Đặc điểm cấu trúc loài cây gỗ trên hai trạng thái rừng nguyên sinh và thứ sinh ở VQG Cúc Phương, Ninh Bình

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Trên thế giới

1.1.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng

Cấu trúc rừng là sự sắp xếp, tổ hợp các thành phần của quần xã thực vật rừng theo không gian và thời gian. Hệ sinh thái rừng, đặc biệt là các hệ sinh thái rừng tự nhiên nhiệt đới là những hệ sinh thái có cấu trúc cầu kỳ và phức tạp nhất trên trái đất. Bởi vậy, những nghiên cứu về cấu trúc rừng luôn là những thách thức đối với các nhà khoa học lâm nghiệp.

Baur G.N (1964) [1], 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 được áp dụng vào từng rừng mưa tự nhiên.Tác giả Catinot R(1965) [2], đã nghiên cứu các nhân tố cấu trúc sinh thái thông qua mô tả phân loại theo các khái niệm dạng sống, tầng phiếu. Đồng thời biểu diễn cấu trúc sinh thái rừng bằng phẫu đồ rừng

Việc nghiên cứu cấu trúc rừng đã có từ lâu có 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 ch số đa dạng loài thường được sử dụng để đánh giá và so sánh mức độ đa dạng thực vật của các trạng thái rừng. Cao (1997) [16], đã sử dụng các ch số đa dạng Shannon-Wiener's H‘, Simpson's index d‘, Fisher's  và ch số cân bằng E khi so sánh các trạng thái rừng trên núi, nhiệt đới lá rộng thường xanh và gió mùa trên núi đá vôi ở Xishuangbanna Trung Quốc. Kết quả cho thấy rừng nhiệt đới mưa mùa có mức độ đa dạng loài cao nhất. Các loài ưu thế chủ yếu tập trung ở tầng vượt tán. Các loài cây có ít cá thể thường quan hệ chặt với đa dạng loài cây của các trạng thái rừng.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 94 trang tài liệu này.

1.1.2. Nghiên cứu quan hệ không gian của cây rừng

Một câu hỏi trọng tâm trong nghiên cứu sinh thái rừng là làm thế nào để hiểu được các quá trình và cơ chế đã điều ch nh sự chung sống của loài và cấu trúc quần xã thực vật, đặc biệt là ở các phạm vi không gian khác nhau. Những vấn đề liên quan đã được xem xét trong rất nhiều nghiên cứu. Getzin (2008) [18], đã nhấn mạnh ảnh hưởng của các yếu tố nội sinh và ngoại sinh đến phân bố không gian và thời gian của các loài cây. Các nghiên cứu khác đã điều tra tương tác cùng loài và khác loài, phát tán hạn chế, sự phụ thuộc mật độ chiều nghịch, hay ổ sinh thái nhấn mạnh rằng mô hình không gian của cây có thể được giải thích bởi ảnh hưởng của môi trường sống không đồng nhất và các trạng thái cân bằng của các loài phụ thuộc vào khả năng phát tán và cạnh tranh (Wright 2002) [23].

Nghiên cứu quan hệ không gian của cây thường gặp khó khăn khi môi trường sống không đồng nhất ở những phạm vi lớn (Getzin et al. 2008) [18]. Khi đó, những yếu tố môi trường không đồng nhất như đá lộ đầu, dinh dưỡng và độ ẩm đất, độ tàn che,...làm cho khó phân biệt tương tác trực tiếp giữa các cây với nhau như cạnh tranh hay tương hỗ (Wright 2002) [23]. Những nghiên cứu trước đây ch ra rằng tương tác trực tiếp cây-cây xảy ra ở khoảng cách ≤ 30 m (Hubbell et al. 2001 [20]; Uriarte et al. 2004) [22]. Môi trường sống không đồng nhất làm phức tạp hơn việc phân tích mô hình không gian bởi vì nó làm xáo trộn ảnh hưởng của các yếu tố vô sinh và hữu sinh. Phát tán hạn chế được coi là cơ chế tiềm năng cho việc tách các loài cây trong không gian và làm giảm tính cạnh tranh loại bỏ. Bên cạnh đó, phân bố dạng đám mảng của cây cũng là do sự môi trường sinh thái thích hợp ở những nơi mà các quá trình sinh thái và nguồn tài nguyên hạn chế có thể tác động đến phân bố không gian một cách đồng thời (Getzin et al. 2008) [18]. Phân bố dạng cụm

của một loài có thể do phát tán hạn chế hoặc môi trường sống không đồng nhất hoặc cả hai yếu tố này.

Trong các nghiên cứu về rừng mưa nhiệt đới, đã có rất nhiều các giả thuyết được đề xuất để giải thích cho sự chung sống của các loài cây (Wright 2002)[23]. Giả thuyết Janzen-Connell giải thích rằng cây bổ sung ở xa cây mẹ sẽ tránh được tác hại của các sinh vật gây hại sống quanh cây mẹ (Janzen 1970). Như vậy, những loài cây có môi trường sống tương tự nhưng sức chống chịu sinh vật gây hại khác nhau sẽ được hưởng lợi dể mở rộng vùng phân bố. Được mở rộng từ giả thuyết Janzen-Connell, giả thuyết bảo vệ nhóm loài (species herd protection) cho rằng nhiều loài khác nhau cùng chung sống sẽ hạn chế ảnh hưởng của các sinh vật gây hại (Peters 2003) [21]. Vì thế, quan hệ tương hỗ có thể được duy trì cả trong trường hợp các loài có quan hệ cạnh tranh.

Lý thuyết trung lập (Neutral theory) cho rằng tất cả các cá thể cây không phân biệt khác loài đều bình đẳng trong các quá trình sinh sản, sinh trưởng và chết (Hubbell 2005) [19]. Uriarte et al. (2004) [22], khi nghiên cứu rừng mưa nhiệt đới ở đảo Barro Colorado, Panama đã tìm ra những bằng chứng ủng hộ cho lý thuyết này. Nhưng Chave (2004) [17], cho rằng lý thuyết này ch đúng trong một số trường hợp hạn chế. Rõ ràng là không phải tất cả các loài đều tương đương nhau về sinh thái. Lý thuyết phù hợp (niche theory) giả thuyết rằng sự phối hợp trong không gian và biến động môi trường sống sẽ được thể hiện thông qua hình thái học, sinh lý học và đặc điểm các giai đoạn sống của mỗi loài (Peters 2003) [21]. Trong rừng mưa nhiệt đới, nơi có đa dạng loài cao và mật độ mỗi loài thấp, thì tương tác cùng loài và khác loài sẽ diễn ra phức tạp hơn các kiểu rừng khác.

1.2. Ở Việt Nam

Rừng tự nhiên Việt Nam thuộc kiểu rừng nhiệt đới, rất phong phú và đa dạng về thành phần loài, phức tạp về cấu trúc. Vấn đề nghiên cứu về cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu, đặc biệt trong những năm gần đây vấn đề nghiên cứu về cấu trúc rừng tự nhiên được nhiều nhà nghiên cứu lâm nghiệp trong và ngoài nước quan tâm hơn.

1.2.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng

Theo Phùng Ngọc Lan (1986) [10], cấu trúc rừng là khái niệm dùng đề ch quy luật sắp xếp tổ hợp các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng theo không gian và thời gian trên quan điểm sản lượng rừng, cấu trúc rừng là sự phân bố kích thước của loài và cá thể trên diện tích rừng.

Nguyễn Thị Thu Hiền, Trần Thị Thu Hà (2014) [7], khi nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Vườn quốc gia Vũ Quang – Hà Tĩnh cho thấy tổng giá trị về ch số quan trọng (IV%) của tổ hợp loài ưu thế ở 6 ô tiêu chuẩn định vị có biến động rất lớn từ 11,9% đến 48,4%. Ch số IV% của các loài ưu thế chưa cao. Phân bố N/D được mô phỏng tốt bằng hàm khoảng cách, đường cong phân bố số cây theo cỡ đường kính có dạng giảm.

Phùng Văn Khang (2014) [9], khi nghiên cứu đặc điểm lâm học của rừng kín thường xanh hơi ẩm nhiệt đới ở khu vực mã Đà t nh Đồng Nai cho thấy phân bố N/D của ba trạng thái nghiên cứu IIB, IIIA2 và IIIA3 đều có dạng phân bố giảm, phân bố N/H đều dạng một đ nh lệch trái, phân bố liên tục.

Trần Ngũ Phương và cộng tác viên (1970) [12], công bố kết quả “Bước đầu nghiên cứu rừng miền Bắc Việt Nam” trên cơ sở nghiên cứu và phân tích các nhân tố sinh thái phát sinh cũng như vùng địa lý khác nhau, tác giả cũng đi

đến kết luận và phân tích các kiểu rừng ở miền Bắc Việt Nam cũng như rừng ở Việt Nam nói chung.

Nguyễn Văn Hồng (2010) [8], khi nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên tại BQL rừng đặc dụng Hương Sơn, Hà Tĩnh đưa ra kết luận ở các trạng thái IIIA1 mật độ tương đối thưa (480 cây/ha), phân bố không đều, độ tàn che đạt

0.53. Trạng thái IIB độ tàn che 0,41, mật độ thấp 390 cây/ha chủ yếu là cây ưa sáng. Hàm Weibull mô phỏng tốt quy luật phân bố N/D, N/H. Tất cả các ô tiêu chuẩn đều không phù hợp với hàm Meyer.

Bùi Thị Diệp (2012) [3], khi nghiên cứu về cấu trúc rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên – văn hoá Đồng Nai cho thấy tổ thành và số lượng loài cây trong khu vực nghiên cứu phong phú, phân bố số cây theo đường kính tuân theo quy luật phân bố khoảng cách, đ nh phân bố tương ứng với cỡ kính 12cm. Phân bố số cây theo chiều cao tuân theo quy luật phân bố của hàm Mayer và giá trị α biến động từ 2,4 đến 2,8; phân bố số cây theo chiều cao có dạng phân bố một đ nh lệch trái.

Lê Hồng Việt (2012) [15], khi nghiên cứu về cấu trúc của ba trạng thái rừng giàu , rừng trung bình, rừng nghèo ở khu vực Mã Đà, t nh Đồng Nai cho thấy: phân bố số cây theo đường kính N/D của cả ba trạng thái rừng đều có dạng phân bố giảm và có thể biểu diễn bằng mô hình N = a*exp(-b*D) + k; phân bố số cây theo chiều cao N/H có dạng phân bố nhiều đ nh.

Thái Văn Trừng (1970, 1978) [14], trên cơ sở quan điểm sinh thái, khi nghiên cứu về cấu trúc rừng đã căn cứ vào số lượng, tỷ lệ nhóm loài ưu thế trong tổ thành rừng đưa ra phân loại rừng nhiệt đới thành các dạng quần hợp, ưu hợp và phức hợp.

Võ Đại Hải (2014) [6], khi nghiên cứu về cấu trúc của trạng thái rừng IIA tại khu vực rừng phòng hộ Yên Lập, t nh Quảng Ninh cho thấy tổ thành rừng tự nhiên trạng thái IIA tại khu vực nghiên cứu khá đa dạng với nhiều

loài cây khác nhau, dao động từ 28 đến 45 loài, trong đó ch có từ 4 – 7 loài tham gia vào công thức tổ thành; loài Dóc nước là loài ưu thế chính của tầng cây cao. Các lâm phần rừng tự nhiên trạng thái IIA tại khu vực nghiên cứu đều có 2 tầng tán là tầng tán chính và tầng dưới tán, độ tàn che thấp từ 0,3 – 0,5. Quy luật phân bố số cây theo đường kính và quy luật phân bố số cây theo chiều cao có thể mô phỏng tốt bằng phân bố Weibull và phân bố khoảng cách.

Trần Ngũ Phương và cộng tác viên (1970)[12] công bố kết quả “Bước đầu nghiên cứu rừng miền Bắc Việt Nam” trên cơ sở nghiên cứu và phân tích các nhân tố sinh thái phát sinh cũng như vùng địa lý khác nhau, tác giả cũng đi đến kết luận và phân tích các kiểu rừng ở miền Bắc Việt Nam cũng như rừng ở Việt Nam nói chung. Tiếp sau đó, Trần Ngũ Phương đã công bố kết quả nghiên cứu về 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 năm 1961 đến 1965. Rừng tự nhiên có nhiều tầng, khi tầng trên già cỗi, tàn lụi rồi tiêu vong thì tầng kế tiếp thay thế... trong mỗi chuỗi diễn thế tự nhiên như vậy, số lần thay thế tối đa cũng ch là 3, vì rừng nhiều tầng tối đa cũng ch có thể có 3 tầng cây gỗ.

Phùng Văn Phê (2006)[11] khi nghiên cứu về kiểu rừng kín lá rộng thường xanh mưa á nhiệt đới núi thấp ở rừng đặc dụng Yên Tử, Quảng Ninh cho thấy cấu trúc 4 tầng: Tầng ưu thế sinh thái (A2) là tầng chính của rừng có chiều cao trung bình từ 10 – 15 m, đường kính từ 20 – 30 cm, những cây gỗ có đường kính trên 40 cm không đáng kể, độ khép tán ngang cao. Thành phần các loài thực vật cơ bản là Vối thuốc, Dẻ cau lá bạc, Giổi lá bạc, Rè, Re, Súm. Ngoài ra còn có Thông tre lá ngắn, Sến mật, là những loài thực vật quý hiếm của Việt Nam. Tầng dưới tán (A3) gồm các loài cây gỗ nhỏ như Mai vòng, Cồng núi, Đa quả nhỏ, Vú bò. Tầng cây bụi thường thưa thớt, sức sinh trưởng của cây bụi không đồng đều, ở những nơi có độ khép tán thấp cây bụi phát

triển khá hơn. Tầng thảm tươi nằm sát mặt đất gồm các loài cỏ, Cẩu tích, Mua đất, Bảy lá một hoa, Trầu tiên, Cốt cắn…

Nguyễn Mạnh Tuyên (2009)[13] khi nghiên cứu cấu trúc tổ thành tầng cây cao của rừng đặc dụng tại Hương Sơn, Mỹ Đức, Hà Nội cho thấy số loài ghi được là 79 loài trong đó trạng thái rừng IIIA1 có số lượng loài là 55 loài, trạng thái rừng IIB có số lượng loài là 40 loài. Hầu hết các cây tham gia vào công thức tổ thành cả 2 trạng thái trên chủ yếu là cây gỗ tạp và loài cây tiên phong ưa sáng mọc nhanh.

1.2.2. Nghiên cứu quan hệ không gian của cây rừng

Quan hệ không gian cùng loài và khác loài theo mô hình điểm chưa được tiến hành nghiên cứu nhiều ở Việt Nam. Nguyễn Hồng Hải (2015) [5], đã sử dụng hàm tương quan theo cặp và hàm tương quan đặc tính để xem xét quan hệ không gian của cây rừng ở Vườn quốc gia Cúc Phương. Kết quả cho thấy có những bằng chứng thuyết phục của tương tác cạnh tranh giữa các cá thể cùng loài và khác loài đã được thể hiện bằng tương quan khoảng cách,tuy nhiên, đường kính của các cây không phụ thuộc một cách có ý nghĩa với khoảng cách giữa chúng. Phạm Văn Điển (2016) [4], khi nghiên cứu quan hệ không gian của 18 loài cây chiếm ưu thế của rừng lá rộng thường xanh cho thấy 16/18 loài có phân bố kiểu cụm ở các khoảng cách khác nhau không phụ thuộc vàò số lượng của loài cây. Ngoài ra, phân bố kiểu cụm với mật độ giảm dần đến khoảng cách 15 m và chuyển thành kiểu ngẫu nhiên ở các khoảng cách lớn hơn. Nghiên cứu này chứng minh rằng phát tán hạn chế là quá trình điều tiết phân bố không gian cùng loài cây. Quan hệ tương hỗ giữa các loài cây có thể là ảnh hưởng của xu hướng bảo vệ nhóm loài. Quan hệ trung lập giữa các loài cây chiếm tỷ trọng nhỏ trong số lượng các cặp loài được nghiên cứu. Phân bố và quan hệ không gian của các loài cây bị ảnh hưởng bởi môi trường sống không đồng nhất và khiến cho chúng bị chia tách ở khoảng cách xấp x 15 m.

Ngoài ra, sự phụ thuộc mật độ chiều nghịch hay t a thưa tự nhiên là một cơ chế chính trong việc điều ch nh động thái quần thể và thúc đẩy sự chung sống (Wright 2002) [23]. Cơ chế này được xem xét bởi việc mật độ cùng loài giảm theo khoảng cách trong động thái rừng như bổ sung, phát triển và tồn tại. Tương tác trực tiếp giữa cây-cây thường được quan sát ở phạm vị không gian hẹp trong khi ở phạm vi lớn có thể bị lu mờ bởi các yếu tố môi trường (Wiegand et al. 2007) . Getzin (2008)[18] cho rằng có thể tách ảnh hưởng của của các yếu tố này có thể dựa vào các thống kê không gian ở trạng thái không đồng nhất.

Trong đề tài này chúng tôi phân tích phân bố và quan hệ không gian của các loài cây trên 02 trạng thái rừng lá rộng thường xanh tương đồng về vị trí địa lý và nhóm loài ưu thế nhưng khác nhau về mức độ đồng nhất của các yếu tố môi trường.

Thời gian qua đã có nhiều các đề tài, công trình nghiên cứu về những đặc điểm lâm học của rừng tự nhiên ở Việt Nam. Hầu hết các nghiên cứu đều hướng đến tổ thành rừng, quan hệ N/D, tính đa dạng... Các công trình nghiên cứu trên đều có giá trị về mặt lý luận và thực tiễn, góp phần làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các biện pháp để quản lý và phát triển rừng bền vững. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có hoặc rất ít công trình hay đề tài nào nghiên cứu về đặc điểm lâm học và quan hệ không gian của quần xã thực vật rừng tự nhiên tại khu vực. Do vậy, việc nghiên cứu về cấu trúc loài cây gỗ trên 02 trạng thái rừng nguyên sinh và thứ sinh ở VQG Cúc Phương, Ninh Bình là rất cần thiết. Trong đề tài chúng tôi ngoài tìm hiểu một số đặc điểm cấu trúc của lâm phần, chúng tôi tập trung vào nghiên cứu phân bố không gian của phân bố và quan hệ không gian của các loài cây trên 02 trạng thái rừng nguyên sinh và thứ sinh nhằm tìm hiểu về ảnh hưởng của xáo trộn rừng đến phân bố và quan hệ không gian của các loài cây trong rừng tự nhiên ở VQG Cúc Phương, Ninh Bình.