Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu cấu trúc và tính đa dạng của thực vật thân gỗ tại vườn quốc gia Bù Gia Mập

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài xây dựng cơ sở dữ liệu định lượng đa dạng sinh học, làm rõ một số đặc điểm kết cấu (đường kính, chiều cao và trữ lượng) và tình hình tái sinh tự nhiên của hai trạng thái rừng IIIA2 và IIIA1. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu cấu trúc và tính đa dạng của thực vật thân gỗ tại vườn quốc gia Bù Gia Mập

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN TIÊN PHONG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH ĐA DẠNG CỦA THỰC VẬT THÂN GỖ TẠI VƯỜN QUỐC GIA BÙ GIA MẬP CHUYÊN NGÀNH: LÂM HỌC MÃ SỐ: 60.62.02.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN TRỌNG BÌNH Đồng Nai, 2012
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Tài nguyên rừng có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển của loài người, rừng là cái nôi của sự sống, là lá phổi xanh của nhân loại, có giá trị to lớn trong việc phòng hộ, bảo vệ môi trường sinh thái, giữ nước chống xói mòn, rửa trôi, lũ lụt, hạn hán, cung cấp nguồn nước sạch sinh hoạt và sản xuất cho con người. Rừng là bảo tàng sống sinh động nhất, có giá trị bảo tồn đa dạng sinh học, trong đó có nhiều nguồn gen quý hiếm. Rừng phục vụ cho việc phát triển các ngành nông nghiệp, thủy lợi, thủy điện, công nghiệp, du lịch, an ninh quốc phòng,... Ngoài ra sản phẩm của rừng như gỗ và lâm sản ngoài gỗ phục vụ các nhu cầu thiết yếu của cộng đồng các dân tộc từ miền núi, nông thôn đến thành thị. Từ xưa đến nay, nói đến giá trị của rừng ông cha ta thường kể đến các loài gỗ quý như đinh, lim, sến, táu, dổi, vàng tâm,... để xây dựng nhà cửa, đóng đồ mộc trang trí trong nhà chứ ít ai nhắc đến các sản vật khác lấy từ rừng. Mất rừng đã gây ra những hậu quả rất nặng nề về kinh tế - xã hội, môi trường trên toàn cầu. Ở Việt Nam tình hình diễn biến tài nguyên rừng cũng xảy ra tương tự, năm 1943 diện tích rừng toàn quốc là 14,3 triệu ha, tương ứng độ che phủ là 43%, đến năm 2005 diện tích rừng toàn quốc chỉ còn 12,616 triệu ha độ che phủ 37%, thấp hơn chỉ số mức báo động độ che phủ tối thiểu để duy trì cân bằng hệ sinh thái cho một quốc gia. Mất rừng kéo theo mất diện tích rừng mất đi những loài động thực vật, giảm tính đa dang sinh học của Quốc gia. (nguồn http//www.nea.gov.vn) Theo cách tính của các nhà khoa học thì tốc độ tuyệt chủng trung bình trong quá khứ vào khoảng 9% trên một triệu năm (Rauf, 1998), tức khoảng 0,000009% trong một năm. Như vậy cứ khoảng 5 năm mất đi một loài trong 2 triệu loài có trong quá khứ. Điều này có thể thấp hơn so với thực tế vì các nhà khoa học đã không tính được sự mất đi của các loài đặc hữu. Nếu vậy tốc độ tuyệt chủng cao nhất chỉ có thể là 2 loài mỗi năm. (Cao Thị Lý và Cộng tác viên, 2002).
2 Trong các khu rừng thì thực vật, đặc biệt các loài thực vật có chồi trên mặt đất, cây gỗ rừng có chiều cao từ 8 m trở lên đó là các loài thực vật thân gỗ (Raunkiaer C,1953) (dẫn bởi Ngô Tiến Dũng, 2003) đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết tiểu khí hậu, có tính chất quyết định sinh thái trong một vùng. Tuy nhiên, rất nhiều loài cây thực vật thân gỗ đang bị đe dọa tuyệt chủng do sự khai thác quá mức của con người. Vườn Quốc gia (VQG) Bù Gia Mập cũng như các khu rừng nhiệt đới khác, có cấu trúc rừng rất phức tạp với hai kiểu rừng chính: kiểu rừng kín thường xanh mưa nhiệt đới núi thấp (Rkx) và kiểu rừng kín nửa thường xanh ẩm nhiệt đới núi thấp (Rkn) (Phân viện Điều tra qui hoạch rừng Nam bộ, 2004) [15] còn mang đậm nét hoang sơ, được các tổ chức bảo tồn trên thế giới đánh giá là khu rừng mang tính đa dạng cao. Tuy nhiên, trải qua thời gian dài rừng Bù Gia Mập chịu tác động mạnh bởi nhiều nguyên nhân khác nhau như chiến tranh, khai thác không hợp lý v.v..đã làm giảm chức năng phòng hộ, tính đa dạng sinh học của rừng và đang là mối đe dọa đối với môi trường sống ở nội vùng và các khu vực phụ cận của miền Đông Nam Bộ. Hiện nay, ở Bình Phước nói chung và Vườn quốc gia Bù Gia Mập nói riêng, một nhiệm vụ quan trọng đang được đặt ra là khôi phục lại vốn rừng, nâng cao chất lượng rừng trở lại như vốn có trước đây. Nhưng muốn khôi phục và phát triển rừng, nhà lâm nghiệp cần phải có những hiểu biết tốt về đặc điểm lâm học của rừng. Nhận thấy rằng, hiện nay ở Vườn quốc gia Bù Gia mập, diện tích rừng chủ yếu thuộc các trạng thái rừng IIIA2 và IIIA1 (15.064 ha chiếm 57,9% diện tích đất có rừng). Đây là các trạng thái rừng thứ sinh, do bị tác động ở nhiều mức độ khác nhau nên kết cấu của rừng ít nhiều có sự thay đổi. Mọi hoạt động nghiên cứu về rừng nơi đây đòi hỏi phải có hiểu biết nhất định về đặc điểm kết cấu và tình hình tái sinh các trạng thái rừng, đặc biệt là hai trạng thái rừng này. Từ trước tới nay ở Vườn quốc gia Bù Gia Mập chưa có một nghiên cứu nào về đặc điểm lâm học của hai trạng thái rừng IIIA2,
3 IIIA1, mà hầu hết các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào điều tra tài nguyên, khảo sát nhân tố phát sinh các kiểu rừng, thống kê thành phần loài cây. Do vậy, việc kế thừa những tài liệu đã có và tiếp tục đi sâu nghiên cứu làm rõ đặc điểm lâm học và tính đa dạng sinh học (trong đó chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu kết cấu, tình hình tái sinh tự nhiên) của hai trạng thái rừng IIIA2, IIIA1 ở Vườn quốc gia Bù Gia Mập là một việc làm cấp thiết và có nhiều ý nghĩa. Trước hết, về lý luận, kết quả của đề tài đóng góp thêm những tư liệu để hiểu biết rõ hơn về kết cấu và tình hình tái sinh tự nhiên, tính đa dạng sinh học của rừng IIIA2, IIIA1 ở Đông Nam Bộ nói chung và Vườn quốc gia Bù Gia Mập nói riêng. Về thực tiễn, kết quả của đề tài cung cấp những thông tin cơ bản làm cơ sở cho xây dựng các biện pháp phục hồi rừng (đặc biệt là biện pháp phục hồi rừng tại phân khu phục hồi sinh thái) và quản lý bảo vệ rừng ở Vườn quốc gia Bù Gia Mập có hiệu quả. Đồng thời, kết quả của đề tài cũng là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu khác ở những nơi có điều kiện tự nhiên và hoàn cảnh sinh thái tương tự trong việc đề xuất các giải pháp phục hồi rừng.
4 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Việc nghiên cứu cấu trúc rừng và sự đa da ̣ng sinh học của rừng tự nhiên được nhiều tác giả trong và ngoài nước đề cập đến từ những năm đầu của thế kỷ 20. Nhìn chung, các tác giả đều quan tâm đến việc xây dựng một mô hình rừng chuẩn, phục vụ công tác kinh doanh rừng và bảo tồn hiệu quả, đáp ứng yêu cầu về kinh tế, xã hội và sinh thái. Tuy nhiên, rừng tự nhiên rất đa dạng về cấu trúc tầng tán và tổ thành loài, ở các vùng địa lý khác nhau, độ cao khác nhau đều hình thành các kiểu rừng riêng biệt khác nhau. Vì vậy, nghiên cứu cấu trúc rừng và tính đa dạng của thực vật thân gỗ luôn được quan tâm trong công tác kinh doanh rừng, đặc biệt là phục vụ cho công tác điều tra xác định các loài cây quý hiếm có nguy cơ bị tuyệt chủng, cần được bảo tồn và phát triển. Trong phạm vi cho phép của đề tài nghiên cứu, tác giả xin trình bày một vài các công trình khoa học trong và ngoài nước, để làm cơ sở lý luận cho nghiên cứu thực tiễn tại Vườn quốc gia Bù Gia Mập. 1.1. Trên thế giới 1.1.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng trên thế giới Để phục vụ kinh doanh rừng hợp lý, có hiệu quả, đạt được yêu cầu về kinh tế, lẫn sinh thái môi trường, việc nghiên cứu đặc điểm cấu trúc cho từng kiểu rừng đã được tiến hành hàng trăm năm nay. Phương pháp nghiên cứu từ mô tả định tính chuyển dần sang phương pháp định lượng dưới dạng các mô hình, nhằm khái quát hóa được các quy luật tồn tại bên trong các hệ sinh thái và các mối quan hệ qua lại giữa các thành phần bên trong và bên ngoài, có thể điểm qua một số công trình nghiên cứu sau. 1.1.1.1. Về cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng Cấu trúc rừng là hình thức biểu hiện bên ngoài của những mối quan hệ qua lại bên trong giữa thực vật rừng với nhau và giữa chúng với môi trường sống. Nghiên
5 cứu cấu trúc rừng để biết được những mối quan hệ sinh thái bên trong của quần xã, từ đó có cơ sở để đề xuất các biện pháp kỹ thuật tác động phù hợp. Trong một thời gian dài, vấn đề duy trì và điều tiết cấu trúc rừng đã được bàn luận và có rất nhiều quan điểm khác nhau, đặc biệt là việc đề xuất các tác động xử lý đối với rừng tự nhiên nhiệt đới. Nhiều phương thức lâm sinh ra đời và được thử nghiệm ở nhiều nơi trên thế giới như phương thức chặt cải thiện tái sinh (RIF, 1927), phương thức rừng đều tuổi của Malaysia (MUS, 1945), T.S.S của Nigeria (1944, 1961),... Baur G.N. (1964) [2] đã nghiên cứu các vấn đề về cơ sở sinh thái học nói chung và về cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mưa nói riêng, trong đó đã đi sâu nghiên cứu các nhân tố cấu trúc rừng, các kiểu xử lý về mặt lâm sinh áp dụng cho rừng mưa tự nhiên. Theo tác giả, các phương thức xử lý đều có hai mục tiêu rõ rệt: "Mục tiêu thứ nhất là nhằm cải thiện rừng nguyên sinh vốn thường hỗn loài và không đồng tuổi bằng cách đào thải những cây quá thành thục và vô dụng để tạo không gian thích hợp cho các cây còn lại sinh trưởng. Mục tiêu thứ hai là tạo lập tái sinh bằng cách xúc tiến tái sinh, thực hiện tái sinh nhân tạo hoặc giải phóng lớp cây tái sinh sẵn có đang ở trạng thái ngủ để thay thế cho những cây đã lấy ra khỏi rừng trong khai thác hoặc trong chăm sóc nuôi dưỡng rừng sau đó". Từ đó, tác giả này đã đưa ra những tổng kết hết sức phong phú về các nguyên lý tác động xử lý lâm sinh nhằm đem lại rừng cơ bản là đều tuổi, rừng không đều tuổi và các phương thức xử lý cải thiện rừng mưa. Catinot (1965) [3] nghiên cứu cấu trúc hình thái rừng thông qua việc biểu diễn các phẫu đồ rừng, nghiên cứu các nhân tố cấu trúc sinh thái thông qua việc mô tả phân loại theo các khái niệm dạng sống, tầng phiến... Odum E.P (1971) [10] đã hoàn chỉnh học thuyết về hệ sinh thái trên cơ sở thuật ngữ hệ sinh thái (ecosystem) của Tansley A.P, năm 1935. Khái niệm hệ sinh
6 thái được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc trên quan điểm sinh thái học. Khi nghiên cứu tổ thành rừng tự nhiên nhiệt đới thành thục, Evans, J. (1984) xác định, có tới 70-100 loài cây gỗ trên 1ha, nhưng hiếm có loài nào chiếm hơn 10% tổ thành loài. 1.1.1.2. Về mô tả hình thái cấu trúc rừng Rừng mưa nhiệt đới đã được nhiều nhà khoa học đi sâu nghiên cứu, như: Catinot R. (1965), Plaudy J . Các tác giả đã biểu diễn hình thái cấu trúc rừng bằng những phẫu diện đồ ngang và đứng. Các nhân tố cấu trúc được mô tả theo các khái niệm: dạng sống, tầng phiến... Rollet (1971) [32] đã đưa ra hàng loạt phẫu đồ mô tả cấu trúc hình thái rừng mưa, như tương quan giữa chiều cao với đường kính D1.3, tương quan giữa đường kính tán với đường kính D1.3 và biểu diễn chúng bằng các hàm hồi quy. Richards P.W (1952) [13] đã đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng mưa nhiệt đới về mặt hình thái. Theo tác giả này, một đặc điểm nổi bật của rừng mưa nhiệt đới là tuyệt đại bộ phận thực vật đều thuộc thân gỗ. Rừng mưa thường có nhiều tầng (thường có ba tầng, ngoại trừ tầng cây bụi và tầng cây thân cỏ). Trong rừng mưa nhiệt đới ngoài cây gỗ lớn, cây bụi và các loài thân cỏ còn có nhiều loài cây leo đủ hình dáng và kích thước, cùng nhiều thực vật phụ sinh trên thân hoặc cành cây. "Rừng mưa thực sự là một quần lạc hoàn chỉnh và cầu kỳ nhất về mặt cấu tạo và cũng phong phú nhất về mặt loài cây". Khi nghiên cứu về cấu trúc rừng tự nhiên nhiệt đới, nhiều tác giả có ý kiến khác nhau trong việc xác định tầng thứ, trong đó có ý kiến cho rằng, kiểu rừng này chỉ có một tầng cây gỗ mà thôi. Richards (1952) [13] phân rừng ở Nigeria thành 6 tầng với các giới hạn chiều cao là 6-12m, 12-18m, 18-24m, 24-30m, 30*36m và 36- 42m, nhưng thực chất đây chỉ là các lớp chiều cao. Odum E.P.(1971) [10] nghi ngờ
7 sự phân tầng rừng rậm nơi có độ cao dưới 600m ở Puecto - Rico và cho rằng không có sự tập trung khối tán ở một tầng riêng biệt nào cả. Như vậy, hầu hết các tác giả khi nghiên cứu về tầng thứ thường đưa ra những nhận xét mang tính định tính, việc phân chia tầng thứ theo chiều cao mang tính cơ giới nên chưa phản ánh được sự phân tầng phức tạp của rừng tự nhiên nhiệt đới. 1.1.1.3. Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng Khi chuyển đổi từ nghiên cứu định tính sang nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng, nhiều tác giả đã sử dụng các công thức và hàm toán học để mô hình hoá cấu trúc rừng, xác định mối quan hệ giữa các nhân tố cấu trúc của rừng. Các nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng còn phát triển mạnh mẽ khi các hàm toán học được đưa vào sử dụng để mô phỏng các quy luật kết cấu lâm phần. Rollet B. L. (1971) [32] đã biểu diễn mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính bằng các hàm hồi quy, phân bố đường kính ngang ngực, đường kính tán bằng các dạng phân bố xác suất, Balley (1973) [29] sử dụng hàm Weibull để mô hình hoá cấu trúc đường kính thân cây loài Thông,... Tuy nhiên, việc sử dụng các hàm toán học không thể phản ánh hết những mối quan hệ sinh thái giữa các cây rừng với nhau và giữa chúng với hoàn cảnh xung quanh, nên các phương pháp nghiên cứu cấu trúc rừng theo hướng này không được vận dụng trong đề tài. Một vấn đề nữa có liên quan đến nghiên cứu cấu trúc rừng đó là việc phân loại rừng theo cấu trúc và ngoại mạo. Cơ sở phân loại rừng theo xu hướng này là đặc điểm phân bố, dạng sống ưu thế, cấu trúc tầng thứ và một số đặc điểm hình thái khác của quần xã thực vật rừng. Đại diện cho hệ thống phân loại rừng theo hướng này có Humbold (1809), Schimper (1903), Aubreville (1949), UNESCO (1973)... Nhiều hệ thống phân loại rừng theo xu hướng này, khi nghiên cứu ngoại mạo của quần xã thực vật đã không tách khỏi hoàn cảnh sinh thái của nó, từ đó hình thành xu hướng phân loại rừng theo ngoại mạo sinh thái.
8 a. Về phân bố số cây theo cỡ đường kính (N/D1.3) Phân bố số cây theo cỡ đường kính là quy luật kết cấu cơ bản của lâm phần và được các nhà lâm học, điều tra rừng quan tâm. Meyer (1934) đã mô tả phân bố N/D1.3 bằng phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục và được gọi là phương trình Meyer hay hàm Meyer. Tiếp đó, nhiều tác giả dùng phương pháp giải tích để tìm phương trình của đường cong phân bố. Balley (1973) [29] sử dụng hàm Weibull, Schiffel biểu thị đường cong cộng dồn phần trăm số cây bằng đa thức bậc ba. Prodan. M và Patatscase (1964), Bill và Kem K.A (1964) đã tiếp cận phân bố này bằng phương trình logarit chính thái. Diatchenko, Z.N sử dụng phân bố Gamma biểu thị phân bố số cây theo đường kính lâm phần Thông ôn đới. Đặc biệt, để tăng tính mềm dẻo, một số tác giả hay dùng các hàm khác, như Loetsch (1973) dùng hàm Beta để nắn các phân bố thực nghiệm, J.L.F Batista và H.T.Z Docouto (1992) trong khi nghiên cứu 19 ô tiêu chuẩn với 60 loài của rừng nhiệt đới ở Maranhoo-Brazin đã dùng hàm Weibull mô phỏng phân bố N/D. Nhiều tác giả khác dùng hàm Hyperbol, hàm Poisson, hàm Logarit chuẩn, họ Pearson, hàm Weibull.. b. Về phân bố số cây theo chiều cao (N/H) Phần lớn các tác giả khi nghiên cứu cấu trúc lâm phần theo chiều thẳng đứng đã dựa vào phân bố số cây theo chiều cao. Phương pháp kinh điển nghiên cứu cấu trúc đứng rừng tự nhiên là vẽ các phẫu diện đồ đứng với các kích thước khác nhau tuỳ theo mục đích nghiên cứu. Các phẫu đồ đã mang lại hình ảnh khái quát về cấu trúc tầng tán, phân bố số cây theo chiều thẳng đứng. Từ đó rút ra các nhận xét và đề xuất ứng dụng thực tế. Phương pháp này được nhiều nhà nghiên cứu rừng nhiệt đới áp dụng mà điển hình là các công trình của các tác giả P.W.Richards(1952) , Rollet(1979).c. Nghiên cứu quy luật tương quan giữa chiều cao với đường kính thân cây
9 Qua nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy, chiều cao tương ứng với mỗi cỡ đường kính cho trước luôn tăng theo tuổi, đó là kết quả tự nhiên của sự sinh trưởng. Trong mỗi cỡ kính xác định, ở các tuổi khác nhau, cây rừng thuộc cấp sinh trưởng khác nhau, cấp sinh trưởng giảm khi tuổi lâm phần tăng lên, dẫn đến tỷ lệ H/D tăng theo tuổi. Từ đó, đường cong quan hệ giữa H và D có thể thay đổi dạng và luôn dịch chuyển về phía trên khi tuổi lâm phần tăng lên. Tiurin D.V (1927) đã phát hiện hiện tượng này khi ông xác lập đường cong chiều cao cho các cấp tuổi khác nhau. Prodan (1965) và Dittmar.O cho rằng độ dốc đường cong chiều cao có chiều hướng giảm dần khi tuổi tăng lên. Curtis.R.O (1967) đã mô phỏng quan hệ chiều cao (H) với đường kính (D) và tuổi (A) theo dạng phương trình: 1 1 1 Logh  d  b1.  b2 .  b3. d A d.A (1.1) Sau đó, tác giả đã nắn theo từng định kỳ 5 năm, tương ứng với định kỳ kiểm tra tài nguyên rừng Linh sam. Tại từng tuổi nhất định, phương trình có dạng: 1 Logh  b0  b1. d (1.2) Petterson.H (1955) theo Nguyễn Trọng Bình (1996), đề xuất phương trình tương quan: 1 b a 3 h  1,3 d (1.3) Krauter. G (1958) và Tiourin. A.V (1932) nghiên cứu tương quan giữa chiều cao với đường kính ngang ngực dựa trên cơ sở cấp đất và cấp tuổi. Kết quả cho thấy, khi dãy phân hoá thành các cấp chiều cao, thì mối quan hệ này không cần xét đến cấp đất hay cấp tuổi, cũng như không cần xét đến tác động của hoàn cảnh và tuổi, vì những nhân tố này đã được phản ánh trong kích thước của cây, nghĩa là đường kính và chiều cao trong quan hệ đã bao hàm tác động của hoàn cảnh và tuổi.
10 Tiếp theo, nhiều tác giả dùng phương pháp giải tích toán học tìm ra những phương trình Naslund. M (1929); Assmann. E (1936); Hohenadl. W (1936), Michailov. F (1934, 1952); Prodan. M (1944); Krenn. K (1946); Meyer. H.A (1952)... đã đề nghị sử dụng các dạng phương trình dưới đây để mô tả quan hệ H/D h  a  b1.d  b2 .d2 (1.4) h  a  b1.d  b2 .d2  b3.d 3 (1.5) d2 h  1.3  (a  b.d ) 2 (1.6) h  a  b.logd (1.7) h  a  b1.d  b2 .logd (1.8) h  k .db (1.9)  b   h  1,3  a.e  d (1.10) Kennel. R (1971) [31] cho rằng, để mô phỏng động thái đường cong chiều cao lâm phần, trước hết tìm phương trình thích hợp mô tả quan hệ Hvn với D1.3, sau đó xác lập mối quan hệ của các tham số theo tuổi. Như vậy, để biểu thị tương quan giữa chiều cao với đường kính thân cây có thể sử dụng nhiều dạng phương trình, việc sử dụng phương trình nào thích hợp nhất cho từng đối tượng, thì chưa được nghiên cứu đầy đủ. Nói chung, để biểu thị đường cong chiều cao, phương trình parabol và phương trình logarit được sử dụng nhiều hơn cả. Tóm lại, trên thế giới, các công trình nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc rừng nói chung và rừng nhiệt đới nói riêng rất phong phú, đa dạng, có nhiều công trình nghiên cứu công phu và đã đem lại hiệu quả cao trong kinh doanh rừng. Tuy nhiên, chưa thấy một công trình nào nghiên cứu đầy đủ về đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên
11 ven biển. Do đó, cơ sở khoa học cho việc đề xuất các biện pháp kỹ thuật cho rừng ven biển vẫn còn nhiều vấn đề phải được nghiên cứu. 1.1.2. Nghiên cứu đa dạng sinh học trên thế giới Curtis và McIntosh (1951) (dẫn bởi Nguyễn Văn Thêm, 1996) [30] đã đề nghị so sánh vai trò của các loài trong quần xã thông qua chỉ số quan trọng IV. Chỉ số quan trọng IV được tính bình quân từ tổng của ba đại lượng – đó là độ thường gặp tương đối (F%), mật độ tương đối (N%) và “độ ưu thế tương đối” (G%): theo công thức IV = (F% + N% + G%)/3 (1.11) Độ thường gặp tương đối (F%) của một loài là tỷ lệ phần trăm độ thường gặp của loài so với tổng độ thường gặp của tất cả các loài trong quần xã. Mật độ tương đối (N%) của một loài là tỷ lệ phần trăm số cá thể của loài này so với tổng số cá thể của tất cả các loài trong quần xã (ô mẫu). Độ ưu thế tương đối (G%) của một loài là tỷ lệ phần trăm tổng tiết diện ngang thân cây của loài so với tổng tiết diện ngang thân cây của tất cả các loài trong quần xã (ô mẫu). Khi tổng (F% + N% + G%) = 300%, thì quần xã thực vật chỉ bao gồm 1 loài cây gỗ. Nghiên cứu về đa dạng sinh học với chuyên đề những chỉ số thăm dò và ưu thế trong công tác bảo tồn đã được tác giả Perman. D. L , Adelson. G (1991) [28] nhấn mạnh rằng: đa dạng sinh học dần hết sức trở nên phổ biến trong các hoạt động về khoa học môi trường và ngày càng phổ biến trong các chương trình giáo dục đại học. Theo Udvardi (Walters và Hamilton, 1993), thì trên thế giới bao gồm nhiều chỉnh thể sinh vật. Sự phân chia đó tùy thuộc vào điều kiện khí hậu và các sinh vật sống trên đó. Mỗi một chỉnh thể được xem là một hệ sinh thái lớn bao gồm nhiều hệ
12 sinh thái nhỏ tập hợp lại. Sự phân bố đó tùy thuộc vào nhiều hệ sinh thái khác nhau bao gồm: 1. Rừng mưa nhiệt đới; 2. Rừng mưa Á nhiệt đới – ôn đới; 3. Rừng lá kim ôn đới; 4. Rừng khô nhiệt đới; 5. Rừng lá rộng ôn đới; 6. Thảm thực vật Địa Trung Hải; 7. Sa mạc và bán sa mạc ẩm; 8. Đầm rêu và sa mạc; 9. Sa mạc và bán sa mạc lạnh; 10. Trảng cỏ và đồng cỏ nhiệt đới; 11. Đồng cỏ ôn đới; 12. Thảm thực vật rừng núi cao; 13.Thảm thực vật vùng đảo; 14. Thảm thực vật vùng hồ. (Cao Thị Lý và cộng tác viên , 2002) [29]. Heywood. V.H. (1995) [38] trong công trình đánh giá đa dạng sinh học toàn cầu đã nghiên cứu về đặc điểm và sự phân bố của đa dạng sinh học, chức năng của các hệ sinh thái và loài đối với môi trường, giá trị kinh tế của đa dạng sinh học, đề xuất các phương pháp bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển bền vững. Blanc. L (1996) [35] và các tác giả đã nghiên cứu cấu trúc, kết cấu thành phần thực vật của 3 kiểu rừng tại Vườn Quốc gia Cát Tiên ở Việt Nam, một khu rừng rất gần với Vườn Quốc gia Bù Gia Mập về mặt địa lý. Nghiên cứu đã thiết lập 5 ô định vị, mỗi ô có diện tích 1 ha trên vùng đất thấp, trong đó hai ô thiết lập trên kiểu rừng nửa rụng lá với loài cây Bằng lăng chiếm ưu thế, một ô thiết lập trên kiểu rừng nửa rụng lá với loài cây họ Dầu chiếm ưu thế, hai ô thiết lập trên kiểu rừng thường xanh nửa rụng lá. Tiến hành thu thập dữ liệu của các cây gỗ có đường kính ngang ngực (D 1,3), đo chiều cao cây và phân ra những cây tầng trội với chiều cao cây > 25 m, và tầng dưới có chiều cao < 25 m tiến hành thống kê số lượng cá thể. Xác định vị trí các ô tiêu chuẩn trên bản đồ, định danh tên các loài cây. Tác giả đã tính toán, sử lý số liệu bằng các chỉ tiêu định lượng như chỉ số tương đồng Jaccard bằng công thức: C J  100 x ( ) Ux+Uy+C (1.12) Trong đó C là số loài chung tìm thấy trong cả 2 ô x và y, Ux và Uy là số loài tìm thấy chỉ có ở ô x hoặc ô y. Sau khi tính toán tác giả đã cho ta thấy mối quan hệ giữa các loài trong các ô nghiên cứu. Tác giả đã tính toán định lượng một số chỉ tiêu
13 đa dạng sinh học như chỉ số đa dạng Shanon – Weiner, chỉ số phong phú loài, chỉ số đa dạng Simpson, chỉ số quan trọng IV và so sánh các chỉ số đa dạng giữa các ô mẫu với nhau (so sánh giữa các kiểu rừng). Nghiên cứu của các tác giả cũng đã so sánh một số chỉ tiêu đo đếm như tiết diện ngang trung bình, tổng tiết diện ngang/ha, mật độ số cây/ha của vùng nghiên cứu với một số vùng thuộc vùng Đông Nam Á (Bảng 1.1) Bảng 1.1. So sánh mật độ, đường kính trung bình của rừng nhiệt đới một số vùng ở Đông Nam Á (Nguồn Blanc. L,1996) Đường kính trung Mật độ trung Tiết diện ngang Vùng nghiên cứu bình (cm) bình cây /ha trung bình m2/ha Uppangala, Indian 30,0 625 39,7 Danum Valley, Sabah 30,0 470 26,6 Pasoh, Malaysia 31,4 530 25,2 Sungei-Menyala 31,4 493 32,4 Mulu, Sarawak 31,4 739 57,0 Cat Tien Vietnam 31,4 469 31,3 Mcintosh và Cộng tác viên, (2001) [40] 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 5 (Clarke và Warwick, 2001) 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)
14 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. Terry C . H (2001) [44] cùng một số tác giả khác đã nghiên cứu đánh giá thực vật ở vùng rừng Takamada của Cameroon. Để nghiên cứu đánh giá thực vật các tác giả đã thiết lập hơn 300 ô mẫu có kích 100 x 100 m (1 ha) ở 23 quốc gia ký hiệu là ô mẫu là BDP, xung quanh các ô mẫu này thiết lập 38 ô mẫu có kích thước 10 x 10 m (1.00 m2) được ký hiệu là MWP. Theo hình 2.1, trong các ô mẫu đo đếm các cây có D1,3 (đường kính ngang ngực) ≥ 10 cm , các ô mẫu được thiết lập ở các đai độ cao khác nhau. (Nguồn Terry C . H., 2001) Hình 1.1. Sơ đồ thiết lập ô mẫu nghiên cứu thực vật tại vùng Takamada Sau khi thu thập số liệu trên các ô mẫu nghiên cứu đã xử lý số định lượng như tính chỉ số quan trọng IV dựa trên các nhân tố tần suất xuất hiện tương đối, mật độ tương đối, tiết diện ngang tương đối, đặc biệt nghiên cứu tính chỉ số che phủ vùng dựa trên mật độ tương đối và tiết diện ngang tương đối theo công thức sau: Chỉ số che phủ vùng (CV%)= Mật độ tương đối (RF%) + Ưu thế tương đối (RD%)
15 Toång tieát dieän ngang cuûa loaøi nghieân cöùu RD = x100% (1.13) Toång tieát dieän ngang cuûa taát caû caùc loaøi Kết quả nghiên cứu của đề tài đã thống kê được số lượng cá thể, loài, chi, họ trong vùng nghiên cứu, tính được chỉ số quan trọng IV dựa trên hai chỉ số đó là chỉ số bao phủ vùng và tần suất xuất hiện tương đối. Phân tích thành phần cấu trúc, kết cấu rừng theo các kiểu rừng trên các đai độ cao khác nhau. Slik J. W. F và cộng sự (2003) [43] đã phân tích hệ thực vật cây họ Dầu trên vùng đất thấp ở Borneo. Các tác giả đã nghiên cứu đặc điểm hệ thực vật cây họ Dầu trên vùng đất thấp dưới 500 m so với mực nước biển ở Borneo, xác định được các taxa trong vùng. Nghiên cứu đa dạng thực vật trong vùng nghiên cứu, mối quan hệ đa dạng sinh học với các nhân tố, điều kiện như lượng mưa hàng năm, điều kiện địa hình, khoảng cách giữa các ô mẫu. Tác giả đã thiết kế 28 ô mẫu nghiên cứu ở 6 vùng khác nhau và rút ngẫu nhiên 640 cá thể, đo đếm đường kính ngang ngực (D 1,3 ) của các cây có D 1,3 ≥ 9,8 cm. Sử dụng phương pháp phân tích ma trận tương đồng, sơ đồ nhánh UPGMA của Sorensen và Steinhaus (1997) để phân tích mối quan hệ giữa các vùng nghiên cứu, sự ảnh hưởng của nhân tố lượng mưa hàng năm, điều kiện địa hình đến cấu trúc hệ thực vật giữa các ô nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu đã xác định được số họ, chi thực vật trong vùng nghiên cứu. Xác định được đa dạng thực vật cao nhất trong 6 vùng nghiên cứu. Công trình đã đưa ra kết luận đa dạng thực vật phụ thuộc rất lớn vào yếu tố địa hình và lượng mưa hàng năm. Boris. C (2004) khi nghiên cứu chức năng và hoạt động đánh giá nông nghiệp trong một vùng các tác giả đã chú ý đến việc đánh giá tác động của con người đến đa dạng sinh học vùng nông nghiệp và các biện pháp bảo tồn. Đa dạng sinh học rất phức tạp và nó được chia ra các mức độ đó là đa dạng gen, loài, hệ sinh thái và quá trình hệ sinh thái và giữa chúng có quan hệ với nhau. Khi đánh giá đa dạng sinh học các tác giả đã sử dụng công cụ đánh giá bằng định lượng, Các chỉ số cơ bản sử dụng
16 trong nghiên cứu định lượng đó là: Từ việc đo đếm trực tiếp đã đưa ra được các taxa như là số họ, chi, loài, thứ, kiểu sinh thái của mỗi vùng, sử dụng một số chỉ số định lượng khác như độ phong phú loài (Species richness S) được tính bởi công thức S = ni trong đó ni loài thứ i. Chỉ số đa dạng Alpha (Hα’) được tính bởi công thức (Hα’) = pi log2pi trong đó pi là tần suất xuất hiện loài thứ i. Chỉ số Beta (Hβ’) = (S/m)-1, trong đó S là tổng số loài trong khu vực nghiên cứu, m là số loài trung bình của mỗi vùng. Chỉ số đồng đều J được tính bởi công thức J = H’/Log2S. Chỉ số ưu thế D tính bởi công thức D = ∑pi2. Chỉ số hiếm Ir = ∑Ci/S, trong đó Ci là hệ số hiếm của loài nghiên cứu (biến động từ 1 - 13). Kết quả nghiên cứu định lượng được chức năng của đa dạng sinh học trong vùng. Nghiên cứu các quần xã thực vật và đa dạng sinh học ở vùng Taburno- Camposauro theo Gaurino. C, Napolitano. F (2006) , đã nghiên cứu với diện tích vùng nghiên cứu 137,8 km2 và ở độ cao trên 1.300 m so với mực nước biển với ô nghiên cứu (1 km x 1 km) bằng việc điều tra thống kê các loài thực vật, kết quả nghiên cứu đã chỉ ra được các loài hiếm và mức độ hiếm. Căn cứ kết quả tính toán chỉ số hiếm IR để đánh giá mức độ hiếm của từng loài và quần xã thực vật trong khu vực nghiên cứu theo các thang bậc sau đây: IR từ 78,08% - 95% là loài hiếm R (rare species), khi chỉ số IR từ 95 - 97% là loài rất hiếm MR (very rare species), chỉ số IR > 97% là loài cực kỳ hiếm RR (extremely rare species). Từ kết quả đánh giá mức độ hiếm của từng loài, quần xã tác giả đưa ra các biện pháp bảo tồn các loài thực vật trong khu vực nghiên cứu. 1.2. Tại Việt Nam 1.2.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng trong nước Trong vòng vài chục năm qua, nghiên cứu về cấu trúc rừng là một trong những nội dung quan trọng nhằm đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp. Tuy nhiên,
17 cấu trúc rừng là một vấn đề có nội dung phong phú và đa dạng, nên ở đây, chỉ những đặc trưng cấu trúc có liên quan đến đề tài mới được đề cập. Trần Ngũ Phương (1970) đã chỉ ra những đặc điểm cấu trúc của các thảm thực vật rừng miền Bắc Việt Nam trên cơ sở kết quả điều tra tổng quát về tình hình rừng miền Bắc Việt Nam từ 1961 đến 1965. Nhân tố cấu trúc đầu tiên được nghiên cứu là tổ thành và thông qua đó một số quy luật phát triển của các hệ sinh thái rừng được phát hiện và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Thái Văn Trừng (1978) [15] đã tiến hành phân chia thực vật rừng nhiệt đới thành 5 tầng: tầng vượt tán (A1), tầng ưu thế sinh thái (A2), tầng dưới tán (A3), tầng cây bụi (B) và tầng cỏ quyết (C). Việc áp dụng phương pháp vẽ "biểu đồ phẫu diện" sau khi đã đo tính chính xác vị trí, chiều cao và đường kính thân cây, bề rộng và bề dày tán lá của toàn bộ những cây gỗ (tầng A) trên một dải hẹp điển hình của khu tiêu chuẩn theo Richards và Davis (1934) đã thể hiện khá rõ sự phân chia theo tầng của thực vật trong hệ sinh thái rừng. Bên cạnh đó, tác giả này còn dựa vào 4 tiêu chuẩn để phân chia kiểu thảm thực vật rừng Việt Nam, đó là dạng sống ưu thế của những thực vật trong tầng cây lập quần, độ tàn che nền đất đá của tầng ưu thế, hình thái sinh thái lá và trạng mùa của tán lá. Như vậy, các nhân tố cấu trúc rừng được vận dụng triệt để trong phân loại rừng theo quan điểm sinh thái phát sinh quần thể. Nguyễn Văn Trương (1984) [38] khi nghiên cứu cấu trúc rừng hỗn loài đã xem xét sự phân tầng theo hướng định lượng, phân tầng theo cấp chiều cao một cách cơ giới. Từ những kết quả nghiên cứu của các tác giả đi trước, Vũ Đình Phương (1987) đã nhận định, việc xác định tầng thứ của rừng lá rộng thường xanh là hoàn toàn hợp lý và cần thiết, nhưng chỉ trong trường hợp rừng có sự phân tầng rõ rệt (khi đã phát triển ổn định) mới sử dụng phương pháp định lượng để xác định giới hạn của các tầng cây. Đào Công Khanh (1996) đã tiến hành nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc rừng lá rộng thường xanh ở Hương Sơn, Hà Tĩnh làm cơ sở đề xuất một số biện
18 pháp lâm sinh phục vụ khai thác và nuôi dưỡng rừng. Nguyễn Anh Dũng (2000) đã tiến hành nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc tầng cây gỗ cho hai trạng thái rừng là IIA và IIIA1 ở lâm trường Sông Đà - Hoà Bình. Các nghiên cứu này sẽ được đề tài xem xét và lựa chọn để vận dụng vào các nội dung nghiên cứu. Trong những năm gần đây, do có sự hỗ trợ của các phần mềm tính toán, nên có rất nhiều công trình nghiên cứu định lượng về cấu trúc rừng, nổi bật là các công trình của các tác giả sau: Đồng Sĩ Hiền (1974) dùng hàm Meyer và hệ đường cong Poisson để nắn phân bố thực nghiệm số cây theo cỡ đường kính cho rừng tự nhiên làm cơ sở cho việc lập biểu độ thon cây đứng ở Việt Nam. Nguyễn Hải Tuất (1975) đã sử dụng hàm phân bố giảm, phân bố khoảng cách để biểu diễn cấu trúc rừng thứ sinh và áp dụng quá trình Poisson vào nghiên cứu trúc quần thể rừng. 1.2.1.1. Phân bố số cây theo cỡ đường kính (N/D1.3) Với rừng tự nhiên hỗn giao khác tuổi, từ kết quả nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1974) cho thấy, dạng tổng quát của phân bố N/D là phân bố giảm, nhưng do quá trình khai thác chọn thô không theo quy tắc, nên đường thực nghiệm thường có dạng hình răng cưa và ông đã chọn hàm Mayer để mô phỏng quy luât cấu trúc đường kính cây rừng, Nguyễn Hải Tuất (1986) sử dụng phân bố khoảng cách mô tả phân bố thực nghiệm dạng một đỉnh ở ngay sát cỡ đường kính bắt đầu đo, Bảo Huy (1993) cho rằng phân bố khoảng cách thích hợp hơn các dạng phân bố khác, Trần Văn Con (1991), Lê Minh Trung (1991), Trần Xuân Thiệp (1995), Lê Sáu (1996) , Trần Cẩm Tú (1999) lại cho rằng hàm Weibull thích hợp hơn cả, Đào Công Khanh (1996) thì cho rằng dạng tần số luỹ tích thích hợp, vì biến động của đường thực nghiệm này nhỏ hơn rất nhiều so với biến động số cây hay % số cây ở các cỡ kính. Qua tham khảo các tài liệu liên quan cho thấy, việc nghiên cứu phân bố N/D trong thời gian gần đây không chỉ dừng lại ở mục đích phục vụ công tác điều tra như xác định tổng
19 diện ngang, trữ lượng mà còn xây dựng cơ sở khoa học cho các giải pháp lâm sinh trong nuôi dưỡng rừng, làm giàu rừng. 1.2.1.2. Phân bố số cây theo cỡ chiều cao (N/H) Theo nghiên cứu của Đồng Sỹ Hiền (1974) cho thấy, phân bố số cây theo chiều cao (N/H) ở các lâm phần tự nhiên hay trong từng loài cây thường có nhiều đỉnh, phản ánh kết cấu phức tạp của rừng chặt chọn. Thái Văn Trừng (1978) trong nghiên cứu của mình đã đưa ra các kết quả nghiên cứu cấu trúc của tầng cây gỗ rừng loại IV. Bảo Huy (1993), Đào Công Khanh (1996), Lê Sáu (1996), Trần Cẩm Tú (1999), đã nghiên cứu phân bố N/H để tìm tầng tích tụ tán cây. Các tác giả đều đi đến nhận xét chung là, phân bố N/H có dạng một đỉnh, nhiều đỉnh phụ hình răng cưa và mô tả thích hợp bằng hàm Weibull. 1.2.1.3. Tương quan giữa chiều cao với đường kính (H-D1.3) Đồng Sỹ Hiền (1974) đã sử dụng phương trình Logarit hai chiều hoặc hàm mũ để mô tả quan hệ H-D đồng thời cho thấy khả năng sử dụng một phương trình chung cho cả nhóm loài cây có tương quan H-D thuần nhất với nhau. Vũ Đình Phương (1975) [11] cho rằng, có thể lập biểu cấp chiều cao lâm phần Bồ đề tự nhiên từ phương trình Parabol bậc 2 mà không cần phân biệt cấp đất và tuổi. Vũ Nhâm (1988), Phạm Ngọc Giao (1995) dùng phương trình Logarit một chiều xác lập quan hệ H-D cho các lâm phần Thông đuôi ngựa. Bảo Huy (1993) [6] khi nghiên cứu tương quan H-D của một số loài cây ưu thế: Bằng lăng, Cẩm xe, Kháo và Chiêu Liêu ở rừng rụng lá và nửa rụng lá khu vực Tây Nguyên, đã thử nghiệm bốn phương trình: h  a  b.d1,3 (1.14) h  a  b.logd1,3 (1.15) Logh  a  b.logd1,3 (1.16)