Nghiên cứu cấu trúc và xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính rừng tự nhiên lá rộng thường xanh một số khu rừng đặc dụng miền Bắc Việt Nam

MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của luận án Rừng là một hệ sinh thái luôn luôn vận động thông qua các quá trình sinh trƣởng, tái sinh và diễn thế rất phức tạp. Các hệ sinh thái rừng mƣa nhiệt đới trên phạm vi toàn thế giới đang có xu hƣớng suy giảm nghiêm trọng và cần thiết phải đƣợc phục hồi vì mục đích môi trƣờng và kinh tế để phát triển theo hƣớng bền vững. Ở Việt Nam, rừng đã và đang trải qua các biến động rất lớn. Độ che phủ của rừng vào năm 1943 là 43% [102] và giảm xuống còn 27% vào năm 1986 (dẫn theo tài liệu [27]). Nhờ các nỗ lực to lớn của Chính phủ Việt Nam thông qua các chƣơng trình “Phục hồi rừng của Chính phủ và tài trợ của Quốc tế”, diện tích có rừng đã tăng liên tục từ năm 1990 và đạt độ che phủ 41% vào đầu năm 2014 [6]. Mặc dù, diện tích đã tăng nhƣng chất lƣợng rừng nói chung và chất lƣợng rừng tự nhiên nói riêng vẫn tiếp tục giảm sút cả về trữ lƣợng gỗ và đa dạng sinh học. Điều này kéo theo những hệ lụy nghiêm trọng ảnh hƣởng đến đời sống con ngƣời và môi trƣờng sinh thái. Do vậy, việc quản lý rừng bền vững hiện nay đã trở thành mối quan tâm chung của quốc gia và của toàn thế giới. Ở nƣớc ta, việc quản lý rừng nói chung và rừng tự nhiên theo hƣớng bền vững đang đặt ra thách thức cho ngành lâm nghiệp. Hiện nay, trong tổng số 13.954.454 ha rừng của Việt Nam thì rừng tự nhiên chiếm 74,51% diện tích (10.398.160 ha) [5]. Để quản lý bền vững và kinh doanh có hiệu quả đối tƣợng này, một trong những tiêu chí cơ bản cần biết đƣợc là tăng trƣởng của rừng, đặc biệt là tăng trƣởng đƣờng kính, của lâm phần hay mỗi loài cây hoặc nhóm loài cây chủ yếu để làm cơ sở đề xuất biện pháp kỹ thuật cũng nhƣ quản lý rừng hợp lý. Nhìn chung các nghiên cứu về rừng tự nhiên ở Việt Nam có lịch sử từ lâu và đã đạt đƣợc những kết quả đáng kể. Tuy vậy, cho đến nay những công trình nghiên cứu có liên quan đến xác định tăng trƣởng rừng tự nhiên ở nƣớc ta còn rất hạn chế (bởi vì kiến thức cơ bản về các đặc điểm cấu trúc và động thái của rừng tự nhiên vẫn còn rất hạn chế) và thƣờng chỉ nghiên cứu xác định cho từng đối tƣợng cụ thể dựa vào phƣơng pháp đẽo vát trên chủ yếu các ô tiêu chuẩn tạm thời, nhƣ những công trình của Vũ Tiến Hinh (1987) [20], Trần Văn Con (1991) [15], Bảo Huy (1993) [26]... Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu cấu trúc và xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính rừng tự nhiên lá rộng thường xanh một số khu rừng đặc dụng miền Bắc Việt Nam”. Nghiên cứu này là công trình đầu tiên đƣợc sử dụng nguồn số liệu thu thập từ các ô định vị ở rừng tự nhiên với số lƣợng đủ lớn. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Góp phần hoàn thiện phƣơng pháp luận và xác định mô hình mô phỏng các quá trình động thái bao gồm quá trình tăng trƣởng đƣờng kính, quá trình chết và quá trình tái sinh bổ sung của rừng tự nhiên lá rộng thƣờng xanh ở một số khu rừng đặc dụng miền Bắc Việt Nam. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 3.1. Ý nghĩa khoa học Xây dựng cơ sở khoa học cho dự đoán động thái cấu trúc và tăng trƣởng rừng tự nhiên lá rộng thƣờng xanh ở các điểm nghiên cứu nói riêng và ở Việt Nam nói chung. Kết quả luận án có ý nghĩa về mặt học thuật trong lĩnh vực nghiên cứu sản lƣợng rừng tự nhiên nhiệt đới ở Việt Nam, là một trong những lĩnh vực khó và còn ít công trình nghiên cứu. Các bài báo khoa học đã công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành là những tài liệu có giá trị tham khảo trong nghiên cứu và giảng dạy.

NGUYỄN THỊ THU HIỀN

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TĂNG TRƯỞNG ĐƯỜNG KÍNH RỪNG TỰ NHIÊN

LÁ RỘNG THƯỜNG XANH MỘT SỐ KHU RỪNG

ĐẶC DỤNG MIỀN BẮC VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP

THÁI NGUYÊN - 2015

NGUYỄN THỊ THU HIỀN

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TĂNG TRƯỞNG ĐƯỜNG KÍNH RỪNG TỰ NHIÊN

LÁ RỘNG THƯỜNG XANH MỘT SỐ KHU RỪNG

ĐẶC DỤNG MIỀN BẮC VIỆT NAM

Chuyên ngành: Lâm sinh

Mã số: 62.62.02.05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP

2 PGS.TS TRẦN THỊ THU HÀ

THÁI NGUYÊN - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Văn Con và PGS.TS Trần Thị Thu Hà Một số kết quả cùng cộng tác với các đồng tác giả Các số liệu và kết quả trình bày trong luận

án là trung thực, một phần đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả Phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Mọi trích dẫn đều ghi rõ nguồn gốc

Tác giả

Nguyễn Thị Thu Hiền

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Con, Viện Nghiên cứu Lâm sinh, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, đã định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, sửa luận án và tạo mọi điều kiện kỹ thuật, cũng như kinh phí trong thực hiện nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành Bản luận án này

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Thị Thu Hà, Viện Nghiên cứu & Phát triển Lâm nghiệp, Trường Đại học Nông lâm, Đại học Thái Nguyên, đã chỉ bảo, định hướng nghiên cứu, hướng dẫn, sửa luận án

và động viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu

Tôi xin cảm ơn Phòng Đào tạo, Ban Giám hiệu trường Đại học Nông lâm, Ban Đào tạo - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp

đỡ tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá trình nghiên cứu

Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ và Ban Giám đốc Vườn Quốc gia Ba Bể, Vườn Quốc gia Xuân Sơn, Vườn Quốc gia Vũ Quang, Khu Bảo tồn thiên nhiên Hang Kia - Pà Cò đã chỉ bảo, giúp đỡ tận tình cho tôi trong quá trình điều tra rừng cũng như chia sẻ những kinh nghiệm chuyên môn quý báu

Tôi xin gửi lời cảm ơn cảm chân thành tới Ban chủ nhiệm Khoa Nông học và Ban chủ nhiệm Khoa Lâm nghiệp - Trường Đại học Nông lâm, cùng các thầy cô giáo trong khoa đã luôn quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài luận án

Cuối cùng tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè

đã giúp đỡ tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt thời gian học tập

Tác giả

Nguyễn Thị Thu Hiền

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

4 Những đóng góp mới của luận án 3

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Các nghiên cứu trên thế giới 4

1.1.1 Về cấu trúc rừng tự nhiên 4

1.1.2 Phân nhóm loài cây rừng tự nhiên 9

1.1.3 Mô hình sinh trưởng lâm phần rừng tự nhiên 12

1.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 24

1.2.1 Cấu trúc rừng tự nhiên 24

1.2.2 Phân nhóm loài cây rừng tự nhiên 29

1.2.3 Mô hình sinh trưởng lâm phần rừng tự nhiên 31

1.3 Thảo luận, xác định vấn đề nghiên cứu 36

Chương 2 GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

2.1 Đối tượng và giới hạn phạm vi nghiên cứu 38

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 38

2.1.2 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 38

2.2 Nội dung nghiên cứu 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu 39

2.3.1 Khái quát phương pháp tiếp cận 39

2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu 42

2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 49

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 61

3.1 Nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại khu vực nghiên cứu 61

3.1.1 Đặc điểm cấu trúc tổ thành và tính đa dạng loài thực vật 61

3.1.2 Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N/D1.3) 68

3.1.3 Quy luật tương quan giữa chiều cao và đường kính (Hvn/D1.3) 74

3.2 Nghiên cứu phân nhóm loài theo một số đặc trưng sinh trưởng 80

3.3 Nghiên cứu xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính, quá trình chết và quá trình tái sinh bổ sung lâm phần rừng tự nhiên lá rộng thường xanh khu vực nghiên cứu 94

3.3.1 Xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính 94

3.3.2 Xây dựng mô hình quá trình chết 107

3.3.3 Xây dựng mô hình quá trình tái sinh bổ sung 113

3.4 Mô hình hóa động thái cấu trúc lâm phần rừng tự nhiên lá rộng thường xanh khu vực nghiên cứu 115

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 122

1 Kết luận 122

2 Tồn tại 124

3 Khuyến nghị 125

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

PHỤ LỤC 138

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

Mvq Số cây chết tại VQG Vũ Quang

Mxs Số cây chết tại VQG Xuân Sơn

Mhk Số cây chết tại KBT Hang kia - Pà Cò

RTSBS Số cây tái sinh bổ sung (chuyển vào)

Obb Số cây chuyển cấp (chuyển ra) tại VQG Ba Bể

R2 Hệ số xác định

SE Sai tiêu chuẩn hồi quy hay phương sai hồi quy

RSS Tổng sai lệch bình phương giữa giá trị lý thuyết và giá trị thực tế Sig.f Xác suất tiêu chuẩn F

Si Biến giả vùng nghiên cứu (biến giả Dummy)

Dmax Đường kính tối đa loài đạt được (cm)

zd Lượng tăng trưởng đường kính bình quân năm (cm/năm)

GOT Gỗ trung bình

KHLN VN Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam

ĐTQHR Điều tra Quy hoạch rừng

theo chỉ số HL, H’, D 65 Bảng 3.3: Chỉ số đa dạng Rényi ở khu vực nghiên cứu 66 Bảng 3.4: Kết quả mô phỏng cấu trúc N/D1.3 theo hàm Khoảng cách

cho lâm phần thuộc khu vực nghiên cứu 70 Bảng 3.5: Kết quả mô phỏng cấu trúc N/D1.3 theo hàm Weibull cho

lâm phần thuộc khu vực nghiên cứu 71 Bảng 3.6: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tương quan Hvn/D1.3 tại

các OTCĐV ở VQG Ba Bể 75 Bảng 3.7: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tương quan Hvn/D1.3 tại

các OTCĐV ở VQG Vũ Quang 76 Bảng 3.8: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tương quan Hvn/D1.3 tại

các OTCĐV ở VQG Xuân Sơn 78 Bảng 3.9: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tương quan Hvn/D1.3 tại

các OTCĐV ở KBT Hang Kia - Pà Cò 79 Bảng 3.10: Bảng thống kê nguồn số liệu dùng để phân nhóm loài 81 Bảng 3.11: Kết quả phân nhóm loài theo chiến lược K-Means với chỉ

tiêu Dmax và zd cho 25 loài có dung lượng quan sát ≥ 50 83 Bảng 3.12: Kết quả phân nhóm loài theo phân tích nhóm và phân

tích biệt thức 86 Bảng 3.13: Tổng hợp kết quả phân nhóm loài cho lâm phần rừng tự

nhiên thuộc khu vực nghiên cứu 89

Bảng 3.14: Kết quả ước lượng các tham số của mô hình tăng trưởng

đường kính theo phương trình Ln[zd/( Dmax - D)] = a +

b*LnD (2.18’) 95 Bảng 3.15: Kết quả ước lượng các tham số của mô hình tăng trưởng

đường kính theo phương trình Ln[zd/( Dmax - D)] = a +

b*Ln(D) + c*PC (2.19’) 97 Bảng 3.16: Kết quả so sánh chỉ tiêu RSS và SE hai dạng phương

trình hồi quy (2.18’) và (2.19’) 98 Bảng 3.17: Kết quả ước lượng tham số k và m của phương trình

Dmax = k + m*PC (3.27) 99 Bảng 3.18: Kết quả ước lượng các tham số của mô hình tăng trưởng đường

kính theo phương trình Ln[zd/( Dmax - D)] = a + b*Ln(D) +

c*PC + di*Si (3.29) 102 Bảng 3.19: Kết quả so sánh chỉ tiêu RSS và SE hai dạng phương

trình hồi quy (2.19’) và (3.29) 104 Bảng 3.20: Cách tính tỷ tương quan xác định mức quan hệ giữa số cây

chết với cỡ đường kính lâm phần ở khu vực VQG Ba Bể 108 Bảng 3.21: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng hàm toán học mô

phỏng mô hình chết ở khu vực nghiên cứu trong chu kỳ

nghiên cứu 110 Bảng 3.22: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng hàm toán học mô phỏng

mô hình tái sinh bổ sung chung cho khu rừng đặc dụng 114 Bảng 3.23: Mô hình dự đoán động thái cấu trúc lâm phần rừng tự

nhiên khu vực VQG Ba Bể 116

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Vai trò của mô hình sinh trưởng và dữ liệu bổ sung trong cung cấp thông

tin cho quản lý rừng 40

Hình 2.2: Các thành phần cơ bản của một mô hình sinh trưởng 42

Hình 2.3: Sơ đồ vị trí các khu vực nghiên cứu và ô tiêu chuẩn định vị khu vực nghiên cứu 43

Hình 2.4: Sơ đồ chia ô tiêu chuẩn định vị 1ha thành các ô vuông phụ để điều tra tầng cây cao 44

Hình 2.5 Cách đo toạ độ tương đối của cây để vẽ sơ đồ vị trí trong mỗi ô vuông 20m x 20m 45

Hình 2.6: Xác định điểm đo đường kính D1.3 46

Hình 2.7: Phân cấp vị thế tầng tán trong rừng tự nhiên theo Dawkins (1958) 48

Hình 3.1: Biểu đồ chỉ số đa dạng Rényi ở các khu vực nghiên cứu 68

Hình 3.2: Ví dụ về phân bố cấu trúc N/D một số OTCĐV của đối tượng nghiên cứu theo hàm Weibull (với  ≤ 1) 72

Hình 3.4: Sơ đồ phân nhóm loài (Cluster anlysis) theo chiến lược K-Means với chỉ tiêu Dmax và zd cho 25 loài có dung lượng quan sát ≥ 50 82

Hình 3.5: Biểu đồ tăng trưởng đường kính của 9 nhóm loài và tổng thể theo phương trình zd = exp(a)*(Dmax - D)*D^b (3.26) 96

Hình 3.6: Ví dụ biểu đồ tăng trưởng đường kính một số nhóm loài và tổng thể theo phương trình zd = exp(a)*exp(c*PC)*[(k + m*PC) - D]*D^b (3.28) 100

Hình 3.7: Mô phỏng số cây chết theo cỡ đường kính lâm phần ở khu vực nghiên cứu trong chu kỳ nghiên cứu theo hàm S 112

Hình 3.8: Biểu đồ mô phỏng dự đoán động thái cấu trúc N/D rừng lá rộng thường xanh thuộc VQG Ba Bể 119

Hình 3.9: Biểu đồ mô phỏng dự đoán động thái cấu trúc G/D rừng lá rộng thường xanh thuộc VQG Ba Bể 120

Hình 3.10: Biểu đồ mô phỏng dự đoán tăng trưởng trữ lượng cho rừng lá rộng thường xanh thuộc VQG Ba Bể 121

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của luận án

Rừng là một hệ sinh thái luôn luôn vận động thông qua các quá trình sinh trưởng, tái sinh và diễn thế rất phức tạp Các hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới trên phạm vi toàn thế giới đang có xu hướng suy giảm nghiêm trọng và cần thiết phải được phục hồi vì mục đích môi trường và kinh tế để phát triển theo hướng bền vững

Ở Việt Nam, rừng đã và đang trải qua các biến động rất lớn Độ che phủ của rừng vào năm 1943 là 43% [102] và giảm xuống còn 27% vào năm

1986 (dẫn theo tài liệu [27]) Nhờ các nỗ lực to lớn của Chính phủ Việt Nam thông qua các chương trình “Phục hồi rừng của Chính phủ và tài trợ của Quốc tế”, diện tích có rừng đã tăng liên tục từ năm 1990 và đạt độ che phủ 41% vào đầu năm 2014 [6] Mặc dù, diện tích đã tăng nhưng chất lượng rừng nói chung và chất lượng rừng tự nhiên nói riêng vẫn tiếp tục giảm sút cả về trữ lượng gỗ và đa dạng sinh học Điều này kéo theo những

hệ lụy nghiêm trọng ảnh hưởng đến đời sống con người và môi trường sinh thái Do vậy, việc quản lý rừng bền vững hiện nay đã trở thành mối quan tâm chung của quốc gia và của toàn thế giới Ở nước ta, việc quản lý rừng nói chung và rừng tự nhiên theo hướng bền vững đang đặt ra thách thức cho ngành lâm nghiệp

Hiện nay, trong tổng số 13.954.454 ha rừng của Việt Nam thì rừng tự nhiên chiếm 74,51% diện tích (10.398.160 ha) [5] Để quản lý bền vững và kinh doanh có hiệu quả đối tượng này, một trong những tiêu chí cơ bản cần biết được là tăng trưởng của rừng, đặc biệt là tăng trưởng đường kính, của lâm phần hay mỗi loài cây hoặc nhóm loài cây chủ yếu để làm cơ sở đề xuất biện pháp kỹ thuật cũng như quản lý rừng hợp lý Nhìn chung các nghiên cứu về rừng tự nhiên ở Việt Nam có lịch sử từ lâu và đã đạt được những kết quả đáng kể Tuy vậy, cho đến nay những công trình nghiên cứu

có liên quan đến xác định tăng trưởng rừng tự nhiên ở nước ta còn rất hạn chế (bởi vì kiến thức cơ bản về các đặc điểm cấu trúc và động thái của rừng

tự nhiên vẫn còn rất hạn chế) và thường chỉ nghiên cứu xác định cho từng đối tượng cụ thể dựa vào phương pháp đẽo vát trên chủ yếu các ô tiêu chuẩn tạm thời, như những công trình của Vũ Tiến Hinh (1987) [20], Trần Văn Con (1991) [15], Bảo Huy (1993) [26]

Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài

“Nghiên cứu cấu trúc và xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính rừng tự nhiên lá rộng thường xanh một số khu rừng đặc dụng miền Bắc Việt Nam” Nghiên cứu này là công trình đầu tiên được sử dụng nguồn số

liệu thu thập từ các ô định vị ở rừng tự nhiên với số lượng đủ lớn

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Góp phần hoàn thiện phương pháp luận và xác định mô hình mô phỏng các quá trình động thái bao gồm quá trình tăng trưởng đường kính, quá trình chết và quá trình tái sinh bổ sung của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở một số khu rừng đặc dụng miền Bắc Việt Nam

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

3.1 Ý nghĩa khoa học

Xây dựng cơ sở khoa học cho dự đoán động thái cấu trúc và tăng trưởng rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở các điểm nghiên cứu nói riêng và ở Việt Nam nói chung

Kết quả luận án có ý nghĩa về mặt học thuật trong lĩnh vực nghiên cứu sản lượng rừng tự nhiên nhiệt đới ở Việt Nam, là một trong những lĩnh vực khó và còn ít công trình nghiên cứu

Các bài báo khoa học đã công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành là những tài liệu có giá trị tham khảo trong nghiên cứu và giảng dạy

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Vận dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào dự đoán động thái cấu trúc và tăng trưởng rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở các điểm nghiên cứu nói riêng

và ở Việt Nam nói chung

Kết quả thu được sẽ là cơ sở thực tiễn cho việc đề xuất dự báo các nội dung tác động đến rừng tự nhiên trong quá trình quản lý kinh doanh nếu được

áp dụng ở những trạng thái rừng sản xuất có điều kiện tương tự

4 Những đóng góp mới của luận án

Góp phần hoàn thiện phương pháp luận về phân nhóm loài, tái sinh bổ sung và chuyển cấp; sử dụng phương pháp nghiên cứu tăng trưởng đường kính không thông qua giải tích trong rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở Việt Nam

Là công trình đầu tiên được sử dụng nguồn số liệu thu thập từ các ô định

vị ở rừng tự nhiên với số lượng đủ lớn Từ đó, đây được xem là công trình đầu tiên nghiên cứu có hệ thống về cơ sở phục vụ cho dự đoán động thái cấu trúc và tăng trưởng rừng tự nhiên ở Việt Nam

Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án đã xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn cho dự đoán động thái cấu trúc và tăng trưởng rừng tự nhiên lá rộng

ở Việt Nam Ngoài ra, kết quả nghiên cứu của đề tài được xem là tài liệu tham khảo tốt cho những nghiên cứu tiếp theo về tăng trưởng rừng tự nhiên và bổ sung vào giáo trình giảng dạy về điều tra rừng ở bậc từ đại học trở lên

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Các nghiên cứu trên thế giới

1.1.1 Về cấu trúc rừng tự nhiên

1.1.1.1 Cấu trúc tổ thành

Cấu trúc tổ thành là sự tham gia của những loài cây trong lâm phần, hay nói cách khác là sự phong phú của các loài cây trong quần thụ thực vật Theo Richards, P W (1952), trong rừng mưa nhiệt đới có ít nhất 40 loài cây gỗ trên mỗi 1 ha, và cũng có trường hợp còn lên trên 100 loài [37] Tác giả đã phân biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại: (i) rừng mưa hỗn hợp có tổ thành loài cây phức tạp; và (ii) rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài cây đơn giản, trong những lập địa đặc biệt, rừng mưa đơn ưu chỉ bao gồm một vài loài cây [37]

Theo Evans, J (1984), khi nghiên cứu cấu trúc tổ thành rừng tự nhiên nhiệt đới thành thục (về sinh thái), tác giả đã xác định có tới 70 - 100 loài cây

gỗ trên 1 ha, nhưng hiếm có loài nào chiếm hơn 10% tổ thành loài (dẫn theo tài liệu [10])

Theo Tolmachop, A L (1974) ở vùng nhiệt đới thành phần thực vật rất

đa dạng thể hiện ở chỗ rất ít họ chiếm tỷ lệ 10% tổng số loài của hệ thực vật

đó và tổng tỷ lệ phần trăm của 10 họ có số loài lớn nhất chỉ đạt 40 - 50% tổng

số loài Trong rừng hỗn giao, nhiều loài cây gỗ lớn phân bố theo tỷ lệ khá cân bằng, tuy nhiên phần lớn trong một quần thụ thường có 1 - 2 loài chiếm ưu thế (dẫn theo tài liệu [27])

Laura Klappenbach (2001) cho rằng thành phần loài cây liên quan đến các loại rừng, một số khu rừng chứa đựng hàng trăm loài cây, trong đó có một

số khu rừng chỉ có một ít loài Rừng luôn luôn biến đổi và phát triển thông qua một chuỗi diễn thế, trong thời gian đó thành phần loài cây trong các khu rừng có sự thay đổi [70]

Baur, G N (1979) khi nghiên cứu rừng mưa ở khu vực gần Belem trên sông Amazôn, trên một ô tiêu chuẩn diện tích khoảng 2 ha đã thống kê được

36 họ thực vật và trên mỗi ô tiêu chuẩn diện tích > 4 ha ở phía Bắc New South Wales cũng đã ghi nhận được sự hiện diện của 31 họ chưa kể cây leo, cây thân cỏ và thực vật phụ sinh [1]

Theo Catinot, R (1965) trong rừng ẩm nhiệt đới châu Phi có đến vài trăm loài thực vật và trong tổ thành thực vật rừng ẩm nhiệt đới ở Đông Nam Á thường

có một nhóm loài ưu thế là nhóm họ Dầu, chiếm đến 50% quần thụ [8]

Tóm lại, Các nghiên cứu từ trước đến nay của các tác giả đi trước cho

thấy, lâm phần rừng tự nhiên nói chung rất đa dạng về thành phần loài thực vật Nhìn chung, có tới hàng trăm loài cây gỗ trong diện tích 1 ha, tuy nhiên lại rất ít loài chiếm hơn 10% tổ thành loài

1.1.1.2 Cấu trúc phân bố N-D

Mối quan hệ giữa các nhân tố điều tra trong lâm phần là những quy luật

cơ bản trong nghiên cứu kết cấu rừng được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu Ngày nay, bên cạnh những nghiên cứu mang tính chất định tính, các nghiên cứu cấu trúc rừng trong các thập niên gần đây có xu hướng chuyển dần từ mô tả định tính sang định lượng với sự hỗ trợ của thống kê toán học và tin học, trong đó việc mô hình hóa cấu trúc rừng, xác lập mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu Vấn đề về cấu trúc không gian và thời gian của rừng được các tác giả tập trung nghiên cứu nhiều nhất

Đầu tiên là công trình nghiên cứu của Meyer, H A (1952) đã mô tả phân

bố N/D bằng phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục Phương trình này được gọi là phương trình Meyer [74]

Rollet (1971) đã biểu diễn quan hệ giữa chiều cao với đường kính ngang ngực bằng hàm hồi qui; phân bố đường kính cây dưới dạng phân bố xác suất (dẫn theo tài liệu [10])

Balley (1973) mô hình hóa cấu trúc phân bố số cây theo cỡ kính (N-D) bằng hàm Weibull [53] Prodan, M và Patatscase (1964), Bill và Kem, K A (1964) đã tiếp cận phân bố cấu trúc N/D bằng phương trình hàm Logarit (dẫn theo tài liệu [10])

Burkhart, H (1974) và Strub, U (1972) sử dụng hàm Beta mô phỏng phân bố cấu trúc N/D (dẫn theo tài liệu [16]) Tác giả đã tính toán các tham số

dm (đường kính nhỏ nhất), dM (đường kính lớn nhất), α, β của phân bố Beta theo các phương trình:

N

h a N A a h a a

2 2

0 1

0 2

1

N

A a

a     



0 2

1

N

A a

2 2 1

a

2 2 1

a

) (

2 2 1 0

A

a A

a a

e N





Bliss, C I và Reinker, K A (1964) sử dụng hàm Logarit mô phỏng phân

bố cấu trúc N/D Tác giả đã xác lập quan hệ giữa các tham số a, b, M (mật độ), S (cấp đất) của phân bố chuẩn Logarit với đường kính bình quân theo dạng Logarit tự nhiên hai vế [55]:

)()

(a a0 b0 Ln d

)()

)()

(S a0 b0 Ln d

Batista, J L F và Do Courto, H T Z (1992) khi nghiên cứu 19 ô tiêu chuẩn với 60 loài của rừng nhiệt đới ở Maranhoo - Brazin đã dùng hàm Weibull mô phỏng phân bố N/D [54] Nhìn chung, việc sử dụng hàm này hay hàm khác để biểu thị qui luật cấu trúc là tùy thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả, cũng như các loài cây sinh trưởng khác nhau và số liệu đo đạc ngoài thực tế Do đường kính cây không ngừng tăng lên theo tuổi, nên phân bố đường kính của lâm phần cũng không ngừng thay đổi theo tuổi Chính vì thế,

từ các mô hình toán học đã xác định được, các nhà khoa học đã nghiên cứu sự biến đổi của quy luật phân bố số cây theo tuổi (gọi là động thái cấu trúc rừng) Roemisch, K (1975), nghiên cứu khả năng dùng hàm Gamma mô phỏng

sự biến đổi theo tuổi của phân bố số cây theo đường kính cây rừng, xác lập quan hệ của tham số β với tuổi, đường kính trung bình và chiều cao tầng trội

đã khẳng định quan hệ giữa tham số β với chiều cao tầng trội là chặt chẽ nhất (dẫn theo tài liệu [16])

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, tác giả đã đề nghị mô hình xác định tham số β cho phân bố N/D của lâm phần sau tỉa thưa như sau:

2 6

5

2 4 3

2 2 1

0

'a a a  a na n a na n

Trong đó: - β’ là tham số phân bố Gamma trước tỉa thưa

- β là tham số phân bố Gamma sau tỉa thưa

- n là tỷ lệ phần trăm số cây tỉa thưa

Ngoài các nghiên cứu trên còn có quan điểm cho rằng đường kính cây rừng là một đại lượng ngẫu nhiên phụ thuộc vào thời gian và quá trình biến đổi của phân bố đường kính theo tuổi là quá trình ngẫu nhiên Theo hướng nghiên cứu này có các tác giả Suzuki (1971); Preussner, K (1974); Bock, W

và Diener (1972) Theo các tác giả này, quá trình đó biểu thị một tập hợp các giá trị x của đại lượng ngẫu nhiên tại một thời điểm (t) và lấy trong một khoảng thời gian nào đó Nếu trị số đường kính tại thời điểm (t) chỉ phụ thuộc vào trị số ở thởi điểm t -1 mà không phụ thuộc vào trạng thái ở những thời

điểm trước đó là quá trình Markov Nếu xt = x, có nghĩa là ở thời điểm (t) có trạng thái x Nếu tập hợp các trạng thái có thể xảy ra của quá trình Markov có thể đếm được thì đó là chuỗi Markov, tức là mỗi trị số của tứng với một số tự nhiên (dẫn theo tài liệu [25], [7])

Như vậy: Từ các nghiên cứu định lượng cấu trúc phân bố N/D cho thấy,

các nghiên cứu về phân bố số cây theo đường kính và ứng dụng của nó thường dựa vào dãy tần số lý thuyết Các hàm toán học được các tác giả sử dụng để mô phỏng rất đa dạng và phong phú Nhìn chung, các tác giả đều biểu diễn quy luật phân bố số cây theo đường kính dưới dạng phân bố xác suất, các hàm thường hay sử dụng như hàm Weibull, hàm mũ, hàm chuẩn, hàm Logarit, hàm Beta, hàm Gama

1.1.1.3 Tương quan H-D

Qua các công trình nghiên cứu của các tác giả đi trước cho thấy, giữa chiều cao với đường kính có quan hệ rất chặt chẽ Phương trình toán học biểu

thị mối quan hệ này rất phong phú và đa dạng

Tovstolesse, D I (1930) đã lấy cấp đất làm cơ sở để nghiên cứu mối quan hệ H/D Krauter, G (1958) nghiên cứu quan hệ H/D dựa trên cơ sở cấp đất và cấp tuổi Để xác lập mối quan hệ H/D nhiều tác giả đã đề xuất sử dụng các dạng phương trình toán học khác nhau (dẫn theo tài liệu [16])

Nhiều tác giả dùng phương pháp giải tích toán học tìm ra những phương trình như: Naslund, M (1929); Assmann, E (1936); Hohenadl, W (1936); Michailov, F (1934, 1952); Prodan, M (1944); Krenn, K (1946) (dẫn theo tài liệu [16]); Meyer, H A (1952) [74] đã đề nghị các dạng phương trình dưới đây:

h = k*db (1.16)

Curtis, R O (1967) đã mô phỏng quan hệ giữa chiều cao với đường kính

và tuổi theo dạng phương trình [58]:

A d

b A

b d b d h Log

Qua nghiên cứu một số lượng lớn đường cong chiều cao, Prodan, M (1965) cho thấy, dạng đường cong chiều cao ở những lâm phần cùng loài cây, cùng tuổi hay cùng đường kính bình quân hầu như không có sự sai khác rõ nét (dẫn theo [16] Những lâm phần như vậy được xác lập một đường cong chiều cao chung và được gọi là đường cong cơ sở Từ đó, trên cơ sở loài cây và cấp đất có thể xác lập được hệ thống đường cong chiều cao Làm như vậy, việc xác định trữ lượng và tăng trưởng cây rừng hay lâm phần sẽ đơn giản hơn nhiều so với phương pháp điều tra thông thường

Như vậy, có nhiều dạng phương trình biểu thị tương quan H/D 1.3 Tuy nhiên, việc sử dụng dạng phương trình nào thích hợp nhất cho từng đối tượng thì cần phải có nghiên cứu đầy đủ cụ thể

1.1.2 Phân nhóm loài cây rừng tự nhiên

Sự hiểu biết lý thuyết về các vấn đề quản lý và đặc dụng liên quan đến rừng nhiệt đới hỗn giao chủ yếu dựa vào việc phân tích dữ liệu thu thập từ điều tra Tính đa loài cao trong rừng tự nhiên nhiệt đới làm cho việc phân tích

số liệu và mô hình hóa cực kỳ khó khăn Theo Phillips et al (2002), người

nghiên cứu có thể gộp tất cả các loài để phân tích và mô hình hóa bình quân hoặc cũng có thể phân tích và mô hình hóa riêng cho từng loài Tuy nhiên, cả hai cách tiếp cận này tỏ ra không thích hợp, bởi cách tiếp cận thứ nhất không phản ánh được những đặc trưng sinh trưởng riêng của mỗi loài vốn rất khác nhau, và cách tiếp cận thứ hai thì rất tốn công sức và cũng rất khó để giải thích các qui luật chung do tính đa dạng loài quá lớn [84]

Để giải quyết vấn đề này, nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành phân nhóm loài theo một hình thức có ý nghĩa và phù hợp cho mục tiêu nghiên cứu cụ thể Có rất nhiều phương pháp khác nhau để phân nhóm loài, các phương pháp này có thể chia thành 3 nhóm: (i) Các phương pháp mang tính chủ quan dựa trên các hiểu biết về đặc tính sinh học của loài theo phản ứng sinh thái của chúng đối với ánh sáng; ví dụ chúng sẽ được chia thành các nhóm cây tiên phong - cây cực đỉnh hoặc cây ưa sáng - cây chịu bóng (Swaine và Whitmore, 1988) [94] hay theo giá trị thương mại của loài (Alder, 1995 [50]; Vanclay, 1989a) [95]; (ii) Các phương pháp phân tích dữ liệu sinh thái loài dựa trên các đặc tính động thái thu thập được từ hệ thống ô tiêu chuẩn định vị như: tăng trưởng đường kính, tỷ lệ tái sinh bổ sung, tỷ lệ chết; hay các đặc trưng hình thái của loài (kích thước đạt được khi thành thục) hoặc phổ biến hơn là sự phối hợp cả hai: đặc trưng động thái và đặc trưng hình thái; (iii) Các phương pháp quá trình động dựa trên các mô hình lý thuyết mô phỏng các quá trình động thái chọn lọc như sinh trưởng đường kính, tái sinh bổ sung và chết Nhóm phương pháp cuối cùng tỏ ra phù hợp nhất do nó đảm bảo rằng các loài được phân nhóm theo chức năng hướng tới mô hình hóa (Finegan và

Whitmore, 1985) [64]; Gourlet-Fleury et al., 2005 [66]; Kohler và Huth, 1998 [71]; Picard và Franc, 2003 [80]; Putz et al., 2011 [83]; Vanclay, 1991 [96])

Phần lớn các phân nhóm loài được tiến hành độc lập với mô hình, trong khi chỉ có một số liên kết với các số dư của mô hình để phân nhóm loài Các biến

số sử dụng để phân tích nhóm ảnh hưởng đến kết quả của việc phân nhóm loài cũng như mô hình động thái rừng Các phương pháp kinh điển dựa trên phân tích nhóm theo các đặc trưng loài như phản ứng với ánh sáng (Swaine và Whitmore, 1988) [94], tăng trưởng đường kính và nhu cầu ánh sáng (Ong và

Kleine, 1995) [78], tỷ lệ chết và tái sinh bổ sung (Phillips et al., 2002) [84] và phản ứng với biến môi trường (Dunstan et al., 2011) [60] Picard và Franc

(2003) đã xác định phân nhóm tối ưu là một phân nhóm tối thiểu hóa sai số tích lũy Phương pháp này được so sánh với phương pháp cổ điển dựa trên phân tích nhóm theo các đặc trưng loài và phương pháp phối hợp dựa trên phân tích nhóm của sai số tích lũy liên quan đến mỗi loài [80]

Đã có rất nhiều phân nhóm loài được xây dựng với các mục đích khác nhau Ví dụ, 265 loài trong cơ sở dữ liệu của rừng thí nghiệm Tapajos đã được phân thành 16 nhóm sử dụng trong mô hình CAFOGRM (Alder, 1995) [50]; 436 loài trong rừng Sabah được Ong và Kleine (1995) [78] chia thành

22 nhóm sử dụng trong mô hình DIPSIM và FORMIND (Forest Model

Information Dynamics) (Kohler và Huth, 1998) [71], Phillips et al., (2002)

[84] chia 575 loài trong cơ sở dữ liệu rừng tại Kalimantan thành 10 nhóm Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có một phân nhóm nào mang tính tổng quát

cho rừng nhiệt đới (Gourlet-Fleury et al., 2005) [66]

Tóm lại, có nhiều cách phân nhóm dựa vào các tiêu chí khác nhau để

phục vụ mục tiêu nghiên cứu khác nhau Tuy nhiên, việc sử dụng cách phân nhóm nào thích hợp nhất phục vụ nghiên cứu mô hình hóa qui luật tăng trưởng đường kính lâm phần rừng tự nhiên hỗn loài khác tuổi đã và đang được thử nghiệm là căn cứ vào một số đặc trưng sinh trưởng như lượng tăng trưởng đường kính bình quân (zd), đường kính quan sát tối đa loài đạt được

1.1.3 Mô hình sinh trưởng lâm phần rừng tự nhiên

1.1.3.1 Một số khái niệm chính

Theo Vanclay, J K (1994, tr.3) [97], “Mô hình sinh trưởng là sự tổng hợp các số liệu điều tra động, là sự phản ánh cô đọng động thái tự nhiên của lâm phần, nó mô tả sự sinh ra và sự mất đi cùng những thay đổi khác trong cấu trúc và tổ thành lâm phần” Khái niệm này có thể bao gồm sự tăng trưởng,

tỷ lệ chết và những thay đổi khác trong thành phần và cấu trúc lâm phần Vì thế, mô hình sinh trưởng bao gồm một hệ thống các quan hệ toán học được gắn kết một cách logic với nhau để dự đoán tăng trưởng lâm phần

Động thái thay đổi cấu trúc lâm phần rừng trong một định kỳ thời gian có thể được mô tả thông qua các quá trình: Chuyển vào các cỡ kính (ingrowth), chuyển ra khỏi cỡ kính (outgrowth), chết (mortality) và khai thác (harvesting) Các khái niệm này được định nghĩa như sau:

 Chuyển vào: là số cây sinh trưởng để chuyển vào một cỡ kính nhất định trong một định kỳ thời gian Số cây chuyển vào cỡ kính nhỏ nhất được

đo đếm ở tầng cây cao thì gọi là số cây tái sinh bổ sung (vào tầng cây cao) (recruitment), hay còn gọi là số cây bổ sung từ bên ngoài vào (Vanclay, 1994, tr.193) [97]

 Chuyển ra: là số cây chuyển ra khỏi cỡ kính trong một định kỳ thời gian Số cây chuyển vào một cỡ kính bằng đúng số cây chuyển ra khỏi

cỡ kính trước đó (Vanclay, 1994, tr.197) [97]

 Chết: là số cây bị chết trong định kỳ Nguyên nhân chết có thể do các nhân tố bên trong của lâm phần như bị chèn ép, thiếu ánh sáng, hoặc già sinh lý; và do các nguyên nhân bên ngoài như các tai biến thiên nhiên: bão, sét, cháy rừng,…Nhiều khi rất khó phân biệt được nguyên nhân bên ngoài với nguyên nhân bên trong một cách chính xác ví dụ như tuổi hoặc sâu bệnh định kỳ cũng có thể dẫn đến tai hoạ cho lâm phần (Vanclay,

1994, tr.173) [97]

 Khai thác: cũng có thể coi là một dạng chết do con người chủ động chặt

hạ trong định kỳ theo dõi [97]

Về mặt toán học, quá trình thay đổi cấu trúc N-D của lâm phần có thể diễn tả qua công thức như sau:

Nk,t+1 = Nk,t + Ik - Ok - Mk - Hk (1.31) Trong đó: - Nk,t+1 là số cây ở cỡ kính k vào thời điểm t+1

- Nk,t là số cây ở cỡ kính k vào thời điểm t

- Ik là số cây chuyển vào cỡ kính k

- Ok là số cây chuyển ra khỏi cỡ kính k

- Mk là số cây chết ở cỡ kính k trong thời gian t

- Hk là số cây bị khai thác ở cỡ kính k trong thời gian t

Số liệu về cây chuyển vào, cây chuyển ra và cây chết của mỗi cỡ kính được thu thập từ ô tiêu chuẩn định vị được đo đếm lặp lại theo định kỳ 5 năm hoặc 10 năm Số cây chuyển vào cỡ kính k bằng số cây chuyển ra khỏi cỡ kính k-1 Nếu số cây chuyển vào chỉ hạn chế trong khái niệm bổ sung vào tầng cây cao thì công thức (1.31) có thể viết lại như sau:

Nk,t+1 = Nk,t + Rk + Ok-1- Ok - Mk - Hk (1.32) Trong đó: Rk là số cây bổ sung từ tầng cây tái sinh vào tầng cây cao Trong thực tế có thể gặp vấn đề số cây tái sinh bổ sung vào tầng cây cao không chỉ chuyển vào cỡ kính nhỏ nhất, mà có thể chuyển vượt cấp lên các cỡ kính trên đó do lượng tăng trưởng trong luân kỳ cao hơn khoảng cách cỡ kính

Để hạn chế vấn đề này, chúng ta có thể mở rộng khoảng cách cỡ kính, hoặc rút ngắn thời gian định kỳ đo đếm Việc tập hợp số liệu của những loài cây hiếm có thể bao gồm sự chuyển vào, chuyển ra và chết hoặc là không đại diện cho một cỡ kính cụ thể hoặc chỉ đại diện cho 1 hay 2 cây, dẫn đến các ước lượng không có tính thực tế Để giải quyết vấn đề này, có thể phân nhóm loài, hoặc mở rộng khoảng cách cỡ kính Chuyển vào, chuyển ra, chết và khai thác cũng có thể biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm số cây Trong trường hợp này sẽ

sử dụng các chữ cái viết thường o, m, h để mô tả chuyển ra, chết và khai thác tương ứng với tỷ lệ số cây trong mỗi cỡ kính, như vậy ta có:

Nk,t+1 = Rk + Nk-1,t*ok-1 + Nk,t*(1- ok - mk - hk ) (1.33) Trong đó: - ok là tỉ lệ cây chuyển ra khỏi cỡ kính k (%)

- mk tỉ lệ cây chết ở cỡ kính k trong thời gian t (%)

- hk là tỉ lệ cây bị khai thác ở cỡ kính k trong thời gian t (%) Công thức này thuận tiện hơn khi xây dựng mô hình động thái cấu trúc N-D dựa vào các nghiên cứu trước đó (không có số liệu từ ô định vị) Hệ số chuyển cấp có thể suy ra từ tăng trưởng đường kính bình quân trong cỡ kính Trong mô hình quản lý tập trung đối tượng là rừng trồng thì tỷ lệ chết và tái sinh (Recruitment) có thể sẽ thường xuyên bị bỏ qua Tuy nhiên, đối với rừng tự nhiên thì những yếu tố này là quan trọng đối với sự biến động của lâm phần và có thể ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng của lâm phần

1.1.3.2 Nghiên cứu về mô hình sinh trưởng

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 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 [91] 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) [87] và đường tỉa thưa tự nhiên của Yoda et

al., (1963) [100] 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) [92], 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 Trong phần lớn rừng tự nhiên, các quá trình này xảy ra trong thế cân bằng động, nhưng cũng có thể xảy ra dịch bệnh Ảnh hưởng của dịch bệnh có thể biến động từ phạm vi làm giảm ít nhiều tăng trưởng của rừng trong một năm hoặc cũng có thể huỷ diệt một số loài; thời tiết cũng tác động đến hình thức chết trong lâm phần rừng; khô hạn và úng nước lâu ngày có thể đẩy nhanh sự chết của các cây đã già cỗi; sâu bệnh và bị chèn ép cũng có thể trực tiếp gây ra cái chết; sét, mưa đá, gió bão có thể làm chết hoặc thương tổn cây Thương tổn do gió có thể trở thành tai hoạ và chúng phụ thuộc nhiều vào điều kiện của lâm phần Lửa rừng cũng có thể là một tai hoạ làm chết cây rừng

hàng loạt Chặt cây và khai thác của con người cũng là một hình thức làm cây chết và cần được tính đến trong mô hình hoá sinh trưởng và sản lượng rừng Vanclay (1994) phân biệt hai phạm trù chết chủ yếu là chết bình thường

(regular mortality) do già sinh lý, bị chèn ép, bị sâu, bệnh bình thường một

cách ngẫu nhiên; và chết do tai họa (catastrophic mortality) bao gồm lửa

rừng, bão lụt và dịch sâu bệnh [97] Oliver và Larson (1990) mô tả các nguyên nhân chính của chết bình thường của cây rừng như sau (dẫn theo tài liệu [50]):

 Thiếu ánh sáng: phụ thuộc vào đặc tính sinh thái của mỗi loài, các loài tiên phong ưa sáng có tỷ lệ chết cao hơn khi thiếu ánh sáng so với các loài chịu bóng dưới tán rừng

 Nấm bệnh: gây ra rỗng ruột ở thân hoặc các cành chính đã bị thương tổn do gió bão, tác động của khai thác hoặc lửa rừng

 Sâu, bệnh: cơ chế sâu bệnh bình thường có thể gây ra cái chết của cây rừng hoặc tạo tiền đề dẫn đến cây bị mục nát

 Tác động của khai thác: các cây bị tổn thương ở mức trung bình khi khai thác có thể dẫn đến bị nấm bệnh và chết sau vài thập niên Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng những cây bị tổn thương do khai thác có tỷ lệ chết rất cao trong vòng một thập niên (Tang, 1976)

 Phơi sáng: các cây bị che bóng lâu năm, đột ngột bị phơi ra ánh sáng do hình thành lỗ trống cũng có thể bị chết phụ thuộc vào đặc tính của mỗi loài

Tỷ lệ chết tự nhiên trong rừng hỗn loài nhiệt đới đã được nhiều tác giả phát hiện nằm trong khoảng 1 - 5% Bảng 1.1 dẫn số liệu tỷ lệ chết do các tác giả khác nhau nghiên cứu ở các kiểu rừng nhiệt đới

Bảng 1.1: Tỷ lệ chết bình thường của rừng nhiệt đới

Tác giả Kiểu rừng

Tỷ lệ chết (%/năm)

Nhận xét Cây nhỏ

(D<10cm)

Cây lớn (D≥10cm)

Alder (1993)

Rừng ẩm nhiệt đới nửa rụng lá ở Bobiri,

Ghana

(tất cả các cỡ) Loài chịu bóng: 0,3-0,7%

Loài ưu sáng: 1,2-1,5%

Loài tiên phong:

3-4,5%

Tỷ lệ chết trong chu kỳ 15 năm phụ thuộc chủ yếu vào loài và tính chất sinh thái của chúng Rừng bị khai thác mạnh sau 10-15 năm thì bắt đầu đo đếm

Bryan (1980) Rừng Dầu ở

Sarawak 4 - 5% 2 - 3%

Ô tiêu chuẩn định vị được thiết lập sau khai thác dưới

10 năm Đo đếm trong định kỳ 5 năm

6.224 cây trong ô tiêu chuẩn định vị được quan sát trong 5 năm Sự khác nhau trong cỡ kích thước không xác định

Singh (1981)

Rừng ẩm thường xanh,

Ấn Độ

1,11%

Khác nhau chắc chắn giữa các loài nhưng không có tương quan với tốc độ sinh trưởng

Swaine (1992)

Rừng ẩm nhiệt đới nửa rụng lá

Kade, Ghana

3,4 - 6,5% 1,5%

Rừng không khai thác đo trong vòng 19 năm Tỷ lệ chết cao ở các cây bị chèn

Silva (1989)

Rừng lục địa

Tapajos, Brazilian Amazon

3 - 4% 1,5 - 2,5%

Không có tương quan giữa

tỷ lệ chết và tăng trưởng Rừng đã khai thác với 1- 2% cao hơn chu kỳ sau khai thác

nghiệp

Honduras Anh

Rừng hỗn loài lá rộng

Belize

2,7%

Dái ngựa (Swietia macrophylla),

chu kỳ trên 8 năm, rừng đã khai thác và tác động mạnh

(Nguồn: Alder, 1995, tr.136 [50])

Việc ước lượng tỷ lệ chết bình thường có thể dựa vào lý thuyết mật độ có

hạn của lâm phần (Reineke, 1933 [87]; Yoda, et al., 1963 [100]), hoặc có thể

sử dụng các tương quan thực nghiệm phù hợp với số liệu cấp lâm phần Phần lớn các tiếp cận lý thuyết và thực nghiệm đều dựa trên ước lượng mật độ lâm phần, chỉ số cạnh tranh hay sức sống của cây, một số phương pháp cũng có

thể dựa trên tuổi cây Mô hình JABOWA (Botkin, et al., 1972 [56]) dự đoán

xác suất chết từ tuổi tối đa tiềm năng của loài, với giả thiết rằng chỉ có 2% số cây đạt đến tuổi tối đa [56] Nhiều mô hình sinh trưởng cho rừng đồng tuổi dự báo tỷ lệ chết phụ thuộc mật độ giả thiết rằng có một tương quan đơn giản giữa mật độ tối đa của lâm phần (cây/ha) với kích thước bình quân của cây

Ba tương quan lý thuyết được đề nghị là:

1) Không gian tương đối (Wilson, 1951 [99]) được đề xuất lần đầu như hướng dẫn tỉa thưa [99], và cũng được sử dụng như mật độ giới hạn (Mitchell, 1975) [75] Hệ số này liên quan đến không gian bình quân với chiều cao lớn nhất (hT) và có thể biểu diễn bằng số cây (N):

Ln(N) + 2*Ln(hT) = hằng số (1.34) 2) Chỉ số mật độ lâm phần của Reineke (1933) [87] liên quan đến mật độ giới hạn (N) và đường kính bình quân (dg):

Ln(N) + 1,6*Ln(dg) = hằng số (1.35)

3) Đường tự tỉa thưa của Yoda, et al., (1963) [100] liên quan đến mật độ

giới hạn:

Ln(N) + 2/3*Ln(v) = hằng số (1.36) Mặc dù các mô hình lý thuyết về mật độ giới hạn này rất có ích cho dự đoán tỷ lệ chết (ít nhất là cho rừng đồng tuổi), nhưng vẫn còn rất nhiều hạn chế:

 Nó chỉ thể hiện số cây còn lại của của lâm phần mà không thể hiện số cây đã chết, do đó cần phải có những giả thiết khác Nhiều nhà nghiên cứu giả thiết rằng các cây có kích thước nhỏ nhất sẽ bị chết, nhưng điều này không hoàn toàn đúng trong thực tế

 Chúng không chỉ ra cái chết do nguyên nhân không liên quan đến cạnh tranh (ví dụ do thời tiết, các thương tổn vật lý, sâu bệnh,…) Các nguyên nhân này có thể góp một phần đáng kể vào số cây chết Ví dụ một nửa số cây chết trong giai đoạn non ở rừng nhiệt đới có thể là do các nguyên

nhân vật lý (Hartshorn, 1975 [68]; Osunkjoya et al., 1992 [79])

 Tương quan kích thước-mật độ có thể không tuyến tính và độ dốc của đường thẳng có thể không phải là hằng số (Alder, 1994, [50])

 Có thể có một số vấn đề trong việc nhận dạng số liệu chết phụ thuộc mật độ và trong việc ước lượng các tham số của tương quan (Ferguson

và Leech, 1976) [62])

 Ngoại trừ các lâm phần thuần loài, đều tuổi, các tương quan phụ thuộc rất lớn vào nguồn số liệu (ví dụ kích thước ô đo đếm), bởi vì sự chết phụ thuộc vào mật độ có thể không xẩy ra trong tất cả các bộ phận của lâm phần vào cùng một thời điểm (Alder, 1994, [50])

Nhiều mô hình cỡ kính sử dụng các phương pháp thực nghiệm để dự đoán số cây chết và thường dùng hàm tuyến tính đơn giản của mật độ lâm phần và kích thước tương đối (Moser, 1972 [76]; Leak và Grabber, 1976 [72];

Shifley et al., 1972 (dẫn theo tài liệu [97]) Hàm Logistic thường được sử

dụng để xác định xác suất sống sót của một cây Hàm này có thể diễn đạt bằng nhiều cách khác nhau:

) (

) ( 1 ) ( 1

) (

)1

(1)1

X f X

f X

f

e

e e

e

P        

(1.37) Trong đó:

- P là xác suất sống sót của một cây

- f(X) là một hàm số (thường là tuyến tính) của các biến giải thích

Xác suất chết của một cây có thể được xác định là 1-P Hàm này có thể được chuyển thành phương trình tuyến tính nếu số liệu được phân nhóm thành phạm trù với ít nhất một cây chết và một cây sống trong mỗi phạm trù:

) ( ) ( ) 1

N

N Ln P

P Ln Y

dead surv 

Mô hình tái sinh bổ sung dự đoán số số cây tái sinh đạt được một ngưỡng nhất định bổ sung vào tầng cây cao (thường là D1.3 ≥ 10 cm) Có thể phân biệt hai cách tiếp cận khác nhau:

 Tiếp cận tĩnh chú ý tương đối ít đến điều kiện lâm phần và do đó dự báo

số cây tái sinh bổ sung gần như là một hằng số chỉ thị cho một giá trị trung bình kỳ vọng trong một thời gian dài dưới các điều kiện đặc thù

 Tiếp cận động tương ứng với điều kiện lâm phần để dự đoán số cây tái sinh bổ sung như là một hàm số của mật độ lâm phần, tổ thành và các tham số khác

Vanclay (1989) dự đoán tổng số cây bổ sung vào cỡ kính 20cm ở rừng mưa Queensland là một hàm tuyến tính của tiết diện ngang lâm phần và chất lượng lập địa [95]:

Nr = 5,466 - 0,06469*G + 1,013*S (1.39) Trong đó: - Nr là số cây tái sinh bổ sung (cây/ha/năm)

- G là tiết diện ngang lâm phần (m2/ha)

- S là cấp lập địa

Tổ thành của cây tái sinh bổ sung được xác định thông qua việc dự đoán

tỷ lệ của mỗi nhóm trong 5 nhóm loài Tỷ lệ của mỗi nhóm loài được dự đoán

từ tiết diện ngang lâm phần, chất lượng lập địa và tiết diện ngang của nhóm loài (ví dụ nhóm loài gỗ lớn, sinh trưởng nhanh):

P1 = (1+ exp[2,41 + 0,00561*G - 0,0110*G1*S]c-1 (1.40) Trong đó: G1 là tiết diện ngang của nhóm loài 1 (m2/ha) Tỷ lệ này có thể chuẩn hóa thành:

đếm với một phân bố cây bình quân cho kiểu rừng (Randall et al., 1988) [86];

điều này thích hợp cho sử dụng số liệu không thích ứng Một phương án lựa chọn để làm cho mô hình tái sinh bổ sung linh hoạt hơn để có thể dự đoán tái

sinh bổ sung ở các ngưỡng Shifley et al., (1993) [89] đề xuất một mô hình dự

đoán số cây bổ sung cho 6 loài ở trung tâm Bắc Mỹ ở các ngưỡng từ 1-13 inches (3-33 cm) Các tác giả đã thảo luận các luận điểm sau:

 Các lâm phần có xu hướng tiến tới mật độ tối đa;

 Các lâm phần có mật độ thưa có không gian tiềm năng cho tái sinh bổ sung;

 Nguồn lực cần thiết cho tái sinh bổ sung giảm khi mật độ lâm phần tăng và do đó số cây tái sinh bổ sung giảm khi mật độ lâm phần tăng Mặc dù các mô hình tái sinh cung cấp nhiều đặc trưng mong đợi, chúng

có thể không có tính thực tiễn đối với nhiều khu rừng tự nhiên do những khó khăn trong việc xác định tên loài các cây con tái sinh và số liệu về tái sinh còn hạn chế Nhiều loài chịu bóng có thể tồn tại mà không sinh trưởng dưới tán rừng hàng chục năm cho đến khi một lỗ trống xuất hiện tạo cơ hội để chúng

phát triển lên tầng cây cao Nếu các loài này bổ sung đáng kể vào tầng cây cao và được xem xét trong hệ thống quản lý rừng thì mô hình tái sinh có thể tạo ra các ưu điểm trong tiếp cận với mô hình tái sinh bổ sung

De-Miguel et al., (2013) sử dụng hiệu ứng cố định (Fixed - effects

modelling) và mô hình tác động hỗn hợp để dự báo sinh trưởng của cây rừng

và sản lượng của các loài cây Centrolobium tomentosum Kết quả cho thấy

mô hình hiệu ứng cố định (Fixed - effects modelling) là mô hình tốt nhất có

thể sử dụng dự đoán sinh trưởng và sản lượng của cây rừng, tiếp theo là mô hình tác động hỗn hợp Mô hình cố định tác động thường được sử dụng trong trường hợp dữ liệu không được hiệu chuẩn [59]

Khác với De-Miguel et al., (2013), Liang et al., (2005) đã xây dựng mô

hình ma trận phụ thuộc vào mật độ đối với sự phát triển của Linh sam

(Pseudotsuga menziesii) và cây Độc cần tây (Tsuga heterophylla) ở Tây Bắc

Thái Bình Dương, Hoa Kỳ Các mô hình dự báo số lượng và khối lượng của cây đối với các nhóm 4 loài và 19 cấp kính Các thông số dựa trên phương trình loài phụ thuộc vào liên kết phát triển cá thể, tỷ lệ chết, lâm phần tuyển chọn và đặc điểm lâm phần bao gồm tính đa dạng của lâm phần về loài cây và kích cỡ Các phương trình dự báo được xây dựng trên nguồn dữ liệu 2706 ô định vị và số liệu được đo đếm hai lần tại một khoảng thời gian trung bình là

10 năm Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ chết không phụ thuộc vào sự đa dạng về loài và có xu hướng gia tăng với sự đa dạng kích thước Không có mối quan hệ giữa trữ lượng cây cá thể với loài hay với kích cỡ mật độ [73] Murphy và Farrar (1982) đưa ra ví dụ về mô hình phân bố đường kính, trong đó cơ bản phân bố đường kính được thể hiện như một hàm của tiết diện ngang và tỷ lệ diện tích che phủ bởi cây [77] Một cách tiếp cận với mô hình phân bố cấp đường kính trong lâm phần không đồng tuổi là việc sử dụng mô hình dự báo lâm phần dựa trên bảng tra được phát triển bởi Ek (1974) [61]

Tác giả đã cho thấy phương trình để dự đoán tái sinh theo định kỳ, tỷ lệ chết

và tỷ lệ sinh trưởng của cây sống sót bởi các cấp kính là 5 cm đối với lâm phần cây gỗ cứng ở miền Bắc Giá trị ròng trong 5 năm thay đổi về số cây trong một lớp đường kính (Δn) được xác định là: Δn = tái sinh lâm phần - tỷ

lệ chết - tỷ lệ tăng trưởng phía trên + tăng trưởng trong

Trong đó: tăng trưởng trong lâm phần và tỷ lệ chết được ước tính như một hàm của tiết diện ngang và số cây trên 1 ha lâm phần Tỷ lệ tăng trưởng phía trên được tính như là một hàm của tiết diện ngang, chỉ số địa điểm và số lượng trên 1 ha trong lâm phần Tỷ lệ tăng trưởng trong là tỷ lệ tăng trưởng phía trên từ giá trị cấp đường kính kế cấp thấp hơn và được ước tính như là một hàm của tiết diện ngang lâm phần và số lượng loài cây trên 1 ha trong lâm phần

Nghiên cứu của Pukkala et al., (2009) về mô hình hóa sinh trưởng và sản

lượng rừng khác tuổi ở Phần Lan Mô hình bao gồm các yếu tố: sự tăng trưởng đường kính, chiều cao cây, mô hình tỷ lệ sống và mô hình tăng trưởng trong lâm phần [82] Kết quả cho thấy các mô hình này có thể sử dụng để tối

ưu hóa việc quản lý các lâm phần không đồng tuổi Các biến mục tiêu trong

sự tối ưu hóa này có thể là sản xuất gỗ hay lợi nhuận kinh tế

Tóm lại: Từ những nghiên cứu trên đây cho thấy, ước lượng tỷ lệ chết,

mô hình tái sinh bổ sung và tăng trưởng đường kính lâm phần có ý nghĩa vô cùng quan trọng cho việc dự đoán, dự báo và quyết định các phương án kỹ thuật lâm sinh tác động vào rừng hợp lý, góp phần vào việc phát triển bền vững hệ sinh thái rừng bền vững trong tương lai Đây là những yếu tố quan trọng đối với động thái cấu trúc lâm phần, nó ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng lâm phần

1.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam

1.2.1 Cấu trúc rừng tự nhiên

1.2.1.1 Cấu trúc tổ thành

Cấu trúc tổ thành thực chất là sự tham gia của các thành phần loài cây trong quần thể rừng Nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên ở Việt Nam, trên quan điểm hệ sinh thái, Thái Văn Trừng (1978, 1999) đã dựa trên số lượng và sinh khối nhóm loài ưu thế trong rừng nhiệt đới ẩm Việt Nam để phân định các ưu hợp và phức hợp Nhóm loài ưu thế trong các ưu hợp không quá 10 loài, tỉ lệ

cá thể của mỗi loài ưu thế chiếm khoảng 5% và tổng số cá thể của 10 loài ưu thế đó phải chiếm 40 - 50% tổng số cá thể của các tầng lập quần trong quần thể trên đơn vị diện tích điều tra Trường hợp độ ưu thế các loài cây không rõ ràng gọi là các phức hợp [46], [47]

Do đặc trưng khí hậu và đất thuận lợi cho nhiều loài cây cùng phát triển, cho nên trong rừng tự nhiên hỗn loài nhiệt đới hiếm khi chỉ có một loài ưu thế duy nhất tạo thành các quần hợp như vùng ôn đới Theo Nguyễn Hồng Quân (1982), trong rừng loại IVB ở Kon Hà Nừng, trên diện tích 1 ha có khoảng 60 loài, nhưng các loài có tổ hợp lớn nhất cũng không vượt quá 10% [36] Nguyễn Văn Trương (1983) cho rằng, trong rừng tự nhiên hỗn loài, chỉ tính loài cây gỗ từ trạng thái rừng sào trở lên cũng có đến 30 - 40 loài/1 ha, nhưng trong đó loài cây gỗ lớn có thể vươn đến lớp không gian cao 30 m chỉ từ 10 - 20% [45] Nguyễn Ngọc Lung (1991) qua điều tra các dạng rừng khí hậu ở Hương Sơn, Kon Hà Nừng và một số địa phương khác cũng cho biết: trên ô tiêu chuẩn diện tích 1 ha thường có từ 23 - 25 loài, với số cây thấp nhất cũng đạt 317 cây và cao nhất 859 cây/1 ha (dẫn theo tài liệu [10])

So sánh với khu vực khác trên thế giới, Phạm Hoàng Hộ (1999) cho biết: nếu ở rừng Amazon, trung bình có khoảng 90 loài/1 ha thì ở Đông Nam Á đến 160 loài/1 ha (dẫn theo tài liệu [12] )

Để đánh giá tổ thành rừng, nhiều tác giả đã sử dụng công thức tổ thành trên tỉ lệ phần 10 theo số cây, tiết diện ngang, hoặc chỉ số IV%, trong đó phương pháp tỉ lệ tổ thành (IV%) theo phương pháp của Daniel Marmillod, thường được các nhà khoa học vận dụng trong những công trình nghiên cứu cấu trúc rừng (dẫn theo tài liệu [28])

Về nghiên cứu mối quan hệ sinh thái giữa các loài cây trong rừng tự nhiên, Nguyễn Hải Tuất (1991) đã sử dụng phương pháp tương quan giữa hai

sự kiện và phương pháp kiểm tra tính độc lập bằng mẫu biểu 2x2 Hạn chế của phương pháp trên là kết quả đánh giá phụ thuộc vào độ lớn của ô thu thập

số liệu, và tác giả đề xuất có thể dùng phương pháp 6 cây để đánh giá sẽ khách quan hơn [42]

Hà Thị Mừng (2000), đã sử dụng hệ số tương quan p và kiểm tra tính độc lập bằng tiêu chuẩn χ2

theo biểu mẫu 2x2, để nghiên cứu mối quan hệ sinh thái giữa loài giáng hương với một số loài khác (dẫn theo tài liệu [18])

Bùi Đoàn (2001), đã áp dụng phương pháp phân tích định tính (dựa vào tổ thành loài ưu thế các loài tham gia lập quần và tầng ưu thế sinh thái) và phương pháp sinh thái định lượng của M.Gounot (1965), để phân các nhóm sinh thái phục vụ công tác điều chế rừng lá rộng thường xanh ở Kon Hà Nừng [18] Nguyễn Văn Thêm (2004), nghiên cứu sự kết nhóm giữa các loài trong rừng thường xanh ở Đồng Nai, đã sử dụng bảng chéo 2x2, kiểm định tính độc lập giữa các loài cây dùng tiêu chuẩn χ2; nếu hai loài có quan hệ với nhau sẽ tính cường độ liên hệ theo thống kê Lambda, Phi và Cramer’s.V; và khi có mặt nhiều loài cây trên ô thì mối liên hệ giữa hai loài được xác định thông qua

hệ số kết nhóm riêng phần (dẫn theo tài liệu [12]) Thật ra phương pháp tính toán của hai tác giả này phức tạp, khó áp dụng hơn phương pháp mà các tác giả nêu trên đã sử dụng

Như vậy, có thể thấy rằng rừng tự nhiên nhiệt đới là kiểu rừng có cấu

trúc sinh thái phức tạp nhất về tổ thành loài, tầng phiến và dạng sống thể

hiện sự phong phú về đa dạng sinh học Các chỉ tiêu để chỉ sự đa dạng về loài của rừng tự nhiên là hệ số hỗn loài (số loài/số cây) Trong rừng tự nhiên ở Việt Nam hệ số này biến động từ 1/5 đến 1/13

để biểu diễn cấu trúc đường kính, cấu trúc chiều cao của rừng thứ sinh, đồng thời áp dụng phương trình Pearson vào nghiên cứu cấu trúc quần thể [41] Trần Văn Con (1991), đã dùng phân bố Weibull để mô phỏng cấu trúc đường kính cho rừng Khộp ở Tây Nguyên [15]

Lê Minh Trung (1991) qua thử nghiệm mô phỏng phân bố N/D rừng tự nhiên ở Gia Nghĩa - Đắc Nông bằng 4 dạng hàm: Poisson, Weibull, Hyperbol

và Meyer, đã có kết luận: hàm Weibull có khả năng tiếp cận được phân bố thực nghiệm của đường kính rất tốt [44] Tuy nhiên, việc xác định hai tham số của phương trình rất phức tạp vì thế đã sử dụng hàm Meyer để tính toán Bảo Huy (1993) qua thử nghiệm mô phỏng phân bố thực nghiệm N/D cho rừng ưu thế Bằng lăng ở Đắc Lắc theo các dạng phân bố: Poisson, khoảng cách, hình học, Weibull và Meyer đưa ra kết luận phân bố khoảng cách và trường hợp phân bố riêng là phân bố hình học khái quát khá tốt cho phân bố thực nghiệm N/D của tổng thể [26]

Lê Sáu (1996), khẳng định phân bố Weibull thích hợp nhất để mô tả phân bố N/D cho tất cả các trạng thái rừng tự nhiên, cho dù phân bố thực nghiệm có dạng giảm liên tục hay một đỉnh [38]

Trong khi nhiều tác giả có xu hướng sử dụng hàm Weibull để mô phỏng cấu trúc đường kính rừng tự nhiên hỗn loài Đào Công Khanh (1996) đã dùng hàm Schumacher để mô phỏng phân bố thực nghiệm N/D cho rừng hỗn loài ở Hương Sơn - Hà Tĩnh, với kết quả khả quan hơn hẳn so với phân bố Weibull [28]

Trong những năm gần đây, bên cạnh các nghiên cứu cấu trúc với quy mô lâm phần, một hướng khác đang hình thành là nghiên cứu đi vào chi tiết hơn đến cấu trúc nhóm loài và loài Vũ Đình Phương (1998), Vũ Đình Phương và Đào Công Khanh (2001), cho biết: trong rừng hỗn loài, từng loài cây tuy mọc phân tán nhưng vẫn có những quy luật về cấu trúc và tương quan riêng của chúng, đa số loài cây (55 - 60%) có cấu trúc đường kính giống với cấu trúc tương ứng của lâm phần [10], [34]

Như vậy, kết quả nghiên cứu cấu trúc N/D trong các kiểu rừng thường

xanh hỗn loài ở Việt Nam có các phân bố thích hợp đã được sử dụng là: Weibull, hàm Meyer và khoảng cách, riêng phân bố Poisson ít được sử dụng hơn Bên cạnh đó, thực tế cho thấy rừng tự nhiên hỗn loài nói chung giữa các nước khác nhau, giữa các vùng sinh thái khác nhau đều có những sắc thái giống nhau Tuy vậy không thể không loại trừ sự khác biệt về tổ thành loài cây và điều kiện ngoại cảnh gây nên Chính vì vậy mà không thể không sử dụng nhiều dạng hàm số khác nhau để mô phỏng cho cấu trúc N/D của lâm phần rừng

1.2.1.3 Tương quan H-D

Đồng Sỹ Hiền (1974) đã thử nghiệm nhiều dạng phương trình để mô tả quan hệ H/D và khẳng định các dạng dưới đây có mức độ thích hợp cao Tuy nhiên, với mỗi loài cây khác nhau thì phương trình lựa chọn có dạng khác nhau [19]:

h = a0 + a1*d + a2*d2 (2.19)

h = a*db hay Log(h) = a + b*Log(d) (2.20)

Bảo Huy (1993) đã thử nghiệm bốn phương trình tương quan H/D cho từng loài cây ưu thế: Bằng lăng, Cẩm xe, Kháo và Chiêu liêu ở rừng rụng lá

và nửa rụng lá Bằng lăng tại khu vực Tây Nguyên như sau [26]:

Log(h) = a + b* Log(d1.3) (2.25) Cuối cùng đã chọn được phương trình thích hợp nhất là:

Log(h) = a +b* Log(d1.3) (2.26) Đào Công Khanh (1996) và Trần Cẩm Tú (1999) đã chọn phương trình

)(

*)

a

b d a

Nhìn chung, nghiên cứu quy luật tương quan giữa chiều cao với đường

kính thân cây theo xu hướng thăm dò để tìm dạng phương trình thích hợp đã được đề cập ở hầu hết các công trình nghiên cứu về cấu trúc, sản lượng rừng cũng như các công trình lập biểu chuyên dụng phục vụ cho công tác điều tra, kinh doanh rừng của các tác giả Những kết quả nghiên cứu trên đây của các

tác giả không chỉ có ý nghĩa về lý luận mà còn có ý nghĩa về thực tiễn, đây sẽ

là cơ sở để vận dụng nghiên cứu quy luật tương quan giữa chiều cao và đường kính thân cây cho rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở một số tỉnh miền Bắc Việt Nam

1.2.2 Phân nhóm loài cây rừng tự nhiên

Ở Việt Nam, các nhà lâm sinh học thường chia loài cây rừng thành ba nhóm theo chức năng: (i) Nhóm loài ưa sáng, (ii) Nhóm loài chịu bóng, (iii) nhóm loài trung tính giữa nhóm (i) và nhóm (ii) [14] Cũng có những quan điểm thì phân chia các loài cây rừng thành 3 nhóm sinh trưởng như sau: (i) nhóm sinh trưởng nhanh, (ii) nhóm sinh trưởng trung bình, (iii) nhóm sinh trưởng chậm [48] Với mục đích quản lý và sử dụng gỗ, đã có 350 loài cây gỗ được phân thành 8 nhóm dựa trên các tính chất sử dụng của gỗ như tỷ trọng,

độ bền và màu sắc liên quan đến giá trị thương mại của gỗ (Bộ Lâm nghiệp, 1977) [2] Giá trị thương mại của gỗ giảm từ nhóm I đến nhóm VIII Nhóm I bao gồm các loài gỗ quý có giá trị cao nhất, trong khi nhóm VIII gồm các loài

gỗ tạp có giá trị thấp nhất Bảng phân loại này vẫn còn giá trị pháp lý, song nó

đã tỏ ra lạc hậu và không thích hợp với điều kiện hiện nay nữa Một mặt là vì các loài được xếp vào nhóm ít giá trị (V-VIII) đã trở thành các loài được ưa chuộng trên thị trường do các công nghệ chế biến thay đổi, mặt khác việc xác định một loài có giá trị thương mại thường xuyên thay đổi từ vùng này đến vùng khác, từ công ty này đến công ty khác và thời gian này đến thời gian khác Nhằm mục đích xây dựng biểu thể tích cho các loài cây, Đồng Sỹ Hiền (1974) [19], Vũ Tiến Hinh (2012) [21] đã phân nhóm loài cây theo hình số tự nhiên Tuy nhiên, việc phân nhóm này đều không thích hợp để phân tích dữ liệu của hệ thống ô tiêu chuẩn định vị theo mục đích mô hình hóa và tổng hợp

số liệu về thực trạng rừng

Trần Văn Con (2011), từ số liệu quan sát ở 22 ô tiêu chuẩn định vị của

2 kiểu rừng (rừng Khộp và rừng lá rộng thường xanh), căn cứ vào 2 chỉ

tiêu: lượng tăng trưởng đường kính trung bình năm (zd), kích thước tối đa loài đạt được (Dmax) và việc gán nhóm chủ quan, tác giả đã phân thành 9 nhóm loài để phục vụ cho việc xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính theo nhóm loài [14]

Đỗ Đình Sâm và cộng sự (2007) đã thiết lập được một số dạng phương trình tăng trưởng đường kính lâm phần ở các vùng sinh thái và tính được tăng trưởng rừng cho một số ô tiêu chuẩn trên các trạng thái rừng phổ biến hiện nay [39] Từ những phương trình đã tìm đó tác giả đã xác định đường kính thành thục để có thể khai thác của các loài cây gỗ kinh doanh tuỳ thuộc tốc độ sinh trưởng và đặc tính sinh học của từng loài trên các vùng sinh thái: hơn 60 loài ở Bắc Trung bộ, 22 loài ở Tây Nguyên và 18 loài ở Duyên hải Nam Trung bộ Sắp xếp các loài cây theo tốc độ sinh trưởng (chậm, trung bình, nhanh) và kết hợp theo nhóm gỗ

Trần Văn Con và cộng sự (2006) đã thiết lập bổ sung qui luật tăng trưởng chiều cao của 20 loài cây thường được khai thác ở Tây Nguyên, cho phép phân thành ba nhóm theo đặc điểm tăng trưởng [11]:

 Nhóm thứ nhất, các loài cây ưa bóng giai đoạn đầu, tăng trưởng chiều cao trong 10 năm đầu rất chậm sau đó tăng dần lên khi vượt lên được tầng cây cao để trở thành tầng trội

 Nhóm thứ hai, các loài cây chịu bóng nhẹ (trung tính) giai đoạn đầu, tăng trưởng chiều cao ở 10 năm đầu trung bình và tăng lên ở giai đoạn sau đạt tầng cây cao ở tuổi thành thục

 Nhóm thứ ba, các loài cây ưa sáng, tăng trưởng chiều cao giai đoạn đầu rất nhanh sau đó chậm lại và dừng lại ở tầng giữa của rừng ổn định Trên cơ sở phân thành 3 nhóm loài trên, tác giả đã đưa ra qui luật tăng trưởng đường kính đã xác định được đường kính tại đó tăng trưởng đạt tối đa

để làm căn cứ khoa học cho việc xác định đường kính khai thác tối thiểu