Nghiên cứu cấu trúc và xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính rừng tự nhiên lá rộng thường xanh một số khu rừng đặc dụng miền Bắc Việt Nam (Luận án tiến sĩ)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.52 MB, 201 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
NGUYỄN THỊ THU HIỀN
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH
TĂNG TRƢỞNG ĐƢỜNG KÍNH RỪNG TỰ NHIÊN
LÁ RỘNG THƢỜNG XANH MỘT SỐ KHU RỪNG
ĐẶC DỤNG MIỀN BẮC VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP
THÁI NGUYÊN - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
NGUYỄN THỊ THU HIỀN
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH
TĂNG TRƢỞNG ĐƢỜNG KÍNH RỪNG TỰ NHIÊN
LÁ RỘNG THƢỜNG XANH MỘT SỐ KHU RỪNG
ĐẶC DỤNG MIỀN BẮC VIỆT NAM
Chuyên ngành: Lâm sinh
Mã số: 62.62.02.05
LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. TRẦN VĂN CON
2. PGS.TS. TRẦN THỊ THU HÀ
THÁI NGUYÊN - 2015
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng
dẫn của PGS.TS Trần Văn Con và PGS.TS Trần Thị Thu Hà. Một số kết quả
cùng cộng tác với các đồng tác giả. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận
án là trung thực, một phần đã đƣợc công bố trên các tạp chí khoa học chuyên
ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả. Phần còn lại chƣa
đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi trích dẫn đều ghi rõ
nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 9 năm 2015
Tác giả
Nguyễn Thị Thu Hiền
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Con, Viện
Nghiên cứu Lâm sinh, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, đã định
hƣớng nghiên cứu, tận tình hƣớng dẫn, sửa luận án và tạo mọi điều kiện kỹ
thuật, cũng nhƣ kinh phí trong thực hiện nghiên cứu để tôi có thể hoàn
thành Bản luận án này.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Thị Thu Hà, Viện
Nghiên cứu & Phát triển Lâm nghiệp, Trƣờng Đại học Nông lâm, Đại học
Thái Nguyên, đã chỉ bảo, định hƣớng nghiên cứu, hƣớng dẫn, sửa luận án
và động viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn Phòng Đào tạo, Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Nông
lâm, Ban Đào tạo - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp
đỡ tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá trình nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ và Ban Giám đốc Vƣờn Quốc gia Ba Bể,
Vƣờn Quốc gia Xuân Sơn, Vƣờn Quốc gia Vũ Quang, Khu Bảo tồn thiên
nhiên Hang Kia - Pà Cò đã chỉ bảo, giúp đỡ tận tình cho tôi trong quá trình
điều tra rừng cũng nhƣ chia sẻ những kinh nghiệm chuyên môn quý báu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn cảm chân thành tới Ban chủ nhiệm khoa Khoa
Nông học, Ban chủ nhiệm khoa Khoa Lâm nghiệp - Trƣờng Đại học Nông
lâm, cùng toàn thể cán bộ Khoa Nông học và Khoa Lâm nghiệp đã luôn
quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tôi thực hiện
đề tài luận án.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình và bạn bè
đã giúp đỡ tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt thời gian học tập.
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 9 năm 2015
Tác giả
Nguyễn Thị Thu Hiền
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
MỤC LỤC.................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
1. Sự cần thiết của đề tài ............................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................. 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................... 2
4. Những đóng góp mới của luận án ............................................................. 3
Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................ 4
1.1. Các nghiên cứu trên thế giới .................................................................. 4
1.1.1. Về cấu trúc rừng tự nhiên ................................................................. 4
1.1.2. Phân nhóm loài cây rừng tự nhiên .................................................... 9
1.1.3. Mô hình sinh trƣởng lâm phần rừng tự nhiên ................................. 12
1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................. 24
1.2.1. Cấu trúc rừng tự nhiên.................................................................... 24
1.2.2. Phân nhóm loài cây rừng tự nhiên .................................................. 29
1.2.3. Mô hình sinh trƣởng lâm phần rừng tự nhiên ................................. 31
1.3. Thảo luận, xác định vấn đề nghiên cứu ................................................ 36
Chƣơng 2. GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........... 38
2.1. Đối tƣợng và giới hạn phạm vi nghiên cứu .......................................... 38
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu..................................................................... 38
2.1.2. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ......................................................... 38
2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 38
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 39
iv
2.3.1. Khái quát phƣơng pháp tiếp cận ..................................................... 39
2.3.2. Phƣơng pháp thu thập số liệu ......................................................... 42
2.3.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu .............................................................. 49
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 61
3.1. Nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên lá rộng thƣờng
xanh tại khu vực nghiên cứu ....................................................................... 61
3.1.1. Đặc điểm cấu trúc tổ thành và tính đa dạng loài thực vật ............... 61
3.1.2. Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N/D1.3) ............................... 68
3.1.3. Quy luật tƣơng quan giữa chiều cao và đƣờng kính (Hvn/D1.3) ....... 74
3.2. Nghiên cứu phân nhóm loài theo một số đặc trƣng sinh trƣởng ........... 80
3.3. Nghiên cứu xây dựng mô hình tăng trƣởng đƣờng kính, quá trình
chết và quá trình tái sinh bổ sung lâm phần rừng tự nhiên lá rộng
thƣờng xanh khu vực nghiên cứu ................................................................ 94
3.3.1. Xây dựng mô hình tăng trƣởng đƣờng kính ................................... 94
3.3.2. Xây dựng mô hình quá trình chết ................................................. 106
3.3.3. Xây dựng mô hình quá trình tái sinh bổ sung ............................... 112
3.4. Mô hình hóa động thái cấu trúc lâm phần rừng tự nhiên lá rộng
thƣờng xanh khu vực nghiên cứu .............................................................. 114
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .......................................................................... 121
1. Kết luận ................................................................................................. 121
2. Tồn tại ................................................................................................... 123
3. Khuyến nghị .......................................................................................... 124
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............ 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 126
PHỤ LỤC ..................................................................................................... 138
v
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
a, b, c, d, d1,
d2, d3, d4, k, m
Nghĩa tiếng việt đầy đủ
Tỷ tƣơng quan
Tham số của phƣơng trình hồi quy
CLK
Các loài khác
Dmax
Đƣờng kính tối đa loài đạt đƣợc (cm)
D1.3
Đƣờng kính thân ở vị trí 1,3m
ĐTQHR
Điều tra Quy hoạch rừng
G
Tiết diện ngang lâm phần (m2)
GOL
Dạng sống gỗ lớn
GON
Dạng sống gỗ nhỏ
GOT
Dạng sống gỗ trung bình
Hvn
Chiều cao vút ngọn (m)
HL
Hệ số hỗn loài
H’
Chỉ số đa dạng Shannon – Wiener
H
Chỉ số đa dạng Rényi
IV%
Chỉ số quan trọng
KBT
Khu bảo tồn
KHLN VN
Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam
M
Trữ lƣợng lâm phần (m3)
Mbb
Số cây chết tại VQG Ba Bể
Mhk
Số cây chết tại KBT Hang kia - Pà Cò
Mvq
Số cây chết tại VQG Vũ Quang
Mxs
Số cây chết tại VQG Xuân Sơn
n
Dung lƣợng mẫu quan sát
N
Số cây của lâm phần (cây/ha)
NN&PTNT
Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
vi
Obb
Số cây chuyển cấp (chuyển ra) tại VQG Ba Bể
OTCĐV
Ô tiêu chuẩn định vị
PC
Vị thế tán cây
PCBb
Vị thế tán cây ở lâm phần thuộc VQG Ba Bể
PCVq
Vị thế tán cây ở lâm phần thuộc VQG Vũ Quang
PCXs
Vị thế tán cây ở lâm phần thuộc VQG Xuân Sơn
PCHk
Vị thế tán cây ở lâm phần thuộc KBT Hang Kia – Pà Cò
PT
Phƣơng trình
R
Hệ số tƣơng quan
R2
Hệ số xác định
RSS
Tổng sai lệch bình phƣơng giữa giá trị lý thuyết và thực tế
RTSBS
Số cây tái sinh bổ sung (chuyển vào)
SE
Sai tiêu chuẩn hồi quy hay phƣơng sai hồi quy
Si
Biến giả vùng nghiên cứu (biến giả Dummy)
Sig.f
Xác suất tiêu chuẩn F
ƢT
Ƣu thế
VQG
Vƣờn Quốc gia
zd
Tăng trƣởng đƣờng kính bình quân năm (cm/năm)
ZdBB
Tăng trƣởng đƣờng kính bình quân năm ở VQG Ba Bể
ZdHK
Tăng trƣởng đƣờng kính bình quân năm ở KBT Han Kia - Pà Cò
ZdTotal
Tăng trƣởng đƣờng kính chung cho tất cả các loài
ZdVQ
Tăng trƣởng đƣờng kính bình quân năm ở VQG Vũ Quang
ZdXS
Tăng trƣởng đƣờng kính bình quân năm ở VQG Xuân Sơn
ZG
Tăng trƣởng tiết diện ngang của lâm phần (m2)
ZM
Tăng trƣởng trữ lƣợng của lâm phần (m3/ha)
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1: Tỷ lệ chết bình thƣờng của rừng nhiệt đới .....................................17
Bảng 3.1: Cấu trúc tổ thành theo chỉ số IV% trong năm 2012 khu
vực nghiên cứu ...............................................................................62
Bảng 3.2: Tính đa dạng loài rừng tự nhiên ở khu vực nghiên cứu
theo chỉ số HL, H’, D .....................................................................65
Bảng 3.3: Chỉ số đa dạng Rényi ở khu vực nghiên cứu..................................66
Bảng 3.4: Kết quả mô phỏng cấu trúc N/D1.3 theo hàm Khoảng cách
cho lâm phần thuộc khu vực nghiên cứu ........................................70
Bảng 3.5: Kết quả mô phỏng cấu trúc N/D1.3 theo hàm Weibull cho
lâm phần thuộc khu vực nghiên cứu ...............................................71
Bảng 3.6: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tƣơng quan H vn/D1.3 tại
các OTCĐV ở VQG Ba Bể ............................................................75
Bảng 3.7: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tƣơng quan H vn/D1.3 tại
các OTCĐV ở VQG Vũ Quang......................................................76
Bảng 3.8: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tƣơng quan H vn/D1.3 tại
các OTCĐV ở VQG Xuân Sơn ......................................................78
Bảng 3.9: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tƣơng quan Hvn/D1.3 tại
các OTCĐV ở KBT Hang Kia - Pà Cò...........................................79
Bảng 3.10: Bảng thống kê nguồn số liệu dùng để phân nhóm loài.................81
Bảng 3.11: Kết quả phân nhóm loài theo chiến lƣợc K-Means với chỉ
tiêu Dmax và zd cho 25 loài có dung lƣợng quan sát ≥ 50 ..................83
Bảng 3.12: Kết quả phân nhóm loài theo phân tích nhóm và phân
tích biệt thức ...................................................................................86
Bảng 3.13: Tổng hợp kết quả phân nhóm loài cho lâm phần rừng tự
nhiên thuộc khu vực nghiên cứu.....................................................89
viii
Bảng 3.14: Kết quả ƣớc lƣợng các tham số của mô hình tăng trƣởng
đƣờng kính theo phƣơng trình Ln[zd/( Dmax - D)] = a +
b*LnD (2.18’) ................................................................................95
Bảng 3.15: Kết quả ƣớc lƣợng các tham số của mô hình tăng trƣởng
đƣờng kính theo phƣơng trình Ln[zd/( Dmax - D)] = a +
b*Ln(D) + c*PC (2.19’) .................................................................97
Bảng 3.16: Kết quả so sánh chỉ tiêu RSS và SE hai dạng phƣơng
trình hồi quy (2.18’) và (2.19’).......................................................98
Bảng 3.17: Kết quả ƣớc lƣợng tham số k và m của phƣơng trình
Dmax = k + m*PC (3.27) .................................................................99
Bảng 3.18: Kết quả ƣớc lƣợng các tham số của mô hình tăng trƣởng đƣờng
kính theo phƣơng trình Ln[zd/( Dmax - D)] = a + b*Ln(D) +
c*PC + di*Si (3.29) .....................................................................102
Bảng 3.19: Kết quả so sánh chỉ tiêu RSS và SE hai dạng phƣơng
trình hồi quy (2.19’) và (3.29) ......................................................104
Bảng 3.20: Cách tính tỷ tƣơng quan xác định mức quan hệ giữa số cây
chết với cỡ đƣờng kính lâm phần ở khu vực VQG Ba Bể ................107
Bảng 3.21: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng hàm toán học mô
phỏng mô hình chết ở khu vực nghiên cứu trong chu kỳ
nghiên cứu ....................................................................................109
Bảng 3.22: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng hàm toán học mô phỏng
mô hình tái sinh bổ sung chung cho khu rừng đặc dụng .................113
Bảng 3.23: Mô hình dự đoán động thái cấu trúc lâm phần rừng tự
nhiên khu vực VQG Ba Bể...........................................................115
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình
Tên hình
Trang
Hình 2.1: Vai trò của mô hình sinh trƣởng và dữ liệu bổ sung trong cung cấp
thông tin cho quản lý rừng .....................................................................40
Hình 2.2: Các thành phần cơ bản của một mô hình sinh trƣởng ..............................42
Hình 2.3: Sơ đồ vị trí các khu vực nghiên cứu và ô tiêu chuẩn định vị khu vực
nghiên cứu ..............................................................................................43
Hình 2.4: Sơ đồ chia ô tiêu chuẩn định vị 1ha thành các ô vuông phụ để điều
tra tầng cây cao.......................................................................................44
Hình 2.5. Cách đo toạ độ tƣơng đối của cây để vẽ sơ đồ vị trí trong mỗi ô
vuông 20m x 20m...................................................................................45
Hình 2.6: Xác định điểm đo đƣờng kính D1.3 ..........................................................46
Hình 2.7: Phân cấp vị thế tầng tán trong rừng tự nhiên theo Dawkins (1958) ................48
Hình 3.1: Biểu đồ chỉ số đa dạng Rényi ở các khu vực nghiên cứu .........................68
Hình 3.2: Ví dụ về phân bố cấu trúc N/D một số OTCĐV của đối tƣợng
nghiên cứu theo hàm Weibull (với ≤ 1) ..............................................72
Hình 3.4: Sơ đồ phân nhóm loài (Cluster anlysis) theo chiến lƣợc K-Means
với chỉ tiêu Dmax và zd cho 25 loài có dung lƣợng quan sát ≥ 50 ............82
Hình 3.5: Biểu đồ tăng trƣởng đƣờng kính của 9 nhóm loài và tổng thể theo
phƣơng trình zd = exp(a)*(Dmax - D)*D^b (3.26) ...................................96
Hình 3.6: Ví dụ biểu đồ tăng trƣởng đƣờng kính một số nhóm loài và tổng thể theo
phƣơng trình zd = exp(a)*exp(c*PC)*[(k + m*PC) - D]*D^b (3.28) ......... 100
Hình 3.7: Mô phỏng số cây chết theo cỡ đƣờng kính lâm phần ở khu vực
nghiên cứu trong chu kỳ nghiên cứu theo hàm S .................................. 111
Hình 3.8: Biểu đồ mô phỏng dự đoán động thái cấu trúc N/D rừng lá rộng
thƣờng xanh thuộc VQG Ba Bể............................................................ 118
Hình 3.9: Biểu đồ mô phỏng dự đoán động thái cấu trúc G/D rừng lá rộng
thƣờng xanh thuộc VQG Ba Bể............................................................ 119
Hình 3.10: Biểu đồ mô phỏng dự đoán tăng trƣởng trữ lƣợng cho rừng lá rộng
thƣờng xanh thuộc VQG Ba Bể............................................................ 120
1
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của luận án
Rừng là một hệ sinh thái luôn luôn vận động thông qua các quá trình sinh
trƣởng, tái sinh và diễn thế rất phức tạp. Các hệ sinh thái rừng mƣa nhiệt đới
trên phạm vi toàn thế giới đang có xu hƣớng suy giảm nghiêm trọng và cần
thiết phải đƣợc phục hồi vì mục đích môi trƣờng và kinh tế để phát triển theo
hƣớng bền vững.
Ở Việt Nam, rừng đã và đang trải qua các biến động rất lớn. Độ che phủ
của rừng vào năm 1943 là 43% [102] và giảm xuống còn 27% vào năm 1986
(dẫn theo tài liệu [27]). Nhờ các nỗ lực to lớn của Chính phủ Việt Nam thông
qua các chƣơng trình “Phục hồi rừng của Chính phủ và tài trợ của Quốc tế”,
diện tích có rừng đã tăng liên tục từ năm 1990 và đạt độ che phủ 41% vào đầu
năm 2014 [6]. Mặc dù, diện tích đã tăng nhƣng chất lƣợng rừng nói chung và
chất lƣợng rừng tự nhiên nói riêng vẫn tiếp tục giảm sút cả về trữ lƣợng gỗ và
đa dạng sinh học. Điều này kéo theo những hệ lụy nghiêm trọng ảnh hƣởng
đến đời sống con ngƣời và môi trƣờng sinh thái. Do vậy, việc quản lý rừng
bền vững hiện nay đã trở thành mối quan tâm chung của quốc gia và của toàn
thế giới. Ở nƣớc ta, việc quản lý rừng nói chung và rừng tự nhiên theo hƣớng
bền vững đang đặt ra thách thức cho ngành lâm nghiệp.
Hiện nay, trong tổng số 13.954.454 ha rừng của Việt Nam thì rừng tự
nhiên chiếm 74,51% diện tích (10.398.160 ha) [5]. Để quản lý rừng tự nhiên
bền vững, chúng ta cần có hiểu biết về 3 vấn đề cơ bản sau: (i) tăng trƣởng
đƣờng kính làm cơ sở xác định đƣờng kính khai thác tối thiểu và luân kỳ khai
thác; (ii) tăng trƣởng trữ lƣợng rừng để xác định lƣợng khai thác cho phép
hàng năm một cách bền vững; và (iii) động thái cấu trúc lâm phần để dự báo
cấu trúc rừng trong tƣơng lai.
Nhìn chung các nghiên cứu về rừng tự nhiên ở Việt Nam có lịch sử từ
lâu và đã đạt đƣợc những kết quả đáng kể. Tuy vậy, những hiểu biết về cấu
2
trúc và quá trình động thái của rừng vẫn còn rất tản mạn. Phần lớn các nghiên
cứu về tăng trƣởng và cấu trúc rừng đều dựa trên số liệu thu thập một lần từ ô
tiêu chuẩn tạm thời và giải tích thân cây hay đẽo vát cây tiêu chuẩn do đó độ
chính xác không cao.
Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài
“Nghiên cứu cấu trúc và xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính
rừng tự nhiên lá rộng thường xanh một số khu rừng đặc dụng miền Bắc
Việt Nam”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Góp phần hoàn thiện phƣơng pháp luận về phân nhóm loài, tái sinh bổ
sung, chuyển cấp và xác định mô hình mô phỏng các quá trình động thái bao
gồm quá trình tăng trƣởng đƣờng kính, quá trình chết và quá trình tái sinh bổ
sung của rừng tự nhiên lá rộng thƣờng xanh ở một số khu rừng đặc dụng miền
Bắc Việt Nam.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
3.1. Ý nghĩa khoa học
Luận án góp phần bổ sung các phƣơng pháp nghiên cứu tăng trƣởng rừng
và động thái cấu trúc bằng các ô tiêu chuẩn định vị là một trong những lĩnh
vực khó và còn ít công trình nghiên cứu. Các kết quả của luận án có giá trị
tham khảo cho nghiên cứu, góp phần hoàn thiện các giáo trình điều tra và sản
lƣợng rừng sử dụng trong nghiên cứu và giảng dạy.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Vận dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào dự đoán động thái cấu trúc
và tăng trƣởng rừng tự nhiên lá rộng thƣờng xanh ở các điểm nghiên cứu nói
riêng và ở Việt Nam nói chung.
Kết quả thu đƣợc sẽ là cơ sở thực tiễn cho việc đề xuất dự báo các nội
dung tác động đến rừng tự nhiên trong quá trình quản lý kinh doanh nếu đƣợc
áp dụng ở những trạng thái rừng sản xuất có điều kiện tƣơng tự.
3
4. Những đóng góp mới của luận án
Là công trình đầu tiên nghiên cứu về các quá trình: tăng trƣởng, chết và
tái sinh bổ sung của rừng tự nhiên một cách có hệ thống bằng hệ thống
ô tiêu chuẩn định vị.
Cung cấp các dữ liệu khoa học để dự đoán tăng trƣởng và động thái cấu
trúc của rừng làm cơ sở cho quản lý rừng bền vững.
Góp phần hoàn thiện phƣơng pháp luận về phân nhóm loài, tái sinh bổ
sung và chuyển cấp; sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu tăng trƣởng
đƣờng kính không thông qua giải tích trong rừng tự nhiên lá rộng
thƣờng xanh ở Việt Nam.
4
Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Các nghiên cứu trên thế giới
1.1.1. Về cấu trúc rừng tự nhiên
1.1.1.1. Cấu trúc tổ thành
Cấu trúc tổ thành là sự tham gia của những loài cây trong lâm phần, hay
nói cách khác là sự phong phú của các loài cây trong quần thụ thực vật. Theo
Richards, P. W (1952), trong rừng mƣa nhiệt đới có ít nhất 40 loài cây gỗ trên
mỗi 1 ha, và cũng có trƣờng hợp còn lên trên 100 loài [37]. Tác giả đã phân
biệt tổ thành thực vật của rừng mƣa thành hai loại: (i) rừng mƣa hỗn hợp có tổ
thành loài cây phức tạp; và (ii) rừng mƣa đơn ƣu có tổ thành loài cây đơn
giản, trong những lập địa đặc biệt, rừng mƣa đơn ƣu chỉ bao gồm một vài loài
cây [37].
Theo Evans, J (1984), khi nghiên cứu cấu trúc tổ thành rừng tự nhiên
nhiệt đới thành thục (về sinh thái), tác giả đã xác định có tới 70 - 100 loài cây
gỗ trên 1 ha, nhƣng hiếm có loài nào chiếm hơn 10% tổ thành loài (dẫn theo
tài liệu [10]).
Theo Tolmachop, A. L (1974) ở vùng nhiệt đới thành phần thực vật rất
đa dạng thể hiện ở chỗ rất ít họ chiếm tỷ lệ 10% tổng số loài của hệ thực vật
đó và tổng tỷ lệ phần trăm của 10 họ có số loài lớn nhất chỉ đạt 40 - 50% tổng
số loài. Trong rừng hỗn giao, nhiều loài cây gỗ lớn phân bố theo tỷ lệ khá cân
bằng, tuy nhiên phần lớn trong một quần thụ thƣờng có 1 - 2 loài chiếm ƣu
thế (dẫn theo tài liệu [27])
Laura Klappenbach (2001) cho rằng thành phần loài cây liên quan đến
các loại rừng, một số khu rừng chứa đựng hàng trăm loài cây, trong đó có một
số khu rừng chỉ có một ít loài. Rừng luôn luôn biến đổi và phát triển thông
qua một chuỗi diễn thế, trong thời gian đó thành phần loài cây trong các khu
rừng có sự thay đổi [70].
5
Baur, G. N (1979) khi nghiên cứu rừng mƣa ở khu vực gần Belem trên
sông Amazôn, trên một ô tiêu chuẩn diện tích khoảng 2 ha đã thống kê đƣợc
36 họ thực vật và trên mỗi ô tiêu chuẩn diện tích > 4 ha ở phía Bắc New
South Wales cũng đã ghi nhận đƣợc sự hiện diện của 31 họ chƣa kể cây leo,
cây thân cỏ và thực vật phụ sinh [1].
Theo Catinot, R (1965) trong rừng ẩm nhiệt đới châu Phi có đến vài trăm
loài thực vật và trong tổ thành thực vật rừng ẩm nhiệt đới ở Đông Nam Á thƣờng
có một nhóm loài ƣu thế là nhóm họ Dầu, chiếm đến 50% quần thụ [8].
Tóm lại, Các nghiên cứu từ trước đến nay của các tác giả đi trước cho
thấy, lâm phần rừng tự nhiên nói chung rất đa dạng về thành phần loài thực
vật. Nhìn chung, có tới hàng trăm loài cây gỗ trong diện tích 1 ha, tuy nhiên
lại rất ít loài chiếm hơn 10% tổ thành loài.
1.1.1.2. Cấu trúc phân bố N-D
Mối quan hệ giữa các nhân tố điều tra trong lâm phần là những quy luật
cơ bản trong nghiên cứu kết cấu rừng đƣợc rất nhiều tác giả quan tâm nghiên
cứu. Ngày nay, bên cạnh những nghiên cứu mang tính chất định tính, các
nghiên cứu cấu trúc rừng trong các thập niên gần đây có xu hƣớng chuyển
dần từ mô tả định tính sang định lƣợng 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 đƣợc nhiều tác giả nghiên cứu. Vấn đề về cấu
trúc không gian và thời gian của rừng đƣợc các tác giả tập trung nghiên cứu
nhiều nhất.
Đầu tiên là công trình nghiên cứu của Meyer, H. A (1952) đã mô tả phân
bố N/D bằng phƣơng trình toán học có dạng đƣờng cong giảm liên tục.
Phƣơng trình này đƣợc gọi là phƣơng trình Meyer [74].
Rollet (1971) đã biểu diễn quan hệ giữa chiều cao với đƣờng kính ngang
ngực bằng hàm hồi qui; phân bố đƣờng kính cây dƣới dạng phân bố xác suất
(dẫn theo tài liệu [10]).
6
Balley (1973) mô hình hóa cấu trúc phân bố số cây theo cỡ kính (N-D)
bằng hàm Weibull [53]. Prodan, M và Patatscase (1964), Bill và Kem, K. A
(1964) đã tiếp cận phân bố cấu trúc N/D bằng phƣơng trình hàm Logarit (dẫn
theo tài liệu [10]).
Burkhart, H (1974) và Strub, U (1972) sử dụng hàm Beta mô phỏng
phân bố cấu trúc N/D (dẫn theo tài liệu [16]). Tác giả đã tính toán các tham số
dm (đƣờng kính nhỏ nhất), dM (đƣờng kính lớn nhất), α, β của phân bố Beta
theo các phƣơng trình:
d m a0 a1 h0 a2 A N a2
a0 a1
a0 a1
A
a2 A h0
N
A
a2 A h0
N
h0
N
(1.1)
(1.2)
(1.3)
Trong đó: h0 là chiều cao tầng trội; A là tuổi; N là mật độ lâm phần.
Kennel, R (1971) đã xác định các đại lƣợng dM (đƣờng kính lớn nhất), dm
(đƣợng kính nhỏ nhất) và N (mật độ) thông qua quan hệ trực tiếp với tuổi theo
dạng phƣơng trình [103]:
d m a0 a1 A a2 A2
(1.4)
d M a0 a1 A a2 A2
(1.5)
N e
( a0
a1 a2
)
A A2
(1.6)
Bliss, C. I và Reinker, K. A (1964) sử dụng hàm Logarit mô phỏng phân
bố cấu trúc N/D. Tác giả đã xác lập quan hệ giữa các tham số a, b, M (mật
độ), S (cấp đất) của phân bố chuẩn Logarit với đƣờng kính bình quân theo
dạng Logarit tự nhiên hai vế [55]:
Ln(a) a0 b0 Ln(d )
(1.7)
Ln(M ) a0 b0 Ln(d )
(1.8)
Ln(S ) a0 b0 Ln(d )
(1.9)
7
Batista, J. L. F và Do Courto, H. T. Z (1992) 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 [54]. Nhìn chung, việc sử dụng hàm này hay
hàm khác để biểu thị qui luật cấu trúc là tùy thuộc vào kinh nghiệm của từng
tác giả, cũng nhƣ các loài cây sinh trƣởng khác nhau và số liệu đo đạc ngoài
thực tế. Do đƣờng kính cây không ngừng tăng lên theo tuổi, nên phân bố
đƣờng kính của lâm phần cũng không ngừng thay đổi theo tuổi. Chính vì thế,
từ các mô hình toán học đã xác định đƣợc, các nhà khoa học đã nghiên cứu sự
biến đổi của quy luật phân bố số cây theo tuổi (gọi là động thái cấu trúc rừng).
Roemisch, K (1975), nghiên cứu khả năng dùng hàm Gamma mô phỏng
sự biến đổi theo tuổi của phân bố số cây theo đƣờng kính cây rừng, xác lập
quan hệ của tham số β với tuổi, đƣờng kính trung bình và chiều cao tầng trội
đã khẳng định quan hệ giữa tham số β với chiều cao tầng trội là chặt chẽ nhất
(dẫn theo tài liệu [16]).
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, tác giả đã đề nghị mô hình xác định tham số β
cho phân bố N/D của lâm phần sau tỉa thƣa nhƣ sau:
' a0 a1 a2 2 a3 n a4 n 2 a5 n a6 n 2 (1.10)
Trong đó: - β’ là tham số phân bố Gamma trƣớc tỉa thƣa.
- β là tham số phân bố Gamma sau tỉa thƣa.
- n là tỷ lệ phần trăm số cây tỉa thƣa.
Ngoài các nghiên cứu trên còn có quan điểm cho rằng đƣờng kính cây
rừng là một đại lƣợng ngẫu nhiên phụ thuộc vào thời gian và quá trình biến
đổi của phân bố đƣờng kính theo tuổi là quá trình ngẫu nhiên. Theo hƣớng
nghiên cứu này có các tác giả Suzuki (1971); Preussner, K (1974); Bock, W
và Diener (1972). Theo các tác giả này, quá trình đó biểu thị một tập hợp các
giá trị x của đại lƣợng ngẫu nhiên tại một thời điểm (t) và lấy trong một
khoảng thời gian nào đó. Nếu trị số đƣờng kính tại thời điểm (t) chỉ phụ thuộc
vào trị số ở thởi điểm t -1 mà không phụ thuộc vào trạng thái ở những thời
8
điểm trƣớc đó là quá trình Markov. Nếu xt = x, có nghĩa là ở thời điểm (t) có
trạng thái x. Nếu tập hợp các trạng thái có thể xảy ra của quá trình Markov có
thể đếm đƣợc thì đó là chuỗi Markov, tức là mỗi trị số của tứng với một số tự
nhiên (dẫn theo tài liệu [25], [7]).
Như vậy: Từ các nghiên cứu định lượng cấu trúc phân bố N/D cho thấy,
các nghiên cứu về phân bố số cây theo đường kính và ứng dụng của nó
thường dựa vào dãy tần số lý thuyết. Các hàm toán học được các tác giả sử
dụng để mô phỏng rất đa dạng và phong phú. Nhìn chung, các tác giả đều
biểu diễn quy luật phân bố số cây theo đường kính dưới dạng phân bố xác
suất, các hàm thường hay sử dụng như hàm Weibull, hàm mũ, hàm chuẩn,
hàm Logarit, hàm Beta, hàm Gama.
1.1.1.3. Tương quan H-D
Qua các công trình nghiên cứu của các tác giả đi trƣớc cho thấy, giữa
chiều cao với đƣờng kính có quan hệ rất chặt chẽ. Phƣơng trình toán học biểu
thị mối quan hệ này rất phong phú và đa dạng.
Tovstolesse, D. I (1930) đã lấy cấp đất làm cơ sở để nghiên cứu mối
quan hệ H/D. Krauter, G (1958) nghiên cứu quan hệ H/D dựa trên cơ sở cấp
đất và cấp tuổi. Để xác lập mối quan hệ H/D nhiều tác giả đã đề xuất sử dụng
các dạng phƣơng trình toán học khác nhau (dẫn theo tài liệu [16]).
Nhiều tác giả dùng phƣơng pháp giải tích toán học tìm ra những phƣơng
trình nhƣ: Naslund, M (1929); Assmann, E (1936); Hohenadl, W (1936);
Michailov, F (1934, 1952); Prodan, M (1944); Krenn, K (1946) (dẫn theo tài
liệu [16]); Meyer, H. A (1952) [74] đã đề nghị các dạng phƣơng trình dƣới đây:
h = a +b1*d +b2*d2
(1.11)
h = a +b1*d +b2*d2 + b3*d2
(1.12)
h -1,3 = d2/(a +b*d)
(1.13)
h = a +b*Log(d)
(1.14)
h = a +b1*d +b2*Log(d)
(1.15)
9
h = k*db
(1.16)
h -1,3 = a*e(b/d)
(1.17)
Curtis, R. O (1967) đã mô phỏng quan hệ giữa chiều cao với đƣờng kính
và tuổi theo dạng phƣơng trình [58]:
Log(h) d b1
1
1
1
b2 * b3
d
A
dA
(1.18)
Khi nghiên cứu sự biến đổi theo tuổi của quan hệ giữa chiều cao với
đƣờng kính ngang ngực, Tiourin, A. V (1972) đã rút ra kết luận: “Đƣờng cong
chiều cao thay đổi và luôn dịch chuyển lên phía trên khi tuổi tăng lên” (dẫn
theo tài liệu [16]). Prodan, M (1965) và Haller, K. E (1973) (dẫn theo [16])
cũng phát hiện ra quy luật: “Độ dốc đƣờng cong chiều cao có chiều hƣớng
giảm dần khi tuổi tăng lên”.
Qua nghiên cứu một số lƣợng lớn đƣờng cong chiều cao, Prodan, M
(1965) cho thấy, dạng đƣờng cong chiều cao ở những lâm phần cùng loài cây,
cùng tuổi hay cùng đƣờng kính bình quân hầu nhƣ không có sự sai khác rõ nét
(dẫn theo [16]. Những lâm phần nhƣ vậy đƣợc xác lập một đƣờng cong chiều
cao chung và đƣợc gọi là đƣờng cong cơ sở. Từ đó, trên cơ sở loài cây và cấp
đất có thể xác lập đƣợc hệ thống đƣờng cong chiều cao. Làm nhƣ vậy, việc
xác định trữ lƣợng và tăng trƣởng cây rừng hay lâm phần sẽ đơn giản hơn
nhiều so với phƣơng pháp điều tra thông thƣờng.
Như vậy, có nhiều dạng phương trình biểu thị tương quan H/D1.3. Tuy
nhiên, việc sử dụng dạng phương trình nào thích hợp nhất cho từng đối tượng
thì cần phải có nghiên cứu đầy đủ cụ thể.
1.1.2. Phân nhóm loài cây rừng tự nhiên
Sự hiểu biết lý thuyết về các vấn đề quản lý và đặc dụng liên quan đến
rừng nhiệt đới hỗn giao chủ yếu dựa vào việc phân tích dữ liệu thu thập từ
điều tra. Tính đa loài cao trong rừng tự nhiên nhiệt đới làm cho việc phân tích
số liệu và mô hình hóa cực kỳ khó khăn. Theo Phillips et al (2002), ngƣời
Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full
