1.1. Những nghiên cứu đặc điểm lâm học của rừng
1.1.1. Những nghiên cứu đặc điểm lâm học của rừng trên thế giới
Theo Xucaxov (1975), rừng là một vị trí đặc cách về quá trình chuyển hóa năng lượng và vật chất, có một cơ chế đặc biệt trong tích lũy và tiêu hao một phần năng lượng và vật chất (trích dẫn bởi Thái Văn Trừng, 1978).
Theo Richards (1952) và Thái Văn Trừng (1999) khi phân tích về những đặc điểm lâm học của rừng, nhà lâm học cần phải làm rõ những điều kiện hình thành rừng (khí hậu, địa hình — đất, hoạt động của con người và sinh vật), kết cau loài cây gỗ, cau trúc và chức năng của những QXTV.
Theo Melekhov (1989), khi nghiên cứu những đặc điểm lâm học của rừng người ta thường dé cập đến thành phan và tổ thành loài cây, cấu trúc tuổi, cau trúc đường kính, cấu trúc chiều cao, cấu trúc trữ lượng và tiết diện ngang của rừng, quá trình tái sinh và hình thành rừng, điều kiện môi trường rừng (khí hậu, thé nhưỡng, địa hình...) đặc điểm lớp cây bụi và thảm cỏ... những đặc trưng của rừng thay đổi tùy theo vị trí địa lý và điều kiện địa hình (trích dẫn bởi Nguyễn Văn Thêm, 2002).
Như vậy. khi nghiên cứu về đặc điểm lâm học của rừng các nhà lâm học quan tâm đến các vấn đề điều kiện hình thành rừng, kết cấu loài cây gỗ, cấu trúc quần thụ, quá trình tái sinh và hình thành rừng, đặc điểm của cây bụi, thảm cỏ...
1.1.1.1. Nghiên cứu về kết cấu loài cây gỗ
Khi nghiên cứu về rừng, nhiều nhà lâm học (Richards, 1952; Baur, 1964;
Thái Văn Trừng, 1999) cho rằng, mỗi kiêu rừng được hình thành từ những loài cây gỗ khác nhau. Theo Nguyễn Văn Thêm (2002), kết cấu loài cây gỗ biểu thị thành phan loài cây gỗ và tỷ lệ của chúng trong QXTV. Vì vậy, khi nghiên cứu về rừng, việc xác định kết cấu loài cây gỗ là nhiệm vụ quan trọng và khi phân tích kết cầu
loài cây gỗ nhà lâm học cần xác định chính xác tên loài cây và tỷ trọng mỗi loài cây. Curtis va McIntosh (1951; trích dẫn bởi Nguyễn Văn Thêm, 2010) đã xác định vai trò sinh thái của loài trong QXTV thông qua các chỉ số giá tri quan trong (IVD).
Chỉ số IVI là tổng hoặc giá trị trung bình của độ thường gặp tương đối (F%), mật độ tương đối (N%) và tiết diện ngang thân cây tương đối (G%).
1.1.1.2. Nghiên cứu về đa dạng loài cây gỗ
He và ctv (1996) nghiên cứu đa dạng loài cây gỗ theo không gian ở rừng nhiệt đới Malaysia đã sử dụng 1.250 6 mẫu 400 m’ để nghiên cứu; trong đó sự giàu có về loài được xác định theo chỉ số Margalef, sự đồng đều theo chỉ số Pielou, còn chỉ số đa dạng theo Shannon-Weiner. Gimaret-Carpentier và ctv (1998) đã sử dụng những phương pháp phi tham số để phân tích đa dạng loài cây gỗ của rừng mưa Malaysia. McIntosh và ctv (2001) đã sử dụng phương pháp phi tham số để nghiên
cứu đa dạng thực vật của rừng ngập mặn và vùng cửa sông ở Ranong (Thailand).
Hai thành phần cơ bản của đa đạng loài cây gỗ là chỉ số đa dạng và chỉ số đồng đều.
Theo Magurran (2004) và Suratman (2012) chỉ số đa dạng loài cây gỗ được xác định bằng chỉ số ưu thế của Simpson (1949) và chỉ số đa dạng Shannon-Weiner (1963). Chỉ số ưu thế Simpson được sử dụng để xác định đa dạng sinh vật của những quần xã sinh vật ở một môi trường nhất định (đa dạng Alpha). Chỉ số đa dạng Shannon-Weiner được sử dụng để so sánh đa dạng sinh vật giữa những môi trường sống khác nhau (đa dạng Beta). Phân bố độ phong phú của các loài trong quần xã (chỉ số đồng đều) có thể được đo đạc bằng các chỉ số khác nhau như Simpson (1949), Shannon-Weiner (1963), Pielou (1975)...; trong đó hai chỉ số thông dụng nhất là Shannon- Weiner và Pielou.
Francis và ctv (2004) đã so sánh cấu trúc và đa dang loài cây gỗ của rừng thứ
sinh và rừng nguyên sinh ở khu vực trung tâm Kalimantan (Indonesia). Podong và
ctv (2013) đã so sánh cau trúc và da dạng loài cây gỗ của rừng thứ sinh sau nương rẫy ở miền Bắc Thái Lan.
Aiba và ctv (2015) khi nghiên cứu cấu trúc, thành phần thực vật và sự đa dạng của rừng mưa nhiệt đới tại Kinabalu (Borneo) đã cho thấy thành phần loài thay đôi theo độ cao.
Bouaphanh và ctv (2019) nghiên cứu về đặc điểm của tầng cây cao trong rừng thứ sinh tại vùng đệm Vườn Quốc gia Nam Pui, tỉnh Sayabury, nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào. Kết quả cho thấy, thành phần loài cây cao trên trạng thái
rừng khác nhau có khác nhau, trạng thái rừng I có 71 loài, trạng thái rừng II có 43
loài. Trạng thái rừng khác nhau có chỉ số đa dạng khác nhau, rừng thứ sinh vùng đệm có chỉ số đa dạng đạt ở mức độ trung bình.
Bhat và ctv (2020) đã tiễn hành nghiên cứu sự đa dạng về loài của thảm thực vật thân gỗ dọc theo độ dốc của dãy Tây Himalaya. Kết quả cho thay rằng, tại khu vực nghiên cứu có 81 loài thân gỗ (67 chi, 46 họ), độ phong phú của loài, chỉ số đa dạng Shannon-Wiener, đa dang B và độ che phủ nền giảm mạnh khi độ cao tăng lên.
1.1.1.3. Nghiên cứu về cấu trúc rừng
Phương pháp phân tích cấu trúc rừng được nhiều nhà lâm học và điều tra rừng quan tâm. Davis và Richards (1934, 1936; dẫn theo Thái Văn Trừng, 1999) khi nghiên cứu cấu trúc rừng nhiệt đới, đã mô tả sự phân tầng và vị trí của những loài cây gỗ trong tán rừng bang những biểu đồ phẫu diện đứng và ngang. Phương pháp này đã được nhiều nhà lâm học thừa nhận và áp dụng cho cả rừng ôn đới. Theo Baur (1961) và Thái Văn Trừng (1999), bằng cách vẽ những biểu đồ phẫu diện rừng, nhà lâm học có thể phân loại và mô tả chính xác các loại hình rừng và động thái biến đổi của chúng theo thời gian. Phương pháp này còn cho phép xác định sự thay đổi cau trúc rừng trước và sau khi áp dụng những phương thức lâm sinh. Tuy vậy, phương pháp biéu đồ phẫu diện có nhược điểm là không thé định lượng chính xác cấu trúc rừng.
Khi rừng tự nhiên hỗn loài đã phát triển đến giai đoạn ổn định, thì phân bố N/D có dang phân bố giảm theo hình chữ “J” ngược (Nguyễn Văn Truong, 1984;
Glumphabutr và ctv, 2006).
Mihlenberg va ctv (2012) nghiên cứu cấu trúc phân loại của hệ thực vật núi Bogdkhan ở Mông Cổ. Các tác giả đã tiến hành điều tra thành phan, cấu trúc và sự đa dạng của bốn loại rừng núi khác nhau ở Bắc Mông Cổ gần biên giới phía Nam của rừng Taiga là rừng Dương liễu, Thông Bạch dương, Vân sam-Linh sam và rừng Thông Siberi. Kết quả đã chỉ ra bốn kiểu rừng khác nhau về thành phần các loài
cây, câp kính và chiêu cao.
Aiba và ctv (2015) nghiên cứu cấu trúc của rừng mưa nhiệt đới trên núi Kinabalu (Borneo), kết quả cho thấy rừng trên đất có tính kiềm nặng có cấu trúc thay đổi theo độ cao (giữa đất có tính kiềm nặng và không có tính kiềm; trên các sườn núi và trên sườn dốc). Trong đó, các loài Coniferae (họ Araucariaceae và Podocarpaceae) va Myrtaceae chiếm ưu thé (61 — 96% trên đất có tính kiềm nặng so với 22 — 63%
trên đất không có tính kiềm).
1.1.1.4. Nghiên cứu về tái sinh rừng
Nghiên cứu về tái sinh rừng là nhiệm vụ trọng tâm của lâm học, những kiến thức về tái sinh rừng cho phép xây dựng những phương thức lâm sinh và điều chế
rừng (Smith, 1986).
Theo Richards (1952) rừng mưa nhiệt đới tai sinh liên tục theo thời gian,
trong đó phần lớn các loài cây tái sinh theo kiểu lỗ trống. Khi bị che bóng lâu dài dưới tán rừng, mật độ và sức sống của cây tái sinh sẽ bị suy giảm, cường độ ánh sáng có ảnh hưởng rõ rệt tới sự nảy mầm, sự sống sót và quá trình sinh trưởng của
cây con dưới tán rừng
Hiệu quả tái sinh tự nhiên của rừng dựa vào mật độ, kết cau loài cây gỗ, cau trúc tuổi hoặc phân bố số cây theo cap H, chất lượng cây con và đặc điểm phân bó cây tái sinh trên mặt đất. Phân bố N/H của cây tái sinh ở rừng mưa nhiệt đới thường
có dạng giảm theo hình chữ J ngược (Whitmore, 1998).
Theo Hooper va ctv (2005) nghiên cứu về các yếu tổ ảnh hưởng tới tái sinh rừng đối với đất bị chặt phá và bỏ hoang ở Panama kết quả nhận thấy rằng, cháy rừng làm giảm đáng kế đến khả năng tái sinh của các loài thực vật, sự cạnh tranh cỏ làm giảm đáng ké sự phát triển của cây con, trong khi đất thiếu chất dinh dưỡng không ảnh hưởng đến tái sinh rừng.
Theo Lima và ctv (2008) nhiều cây gỗ của rừng mưa nhiệt đới thường tái sinh tốt trong những lỗ trống. Quá trình tái sinh của những loài cây gỗ trong những lỗ trống phụ thuộc vào khả năng sinh trưởng của các loài cây gỗ, hình thái và kích thước lỗ trống, kích thước đường kính và chiều cao của vách rừng, thời gian hình thành lỗ trống, tình trạng môi trường trong lỗ trống, cấu trúc của quần thụ xung quanh lỗ trống.
Malik và Bhatt (2016) nghiên cứu tình trạng tái sinh của các loài cây và sự
sống sót của cây con mọc tự nhiên tại khu vực bảo vệ động vật hoang dã Kedarnath ở phía Tây Himalaya, An Độ. Kết quả đã ghi nhận có tong số 44 loài cây thuộc 36
chi và 25 họ trong khu vực nghiên cứu. Tình trạng tái sinh của các loài được xác
định dựa trên quy mô quan thé của cây con và cây non, tỷ lệ sống của cây con được xác định bằng phương pháp gắn thẻ lá bạc. Mật độ cây con và chỉ số đa dạng Shannon-Wiener (H’) nằm trong khoảng từ 1.670 đến 7.485 cây/ha và H’ = 1,91- 3,32, trong khi mật độ cây non và chỉ số đa dạng H’ thay đổi lần lượt từ 1.850 đến 5.600 cây/ha và H’ = 1,23 đến 2,57. Sự phân bố N/H của cây tái sinh tại khu vực nghiên cứu có dạng giảm theo hình chữ J ngược. Tỷ lệ sống của cây con trong các khu rừng khác nhau thay đổi từ 0 - 88% (tý lệ chết thay đối từ 12 - 100%). Thiên tai và nhiễu loạn do con người gây ra là nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ chết của cây con.
Các nghiên cứu ở trên cho thấy lỗ trống, độ tàn che, ánh sáng, cháy rừng,
hoạt động khai thắc của con người... có ảnh hưởng tới tái sinh rừng. Đánh giá hiệu
quả tái sinh tự nhiên của rừng dựa vào mật độ, kết cấu loài cây 26, cấu trúc tuôi hoặc phân bố số cây theo cấp H, chất lượng cây con và đặc điểm phân bố cây tái sinh trên mặt đất. Những kiến thức về tái sinh rừng là cơ sở xây dung phương thức
lâm sinh hiệu quả.
1.1.2. Những nghiên cứu đặc điểm lâm học ở Việt Nam
Phạm vi nghiên cứu của lâm học bao gồm: đặc điểm về môi trường hình thành rừng, kết cấu loài cây gỗ, cấu trúc quần thụ, các quá trình (tái sinh, sinh trưởng, phát triển, diễn thé), đặc điểm của lớp cây tầng thấp (cây bụi và thảm cỏ) và sự cạnh tranh giữa các loài cây gỗ... (Thái Văn Trừng, 1999: Nguyễn Văn Thêm,
2002).
Phạm Xuân Hoàn và Lê Việt Minh (2012) nghiên cứu một số đặc điểm lâm học của kiểu phụ rừng lùn tại Vườn Quốc gia Biduop — Núi Bà, tỉnh Lâm Đồng đã xác định được những đặc trưng lâm học quan trọng của rừng lùn tại Vườn Quốc gia này là: Đặc điểm tô thành tang cây gỗ của rừng lùn rất da dạng và thay đổi theo các đai độ cao từ 1.600 m, 1.800 m, 2.000 m; cấu trúc tang thứ và quy luật kết cau lâm phần đơn giản, rừng hình thành một tầng chính; phân bố N/D phù hợp với phân bố
khoảng cách; phân bố N/H không thé hiện rõ quy luật; mật độ cây gỗ và cây tái sinh rất cao, độ tàn che lớn, thực vật ngoại tầng và thực vật bì sinh phát triển.
Tran Quang Bao và Nguyễn Mạnh Tiến (2018) nghiên cứu đặc điểm lâm học của nhóm rừng giàu và rừng trung bình thuộc kiêu rừng kín thường xanh âm nhiệt đới tại Ban Quan lý rừng Nam Huoai, tỉnh Lam Đồng đã tiến hành nghién cứu các van đề về kết cau loài cây gỗ, cấu trúc, tinh trạng tái sinh và đa dạng loài cây gỗ nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý rừng và xây dựng những phương thức
lâm sinh phù hợp tại đây.
Đỗ Văn Thông (2019) khi nghiên cứu đặc điểm lâm học của rừng tự nhiên nghèo trên những lập địa khác nhau của tinh Bình Thuận đã tiến hành nghién cứu các van đề về phân loại những khảm lập địa đối với rừng gỗ tự nhiên nghèo dựa trên chế độ khô âm, kiểu địa hình và nhóm đất; phân tích kết câu loài cây gỗ, cấu trúc quan thụ, tái sinh tự nhiên và da dạng loài cây gỗ đối với rừng gỗ tự nhiên nghèo trên những khảm lập địa khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy, rừng gỗ tự nhiên nghèo thuộc rừng kín thường xanh hơi âm nhiệt đới và rừng thưa rụng lá hơi khô nhiệt đới tai tinh Bình Thuận được hình thành trên 43 kham lập địa khác nhau, kết cau loài cây gỗ thay đôi tùy theo lập địa.
Như vậy khi xác định các đặc trưng lâm học của rừng có thé nghiên cứu các vấn đề như: kết cấu loài cây gỗ, cau trúc quần thụ, tái sinh tự nhiên, đa dạng loài cây gỗ... từ đó làm cơ sở khoa học cho quản lý rừng và xây dựng những phương
thức lâm sinh phù hợp tại khu vực rừng nghiên cứu, các nghiên cứu trên cũng cho
thay rằng, các đặc trưng lâm học của rừng thay đổi tùy theo lập địa.
1.1.2.1. Nghiên cứu về kết cấu loài cây gỗ
Ở Việt Nam, khi xác định vai trò của các loài cây gỗ trong các QXTV, Thái Văn Trừng (1999) đã xác định chỉ số IVI của các loài cây gỗ theo giá trị trung bình của N%, G% va thé tích thân cây tương đối (V%). Từ ba tham số này, Thái Văn Trừng (1999) đã phân chia những QXTV rừng thành các đơn vị cơ bản là quần hợp, ưu hợp, phức hợp và đã định nghĩa: Quần hợp thực vật là QXTV có tỷ lệ cá thể (hoặc thé tích) của 1 — 2 loài cây gỗ ưu thế chiếm trên 90% số lượng cá thể (hoặc thé tích) của các loài cây trong QXTV, ưu hợp thực vật là QXTV có tỷ lệ cá thể
(hoặc thê tích) của đưới 10 loài cây ưu thế chiếm 40 — 50% tổng số lượng cá thé của các loài, phức hợp thực vật là QXTV có độ ưu thế của các loài cây phân hóa không rõ rang. Quan xã thực vật cao đỉnh là QXTV ở giai đoạn cuối của chuỗi diễn thé có khả năng tái sinh và ôn định với điều kiện môi trường.
Vai trò của cây bụi được đánh giá dựa theo chiều cao và độ che phủ của tán lá trên mặt đất. Độ phong phú của thảm tươi được đánh giá theo phần trăm độ che phủ của chúng trên mặt đất (Nguyễn Văn Thêm, 2002, 2010).
Trần Quang Bảo và Nguyễn Mạnh Tiến (2018) nghiên cứu đặc điểm lâm học của nhóm rừng giàu và rừng trung bình thuộc kiểu rừng kín thường xanh ẩm nhiệt đới tại Ban Quản lý rừng Nam Huoai, tỉnh Lâm Đồng đã sử dụng phương pháp của Thái Văn Trừng (1999) (công thức 1.1) để xác định kết cấu loài cây gỗ trên những ô tiêu chuẩn của 2 nhóm rừng trên. Trong đó IVI% là tỷ lệ tổ thành của mỗi loài cây gỗ; N%, G% và V% tương ứng là mật độ tương đối của loài, tiết điện ngang thân cây tương đối của loài và thé tích thân cây tương đối của loài. Giá trị V = g*H*F,
với F= 0,45.
IV =(N% + G% + V%)/3 (1.1)
Độ hỗn giao của các cây gỗ được xác định theo công thức dưới đây; trong đó S = số loài cây gỗ, N = mật độ của quần thụ.
HG=S/N (1.2)
Sự tương đồng về thành phan cây gỗ giữa hai 6 tiêu chuẩn thuộc cùng một nhóm rừng được xác định theo hệ số tương đồng của Sorensen (1.3). Trong đó, a là số loài cây gỗ bắt gặp ở ô tiêu chuẩn 1; b là số loài cây gỗ bắt gặp ở ô tiêu chuẩn 2;
c là số loài cây gỗ cùng có mặt ở cả 2 ô tiêu chuẩn 1 và 2.
CS =2*c/(a+b) (1.3)
Kết qua cho thấy tong số loài cây gỗ ở nhóm rừng trung bình là 53 loài, bắt gặp 8 loài cây gỗ ưu thé và đồng ưu thé, trong đó Kién kién là loài cây gỗ ưu thé, còn 7 loài cây gỗ đồng ưu thế là Sao đen, Dền đỏ, Dầu rái, Thâu tấu, Cầy, Trường lá nhỏ và Thành ngạnh. Kết cau loài cây gỗ trung bình của 8 loài cây gỗ ưu thé và đồng ưu thế là 69,4% theo N, G và M. Số loài cây gỗ bắt gặp ở nhóm rừng giàu là 46 loài, thường bắt gặp 5 loài cây gỗ ưu thế và đồng ưu thế, trong đó Dầu rái là loài