Cấu trúc rừng ngập mặn là tương đối đơn giản so với các loại rừng khác, chẳng hạn như rừng mưa nhiệt đới. Số lớp địa tầng của RNM thường được giảm xuống một tán chính. Trong một số khu rừng, một cây con có thể tạo thành lớp thứ hai, nhưng chủ yếu vẫn là các loài dây leo, cây bụi. Cây dưới tán, có nhiều ở hầu hết các khu rừng nhiệt đới, lại bị thiếu hụt ở các khu rừng ngập mặn. Một số giả thuyết cho rằng sự kết hợp của yếu tố bất lợi về độ mặn và nhu cầu ánh sáng đủ để ngăn cản sự phát triển của thảm thực vật tầng dưới. Tuy nhiên, trong các khu rừng ngập mặn, vẫn có lượng mưa quanh năm và dòng chảy nước ngọt dồi dào. Trong địa thế này, một số cây nhỏ hơn và các loài cây bụi có thể được tìm thấy trong các rừng ngập mặn, như các khu rừng ngập mặn hỗn giao [44].
1.2.4. Những nghiên cứu về cấu trúc RNM trong và ngoài nước
Việc nghiên cứu cấu rừng đã có từ lâu đời và được chuyển từ mô tả định tính sang định lượng với sự hỗ trợ của thống kê toán học và tin học. Trong đó, việc mô hình hóa cấu trúc rừng, xác lập mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu có kết quả. Sau đây là một số nghiên cứu về cấu trúc RNM mà tác giả đã sử dụng các phương pháp cơ bản để đo đạc và tính toán [17].
1.2.4.1. Những nghiên cứu về cấu trúc RNM trên thế giới
Mặc dù có nhiều bài báo công bố về thảm thực vật, các phương pháp, địa lí thực vật và các chủ đề liên quan tới RNM, nhưng có không nhiều thông tin công bố có giá trị về cấu trúc RNM. Việc so sánh giá trị của nhiều nghiên cứu quan trọng đã không cho thấy được những tiềm năng của chúng. Để giải quyết điều này, các nhà khoa học đã sử dụng những kỹ thuật đo lường không đồng nhất. Tác giả cho rằng cấu trúc rừng nói chung chịu ảnh hưởng bởi thủy triều, dinh dưỡng, chu kỳ nước và các yếu tố thiên tai (khắc nghiệt) như bão, hạn hán, sự tích lũy muối và sương giá [21].
Lugo và Snedaker (1974) đã phát triển 1 khóa phân loại rừng ngập mặn dựa trên các đặc tính của thủy triều và chu kỳ nước. Các tác giả đưa ra giả thiết rằng:
Các yếu tố môi trường này đóng vai trò quan trọng nhất trong cấu trúc rừng ngập mặn (Lugo và Snedaker, 1974) [35]. Hệ thống phân loại này được tiếp tục biến đổi bởi Cintron và cộng sự (1980), được áp dụng để xác định một số mô hình phổ biến về sự đáp ứng của cấu trúc rừng ngập mặn đối với các điều kiện môi trường khác nhau và nó được xem là công cụ hữu ích để phân loại rừng ngập mặn [19].
Năm 1973, các nhóm nghiên cứu bắt đầu tìm kiếm các chỉ tiêu hệ sinh thái có ý nghĩa nhất dùng để xác định nhanh đặc điểm rừng cấu trúc RNM trong khu vực địa lý rộng lớn; Các phương pháp và các thông số chọn lọc cần được làm đơn giản hóa, tối ưu hóa thời gian và phổ áp dụng. Một cuộc khảo sát được tiến hành tại 25 khu rừng ngập mặn ở Florida, Puerto Rico và Costa Rica để kiểm tra các phương pháp đã chọn [19]. Kể từ đó, các kỹ thuật tương tự đã được áp dụng để mô tả các khu rừng ngập mặn Puerto Rican [40], rừng ngập mặn ở Brazil và Costa Rica [37]. Các cấu trúc dữ liệu có giá trị như của năm 1980 đã được rà soát lại [35, 37]. Bằng cách phân tích các đặc điểm thảm thực vật rừng để tính toán các bước tiếp theo [20]:
Chỉ số phức tạp: Biểu thị sự đa dạng và phong phú của thảm thực vật trong quần xã rừng nên được tính toán kết hợp số lượng loài, mật độ cây, tiết diện ngang và chiều cao.
Chỉ số giá trị quan trọng: Cho thấy tầm quan trọng về cấu trúc của 1 loài trong vùng có các loài hỗn giao nên được tính toán bằng cách cộng gộp các tỷ lệ % tương đối của tiết diện ngang, mật độ và tần số, cân đối cho từng loài, cân xứng so với cùng 1 kích thước đối với toàn bộ cấu trúc đứng.
Mendoza và Alura (2001) đã nghiên cứu về cấu trúc rừng ngập mặn phía Tây đảo Samar, Philippine. Các tác giả đã sử dụng ô mẫu 10 x 10 m để xác định mật độ cây, chiều cao dưới tán, tiết diện ngang, mật độ cây con và tìm hiểu mối liên hệ giữa chúng đối với sự bảo tồn đất ở khu vực ven biển. Phương pháp này giúp bảo vệ đường bờ biển, chống xói mòn ven biển, đặc biệt là khu bờ biển tiếp xúc trực tiếp với Thái Bình Dương. Trong nghiên cứu này, các chính sách đánh dấu và quản lí đất cũng giúp cung cấp các thông tin cần thiết trong việc sử dụng hệ sinh thái rừng
ngập mặn để bảo vệ vụ mùa nông nghiệp dọc theo đường bờ biển [38].
Joschi và Ghose (2003) đã tìm hiểu mối liên hệ giữa cấu trúc rừng và sự phân bố loài theo dải pH và độ mặn của đất tại khu rừng ngập mặn Sundarbans, Ấn Độ. Nghiên cứu cho thấy độ mặn của đất giảm (13 – 31,3 ppt) với khoảng cách ngày càng tăng từ đường ven bờ thủy triều, nhưng xu hướng đó không xuất hiện đối với pH đất (7-7,9). Các tác giả cho rằng: Tần số ngập triều có ảnh hưởng tới độ mặn của đất. Theo nghiên cứu này, các cây Ô rô (Acanthus ilicifolius), Mấm trắng, Mấm biển chiếm ưu thế ở các khu vực có chế độ ngập triều thường xuyên. Hầu hết các loài có một phổ pH tối ưu, ngoại trừ Mấm biển. Cây Ô rô tương đối mẫn cảm với pH và dải độ mặn do biên độ sinh thái rộng của nó [28].
Mutsert và cộng sự (2004) đã nghiên cứu về cấu trúc rừng và sự tái sinh rừng ngập mặn ở Everglade, Florida. Các tác giả đã sử dụng 2 ô mẫu kích thước 20 x 20 m và 100 - 150 tuyến (transect) từ năm 1995 – 2003 để nghiên cứu về sự đa dạng cấu trúc rừng (chiều cao cây, đường kính ngang ngực và mật độ). Các tác giả phát hiện rằng cấu trúc khu rừng này được chiếm ưu thế bởi Đước và Cóc trắng ở Shark River và C. erectus và Đước ở Taylor Slough [39].
Cấu trúc rừng ngập mặn và các đặc tính sa lắng được khảo sát tại các khu rừng ngập mặn tại Bocas del Toro, nước Cộng hòa Panama. Cấu trúc rừng được mô tả để xác định xem liệu không gian các thảm thực vật được lặp đi lặp lại ở Bocas del Toro hay không. Bằng cách sử dụng một dãy các ô mẫu và tuyến cố định, Lovelock và cộng sự (2005) đã phát hiện rằng các khu rừng tại Bocas del Toro được chiếm ưu thế bởi Đước với rất ít cá thể Mấm và Bần. Bất chấp sự đa dạng loài thấp này, ở đó vẫn có sự phong phú lớn về cấu trúc rừng và các điều kiện thổ nhưỡng (độ mặn, nồng độ photpho sẵn có, thế oxi hóa khử và nồng độ lưu huỳnh) [34].
Kairo (2006) đã công bố dự án về sự phát triển cấu trúc và sự sinh sản của rừng ngập mặn ở Kenya. Nghiên cứu cho thấy việc chặt hạ 50 cây có thể dùng cho tính sinh khối, phát triển các mô hình tương quan. Tại mỗi cây chặt thì đo đường kính tại điểm cắt hai đầu D1 và D2. Thể tích gỗ được tính bằng công thức của Smallian (FAO, 1994): V = (D1 + D 2)2 ⁄ 2 x π ⁄ 4 x L, trong đó V là thể tích, D1 và
D2 lần lượt là đường kính đáy và đỉnh của các đoạn; L là chiều dài mỗi đoạn và π = 3,14. Tỷ trọng của các thành phần cây khác nhau được xác định bằng cách nhấn chìm mẫu đã biết khối lượng vào trong nước. Sau đó, lấy khối lượng nước được thay thế chia cho khối lượng để có được tỷ trọng. Để ước tính khối lượng các nhánh và rễ không thể thương mại (được sử dụng như củi tại địa phương), các giá trị sinh khối được nhân với trọng lượng riêng của chúng [29].
Yanuartanti (2007) đã nghiên cứu về cấu trúc và thành phần cấu tạo, giá trị quan trọng, mức độ đa dạng và mô hình phân tán của rừng ngập mặn tại Muara Gembong, Jakarta. Phương pháp được sử dụng để mô tả, kỹ thuật lấy mẫu có mục đích và thảm thực vật rừng ngập mặn được nghiên cứu bằng phương pháp ô mẫu. Khu vực lấy mẫu được chia thành 4 vị trí: Mỗi vị trí được chia thành 3 ô vuông kích thước 10 m x 10 m cho cây lớn; 3 ô kích thước 5 m x 5 m cho cây con và 15 ô kích thước 1 m x 1 m cho cây con từ hạt và cây bụi. Dữ liệu thứ cấp được thu thập là điều kiện vật lí và hóa học: nhiệt độ nước, không khí và đất, độ ẩm, độ mặn, pH đất, và kết cấu đất. Dựa trên thành phần rừng ngập mặn, khu vực Muara Gembong được phân chia như rừng ngập mặn trung gian, rừng ngập mặn lợ, nơi chiếm ưu thế của các họ Mấm và Bần. Từ toàn bộ diện tích khu vực lấy mẫu, Mấm là loài chiếm ưu thế. Chỉ số Shannon cho thấy đa dạng của rừng ngập mặn Muara Gembong thấp, với chiều cao vút ngọn của cây từ hạt và cây bụi đạt 2,171. Chỉ số đa dạng thấp đã được báo cáo là do sự xáo trộn môi trường sống và kết cấu đất đồng nhất được cấu tạo bởi các hạt sét. Các khu rừng ngập mặn tại Muara Gembong cho thấy gần với mô hình đồng nhất của cây, cây con, cây từ hạt và cây bụi. Mô hình phân bố đồng nhất chịu ảnh hưởng bởi điều kiện hóa học và vật lí tương đối giống nhau trong khu vực lấy mẫu và giúp cho các khu rừng ngập mặn sinh trưởng và phát triển [45].
Kasawani và cộng sự (2007) đã nghiên cứu về cấu trúc rừng, chỉ số đa dạng và sinh khối tại khu rừng ngập mặn Tok Bali, Kelanta, Mã Lai. Các tác giả đã cố gắng tìm hiểu về cấu trúc của sự phân bố rừng ngập mặn ở đây để bắt đầu chương trình quản lí và phục hồi. Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 7 - 11 năm 2006 để xác định thành phần loài, chỉ số đa dạng và sinh khối bề mặt trong 15,8 ha rừng
ngập mặn hỗn giao. Các tác giả đã công bố rằng loài Bần trắng chiếm ưu thế với hơn 73 cá thể trong mỗi tuyến (31 cây lớn, 42 cây con và cây từ hạt). Trong đó, hầu hết cây từ hạt trong các tuyến có chiều cao từ 10 - 14 m [31].
Suwa và cộng sự (2009) đã nghiên cứu cấu trúc một khu rừng ngập mặn cận nhiệt đới dọc theo 1 con sông, dựa trên sinh khối và chiều cao cây. Các tác giả đã kiểm tra giả thuyết rằng: Sinh khối và chiều cao cây ở rừng ngập mặn giảm ở hạ lưu dải thủy triều dọc theo sông Okukubi tại đảo Okinawa, Nhật Bản. Rừng ngập mặn bao gồm Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza (L.) Lamk. và Trang (Kandelia obovata
(S., L.) Yong (họ Đước). Các tác giả nhận thấy chiều cao cây cực đại (Hmax) được suy ra từ mối liên hệ giữa đường kính thân (D0,1) và chiều cao cây (H) trong mỗi loài đã giảm ở hạ lưu. Nghiên cứu cho thấy: Mặc dù sự giảm sinh khối và chiều cao cây không nhất thiết phản ánh sự chậm phát triển của cây rừng ngập mặn về chiều cao cây dọc theo các dải thủy triều và sự sinh trưởng chậm của cây trồng cùng với việc giảm khả năng quang hợp của lá [42].
Macintosh và cộng sự (2001) đã nghiên cứu phục hồi rừng ngập mặn và đa dạng sinh học vùng cửa biển ở Ranong, Thái Lan bằng phương pháp thu thập số liệu trên thực địa với ô đo đếm là 100 m2 và xử lý số liệu bằng phần mềm PRIMER (Clarke và Warwick, 1994) để xác định các chỉ số đa dạng sinh học, sử dụng SIMPER (Similarity Percent) để mô tả sự đóng góp của các loài trong quần xã, tính ma trận tương đồng (Similarity matrices) trên cơ sở tương đồng của Bray – Curtis, vẽ sơ đồ nhánh Cluster và NMDS (Non Metric multi – Dimensional Scaling) để mô tả mối quan hệ giữa các ô đo đếm. Nghiên cứu đa dạng sinh học theo phương pháp này đã phân tích, đánh giá, so sánh đa dạng sinh học dựa trên các chỉ số, các biểu đồ cụ thể từ đó các kết luận của nghiên cứu mang tính khoa học cao [36].
1.2.4.2. Những nghiên cứu về cấu trúc RNM Việt Nam
Việc nghiên cứu cấu trúc rừng nói chung và cấu trúc RNM nói riêng đã được các nhà khoa học thế giới cũng như trong nước quan tâm. Tuy nhiên, những nghiên cứu sâu về thành phần cấu trúc RNM ở Việt Nam còn rất ít được quan tâm.
trung chủ yếu vào các lĩnh vực như xây dựng chiến lược quản lý, bảo vệ hệ sinh thái rừng đến việc tiến hành các thực nghiệm tại hiện trường. Trong những năm gần đây có một số công trình nghiên cứu của Phan Nguyên Hồng về RNM Việt Nam, qua đó tác giả đã nghiên cứu một cách khái quát về phân vùng và các dòng di cư của cây ngập mặn VN [4].
Trong công trình nghiên cứu về hệ thực vật RNM Việt Nam, các tác giả Phan Nguyên Hồng và Hoàng Thị Sản (1984) đã thống kê được hơn 80 loài thực vật thuộc 30 chi của hơn 20 họ. Trong đó có trên 59 loài cây ngập mặn chính thức và 21 loài gia nhập, đây là những loài có thể gặp trong RNM nhưng cũng có thể gặp ở các môi trường khác và được phân bố tại các vùng ven biển nhiệt đới và bán nhiệt đới, trên hầu hết các loại lập địa như bùn sét, bùn cát,...[2].
Năm 1999, Nguyễn Hoàng Trí đã nghiên cứu một cách tổng quát về RNM. Trong đó, tác giả cho rằng các hệ sinh thái RNM hết sức đa dạng về mặt thành phần thực vật, cấu trúc rừng và tỷ lệ tăng trưởng. Đặc biệt, tác giả đã đề cập đến các nhân tố sinh thái chi phối đến sự hình thành và phát triển của RNM, đồng thời phân tích các tính chất thích nghi hết sức phong phú, đa dạng của RNM. Các vấn đề bảo tồn, quản lý hệ sinh thái này và sử dụng nó một cách bền vững [15].
Đặng Trung Tấn (2007) đã nghiên cứu được các yếu tố môi trường vô sinh tác động lên sự phân bố loài, đồng thời còn đề cập đến vấn đề cạnh tranh loài dưới tác động chủ yếu của ánh sáng, tập trung chủ yếu vào sự thay thế giữa 2 loài tiên phong trên vùng đất mới là Mấm trắng và Đước đôi [14]
Trần Triết và cộng sự (2007) đã hoàn tất mục tiêu đo đạc cấu trúc các kiểu thảm thực vật rừng trong Khu Dự trữ sinh quyển Cần Giờ, Tp. Hồ Chí Minh. Các tác giả đã phân tích, so sánh sự khác biệt và tương đồng giữa các kiểu rừng cũng như giữa hai trạng thái rừng tự nhiên và trồng lại, đồng thời xây dựng phần mềm tự động vẽ các hình chiếu tán và trắc diện ngang của ô mẫu. Phần mềm này có thể ứng dụng trong các nghiên cứu khác về cấu trúc thảm thực vật [16].
vật trong phân khu bảo vệ nghiêm ngặt của khu bảo tồn thiên nhiên RNM Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp khảo sát thực địa để thu thập số liệu và xử lý số liệu bằng phần mềm PRIMER 5 để phân tích các chỉ số đa dạng sinh học. Sử dụng SIMPER (Simality Percent) để mô mức độ tả đóng góp các loài trong quần xã. Dùng chỉ số Caswell (V) để so sánh chỉ số đa dạng loài Shannon H’ thực tế đo và Shannon H’ lý thuyết để tính sự thay đổi tác động của môi trường đến chỉ số đa dạng Shannon. Tính ma trận tương đồng (Similarity matrices) trên cơ sở tương đồng Bray–Curtis, sau đó tính và vẽ các sơ đồ nhánh Cluster. Sử dụng NMDS (Non-Metric multi-Dimensional Scaling) và PCA (Principal Component Analysis) để mô tả mối quan hệ giữa các ô đo đếm, loài từ ma trận tương đồng với các yếu tố lập địa, ngập triều, đất [9].
1.3. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Rừng ngập mặn Cà Mau là một hệ sinh thái độc đáo và đa dạng gồm nhiều loại cây: Đước, Mấm, Vẹt, Bần, Giá, Xu, Cóc… Trong đó, Đước là loài cây chiếm đại đa số và có giá trị kinh tế cao nên còn được gọi là rừng Đước.
Trong chiến tranh chống Mỹ, RNM nói chung và rừng Cà Mau nói riêng bị tàn phá nặng nề. Do đó, sau ngày giải phóng, diện tích RNM chỉ còn 129.530 ha