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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

NGUYỄN THỊ THU HIỀN

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 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 TRƯỞNG ĐƯỜNG KÍNH RỪNG TỰ NHIÊN LÁ
RỘNG THƯỜNG 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

Người hướng 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 dưới sự hướng
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 được 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 chưa
được 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
hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, sửa luận án và tạo mọi điều kiện kỹ
thuật, cũng như kinh phí trong thực hiện nghiên cứu để tôi có th ể 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, Trường Đại học Nông lâm, Đại học
Thái Nguyên, đã chỉ bảo, định hướng nghiên cứu, hướng dẫn, sửa luận án
và động viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu.

Tôi xin cảm ơn Phòng Đào tạo, Ban Giám hiệu trường 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 Vườn Quốc gia Ba Bể,
Vườn Quốc gia Xuân Sơn, Vườn 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 như 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 - Trường 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 suố t thời gian tôi thực hiện
đề tài luận án.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn những người 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


3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................

ii MỤC LỤC....................................................................................................................
iii

DANH

MỤC

CÁC

............................................................

KÍ

HIỆU,

CHỮ

v

DANH

MỤC

VIẾT
CÁC

TẮT
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
Chương 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 trưởng 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 trưởng lâm phần rừng tự nhiên .................................31
1.3. Thảo luận, xác định vấn đề nghiên cứu ................................................36
Chương 2. GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........

38
2.1. Đối tượng và giới hạn phạm vi nghiên cứu ..........................................38
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................38
2.1.2. Giới hạn phạm vi nghiên cứu .........................................................38
2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................38
2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................39

4

2.3.1. Khái quát phương pháp tiếp cận.....................................................39
2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu .........................................................42
2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu ..............................................................49
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................

61
3.1. Nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên lá rộng thường
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 tương quan giữa chiều cao và đường kính (Hvn/D1.3).......74
3.2. Nghiên cứu phân nhóm loài theo một số đặc trưng sinh trưởng ...........80
3.3. Nghiên cứu xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính, quá trình chết
và quá trình tái sinh bổ sung lâm phần rừng tự nhiên lá rộng thường
xanh khu vực nghiên cứu ................................................................94
3.3.1. Xây dựng mô hình tăng trưởng đường 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
thường 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


5

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

a, b, c, d, d1,

Nghĩa tiếng việt đầy đủ
Tỷ tương quan


6

d2, d3, d4, k, m

Tham số của phương trình hồi quy

CLK

Các loài khác

Dmax

Đường kính tối đa loài đạt được (cm)

D1.3

Đường kính thân ở vị trí 1,3m

ĐTQHR

Điều tra Quy hoạch rừng

G

Tiết diện ngang lâm phần (m )

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

2

Chỉ số đa dạng Rényi

IV%

Chỉ số quan trọng

KBT

Khu bảo tồn

KHLN VN

Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam

M

Trữ lượng lâm phần (m )

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 lượng mẫu quan sát

N

Số cây của lâm phần (cây/ha)

NN&PTNT

Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

3

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

Phương trình

R

Hệ số tương quan

R

2

Hệ số xác định

RSS

Tổng sai lệch bình phương giữa giá trị lý thuyết và thực tế

RTSBS

Số cây tái sinh bổ sung (chuyển vào)

SE

Sai tiêu chuẩn hồi quy hay phương sai hồi quy

Si

Biến giả vùng nghiên cứu (biến giả Dummy)

Sig.f

Xác suất tiêu chuẩn F

ƯT

Ưu thế

VQG

Vườn Quốc gia

zd

Tăng trưởng đường kính bình quân năm (cm/năm)

ZdBB

Tăng trưởng đường kính bình quân năm ở VQG Ba Bể

ZdHK

Tăng trưởng đường kính bình quân năm ở KBT Han Kia - Pà Cò

ZdTotal

Tăng trưởng đường kính chung cho tất cả các loài

ZdVQ

Tăng trưởng đường kính bình quân năm ở VQG Vũ Quang

ZdXS

Tăng trưởng đường kính bình quân năm ở VQG Xuân Sơn
2

ZG

Tăng trưởng tiết diện ngang của lâm phần (m )

ZM

Tăng trưởng trữ lượng của lâm phần (m /ha)

3


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1: Tỷ lệ chết bình thường 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 tương quan H vn/D1.3 tại
các OTCĐV ở VQG Ba Bể ............................................................75
Bảng 3.7: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tương quan H vn/D1.3 tại
các OTCĐV ở VQG Vũ Quang......................................................76
Bảng 3.8: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tương quan H vn/D1.3 tại
các OTCĐV ở VQG Xuân Sơn ......................................................78
Bảng 3.9: Tổng hợp kết quả lựa chọn dạng tương 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 lược K-Means với chỉ
tiêu Dmax và zd cho 25 loài có dung lượng 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


8

Bảng 3.14: Kết quả ước lượng các tham số của mô hình tăng trưởng
đường kính theo phương trình Ln[zd/( Dmax - D)] = a +
b*LnD (2.18’) ................................................................................95
Bảng 3.15: Kết quả ước lượng các tham số của mô hình tăng trưởng

đường kính theo phương 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 phương
trình hồi quy (2.18’) và (2.19’).......................................................98
Bảng 3.17: Kết quả ước lượng tham số k và m của phương trình
Dmax = k + m*PC (3.27) .................................................................99
Bảng 3.18: Kết quả ước lượng các tham số của mô hình tăng trưởng
đường kính theo phương 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 phương
trình hồi quy (2.19’) và (3.29) ......................................................104
Bảng 3.20: Cách tính tỷ tương quan xác định mức quan hệ giữa số cây
chết với cỡ đường 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


9

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình

Tên hình

Trang

Hình 2.1: Vai trò của mô hình sinh trưởng 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 trưởng ..............................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 tương đối của cây để vẽ sơ đồ vị trí trong mỗi ô
vuông 20m x 20m...................................................................................45
Hình 2.6: Xác định điểm đo đường 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 tượng
nghiên cứu theo hàm Weibull (với  ≤ 1) ..............................................72
Hình 3.4: Sơ đồ phân nhóm loài (Cluster anlysis) theo chiến lược K-Means
với chỉ tiêu Dmax và zd cho 25 loài có dung lượng quan sát ≥ 50............82
Hình 3.5: Biểu đồ tăng trưởng đường kính của 9 nhóm loài và tổng thể theo
phương trình zd = exp(a)*(Dmax - D)*D^b (3.26) ...................................96
Hình 3.6: Ví dụ biểu đồ tăng trưởng đường kính một số nhóm loài và tổng thể theo
phương 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 đường 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

thường xanh thuộc VQG Ba Bể............................................................118
Hình 3.9: Biểu đồ mô phỏng dự đoán động thái cấu trúc G/D rừng lá rộng
thường xanh thuộc VQG Ba Bể............................................................119
Hình 3.10: Biểu đồ mô phỏng dự đoán tăng trưởng trữ lượng cho rừng lá rộng
thường xanh thuộc VQG Ba Bể............................................................120


1


2

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
trưởng, tái sinh và diễn thế rất phức tạp. Các hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới
trên phạm vi toàn thế giới đang có xu hướng suy giảm nghiêm trọng và cần
thiết phải được phục hồi vì mục đích môi trường và kinh tế để phát triển theo
hướng 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 chương 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 nhưng chất lượng rừng nói chung và
chất lượng rừng tự nhiên nói riêng vẫn tiếp tục giảm sút cả về trữ lượng gỗ và
đa dạng sinh học. Điều này kéo theo những hệ lụy nghiêm trọng ảnh hưởng
đến đời sống con người và môi trường 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 nước ta, việc quản lý rừng nói chung và rừng tự nhiên theo hướng

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 trưởng
đường kính làm cơ sở xác định đường kính khai thác tối thiểu và luân kỳ khai
thác; (ii) tăng trưởng trữ lượng rừng để xác định lượng 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 tương lai.
Nhìn chung các nghiên cứu về rừng tự nhiên ở Việt Nam có lịch sử từ
lâu và đã đạt được những kết quả đáng kể. Tuy vậy, những hiểu biết về cấu


trúc và quá trình động thái của rừng vẫn còn rất tản mạn. Phần lớn các nghiên
cứu về tăng trưởng 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 phương 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 trưởng đường kính, quá trình chết và quá trình tái sinh bổ
sung của rừng tự nhiên lá rộng thường 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 phương pháp nghiên cứu tăng trưởng 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
lượng 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 trưởng rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở các điểm nghiên cứu nói
riêng và ở Việt Nam nói chung.
Kết quả thu được 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 được
áp dụng ở những trạng thái rừng sản xuất có điều kiện tương tự.


4. Những đóng góp mới của luận án
 Là công trình đầu tiên nghiên cứu về các quá trình: tăng trưởng, 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 trưởng và động thái
cấu trúc của rừng làm cơ sở cho quản lý rừng bền vững.
 Góp phần hoàn thiện phương pháp luận về phân nhóm loài, tái sinh
bổ sung và chuyển cấp; sử dụng phương pháp nghiên cứu tăng
trưởng
đường kính không thông qua giải tích trong rừng tự nhiên lá rộng
thường xanh ở Việt Nam.


Chương 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 mưa nhiệt đới có ít nhất 40 loài cây gỗ trên
mỗi 1 ha, và cũng có trường hợp còn lên trên 100 loài [37]. Tác giả đã phân
biệt tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại: (i) rừng mưa hỗn hợp có tổ
thành loài cây phức tạp; và (ii) rừng mưa đơn ưu có tổ thành loài cây đơn
giản, trong những lập địa đặc biệt, rừng mưa đơn ưu 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, nhưng 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 thường có 1 - 2 loài chiếm ưu
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].


Baur, G. N (1979) khi nghiên cứu rừng mưa ở khu vực gần Belem trên
sông Amazôn, trên một ô tiêu chuẩn diện tích khoảng 2 ha đã thống kê được
36 họ thực vật và trên mỗi ô tiêu chuẩn diện tích > 4 ha ở phía Bắc New
South Wales cũng đã ghi nhận được sự hiện diện của 31 họ chưa 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
thường có một nhóm loài ưu 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 được 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 hướng chuyển
dần 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. Vấn đề về cấu
trúc không gian và thời gian của rừng được 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 phương trình toán học có dạng đường cong giảm liên tục. Phương
trình này được gọi là phương trình Meyer [74].
Rollet (1971) đã biểu diễn quan hệ giữa chiều cao với đường kính ngang
ngực bằng hàm hồi qui; phân bố đường kính cây dưới dạng phân bố xác suất
(dẫn theo tài liệu [10]).


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 phương 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 (đường kính nhỏ nhất), dM (đường kính lớn nhất), α, β của phân bố Beta
theo các phương trình:


h
d m  a 0  a1   a 2  A  N   0
N
h0
a2

  a0  a1  A  a2  A 
N

h0

  a0  a1  A   A 
h0
a
2
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 lượng dM (đường kính lớn nhất), dm
(đượng kính nhỏ nhất) và N (mật độ) thông qua quan hệ trực tiếp với tuổi theo
dạng phương trình [103]:

d m  a0  a1  A  a2 
A
d M  a 0  a 1 A  a2 
2
A

N e

( a0 

a1 a2

)
A A2

2

(1.4)
(1.5)

(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 đường kính bình quân theo
dạng Logarit tự nhiên hai vế [55]:
Ln(a)  a0  b0  Ln(d )
Ln(M )  a0  b0  Ln(d

(1.7)

) Ln(S )  a0  b0 

(1.8)

Ln(d )

(1.9)


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 như các loài cây sinh trưởng khác nhau và số liệu đo đạc ngoài
thực tế. Do đường kính cây không ngừng tăng lên theo tuổi, nên phân bố
đường kính của lâm phần cũng không ngừng thay đổi theo tuổi. Chính vì thế,
từ các mô hình toán học đã xác định được, 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 đường kính cây rừng, xác lập
quan hệ của tham số β với tuổi, đường 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 thưa như sau:


 '  a0  a1    a2  2  a3  n  a4  2  a5    n  a6   2 (1.10)


n
n
Trong đó: - β’ là tham số phân bố Gamma trước tỉa thưa.
- β là tham số phân bố Gamma sau tỉa thưa.
- n là tỷ lệ phần trăm số cây tỉa thưa.
Ngoài các nghiên cứu trên còn có quan điểm cho rằng đường kính cây
rừng là một đại lượng ngẫu nhiên phụ thuộc vào thời gian và quá trình biến
đổi của phân bố đường kính theo tuổi là quá trình ngẫu nhiên. Theo hướng
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 lượng ngẫu nhiên tại một thời điểm (t) và lấy trong một
khoảng thời gian nào đó. Nếu trị số đường 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


điểm trước 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 được 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 trước cho thấy, giữa
chiều cao với đường kính có quan hệ rất chặt chẽ. Phương 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 phương trình toán học khác nhau (dẫn theo tài liệu [16]).
Nhiều tác giả dùng phương pháp giải tích toán học tìm ra những phương
trình như: 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 phương trình dưới đây:
h = a +b1*d +b2*d

2

2

h = a +b1*d +b2*d + b3*d
2

(1.11)
2

(1.12)

h -1,3 = d /(a +b*d)

(1.13)

h = a +b*Log(d)

(1.14)

h = a +b1*d +b2*Log(d)

(1.15)


h = k*d

b

h -1,3 = a*e

(1.16)
(b/d)

(1.17)

Curtis, R. O (1967) đã mô phỏng quan hệ giữa chiều cao với đường kính
và tuổi theo dạng phương trình [58]:


Log(h)  d  b 
1 b

1
d



*
2

1

1
b 
3
A
d
A

(1.18)

Khi nghiên cứu sự biến đổi theo tuổi của quan hệ giữa chiều cao với
đường kính ngang ngực, Tiourin, A. V (1972) đã rút ra kết luận: “Đường 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 đường cong chiều cao có chiều hướng
giảm dần khi tuổi tăng lên”.
Qua nghiên cứu một số lượng lớn đường cong chiều cao, Prodan, M
(1965) cho thấy, dạng đường cong chiều cao ở những lâm phần cùng loài cây,
cùng tuổi hay cùng đường kính bình quân hầu như không có sự sai khác rõ nét
(dẫn theo [16]. Những lâm phần như vậy được xác lập một đường cong chiều
cao chung và được gọi là đường cong cơ sở. Từ đó, trên cơ sở loài cây và cấp
đất có thể xác lập được hệ thống đường cong chiều cao. Làm như vậy, việc
xác định trữ lượng và tăng trưởng cây rừng hay lâm phần sẽ đơn giản hơn
nhiều so với phương pháp điều tra thông thường.
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), người