luận án tiến sĩ nghiên cứu động thái cấu trúc hệ sinh thái rừng lá rộng thường xanh tại khu bảo tồn thiên nhiên hang kia – pà cò và vườn quốc gia xuân sơn

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