Phương pháp nghiên cứu

Chương 1 : TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.4. Phương pháp nghiên cứu

2.4.1. Quan điểm và phương pháp luận

Vận dụng quan điểm về “sinh thái phát sinh quần xã’’ trong thảm thực vật rừng nhiệt đới của Thái Văn Trừng (1978)[49]: Thảm thực vật rừng là tấm gương phản chiếu một cách trung thành nhất, mà lại tổng hợp được các điều kiện của hoàn cảnh tự nhiên, đã thơng qua sinh vật để hình thành những quần thể thực vật. Thảm thực vật tái sinh sau nương rẫy phản ánh ảnh hưởng tổng hợp của các nhân tố sinh thái đến qúa trình phục hồi rừng thứ sinh. Vì diễn thế quá trình phục hồi rừng là từ đất trống, đồi trọc cho đến khi hình thành rừng tương đối ổn định, nó phải trải qua một thời gian lâu dài, phức tạp không thể theo dõi thường xuyên được. Do vậy vận dụng phương pháp dãy phát triển tự nhiên, lấy không gian thay thế thời gian để

nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng. Đề tài vận dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp: kết hợp nghiên cứu những cái mới, kế thừa kết quả đã có và tổng kết thực tiễn sản xuất tại địa phương để đề xuất giải pháp kỹ thuật có hiệu quả và có tính khả thi.

Cấu trúc quần xã thực vật rừng là một khái niệm dùng để chỉ qui luật sắp xếp tổ hợp của các thành phần cấu tạo nên quần xã thực vật rừng theo không gian và thời gian. Cấu trúc là một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng về hình thái quần thể thực vật. Tuy nhiên, khái niệm về cấu trúc không chỉ bao gồm những nhân tố cấu trúc về hình thái mà cả những nhân tố cấu trúc về sinh thái. Giữa cấu trúc và sinh thái rừng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Bất kỳ một quy luật cấu trúc quần thể nào cũng đều có nội dung sinh thái học bên trong của nó. Khơng qn triệt quan điểm sinh thái trong khi nghiên cứu cấu trúc rừng thì sẽ khơng có cơ sở khoa học để giải thích những quy luật cấu trúc của quần thể thực vật. Cấu trúc rừng bao gồm cấu trúc sinh thái, cấu trúc hình thái và cấu trúc tuổi.

Cấu trúc của lớp thảm thực vật là kết quả của quá trình chọn lọc tự nhiên, là sản phẩm của quá trình đấu tranh sinh tồn giữa thực vật với thực vật và giữa thực vật với hồn cảnh sống. Do đó, cấu trúc rừng phản ánh mối quan hệ giữa sinh vật với nhau và giữa sinh vật với môi trường, ở đây là mối quan hệ giữa cây rừng với cây rừng và giữa cây rừng với hồn cảnh rừng. Trên quan điểm sinh thái thì cấu trúc rừng chính là hình thức bên ngồi phản ánh nội dung bên trong của hệ sinh thái rừng. Trên quan điểm sản lượng thì cấu trúc rừng phản ánh sức sản xuất của rừng theo điều kiện lập địa.

Tái sinh rừng là một q trình sinh học mang tính đặc thù của hệ sinh thái rừng. Biểu hiện đặc trưng của tái sinh rừng là sự xuất hiện của một thế hệ cây con của những loài cây gỗ ở những nơi cịn hồn cảnh rừng: dưới tán rừng, chỗ trống trong rừng, đất rừng sau khai thác, đất rừng sau nương rẫy. Vai trò lịch sử của lớp cây con này là thay thế thế hệ cây già cỗi. Vì vậy, tái sinh từng hiểu theo nghĩa hẹp là quá trình phục hồi thành phần cơ bản của rừng, chủ yếu là tầng cây gỗ. Tái sinh rừng thúc đẩy việc hình thành cân bằng sinh học trong rừng bảo đảm cho rừng tồn tại liên tục.

Đặc điểm tái sinh tự nhiên của thảm thực vật phản ánh tác động tổng hợp của điều kiện hoàn cảnh trong quá khứ và hiện tại. Trong mối quan hệ biện chứng, chính sự phục hồi của thảm thực vật sẽ tác động tích cực đến sự phục hồi các thành phần khác của hệ sinh thái rừng.

Nghiên cứu cấu trúc và tái sinh rừng nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất các biện pháp lâm sinh tác động vào rừng đáp ứng mục tiêu kinh doanh. Vì vậy việc nghiên cứu các nhân tố cấu trúc cũng như ảnh hưởng của chúng đến lớp cây tái sinh là việc làm cần thiết. Mọi sự can thiệp của con người thông qua các biện pháp kỹ thuật lâm sinh chỉ có thể đạt được khi giải quyết hài hoà quy luật sinh tồn của hệ sinh thái rừng và lợi ích con người.

Sơ đồ tiến trình nghiên cứu

THU THẬP THƠNG TIN CƠ BẢN

- Điều kiện khí hậu - Thổ nhưỡng - Điều kiện kinh tế - Xã hội

- Thơng tin về diện tích đất đai, rừng phục hồi...

ĐIỀU TRA KHẢO SÁT TỔNG THỂ KHU VỰC NGHIÊN CỨU CHỌN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU PHÂN CHIA THEO THỜI ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC & TÍNH ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP

2.4.2. Phương pháp điều tra thu thập số liệu *. Phương pháp kế thừa *. Phương pháp kế thừa

Đề tài có kế thừa một số tư liệu sau:

- Những tư liệu về điều kiện tự nhiên, khí hậu, thuỷ văn, đất đai, địa hình, tài nguyên rừng.

- Tư liệu về điều kiện kinh tế, điều kiện xã hội: dân số, lao động, thành phần dân tộc, tập quán canh tác.

- Những tài liệu tham khảo, kết quả nghiên cứu có liên quan đến phục hồi sau nương rẫy của các tác giả trong và ngoài nước.

2.4.2.1. Ngoại nghiệp

- Phân chia thời gian phục hồi

+ Dựa vào phỏng vấn trực tiếp người dân tại khu vực.

+ Qua số liệu tìm hiểu tại Hạt kiểm lâm huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa. + Đánh giá sơ bộ trạng thái rừng tại khu vực nghiên cứu.

- Phương pháp thu thập số liệu tại hiện trường

Kiểu rừng tự nhiên được xác định dựa theo tiêu chuẩn phân loại của Thái Văn Trừng (1978)[50], ứng với các giai đoạn phục hồi rừng trong Quy phạm Điều Tra thiết kế kinh doanh rừng 1984 (văn bản tiêu chuẩn kỹ thuật lâm sinh). Trên cơ sở tài liệu thu thập được về diện tích đất đai và bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng, chúng tôi tiến hành điều tra, khảo sát sơ bộ khu vực nghiên cứu. Dựa vào cấu trúc tổ thành loài cây, cấu trúc tầng thứ, mật độ, độ che phủ và kích thước cây rừng để phân chia các giai đoạn bỏ hố khác nhau.

* Lập ơ tiêu chuẩn (ƠTC)

Áp dụng phương pháp nghiên cứu định lượng kết hợp với định tính để mơ tả. Việc thu thập số liệu tiến hành trên các ơ tiêu chuẩn. Ơ tiêu chuẩn điển hình được lập theo phương pháp điển hình, đại diện cho từng giai đoạn phục hồi của rừng. Ô tiêu chuẩn được xác định trên bản đồ và ngồi thực tế. Cách tiến hành lập ơ tiêu chuẩn theo quy trình kỹ thuật của Bộ mơn Lâm học trường Đại học lâm nghiệp. Ơ tiêu chuẩn có hình chữ nhật với diện tích là: 50m x 40m = 2000m2, chiều dài ơ vng góc với đường đồng mức đường đồng mức.

Trong ô tiêu chuẩn, ghi chép các thông tin như: số hiệu ơ, vị trí ơ, giai đoạn phục hồi dự kiến, những tác động chính vào rừng, lịch sử hình thành rừng và tiến hành đo đếm các chỉ tiêu: xác định loài cây, D1.3, Hvn, Dt, Hdc của những cây có đường kính lớn hơn 6(cm), điều tra về địa hình: Độ dốc, hướng dốc…

* Điều tra tầng cây cao (D1.3>6,0cm )

Trong các ƠTC mơ tả các chỉ tiêu như vị trí, độ dốc, hướng phơi, độ cao, lịch sử canh tác nương rẫy, thời gian bỏ hố, sau đó xác định tên loài và các chỉ tiêu sinh trưởng của tầng cây cao, nếu lồi nào chưa rõ thì thu thập tiêu bản để giám định: - Đường kính ngang ngực (D1,3, cm) được đo bằng thước kẹp kính với độ chính xác đến (mm), đo theo hai hướng Đông Tây và Nam Bắc, sau đó tính trị số bình qn. - Chiều cao vút ngọn (Hvn, m) và chiều cao dưới cành (Hdc, m) được đo bằng thước độ chính xác đến (dm), Hvn của cây rừng được xác định từ gốc cây đến đỉnh sinh trưởng của cây, Hdc được xác định từ gốc cây đến cành cây đầu tiên tham gia vào tán của cây rừng. - Đường kính tán lá (Dt, m) được đo bằng thước dây có độ chính xác đến (dm), đo hình chiếu tán lá trên mặt phằng ngang theo hai hướng Đông Tây và Nam Bắc, sau đó tính trị số bình qn. Kết quả đo được thống kê vào phiếu điều tra tầng cây cao.

* Xác định độ tàn che

Dùng phương pháp vẽ trắc đồ rừng theo phương pháp của Richards và Davis (1964) [31], biểu diễn trên giấy kẻ ơ ly với dải rừng có diện tích 25m2 (5 x 5m) tỷ lệ 1/200, sau đó tính diện tích tán che trên giấy kẻ ly, tính tỷ lệ %.

* Điều tra cây tái sinh (D1.3<6,0cm )

Trên ÔTC, lập 5 ƠDB có diện tích 25m2 phân bố đều trên ÔTC. Thống kê tất cả cây tái sinh vào phiếu điều tra theo các chỉ tiêu:

- Xác định tên lồi cây tái sinh, lồi nào chưa rõ thì thu thập tiêu bản để giám định. - Đo chiều cao cây tái sinh bằng thước sào.

- Chất lượng cây tái sinh:

+ Cây tốt là cây có thân thẳng, khơng cụt ngọn, sinh trưởng phát triển tốt, không sâu bệnh. + Cây xấu là những cây cong queo, cụt ngọn, sinh trưởng phát triển kém, sâu bệnh, cịn lại là những cây có chất lượng trung bình.

- Điều tra khoảng cách giữa các cây tái sinh: Trên ÔTC, chọn cây tái sinh bất kỳ, đo khoảng cách từ cây tái sinh đã chọn đến cây tái sinh gần nhất bằng thước dây với độ chính xác đến (cm). Mỗi giai đoạn phục hồi đo 30 khoảng cách, kết quả ghi vào phiếu điều tra khoảng cách cây tái sinh.

* Điều tra tầng cây bụi, thảm tươi

Lập 5 ƠDB có diện tích 25m2 (5m x 5m) được bố trí đều trên 2 đường chéo của ƠTC.

- Điều tra cây bụi (shrubs) theo các chỉ tiêu: tên lồi chủ yếu, số lượng khóm (bụi), chiều cao bình quân, độ che phủ trung bình của từng lồi trên ƠDB, kết quả ghi vào phiếu điều tra cây bụi.

- Điều tra thảm tươi (ground cover vegetation) theo các chỉ tiêu: lồi chủ yếu, chiều cao bình qn, độ che phủ bình qn của lồi và tình hình sinh trưởng của thảm tươi trên ÔDB. Để xác định độ che phủ của tầng cây bụi, thảm tươi đề tài dùng phương pháp dùng thước dây đo theo 2 đường chéo của ƠDB, đo từng đường chéo một và tính trên thước dây những đoạn bị tán của cây bụi hoặc thảm tươi che kín, chia đoạn này cho tổng độ dài đường chéo thì sẽ ra độ che phủ, sau đó cộng kết quả của hai lần tính trên hai đường chéo và chia trung bình ta sẽ có độ che phủ trung bình của một ƠDB. Ngồi ra để xác định độ nhiều đề tài sử dụng cách xác định độ nhiều của Drude.

Bảng 2.1. Ký hiệu độ nhiều của thực bì theo Drude

Ký hiệu Tình hình thực bì

Soc Thực vật mọc rộng khắp che phủ 75-100% diện tích

Cop 3 Thực vật mọc rất nhiều, che phủ 50-75% diện tích

Cop 2 Thực vật mọc nhiều, che phủ 25-50% diện tích

Cop 1 Thực vật mọc tương đối nhiều, che phủ 5-25% diện tích

SP Thực vật mọc ít, che phủ 5% trở xuống

Sol Thực vật mọc rải rác phân tán

Un Một vài cây cá biệt

2.4.2.2. Phương pháp xử lý số liệu

(1). Phương pháp xác định đặc điểm cấu trúc tầng cây cao a. Cấu trúc tổ thành

Tỷ lệ tổ thành của từng lồi cây (trên ƠTC) tính tốn theo phương pháp của Daniel Mamillod, thông qua 2 chỉ tiêu: Tỷ lệ % số cây (N%) và tiết diện ngang (G%). Mỗi loài được xác định tỷ lệ tổ thành IV% (chỉ số quan trọng Important Value): 2 % % % Ni Gi IVi   (2-1)

Trong đó: IVi%: Là tỷ lê ̣ tổ thành (chỉ số quan trọng: Important Value) của loài i. Ni%: Là % theo số cây của loài i trong QXTV rừng.

Gi%: Là % theo tổng tiết diê ̣n ngang của loài i trong QXTV rừng.

Theo Daniel mamillod, những lồi cây nào có IV% > 5% là những loài cây có ý nghĩa về mặt sinh thái. Mặt khác, theo Thái Văn Trừng (1978)[50], trong một lâm phần, nhóm lồi cây nào đó chiếm 50% tổng cá thể của tầng cây cao thì nhóm lồi đó được coi là nhóm lồi ưu thế, nhóm lồi cây có trị số IV%>50% được xem là nhóm lồi ưu thế. Cần tính tổng IV% của những loài có tri ̣ số này lớn hơn 5% xếp từ cao xuống thấp và dừng la ̣i khi tổng IV% đa ̣t 50%.

b. Mật độ

Công thức xác định mật độ như sau:

10.000 S

n

N/ha  (2-2)

Trong đó: n: Số lượng cá thể của loài hoặc tổng số cá thể trong ƠTC. S: Diện tích ƠTC (m2).

c. Cấu trúc tầng thứ và độ tàn che của các giai đoạn phục hồi rừng

Cấu trúc tầng là chỉ tiêu cấu trúc hình thái thể hiện sự sắp xếp không gian phân bố của thực vật theo chiều thẳng đứng. Nghiên cứu cấu trúc được tiến hành thông qua các phẫu đồ rừng theo phương pháp của Richards và Davis (1934).

Xác định độ tàn che: kết hợp quan trắc và phẫu đồ ngang để xác định tỷ lệ che phủ (%) hình chiếu tán cây rừng so với bề mặt đất rừng.

Xác định phân bố số cây theo đường kính (n/D1.3) và số cây theo chiều cao (n/Hvn). Việc mơ hình hố quy luật cấu trúc tần số trong thực tiễn và nghiên cứu Nơng - Lâm nghiệp có ý nghĩa rất lớn, một mặt nó cho biết các quy luật phân bố vốn tồn tại khách quan trong tổng thể, mặt khác các quy luật phân bố này có thể biểu thị một cách gần đúng bằng các biểu thức toán học cho phép xác định tần số tương ứng với mỗi tổ của đại lượng điều tra nào đó. Ngồi ra việc nghiên cứu các quy luật phân bố còn tạo tiền đề để đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh hợp lý.

Tính các đặc trưng mẫu theo chương trình thống kê mô tả, chia tổ ghép nhóm các trị số quan sát theo cơng thức kinh nghiệm của Brooks và Carruthere.

m = 5*lgn m Xmin Xmax K   (2-3) Trong đó: m: là số tổ. K: làcự ly tổ.

Xmax, Xmin: là trị số quan sát lớn nhất và nhỏ nhất.

Căn cứ vào phân bố thực nghiệm, tiến hành mơ hình hố quy luật cấu trúc tần số theo những phân bố lý thuyết khác nhau.

- Phân bố giảm (phân bố mũ)

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 qua khai thác chọn không quy tắc nhiều lần. Hàm Meyer có dạng:

ft = .e-x (2-4) Trong đó: ft: là tần số quan sát, x là cỡ kính hoặc cỡ chiều cao.

Để xác định tham số của phân bố giảm dạng hàm Meyer, trước hết phải tuyến tính hố phương trình mũ, bằng cách logarit hố cả hai vế của phương trình (2-4), để đưa về dạng phương trình hồi quy tuyến tính một lớp có dạng:

y = a + bx.

- Phân bố Weibull: Là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên liên tục với miền giá

trị (0,+ ), hàm mật độ có dạng:

α1 λ.xα

e α.λ.x

f(x)   (2-5)

Trong đó:  và  là hai tham số của phân bố Weibull. Tham số  đặc trưng cho độ nhọn phân bố, tham số  biểu thị độ lệch của phân bố.

Nếu  = 1: phân bố có dạng giảm.  = 3: phân bố có dạng đối xứng.  > 3: phân bố có dạng lệch phải.  < 3: phân bố có dạng lệch trái.

Tham số  được ước lượng theo phương pháp tối đa hợp lý bằng công thức:  =   n 1 i α fi.xi n (2-6)

- Phân bố khoảng cách: Là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên đứt quãng, hàm

tốn học có dạng: F (x) =      1 ). 1 )( 1 (   x  1 0   x x (2-7)

Trong đó:  =f0/n, với f0: là tần số quan sát tuyệt đối ứng với tổ đầu tiên.

n: là dung lượng mẫu

X = (xi – x1)/k với k là cự ly tổ, xi là trị số giữa cỡ đường kính (chiều cao) thứ i, x1 là trị số giữa cỡ đường kính ( chiều cao) tổ thứ nhất. Như vậy X lấy các giá trị  0, là những số tròn.

* Kiểm tra giả thuyết về luật phân bố