxi nhiều gấp 4 lần so với rừng thông, và gấp lần với rừng lá kim khác Trong khi đó lượng kim và photpho hấp thụ bởi thực vật ở rừng lá rộng... tốt như rừng mỡ ở Phú Thọ Tổ thành các loài cây tái sinh có liên hệ chặt chẽ với tổ thành các loài cây củ rừng trước đây vì : 1.4.2 Diễn thế rừng 1.4.2 1 Khcái niệm Diễn thế rừng là sự thay thế thế hệ cây rừng thay bằng thế hệ cây rừng khác mà trong đó tổ thành các loài cây gỗ nhất là loại cây ưu thế sinh thái, có sự thay đổi cơ bản Nơi rộng hơn diễn thế rừng là sự thay thế hệ sinh thái rừng này... trong cây rừng, đặc biệt là ở rừng mưa nhiệt đới Một phần ít hơn nhiều được tích trữ ở trong đất Woodwell và Pecan (1973) đã ước tính lượng cácbon tích trữ ở các hợp pháp khác nhau trên lục địa như sau (tỉ tấn C): Rừng mưa nhiệt đới 340 Rừng nhiệt đới gió mùa : 12 Rừng thường xanh ôn đới: 80 Rừng Phương Bắc: 108 Đất trồng trọt: Tổng cácbon ở lục địa: 7 827 Ảnh hưởng của rừng đến khí hậu Rừng có ảnh... đất trong hệ sinh thái rừng Nơi Phân bố Cácbon hữu cơ (%) Rừng nhiệt đối Rừng ôn đới Lá 4 5 72 31 Gỗ 4 9 Thảm mục 20 55 Đất Như vậy, ở rừng ôn đới có trên 60% lượng cácbon hữu cơ nằm ở trong đất và tầng thảm mục, còn rừng nhiệt đới lại có tới 3/4 lượng cácbon nằm ở lớp thực bì: Thêm vào đó rừng nhiệt đới có 58% N trong sinh khỗi (44% N nằm ở phần trên mặt đất) Còn ở rừng ôn đới (rừng thôn ở Anh) chỉ... phẩm Tiêu hao Năng suất quang hợp do hô hấp thực tế Rừng nguyên thủy nhiệt 42.5 đới Rừng Fagus savatil 23,5 29.1 13,4 10,0 13,5 Một trong những nguyên nhân của hiện tượng trên là do rừng nhiệt đới bao gồm cấu trúc nguyên sơ với các cây lá rộng nhiều tầng, nhiều cành nhánh Những cây ở tầng dưới do bị che bóng nên có năng suất quang hợp thấp Trong khi ở rừng ôn đới đã được con người chọn lọc với những cây... một cách đồng thời 1.4.2.3 Quá trình diễn thế nguyên sinh Diễn thế nguyên sinh là quá trình diễn thế dẫn đến hình thành một: hệ sinh thái rừng tương đối ổn định trên đất chưa từng có rừng Ngày nạy, quá trình này có thể gặp ở vùng đất mới được thành tạo như các đảo mọi hình thành, các bãi bồi hoặc trên tro núi lửa Quá trình diễn thế nguyên sinh bao gồm 4 giai đoạn chính: (l) Di cư của các mầm mống thực . của chương trình đào tạo cử nhân khoa học môi trường, giáo trình " ;Tài nguyên rừng& quot; nhằm trang 5 bị những kiến thức cơ bản về rừng và tài nguyên rừng, về vai trò của rừng trong. các khái niệm, các quá trình cơ bản của rừng, vai trò của rừng những vấn đề xe tài nguyên rừng cũng như việc tổ chức quản lý và sử dụng tài nguyên rừng cho sự phát triển bền vững. Các tác. làm tài liệu tham khảo cho các ngành khoa học có liên quan. Với mục đích đó, giáo trình " ;Tài nguyên rừng& quot; đề cập cái những nội dung chính có liên quan đến các khái niệm, các quá trình