a) Phân loại trạng thái rừng hiện tại
Sử dụng hệ thống phân loại rừng theo trạng thái của Loetschau (1960):
Kiểu IIA: Rừng phục hồi sau nương rẫy, đặc trưng bởi lớp cây tiên phong ưa sáng, mọc nhanh, đều tuổi, một tầng. Đất trảng cây bụi có nhiều cây gỗ tái sinh tự nhiên, mật độ cây gỗ tái sinh > 1000 cây/ha với độ tàn che > 10%.
Kiểu IIB: Rừng phục hồi sau khai thác kiệt, phần lớn kiểu này bao gồm những quần thụ non với những loài cây tương đối ưa sáng, thành phần loài phức tạp đều tuổi, độ ưu thế không rõ ràng. Vượt lên khỏi tán rừng kiểu này có thể còn sót lại một số cây của quần thụ cũ nhưng trữ lượng không đáng kể. Chỉ được xếp vào kiểu này những quần thụ mà đường kính phổ biến không vượt quá 20 cm. Rừng non phục hồi trên trảng cây bụi, mật độ cây gỗ > 1000 cây/ha, với đường kính > 10 cm.
Kiểu IIIA: Được đặc trưng bởi những quần thụ đã bị khai thác nhiều, khả năng khai thác hiện tại bị hạn chế. Cấu trúc ổn định của rừng bị phá vỡ hoàn toàn hoặc thay thế cơ bản. Kiểu này được chia ra các kiểu phụ:
- Kiểu phụ IIIA1: Rừng đã bị khai thác kiệt quệ, tán rừng bị phá vỡ từng mảng lớn. Tầng trên có thể còn sót lại một số cây cao nhưng phẩm chất xấu, nhiều dây leo bụi rậm, tre nứa xâm lấn.
- Kiểu phụ IIIA2: Rừng đã bị khai thác quá mức nhưng đã có thời gian phục hồi tốt. Đặc trưng cho kiểu này là đã hình thành tầng giữa vươn lên chiếm ưu thế sinh thái với lớp cây đại bộ phận có đường kính 20 - 30 cm. Rừng có hai tầng trở lên, tầng trên tán không liên tục được hình thành chủ yếu từ những cây của tầng giữa trước đây, rải rác còn một số cây to khỏe vượt tán của tầng rừng cũ để lại.
- Kiểu phụ IIIA3: Rừng đã bị khai thác vừa phải hoặc phát triển từ IIIA2 lên. Quần thụ tương đối khép kín với 2 hoặc nhiều tầng. Đặc trưng của kiểu này khác với IIIA2 ở chỗ số lượng cây nhiều hơn và đã có một số cây có đường kính lớn (trên 35 cm) có thể khai thác sử dụng gỗ lớn.
Kiểu IIIB: Rừng tự nhiên bị tác động ở mức trung bình, còn có kết cấu 3 tầng cây, với trữ lượng gỗ: 250 – 350 m3/ha.
các dấu vết rừng bị tàn phá không còn thể hiện rõ, có trữ lượng gỗ: 350 - 450 m3/ha.
b) Tính toán một số chỉ tiêu về nhân tố điều tra lâm phần
Các nhân tố điều tra lâm phần bao gồm mật độ (N), đường kính bình quân (D1.3), chiều cao bình quân ( tổng tiết diện ngang (G), và trữ lượng (M).
Giá trị trữ lượng thực tế được tính thông qua thể tích của từng cây trong mỗi ODD theo công thức của GS.TS. Vũ Tiến Hinh (2012) như sau:
V = 0.00006341 x D1.8786 x H0.9697
c) Xác định công thức tổ thành theo phần trăm số cây (N%)
+ Bước 1: Trong các ODD tập hợp số liệu tầng cây cao, loài trong từng trạng thái và số cá thể của mỗi loài.
+ Bước 2: Trong các ODD xác định tổng số loài cây, tổng số cá thể của từng trạng thái.
+ Bước 3: Tính phần trăm số cây của 1 loài theo công thức:
100 * % N Xi Ni (2.1) Trong đó:
Ni% là phần trăm số cây của loài i. Xi là số lượng cá thể loài i.
N là Σ số cá thể của tất cả các loài.
+ Bước 4: Viết công thức tổ thành: Những loài nào có Ni% ≥ 5% thì ghi vào công thức tổ thành. Loài nào có phần trăm số cây lớn viết trước, nhỏ viết sau.
d) Xác định công thức tổ thành theo chỉ số quan trọng IV%
Để xác định tổ thành loài cây, đề tài sử dụng phương pháp xác định mức độ quan trọng (Important Value- IV) của Daniel Marmillod, Vũ Đình Huề (1984).
2 % % % N G IV (2.2) Trong đó:
IV% là chỉ số mức độ quan trọng của loài trong quần xã. G% là tiết diện ngang thân cây tương đối.
Ni và Gi là mật độ và tổng tiết diện ngang của loài i.
% N *100 Ni N (2.3) % *100 G Gi G (2.4)
Theo Daniel Marmillod, những loài cây có IV% > 5% là những loài có ý nghĩa về mặt sinh thái trong lâm phần và theo Thái Văn Trừng (1978), trong một lâm phần, nhóm loài cây chiếm trên 50% tổng cá thể tầng cây cao thì nhóm loài đó được coi là nhóm loài ưu thế. Đây là những căn cứ xác định loài và nhóm loài ưu thế.
- Tính toán trị số IV% cho từng loài.
- Xác định loài có ý nghĩa về mặt sinh thái: Loài có trị số IV% > 5% là những loài sẽ tham gia vào công thức tổ thành.
e) Một số quy luật kết cấu lâm phần
Bao gồm quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính và chiều cao. Phương pháp mô phỏng theo các bước: Thiết lập dãy phân bố thực nghiệm, từ đó xem xét kiểu dạng phân bố cụ thể để lựa chọn hàm phân bố lý thuyết hợp lý để mô phỏng phân bố.
Các hàm phân bố lý thuyết được đề tài thử nghiệm:
- Phân bố số cây theo cỡ đường kính (N/D1.3): được tính với cự li về đường kính 4 cm.
- Phân bố số cây theo cỡ chiều cao (N/HVN): được tính với cự li về chiều cao 2 m.
giá trị: giá trị trung bình, Mode, trung vị, giá trị lớn nhất (Max), giá trị nhỏ nhất (Min), phương sai (S2), sai tiêu chuẩn (S), sai số chuẩn của số trung bình (Sx), hệ số biến động (S%), độ lệch (Sk), độ nhọn (Ex).
- Mô tả phân bố N/D và N/H bằng những phân bố lý thuyết sau:
* Phân bố Weibull hai tham số
Là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên liên tục với miền giá trị (0, +). Hàm mật độ có dạng: x x x x e f ( ) . . 1. . (2.5) Hàm phân bố có dạng: F(x) = 1 - X e . (2.6) Trong đó:
- : Đặc trưng cho độ nhọn của phân bố.
- : Đặc trưng cho độ lệch của phân bố (< 3 phân bố có dạng lệch trái, > 3 phân bố có dạng lệch phải, = 3 phân bố có dạng đối xứng).
Giá trị và được ước lượng nhờ sự trợ giúp của phần mềm SPSS 20.0.
* Phân bố Weibull ba tham số
(2.7)
x > µ, α > 0, β > 0
Với α, β và µ lần lượt là tham số hình dạng, tỷ lệ và vị trí .
* Phân bố khoảng cách
Phân bố khoảng cách là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên đứt quãng, hàm toán học có dạng: 1 x 0 x ). 1 )( 1 ( ) (x x 1 F (2.8)
Khi 1 thì phân bố khoảng cách trở về dạng phân bố hình học:
0 ) 1 ( ) (x x F x (2.9)
Bằng phương pháp tối đa hợp lý có thể xác định được tham số của phân
bố khoảng cách như sau:
n fo
i i o x f f n . ) ( 1 (2.11) * Phân bố giảm:
Trong Lâm nghiệp thường dùng phân bố giảm dạng hàm Meyer để mô phỏng quy luật cấu trúc tần số số cây theo đường kính (N/D1.3), số cây theo chiều cao (N/Hvn) ở những lâm phần hỗn giao, khác tuổi. Hàm Meyer có dạng:
y = .e-x
(2.12)
Trong đó:
x: Cỡ kính hoặc cỡ chiều cao. , : Hai tham số của hàm Meyer.
Để xác định tham số của phân bố giảm dạng hàm Meyer, trước hết phải tuyến tính hoá phương trình mũ, bằng cách logarit hoá cả hai vế của phương trình để đưa về dạng phương trình hồi quy tuyến tính một lớp có dạng y = a + bx.
Kiểm tra sự phù hợp giữa phân bố lý thuyết với phân bố thực nghiệm
Tiêu chuẩn Kolmogorov - Smirnov được dùng để đánh giá sự phù hợp của phân bố lý thuyết với phân bố thực nghiệm và được tính theo công thức sau: (2.13)
Trong đó: Fo(x) là tần số lũy tích thực nghiệm; Fe(x) là tần số lũy tích lý thuyết;
n là dung lượng mẫu;
Dn là giá trị tính được của tiêu chuẩn Kolmogorov–Smirnov.
Giá trị xác suất p-value của giá trị Dn sẽ được so sánh với mức ý nghĩa α = 0,05. Nếu p-value > 0,05, nghĩa là phân bố lý thuyết lựa chọn mô phỏng tốt cho phân bố thực nghiệm, nếu p - value < 0,05 thì phân bố lý thuyết lựa chọn chưa mô phỏng tốt cho phân bố thực nghiệm. Các tham số của các phân bố được ước lượng nhờ sự trợ giúp của phần mềm XLSTAT 2015.5.
f) Nghiên cứu tính đa dạng loài tầng cây cao
Để đánh giá tính đa dạng của cây gỗ, đề tài sử dụng các chỉ số đa dạng sau đây:
+ Mức độ phong phú của loài: Đề tài lập các ODD điển hình để đo đếm đảm bảo tính đại diện cho khu vực nghiên cứu. Do đó, để xác định mức độ phong phú của loài, chúng ta có thể sử dụng công thức của Kjayaraman (2000):
n s
R (2.14)
Trong đó: n là số cá thể của tất cả các loài; s là số loài trong quần xã.
+ Số loài ∆SC (2.15) Trong đó: là tỷ lệ của loài i. ni là số cá thể của loài i. N là tổng số cá thể . s là số loài. + Chỉ số Shannon - Wiener
Chỉ số này được Shannon và Wiener đưa ra năm 1949 [47] dưới dạng:
(2.16) Trong đó: là tỷ lệ của loài i. ni là số cá thể của loài i. N là tổng số cá thể. s là số loài.
độ đa dạng loài càng cao. Khi ∆Sh (H) = 0, quần xã chỉ có một loài duy nhất, mức độ đa dạng thấp nhất. Khi ∆Shmax (Hmax) = C.logn, quần xã có số lượng loài nhiều nhất và mỗi loài chỉ có một cá thể, mức độ đa dạng cao nhất.
+ Chỉsố Simpson
Chỉ số Simpson được sử dụng sớm nhất vào năm 1949, khi n có số lượng không quá lớn so với ni thì sử dụng công thức:
(2.17) Trong đó: là tỷ lệ của loài i. ni là số cá thể của loài i. N là tổng số cá thể. s là số loài.
Chỉ số này được đánh giá thông qua giá trị ∆Si (D). Giá trị ∆Si (D) nằm trong khoảng từ 0 ÷ 1. Khi ∆Si (D) = 0, quần xã có một loài duy nhất, mức độ đa dạng thấp nhất. Khi ∆Si (D) = 1 quần xã có số loài nhiều nhất và mỗi loài chỉ có một cá thể, mức độ đồng đều cao nhất. Giá trị D càng lớn thì số lượng loài của quần xã càng nhiều, mức độ đa dạng càng cao.
g) Nghiên cứu tầng cây tái sinh * Tổ thành cây tái sinh
Xác định công thức tổ thành theo số cây như sau:
+ Bước 1: Tập hợp số liệu tầng cây cao ở tất cả các OTC theo loài trong từng trạng thái và số cá thể của mỗi loài.
+ Bước 2: Xác định tổng số loài cây và tổng số cá thể trong các OTC của từng trạng thái.
+ Bước 3: Tính số cá thể trung bình của 1 loài theo công thức:
(2.18)
Trong đó: là Số lượng cá thể trung bình của mỗi loài. N: Tổng số lượng cá thể của các loài.
m: Tổng số loài.
+ Bước 4: Xác định số loài, tên loài tham gia vào công thức tổ thành Những loài nào có số cây ≥ thì tham gia vào công thức tổ thành + Bước 5: Xác định hệ số tổ thành của từng loài theo công thức: (2.19) Trong đó:
Ki là hệ số tổ thành (HSTT) loài i. Xi là số lượng cá thể loài i.
N là ∑ số cá thể của tất cả các loài. + Bước 6: Viết công thức tổ thành.
Loài nào có Ki > 0,5 thì ghi vào công thức tổ thành. Loài nào có hệ số tổ thành lớn được liệt kê trước, nhỏ liệt kê sau.
* Mật độ cây tái sinh
Là chỉ tiêu biểu thị số lượng cây tái sinh trên một đơn vị diện tích, được xác định theo công thức sau:
S n 10.000 N/ha (2.20)
Với S là tổng diện tích các ODB điều tra tái sinh (m2) và n là số lượng cây tái sinh điều tra được.
* Chất ượng cây tái sinh
Nghiên cứu tái sinh theo cấp chất lượng tốt, trung bình, xấu nhằm đánh giá một cách tổng quát tình hình tái sinh đang diễn ra tại khu vực nghiên cứu và dự kiến diễn biến của rừng trong tương lai.
100 N n N% (2.21) Trong đó:
N%: tỷ lệ phần trăm cây tốt, trung bình, xấu. n: tổng số cây tốt, trung bình, xấu.
N: tổng số cây tái sinh .
* Phân bố cây tái sinh theo cấp chiều cao
Thống kê số lượng cây tái sinh theo 7 cấp chiều cao: (< 0,5 m; 0,5 đến 1m; 1,1 đến 1,5m; 1,6 đến 2,0m; 2,1 đến 3,0m; 3,1 đến 5,0m, > 5,0m). Vẽ biểu đồ biểu diễn số lượng cây tái sinh theo cấp chiều cao. Trên cơ sở đó những cây tái sinh nào có chiều cao từ 1m trở lên có sinh trưởng từ trung bình, tốt được coi là cây tái sinh có triển vọng.
* Phân bố cây tái sinh trên mặt đất
Đánh giá hình thái phân bố cây tái sinh trên mặt đất bằng phân bố Poisson (phân bố cụm, phân bố đều hay phân bố ngẫu nhiên) cho từng trạng thái rừng. Hướng xử lý số liệu như sau:
- Tính số cây trung bình trong ô dạng bản:
(2.22) Trong đó: N là tổng số cây tái sinh trong ô dạng bản.
n là số ô dạng bản trong ô tiêu chuẩn - Tính phương sai:
(2.23) Xi là số cây của ô dạng bản thứ i
- Tính hệ số K:
Khi đó nếu: K > 1 : Phân bố cụm K = 1 : Phân bố ngẫu nhiên
K < 1 : Phân bố đều
Toàn bộ số liệu được xử lý trên phần mềm SPSS 20.0 và MS Excel. Tất cả các giả thuyết được kiểm tra với mức ý nghĩa là 0,05.
h) Phương pháp đề xuất một số giải pháp góp phần thúc đẩy quá trình phục hồi của các trạng thái rừng tại khu vực nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu này nhằm đề xuất một số giải pháp thúc đẩy quá trình phục hồi rừng dựa trên các kết quả nghiên cứu đạt được của luận văn. Luận văn tập trung vào một số nhóm giải pháp như nhóm giải pháp về quản lý; nhóm giải pháp về đầu tư chung tại khu vực nghiên cứu nói riêng và tại VQG Phia Oắc - Phia Đén nói chung, đồng thời đề xuất nhóm giải pháp về kỹ thuật cho mỗi trạng thái rừng tại khu vực nghiên cứu.
Chƣơng 3
ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU