1.1. Tổng quan về cấu trúc rừng
1.1.1. Những nghiên cứu về cấu trúc rừng
Duy trì và phát triển các hệ sinh thái rừng theo hướng bền vững là mục tiêu chính của quản lý rừng hiện đại, mục tiêu này có thé đạt được hay không phụ thuộc phan lớn vào sự 6n định của cau trúc không gian rừng (Yu, 2019). Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, cấu trúc rừng bao gồm cấu trúc không gian và phi không gian, là những yếu tố có thé điều chỉnh được trong quá trình quản lý tài nguyên rừng (Tao và cs, 2020). Trong đó, cấu trúc phi không gian mô tả các đặc điểm cơ bản của lâm phần như cấu trúc tô thành, đường kính, chiều cao... Cấu trúc không gian không chỉ phản ánh các thuộc tính không gian của cây rừng mà còn có thể cho biết mối quan hệ loài, sự tương tác của loài với môi trường và các quá trình hình thành quần xã thực vat (Liu va cs, 2021; Yan va cs, 2021).
Cho đến nay, các nhà lâm học trên thé giới đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu về cấu trúc rừng. Richards P.W. (1968) đã nghiên cứu cau trúc rừng mưa nhiệt đới về mặt hình thái và phân biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại, đó là rừng mưa hỗn hợp có tổ thành loài cây phức tạp và rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài cây đơn giản. Baur G.N. (1964) đã nghiên cứu về cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mưa, tác giả đã đi sâu vào nghiên cứu các nhân tố cấu trúc rừng, các
biện pháp kỹ thuật lâm sinh áp dụng vào từng rừng mưa tự nhiên. Nghiên cứu tìm
hiểu những cấu trúc sinh thái thông qua việc mô tả, phân loại và đưa ra những khái niệm về dạng sống, về tầng phiến. Ngoài ra còn biểu diễn các đặc trưng cấu trúc rừng mưa và hình thái của chúng bằng những phẫu đồ rừng Catinot R. (1965).
Rollet B. (1971; trích dẫn bởi Phạm Ngọc Giao, 1995), đã mô tả cấu trúc hình thái
rừng mưa bằng các phẫu đồ rừng, biểu diễn các mối tương quan giữa chiều cao vút
ngọn và đường kính ngang ngực, tương quan giữa đường kính tán và đường kính
ngang ngực bằng các hàm hồi quy.
Rừng tự nhiên Việt Nam thuộc kiểu rừng nhiệt đới rất phong phú và đa dạng về thành phan loài, phức tạp về cấu trúc. Vấn đề nghiên cứu về cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả quan tâm. Trần Ngũ Phương (1970) đã chỉ ra những đặc điểm cau trúc của các thảm thực vật rừng miền Bắc Việt Nam. Thái Văn Trừng (1978) đã xây dựng hệ thống phân loại thảm thực vật rừng trên quan điểm sinh thái. Ông chia rừng tự nhiên ở nước ta thành 14 kiểu thảm thực vật. Vũ Đình Hué (1984) đã lấy kiểu rừng làm don vi phân loại trên cơ sở 2 chỉ tiêu là trạng thái va loại hình xã hợp thực vật. Vũ Dinh Phương (1985 - 1988) dựa vào 5 nhóm nhân tố là nhóm nhân tố sinh thái tự nhiên, các giai đoạn phát triển và suy thoái rừng, khả năng tái tạo của rừng bang con đường tái sinh tự nhiên, đặc điểm địa hình va thé nhưỡng dé phân chia các lô khác nhau, phục vụ cho công tác điều chế rừng. Bảo Huy (1993) và Đào Công Khanh (1996) nghiên cứu tổ thành loài cây đối với rừng tự nhiên ở Đăk Lak và Hương Sơn - Hà Tĩnh qua đó đã xác định tỷ lệ tổ thành của các nhóm loài cây mục đích, nhóm loài cây hỗ trợ và nhóm loài cây phi mục đích. Lê Sáu (1996) và Trần Cẩm Tú (1999) nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên ở Kon Hà Nừng - Gia Lai và Hương Sơn - Hà Tĩnh. Đỗ Văn Thông (2019) đã nghiên cứu đặc điểm lâm học
của rừng tự nhiên nghèo trên những lập địa khác nhau ở tỉnh Bình Thuận.
1.1.2. Phương pháp phân tích kết cấu loài cây gỗ
Thanh phan loài cây gỗ là một trong những van đề được các nhà lâm học quan tâm trong QXTV. Kết cấu loài cây gỗ biểu thị thành phần loài cây gỗ và tỷ lệ của chúng trong QXTV (Nguyễn Văn Thêm, 2002). Phân tích vai trò của các loài cây gỗ thông qua chỉ số giá trị quan trọng (Important Value Index - IVI) được các tác gia (Curtis va Mclntosh, 1951; trích dẫn bởi Nguyễn Văn Thêm, 1992, 2010) áp dụng dé biểu thị cấu trúc, mối tương quan và trật tự ưu thế giữa các loài trong một quan thé thực vật. Chỉ số IVI biểu thị tốt hơn, toàn diện hon cho các tinh chất tương
đối của hệ sinh thai so với các giá trị đơn tuyệt đôi của mật độ. tân suat, độ ưu thê...
Chỉ số IVI của mỗi loài được tính bằng một trong hai công thức sau đây:
1. IVI=RD + RF + RC (Rastogi, 1999; Sharma, 2003), 2. TVI= RD + RF + RBA (Mishra, 1968)
Trong đó: RD là mật độ tương đối, RF là tần xuất xuất hiện tương đối, RC là độ tàn che tương đối va RBA là tổng tiết điện thân tương đối của mỗi loài (Rastogi, 1999: Sharma, 2003; Pandey và cs, 2002). Chỉ số IVI của một loài đạt giá trị tối đa là 300 khi hiện trường nghiên cứu chỉ có duy nhất loài cây đó.
Mật độ tương đối (RD) được xác định bằng tỷ số giữa mật độ trung bình (tổng số cá thể của một loài nghiên cứu xuất hiện ở tất cá các ô mẫu nghiên cứu chia cho tổng số các ô mẫu nghiên cứu) của loài nghiên cứu và tổng mật độ của tất cả các loài. Tần suất xuất hiện tương đối (RF) là tỷ lệ % giữa tần suất xuất hiện của một loài nghiên cứu (tỷ số % giữa số lượng các 6 mẫu có loài xuất hiện và tổng số các 6 mẫu nghiên cứu) và tông số tần xuất xuất hiện của tat cả các loài. Mức hay gặp là > 50%; mức thường gặp: 25% - 50%; mức ít gặp là < 25%. Nhược điểm của chỉ số IVI% của Curtis va McIntosh (1951) là thay đổi tùy theo kích thước và số lượng ô mẫu (trích dẫn bởi Thái Văn Trừng, 1999: Nguyễn Văn Thêm, 2010).
1.1.3. Phương pháp phân tích cấu trúc rừng
Khi nghiên cứu về rừng tự nhiên nhiệt đới, những vẫn đề được các nhà lâm học quan tâm là thành phần loài cây gỗ, kết cấu loài cây gỗ, cấu trúc quần thụ của các loài cây gỗ và tái sinh tự nhiên. Những thông tin này là căn cứ khoa học dé xây dựng những biện pháp quản lý rừng và những phương thức lâm sinh. Trong đó, cấu trúc rừng biểu thị thành phan và sự tô chức, sắp xếp của các thành phan theo không gian (chiều đứng và chiều ngang) và thời gian (Nguyễn Văn Thêm, 2002).
Trong nghiên cứu cau trúc rừng, nha lâm học đặc biệt quan tâm các chỉ tiêu về cau trúc tổ thành loài, cấu trúc mật độ và phân bồ số cây theo cấp đường kính Dj3 và phân bố số cây theo lớp chiều cao H. Tổ thành loài thực vật là một chỉ tiêu quan trọng dé đánh giá sự phong phú của hệ thực vật rừng tại các vùng địa lý khác nhau. Nghiên cứu thành phần loài và cấu trúc tổ thành trong rừng tự nhiên nhiệt đới 4m rat quan trọng trong nghiên cứu lâm học của rừng. Theo Curtis và McIntosh
(1951; trích dẫn bởi Nguyễn Văn Thêm, 1992, 2010) đã đánh giá vai trò của loài trong QXTV theo chỉ số giá trị quan trọng (IVI = Important Value Index). Giá trị IVI% là tổng hoặc giá trị trung bình của ba tham số: độ thường gặp tương đối (F%), mật độ tương đối (N%) và tiết diện ngang thân cây tương đối (G%). Kayama (1961;
trích dẫn bởi Nguyễn Văn Thêm, 2010) đã đánh giá vai trò của loài trong QXTV dựa theo 4 tham số: F%, N%, thé tích thân cây tương đối (V%) và độ che phủ tương đối của tán lá (C%). Chỉ số IVI% của Curtis va McIntosh (1951) có nhược điểm là thay đổi tùy theo kích thước và số lượng 6 mau. Chỉ số IVI% của Kayama (1961) có ưu điểm hơn vì chỉ số này được xác định từ nhiều biến số hơn. Tuy nhiên, chỉ số IVI% của Kayama (1961) ít được áp dụng do phải đo đạc nhiều yếu tố. Theo Thái Văn Trừng (1999), vai trò của loài cây gỗ trong các QXTV có thể được đánh giá theo giá trị trung bình của ba tham số: N%, G% và V%.
Đã có nhiều công trình nghiên cứu về cấu trúc rừng như: Davis và Richards P.W. (1934; 1936; trích dẫn bởi Thái Văn Trừng, 1999) đã mô tả cấu trúc rừng hỗn loài tự nhiên nhiệt đới bằng phương pháp biểu đô rừng (biéu đồ phẫu diện rừng, trắc diện rừng, phẫu đồ rừng). Ở Việt Nam, Thái Văn Trừng (1999) cũng đã áp dụng phương pháp này dé phân tích và so sánh những kiểu rừng khác nhau, đã phân chia tầng thứ của rừng hỗn loài nhiệt đới thành 5 tầng: tầng vượt tán, tầng ưu thế sinh thái, tầng dưới tán, tầng cây bụi và tầng cỏ quyết.
Sau này nhiều nhà lâm học áp dụng những mô hình toán học dé mô ta cau trúc rừng. Đồng Sĩ Hiền (1974) đã mô tả phân bố N/D của rừng tự nhiên hỗn loài ở Việt Nam bằng hàm phân bố Meyer và họ đường cong Pearson. Nguyễn Hải Tuất (1982) và Nguyễn Văn Trương (1984) đã áp dụng hàm phân bố Meyer và hàm phân bố khoảng cách để mô tả phân bố N/D và phân bố N/H tùy theo trạng thái rừng.
Quy luật phân bố số cây theo đường kính là quy luật cơ bản nhất của kết cau lâm phan. Hầu hết các tác giả đều sử dung hàm toán hoc dé mô phỏng cho quy luật phân bố này. Có thé kế đến một số công trình nghiên cứu tiêu biểu như sau: Meyer (1934), sử dụng phương trình toán học có dang đường cong giảm liên tục để mô tả phân bố số cây theo cỡ đường kính, về sau gọi là phương trình Meyer hay hàm
Meyer (trích dẫn bởi Hoàng Thi Phương Lan, 2004). Naslund (1936-1937) đã xác lập luật phân bố Chiarlier kiểu A để nắn phân bố số cây theo cỡ kính của các lâm phan rừng thuần loài đều tuổi (trích dẫn bởi Phạm Ngọc Giao, 1995). Diatchenko, ZN. sử dụng phân bố Gamma dé biểu thị phân bố số cây theo cỡ đường kính lâm phan Thông ôn đới. Loetsch F. (1973), đã dùng hàm Beta còn J.L.F Batista và H.T.Z Docouto (1992), đã dùng ham Weibull dé mô phỏng phân bố N/D khi nghiên
cứu rừng nhiệt đới tại Marsanhoo - Brazin (trích dẫn bởi Phạm Ngọc Giao, 1995).
Balley (1973; trích dẫn bởi Lê Hồng Sinh, 2017), đã mô hình hoá cấu trúc thân cây với phân bé số cây theo cỡ đường kính (N/D) bang hàm Weibull.
Quy luật phân bồ số cây theo cỡ chiều cao dùng để biểu thị quy luật kết cấu lâm phần theo chiều thăng đứng. Phương pháp kinh điển được nhiều nhà khoa học sử dụng là vẽ phẫu đồ đứng mà điển hình là công trình của Richards P.W. (1968).
Có nhiều dạng hàm toán học khác nhau dùng để nắn phân bó N/H. Việc sử dụng hàm nào tùy thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả, phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu cụ thể.
1.2. Tổng quan về da dạng sinh vật
1.2.1. Khái niệm đa dạng sinh vật
Đa dạng sinh học có nghĩa là tính đa dạng biến thiên giữa các sinh vật sống của tất cả các nguồn bao gồm các hệ sinh thái tiếp giáp, trên cạn, biển, các hệ sinh thái thủy vực khác và các tập hợp sinh thái mà chúng là một phần. Tính đa dạng này thể hiện ở trong mỗi bộ loài, giữa các loài và các hệ sinh học (Công ước đa dạng
sinh học, 1992).
Đa dang sinh học là sự phong phú về nguồn gen, về loài sinh vật và hệ sinh
thái trong tự nhiên (Vụ Khoa học công nghệ, Bộ Lâm nghiệp, 1996).
Đa dang sinh học bao gồm da dang di truyền (tính đa dạng về mặt di truyền trong một loài) và da dang sinh thái (số lượng các loài trong một quan xã sinh vật)
(Kimmins, 1998).
Da dang sinh vat là thuật ngữ chi sự phong phú của sự sống trên trái đất
(Phạm Nhật, 2001).
Whittaker (1975) và Sharma (2003) phân biệt ba loại đa dang sinh học loài
khác nhau đó là: (1) Đa dạng sinh học Alpha liên quan đến thông tin thành phần số lượng loài của một khu vực, hiện trường nghiên cứu cụ thể; (2) Đa dạng sinh học Beta mô tả cho biết sự khác nhau về thành phần loài giữa 2 hiện trường nghiên cứu gần kề đọc theo một lát cắt, chỉ số Beta thấp khi thành phần loài của 2 hiện truờng nghiên cứu có tính tương đồng cao và ngược lại, giá trị này đạt tối đa khi giữa 2 hiện trường nghiên cứu không hề có chung một loài xuất hiện (tương đồng là zero);
(3) Da dang sinh học Gamma được định nghĩa là mức độ gặp một loài bỗ sung khi thay đôi địa lý trong các khu vực khác nhau của một kiểu cư trú. Da dang này cho biết sự khác nhau về thành phần loài và các chỉ số đa dang sinh học của 2 khu hệ sinh sông, cư trú lớn cách xa hay gần kề nhau.
Các nhà sinh học định nghĩa đa dạng sinh học là tổng số nguồn gien, tổng số loài và tổng số hệ sinh thái của một khu vực nhất định (Magurran, 2004).
Theo Nguyễn Nghĩa Thìn (2004) đa dang sinh học 1a tập hợp tat cả các nguồn sống trên hành tinh chúng ta, bao gồm tổng số các loài động, thực vật, tính
đa dạng và phong phú trong từng loải, tính da dang của các hệ sinh thái trong các
cộng đồng sinh thái khác nhau hay là tập hợp của các loài sống ở các vùng khác nhau trên thế giới với các hoàn cảnh khác nhau.
1.2.2. Những nghiên cứu về đa dạng sinh vật
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về đa dạng thực vật:
Raunkiaer (1934); Rastogi (1999) và Sharma (2003) đưa ra công thức tinh tần số xuất hiện của loài trên các 6 mẫu nghiên cứu. Chi số mức độ chiếm ưu thế (Concentration of Dominance - Cd) được tính toán theo Simpson (1949). Chỉ số giá
trị quan trong (Important Value Index - IVI) được các tác giả (Curtis và McIntosh,
1951; trích dan bởi Nguyễn Văn Thêm, 1992, 2010) áp dung để biểu thị cau trúc, mối tương quan và trật tự ưu thế giữa các loài trong một quần thể thực vật.
McIntosh va cs (2001) đã sử dụng phương pháp phi tham số dé nghiên cứu đa dạng
thực vật của rừng ngập mặn và vùng cửa sông ở Ranong (Thailand). Tripathi va cs
(2004) đã nghiên cứu cấu trúc và đa dạng thực vật của những thảm thực vật rừng ở
10
đảo Andaman. Breugel M. V. (2007) đã sử dụng chỉ số entropy Rensyi đề phân tích tính đa dang của rừng phục hồi sau nương rẫy ở Mêxicô.
Đã có nhiều tác giả Việt Nam quan tâm nghiên cứu về đa dạng sinh học:
Phạm Hoang Hộ (1999) xuất bản 3 quyền Cây cỏ Việt Nam mô tả đầy đủ có hình vẽ kèm theo về hệ thực vật rừng Việt Nam. Sau này có nhiều nghiên cứu về đa dạng thực vật thân gỗ như Lê Quốc Huy (2005) đã sử dụng chỉ số IVI dé phân tích da dạng loài cây gỗ, cấu trúc không gian, mối tương quan và trật tự ưu thế giữa các loài trong những QXTV thuộc rừng thứ sinh. Viên Ngọc Nam (2011) đã điều tra đa dạng thực vật vùng ven biển Bạc Liêu. Vũ Mạnh (2016) đã nghiên cứu chi tiết về da dạng loài cây gỗ của những ưu hợp họ Sao Dầu ở khu vực Nam Cát Tiên thuộc tỉnh Đồng Nai. Nguyễn Văn Thêm và Nguyễn Tuấn Bình (2017) đã phân tích đa dạng loài cây gỗ và đa dạng cấu trúc của một số ưu hợp thực vật thuộc rừng kín thường xanh âm nhiệt đới ở khu vực Mã Đà thuộc tỉnh Đồng Nai. Nguyễn Minh Cảnh (2018) đã nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và đa dạng thực vật thân gỗ của các trạng thái rừng tại Khu Bảo tồn Thiên nhiên Núi Ông, tỉnh Bình Thuận. Phan Minh Xuân (2019) nghiên cứu đa dạng thực vật thân gỗ trong rừng kín thường xanh hơi ẩm nhiệt đới của Khu Bảo tồn Thiên nhiên Bình Châu - Phước Bửu, tỉnh Bà Rịa - Vũng
Tàu.
1.2.3. Phương pháp phân tích đa dạng loài cây gỗ
Khái niệm đánh giá đa dạng sinh học có thể hiểu với 2 hoạt động khác
nhau, nhưng có liên quan quyết định lẫn nhau, thứ nhất là phân tích định lượng các chỉ số da dạng sinh học (biodiversity measurement) (IVI - Importance Value
Index; H - Shannon - Weiner’s Index, Cd - Simpson’s Index,...), thứ hai là đánh gia
giá tri của tài nguyên da dạng sinh hoc (biodiversity valueing) bao gồm giá trị sử dụng trực tiếp, gián tiếp và giá trị không sử dụng, giá trị địa phương và toàn cầu
(Vermeulen, 2002).
Trong sinh thái học, đa dạng sinh vật của một khu vực nào đó được xác định
thông qua ba số đo: sự giàu có về loài, da dang loài và chỉ số đồng đều về độ phong phú hay độ ưu thé của loài (Kimmins, 1998; Magurran, 2004).
11
Chỉ số đa dạng Beta được sử dụng để so sánh đa dạng giữa những môi trường sống khác nhau. Chi số ưu thế Simpson được sử dụng dé xác định đa dạng sinh vật của những quan xã sinh vật ở một môi trường nhất định (đa dang Alpha).
Phân bố độ phong phú của các loài trong quan xã (chỉ số đồng đều) có thé được đo đạc bằng các chỉ số khác nhau; trong đó thông dụng nhất là chỉ số của Pielou
(Magurran, 2004; Suratman, 2012).
1.3. Thảo luận chung
Đặc điểm cấu trúc và đa dạng thực vật là vấn đề được các nhà khoa học, nhà quản lý và hoạch định chính sách quan tâm từ rất sớm. Vì thế, những nghiên cứu về cau trúc và da dạng thực vật là một vấn đề cần thiết để đề xuất được các biện pháp cho quản lý, bảo tồn đa dạng thực vật, góp phần vào công tác quản lý, sử dụng, phát triển bền vững tài nguyên thực vật.
Về phương pháp nghiên cứu, các tác giả chuyền dan từ nghiên cứu định tính sang nghiên cứu định lượng thông qua việc sử dụng các công cụ toán học với sự hỗ trợ của các phần mềm thống kê dé mô hình hóa các đặc trưng cau trúc của rừng và tính toán các chỉ tiêu định lượng của rừng, xác định mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng.
Về phạm vi nghiên cứu, các tác giả quan tâm nghiên cứu kết cấu loài cây gỗ, cau trúc quan thụ, vai trò của các loài cây gỗ trong quan thụ, các đặc trưng cấu trúc rừng và đa dạng của các loài cây gỗ.
Từ tổng quan trên đây, trong phạm vi nghiên cứu nay, tác giả sẽ nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và đa dạng loài cây gỗ của trạng thái rừng tự nhiên núi đất lá rộng
thường xanh trung bình (TXB) tại lâm phận Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận.
12