Trên quan điểm sinh thái, đặc điểm cấu trúc thể hiện rõ nét những mối quan hệ qua lại giữa các thành phần của hệ sinh thái rừng và giữa chúng với môi trường, việc nghiên cứu cấu trúc rừn
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trên thế giới
Cấu trúc rừng là quy luật tổ chức và sắp xếp các thành phần của quần xã thực vật rừng theo không gian và thời gian Hệ sinh thái rừng, đặc biệt là các hệ sinh thái rừng tự nhiên nhiệt đới, được coi là những hệ sinh thái phức tạp và cầu kỳ nhất trên trái đất Do đó, nghiên cứu về cấu trúc rừng luôn là một thách thức lớn đối với các nhà khoa học lâm nghiệp.
Baur G.N (1964) đã tiến hành nghiên cứu về cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mưa, tập trung vào việc phân tích các yếu tố cấu trúc rừng và áp dụng các biện pháp kỹ thuật lâm sinh phù hợp cho từng loại rừng mưa tự nhiên.
- Mô tả hình thái cấu trúc rừng
Nghiên cứu về cấu trúc sinh thái bao gồm việc mô tả, phân loại và khái niệm hóa các dạng sống cùng với tầng phiến Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng thể hiện các đặc trưng cấu trúc của rừng mưa và hình thái của chúng thông qua phẫu đồ rừng Catinot R (1965).
Roollet (1971) đã mô tả cấu trúc hình thái rừng mưa thông qua các phẫu đồ, thể hiện mối tương quan giữa đường kính ngang ngực và chiều cao vút ngọn, cũng như mối quan hệ giữa đường kính tán và đường kính ngang ngực bằng các năm hồi quy (theo Phạm Ngọc Giao, 1995).
Nghiên cứu về tầng thứ trong rừng tự nhiên nhiệt đới cho thấy hầu hết các nhà nghiên cứu và tác giả chỉ đưa ra những nhận xét định tính, chưa phản ánh đầy đủ sự phức tạp trong cấu trúc của hệ sinh thái này.
- Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng
Nghiên cứu cấu trúc rừng đã tiến triển từ mô tả định tính sang định lượng nhờ vào sự hỗ trợ của thống kê toán học và công nghệ thông tin Nhiều tác giả đã áp dụng các công thức và hàm toán học để mô hình hóa cấu trúc rừng, nhằm xác định mối quan hệ giữa các yếu tố cấu trúc của rừng.
Raunkiaer (1934) đã phát triển công thức xác định phổ dạng sống chuẩn cho hàng nghìn loài cây, dựa trên tỷ lệ phần trăm số lượng cá thể của từng dạng sống so với tổng số cá thể trong một khu vực Để thể hiện tính đa dạng về loài, nhiều tác giả đã đề xuất các công thức tính chỉ số đa dạng loài, như Simpson (1949), Margalef (1958) và Menhini (1964).
Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào việc áp dụng các hàm toán học để mô phỏng quy luật kết cấu lâm phần Nhiều tác giả, trong đó có Rollet B.L (1971), đã chú trọng vào việc phân tích cấu trúc rừng theo không gian và thời gian.
Cấu trúc quần thụ ảnh hưởng tái sinh rừng đã được Andel S (1981)
Độ dày tối ưu cho sự phát triển bình thường của cây gỗ là từ 0,6 đến 0,7 Ngoài ra, độ khép tán của quần thụ có mối liên hệ chặt chẽ với mật độ và sức sống của cây con.
Theo Van Steenis (1956), rừng nhiệt đới có cấu trúc loài cây phức tạp và đa dạng về độ tuổi, dẫn đến quá trình tái sinh của các quần thể diễn ra liên tục trong suốt cả năm Chỉ những cây mạ và cây con của những loài có khả năng chịu bóng trong giai đoạn đầu đời mới có thể tồn tại dưới tán rừng, nơi có sự cạnh tranh giữa các cây khác nhau về tuổi tác.
- Các lý thuyết sinh thái
Vào những năm 1980, các giả thuyết về sự duy trì tính đa dạng loài trong rừng nhiệt đới được phân thành hai nhóm chính: (i) Giả thuyết kẻ thù, được đề xuất bởi Janzen (1970) và Connell (1971); (ii) Giả thuyết về ổ sinh thái tái sinh và sự phân chia lỗ trống, theo nghiên cứu của Denslow (1980) và Grubb.
Giả thuyết kẻ thù cho rằng sự đa dạng loài cây trong rừng nhiệt đới được duy trì nhờ vào các tương tác giữa sự phát tán hạt giống và tỷ lệ chết của hạt và cây con phụ thuộc vào mật độ rừng Hầu hết hạt giống rơi gần cây mẹ đều bị tiêu diệt bởi kẻ thù hoặc bệnh, chỉ một số ít hạt giống sống sót bằng cách phát tán xa Nếu tỷ lệ chết của hạt giống bên cạnh cây mẹ đủ cao, cây con sẽ có xu hướng phát triển xa cây mẹ, làm giảm khả năng thay thế chính nó ở vị trí hiện tại trong thế hệ tiếp theo Khi tất cả các loài đều chịu ảnh hưởng này, sự đa dạng cao các loài sẽ được duy trì cục bộ, ngăn chặn sự chiếm ưu thế của một loài duy nhất và tạo điều kiện cho sự thay thế bởi các loài khác.
Giả thuyết về tái sinh theo ổ sinh thái và phân chia lỗ trống cho rằng cây đổ tạo ra những tiểu môi trường với điều kiện ánh sáng, chất dinh dưỡng và tài nguyên khác nhau, giúp các loài cây thích nghi để tái sinh Connell (1978) đã chỉ ra rằng đa dạng loài cây đạt tối đa tại tỷ lệ xáo trộn trung bình trong rừng Khi tỷ lệ xáo trộn rất thấp, lỗ trống có ít ánh sáng, khiến các loài tiên phong khó chiếm lĩnh, trong khi các loài chịu bóng chiếm ưu thế Ngược lại, với tỷ lệ xáo trộn cao, đa dạng loài giảm vì chỉ những loài phát tán tốt mới có thể chiếm lỗ trống Tại tỷ lệ xáo trộn trung bình, cả loài chịu bóng và loài cơ hội đều có thể tồn tại, dẫn đến sự gia tăng đa dạng loài.
Sự xuất hiện các lỗ trống ở rừng mưa làm thay đổi mạnh mẽ điều kiện môi trường như ánh sáng, độ ẩm và nhiệt độ, qua đó thúc đẩy quá trình nẩy mầm và sinh trưởng của các loài cây ưa sáng và cây tái sinh Các loài cây tái sinh này thường là những loài mọc nhanh, ưa sáng và có đời sống ngắn, đóng vai trò tiên phong trong việc phủ kín lỗ trống Khi lỗ trống được che phủ hoàn toàn, thế hệ cây con của các loài chịu bóng sẽ xuất hiện và dần thay thế lớp cây tiên phong Nhờ đó, lỗ trống không chỉ duy trì mà còn nâng cao mật độ và tính đa dạng sinh học của các loài ưa sáng, nhưng lại làm giảm mức độ đa dạng của các loài không tiên phong và chịu bóng.
Nghiên cứu của Brokaw (1985), Yamamoto (2000) và Kint et al (2004) chỉ ra rằng các loài cây ưa sáng thường xuất hiện trong các lỗ trống lớn, trong khi các loài chịu bóng và các loài tái sinh trước khi lỗ trống được hình thành chiếm ưu thế trong các lỗ trống nhỏ hơn Kết luận này phù hợp với quan điểm của Van Stennis (1956) và Runkle (1981), cho rằng số lượng và mức độ đa dạng của các loài ưa sáng tăng theo kích thước lỗ trống Đồng thời, tổng tiết diện ngang và đường kính ngang ngực lại có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với kích thước lỗ trống (Sapkota và Oden, 2009).
Ở trong nước
Rừng tự nhiên Việt Nam, thuộc kiểu rừng nhiệt đới, có sự phong phú và đa dạng về thành phần loài cũng như cấu trúc phức tạp Nghiên cứu về cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả thực hiện từ những năm đầu thế kỷ 20, với các nghiên cứu chủ yếu do người Pháp tiến hành ở Đông Dương trước năm 1945 Sau năm 1945, mối quan tâm đối với nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên đã gia tăng, thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu lâm nghiệp trong và ngoài nước.
- Mô tả hình thái cấu trúc rừng
Trần Ngũ Phương đã công bố nghiên cứu về cấu trúc thảm thực vật rừng miền Bắc Việt Nam dựa trên điều tra từ 1961 đến 1965 Rừng tự nhiên có cấu trúc nhiều tầng, khi tầng trên già cỗi và tàn lụi, tầng kế tiếp sẽ thay thế Trong quá trình diễn thế tự nhiên, số lần thay thế tối đa chỉ là 3, vì rừng nhiều tầng chỉ có thể đạt tối đa 3 tầng cây gỗ.
Phùng Văn Phê (2006) đã nghiên cứu kiểu rừng kín lá rộng thường xanh mưa á nhiệt đới núi thấp tại rừng đặc dụng Yên Tử, Quảng Ninh và xác định cấu trúc 4 tầng của rừng Tầng ƣu thế sinh thái (A2) là tầng chính với chiều cao trung bình từ 10 – 15 m và đường kính từ 20 – 30 cm, trong đó các cây gỗ có đường kính trên 40 cm rất hiếm Thành phần thực vật chủ yếu bao gồm Vối thuốc, Dẻ cau lá bạc, Giổi lá bạc, Rè, Re, và Súm, cùng với các loài quý hiếm như Thông tre lá ngắn và Sến mật Tầng dưới tán (A3) bao gồm các loài cây gỗ nhỏ như Mai vòng, Cồng núi, Đa quả nhỏ và Vú bò.
Nguyễn Duy Chuyên (1988) đã nghiên cứu cấu trúc tổ thành tầng cây cao của rừng đặc dụng tại Hương Sơn, Mỹ Đức, Hà Nội, ghi nhận tổng cộng 79 loài cây Trong đó, trạng thái rừng IIIA1 có 55 loài, còn trạng thái rừng IIB có 40 loài Đặc biệt, hầu hết các loài cây trong cả hai trạng thái này chủ yếu là cây gỗ tạp và các loài cây tiên phong ưa sáng, có khả năng sinh trưởng nhanh.
Nguyễn Tuấn Bình (2014) đã nghiên cứu cấu trúc tổ thành của rừng thứ sinh tại khu vực Mã Đà, Đồng Nai, và phát hiện rằng rừng thứ sinh này có 6 loài cây gỗ ưu thế và đồng ưu thế, bao gồm Dầu song nàng, Chò nhai, Làu táu, Trường, Cầy và Bằng lăng ổi Mật độ trung bình của quần thụ đạt 737 cây/ha, trong đó 6 loài cây này đóng góp một phần quan trọng vào cấu trúc rừng.
Trong khu vực nghiên cứu, có 294 cây/ha với 142 loài cây gỗ khác nhau Tiết diện ngang trung bình đạt 15,1 m²/ha, trong đó 6 loài cây gỗ ưu thế và đồng ưu thế chiếm 53 m³/ha Tổ thành trung bình của 6 loài này là 45,5%, với loài Dầu song nàng chiếm tỷ lệ cao nhất là 16,3%, trong khi loài Bằng lăng ổi có tỷ lệ thấp nhất là 3,6% Rừng có độ tàn che trung bình là 0,8.
Võ Đại Hải (2014) đã nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên trạng thái IIA tại khu vực rừng phòng hộ Yên Lập, tỉnh Quảng Ninh và phát hiện sự đa dạng cao với 28 đến 45 loài cây khác nhau, trong đó chỉ 4 đến 7 loài tham gia vào tổ thành Loài Dóc nước được xác định là loài ưu thế chính trong tầng cây cao Các lâm phần rừng tự nhiên này có hai tầng tán với độ tàn che thấp từ 0,3 đến 0,5 Quy luật phân bố số cây theo đường kính và chiều cao có thể được mô phỏng hiệu quả bằng phân bố Weibull và phân bố khoảng cách.
Trong quá trình diễn thế, sự biến đổi thành phần loài cây diễn ra rõ rệt, với sự chuyển giao từ các loài cây tiên phong ưa sáng sang các loài cây chịu bóng Nghiên cứu của nhiều tác giả, như Lê Thị Hạnh, đã chỉ ra rằng sự thay đổi này là một đặc điểm quan trọng trong diễn biến sinh thái của hệ sinh thái.
Các loài cây tiên phong ưa sáng như Nanh Chuột, Chẹo, Sồi, và Mán đỉa phát triển nhanh chóng trong các khu vực rừng nghèo kiệt Sau khoảng 10 năm, một số loài cây có giá trị kinh tế như Lim xanh, Ràng ràng, và Re gừng đã xuất hiện trở lại tại Cầu Hai, Phú Thọ Quá trình phân bố cây tái sinh trên mặt đất cho thấy sự biến đổi từ phân bố cụm sang phân bố ngẫu nhiên và cuối cùng là phân bố đều.
Trong nghiên cứu động thái tái sinh, các tác giả đã áp dụng tỷ số hỗn loài (HL1, HL2) để đánh giá khả năng phục hồi của rừng Cụ thể, HL1 được tính bằng số loài chia cho số cây tổng cộng, trong khi HL2 tính theo số loài chia cho số cây của các nhóm loài có độ nhiều tương đối trên 5% Nghiên cứu về khả năng phục hồi rừng sau nương rẫy tại Kon Hà Nừng do Võ Đại Hải và Trần Văn thực hiện đã cung cấp những kết quả quan trọng về động thái tái sinh của rừng.
Theo nghiên cứu của Con (2001), trẻ em ở tuổi 3 vẫn chưa phân biệt rõ ràng giữa ngôn ngữ mẹ đẻ (HL1) và ngôn ngữ thứ hai (HL2), cho thấy rằng trong giai đoạn đầu này, chưa xuất hiện các loài dẫn đầu hay loài ưu thế.
HL2 nhỏ dần theo thời gian, với cấu trúc lâm phần đồng nhất về tổ hợp loài Đến tuổi 8, HL2 lại phát triển lớn hơn do số cây/ha đã ổn định, có thể do sự gia tăng số loài có độ nhiều > 5% Các tác giả đã phân chia diễn thế rừng phục hồi sau nương rẫy tại vùng nghiên cứu thành 3 pha diễn thế Kết quả tương tự cũng được Bùi Chính Nghĩa (2012) ghi nhận ở rừng phục hồi tại Tây Bắc.
- Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng
Nguyễn Văn Trương (1983) trong nghiên cứu “Quy luật cấu trúc rừng hỗn loài” đã phân tích đặc điểm lâm học của rừng, chú trọng vào thành phần loài cây và cấu trúc của từng loài như cấu trúc đứng, đường kính, phân bố số cây và tổng tiết diện ngang thân cây Ông đã đưa ra các kết luận hợp lý và đề xuất biện pháp quản lý rừng hiệu quả, nhằm cung cấp gỗ, nuôi dưỡng và tái sinh rừng, góp phần vào chiến lược nghề rừng của Việt Nam Nghiên cứu sử dụng các ô tiêu chuẩn có diện tích từ 0,25 – 1 ha, đo đếm các cây có đường kính ≥1cm với các thông số như D, Hvn, Dt, cự ly cấp kính 4cm, chiều cao 2m và cấp tiết diện ngang 0,025 m² Tác giả áp dụng phương pháp toán học để xây dựng mô hình phân bố và phát triển rừng với cấu trúc chuẩn.
Nguyễn Văn Hồng (2010) đã nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên tại BQL rừng đặc dụng Hương Sơn, Hà Tĩnh và kết luận rằng ở trạng thái IIIA1, mật độ cây tương đối thưa với 480 cây/ha, phân bố không đều và độ tàn che đạt 0,53 Trong khi đó, trạng thái IIB có độ tàn che 0,41 và mật độ thấp hơn, chỉ 390 cây/ha, chủ yếu là các cây ưa sáng Nghiên cứu cũng cho thấy hàm Weibull mô phỏng tốt quy luật phân bố N/D và N/H, trong khi tất cả các ô tiêu chuẩn không phù hợp với hàm Meyer.
Bùi Thị Diệp (2012) đã nghiên cứu cấu trúc rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên – văn hóa Đồng Nai và phát hiện rằng tổ thành cùng số lượng loài cây trong khu vực này rất phong phú Số cây phân bố theo đường kính tuân theo quy luật phân bố khoảng cách, với đỉnh phân bố đạt tại cỡ kính 12cm Ngoài ra, phân bố số cây theo chiều cao cũng tuân theo quy luật của hàm Mayer, với giá trị α biến động từ 2,4 đến 2,8, cho thấy phân bố chiều cao có dạng một đỉnh lệch trái.
Thảo luận
Trong thời gian qua, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về cấu trúc của rừng tự nhiên ở Việt Nam, tập trung vào các điều kiện hình thành như khí hậu, thủy văn, địa hình, đất, khu hệ thực vật, tổ thành rừng, kết cấu, cấu trúc rừng, diễn thế và tái sinh rừng Những công trình này không chỉ có giá trị lý luận mà còn thực tiễn, cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm bảo vệ và phát triển rừng bền vững.
Đến nay, vẫn còn thiếu nhiều nghiên cứu về cấu trúc rừng và đa dạng loài cây tại Vườn quốc gia Cúc Phương, mặc dù đây là một hệ sinh thái quan trọng cần được bảo vệ và phát triển Do đó, việc nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng và đa dạng loài cây rừng tự nhiên tại đây là cần thiết để cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp bảo tồn và phát triển rừng tại Vườn quốc gia Cúc Phương.
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Mục tiêu nghiên cứu
Giới hạn nghiên cứu
- Về không gian: Đề tài chỉ tiến hành tại hai trạng thái rừng đƣợc cho là nguyên sinh và thứ sinh ở VQG Cúc Phương
- Về thời gian: Tiến hành thu thập số liệu ngoại nghiệp từ tháng 05/2017 đến tháng 09/2017, sau đó xử lý số liệu nội nghiệp và hoàn thiện luận văn.
Nội dung nghiên cứu
2.3.1 Đặc điểm phân bố và đa dạng các loài cây gỗ
- Nghiên cứu mật độ, tổ thành của loài cây gỗ
- Phân bố số cây theo N/D
- Tính đa dạng loài của tầng cây cao
2.3.2 Đặc điểm cấu trúc không gian của các loài cây gỗ
- Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc không gian của các loài cây gỗ theo các chỉ số hỗn loài, ƣu thế, đồng góc.
Phương pháp nghiên cứu
Kế thừa các tài liệu về điều kiện tự nhiên như địa hình, khí hậu, thủy văn, đất đai và tài nguyên rừng, cũng như các yếu tố kinh tế - xã hội như dân số, lao động và thành phần dân tộc là rất quan trọng.
2.4.2.1 Điều tra sơ thám Điều tra sơ thám toàn bộ khu vực nghiên cứu để nắm đƣợc một cách tổng quát tình hình chung của đối tƣợng nghiên cứu về địa hình, địa vật, đặc điểm tài nguyên rừng để chọn các vị trí lập OTC và có những định hướng cho công tác điều tra tỉ mỉ
2.4.2.2 Điều tra tỉ mỉ a Lập ô tiêu chuẩn:
Tiến hành lập ô tiêu chuẩn theo phương pháp ô tiêu chuẩn (OTC) tạm thời với diện tích mỗi ô là 10.000 m² (100 m x 100 m) Các ô tiêu chuẩn này đại diện cho lâm phần nghiên cứu, giúp phân tích điều kiện sinh thái, cấu trúc quần xã và tình hình sinh trưởng của khu vực.
Lập 01 OTC trên trạng thái rừng nguyên sinh (ít bị tác động) và 02 OTC trên trạng thái đã bị tác động (trung bình và mạnh) Tiến hành điều tra thu thập số liệu trên các OTC b Điều tra cấu trúc tầng cây gỗ
Trong mỗi OTC đã lập tiến hành điều tra tầng cây cao về các chỉ tiêu sau:
- Xác định vị trí của toàn bộ số cây có đường kính lớn hơn hoặc bằng 2,5 cm trong ô tiêu chuẩn
- Xác định thành phần loài, tên loài (những loài không biết tên thì lấy mẫu lá về để xác định)
- Đo đường kính D1.3 của tất cả các cây: dùng thước kẹp kính độ chính xác 0,5 cm
Toàn bộ các số liệu đo đếm tầng cây cao đƣợc ghi chép theo mẫu biểu 2.1 sau:
Mẫu biểu 2.1: Biểu điều tra tầng cây cao Địa điểm Độ cao Ngày điều tra Trạng thái rừng Độ dốc Người điều tra OTC số Hướng dốc
STT Tên cây Vị trí (m) D1.3 (cm) Ghi
2.4.3.1 Đặc điểm phân bố và đa dạng các loài cây gỗ a Công thức tổ thành:
Xác định công thức tổ thành theo số cây Cách làm nhƣ 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 lƣợng cá thể trung bình của mỗi loài
N: Tổng số lƣợng 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 lƣợng 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 40 cm có một số lượng rất nhỏ cá thể cây so với tổng số cây của OTC Tuy nhiên, có một số lƣợng nhỏ cá thể cây ở cỡ đường kính ≈ 150 cm
Hình 4.2: Phân bố số cây theo đường kính N/D – OTC 2
