Nghiên Cứu Kết Cấu Không Gian Và Tính Đa Dạng Của Một Số Quần Xã Thực Vật Rừng Tại Vùng Ven Hồ Hòa Bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

---------------------------

NGUYỄN DUY TRÌNH

NGHIÊN CỨU KẾT CẤU KHÔNG GIAN VÀ TÍNH ĐA

DẠNG LOÀI CỦA MỘT SỐ QUẦN XÃ THỰC VẬT

RỪNG TẠI VÙNG VEN HỒ HÒA BÌNH

Chuyên ngành : Lâm học

Mã số : 60.62.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Người hướng dẫn: PGS.TS. Hoàng Kim Ngũ

HÀ NỘI – 2010

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Vùng Hồ Hòa Bình là một địa điểm có tính chiến lược, quan trọng

không chỉ riêng của tỉnh Hòa Bình mà còn của cả Quốc gia. Các quần xã thực

vật rừng xung quanh vùng Hồ Hòa Bình chủ yếu là rừng phòng hộ đầu nguồn,

có tác dụng bảo vệ đất, điều tiết nguồn nước, chống xói mòn đất, ngăn sự bồi

đắp lòng hồ...vv

Trong những năm qua cùng với công cuộc xây dựng và phát triển của

thủy điện Hòa Bình, việc khai thác rừng bừa bãi, tập quán đốt nương làm rẫy,

phương thức sử dụng đất không hợp lý của cộng đồng người dân sống xung

quanh vùng lòng hồ đã và đang làm cho rừng phòng hộ bị suy thoái nghiêm

trọng. Chính điều đó đã gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và ảnh hưởng trực

tiếp đến đời sống cộng đồng người dân trong khu vực đó.

Sự mất rừng sẽ làm suy giảm nguồn nước, giảm hiệu lực kiểm soát lũ

lụt của hồ trong mùa mưa, giảm công suất thuỷ điện và khả năng cung cấp

nước tưới trong mùa khô. Sự mất rừng còn làm tăng lượng bùn cát bồi lắng

lòng hồ, giảm tuổi thọ của hồ. Kết quả điều tra ở vùng hồ cho thấy nếu tốc độ

bồi lắng đáy hồ mỗi năm từ 50 - 70 cm như hiện nay thì tuổi thọ của Hồ Hoà

Bình sẽ giảm từ 250 năm theo thiết kế xuống còn khoảng dưới 100 năm.

Hiện nay cũng đã có một số các công trình nghiên cứu về các lĩnh vực

như; quản lý sử dụng đất, hiểu quả của rừng phòng đầu nguồn, lâm sản ngoài

gỗ.. vv tại khu vực lòng Hồ Hòa Bình. Nghiên cứu về kết cấu không gian và

tính đa dạng loài của một số quần xã thực vật rừng tại khu vực là chưa nhiều.

Để bổ sung thêm các công trình nghiên cứu tại khu vực Hồ Hòa Bình,

và phần nào giải quyết các tồn tại đã nêu, đề tài “Nghiên cứu kết cấu không

gian và tính đa dạng loài của một số quần xã thực vật rừng tại vùng ven Hồ

Hòa Bình” đã được lựa chọn để nghiên cứu.

2

Chương 1:

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Trên thế giới.

1.1.1. Về kết cấu rừng

1.1.1.1. Về tổ thành loài cây

Sự phong phú của hệ thực vật rừng mưa nhiệt đới được nhiều nhà khoa

học ghi nhận. Theo Schimper (1935) ở rừng Bắc Mỹ, trên diện tích 0,5 ha có

đến 25-30 loài cây gỗ lớn; Brown (1941) cũng cho biết ở rừng mưa châu Âu

hoặc Bắc Mỹ trong trường hợp cực đoan, rừng có thể bao gồm 20-25 loài cây

gỗ, [28].

Theo Richards P.W (1952) [28] trong rừng mưa nhiệt đới trong mỗi

hecta không có mấy khi ít hơn 40 loài cây gỗ, mà có trường hợp còn đến trên

100 loài. Nhiều loài cây gỗ lớn sinh trưởng hỗn hợp với nhau theo tỷ lệ khá

bằng nhau, nhưng cũng có khi chỉ có một hoặc hai loài chiếm ưu thế.

Baur G.N (1962) [1], khi nghiên cứu rừng mưa ở gần Belem trên sông

Amazôn, trên ô tiêu chuẩn diện tích khoảng hai hecta đã thống kê được 36 họ

thực vật và trên ô tiêu chuẩn diện tích hơn 4 hecta 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.

Trong rừng ẩm nhiệt đới châu Phi, theo Catinot. R (1974) [2] có đến

vài trăm loài thực vật, còn tổ thành thực vật rừng ẩm nhiệt đới ở Đông Nam Á

thường có một nhóm loài ưu thế - nhóm họ dầu, chiếm 50% quần thụ.

Ở châu Á, trong rừng thứ sinh nhiệt đới vùng Shanxin-Trung Quốc,

Zeng và cộng sự (1998) đã thống kê khoảng 280 loài cây dược liệu, 80 loài

cây có dầu và 20 loài cây có sợi cũng như một số loài cây gỗ có giá trị khác

(dẫn theo Zaizhi Z -2001 [49]). Mức độ phong phú của thành phần thực vật

trong rừng thứ sinh ở Nepal cũng đã được Kanel K.R và Shrestha K (2001

3

[43]) điểm qua, có đến 6.500 loài cây có hoa và 4.064 loài cây không hoa,

trong đó có trên 1.500 loài nấm và hơn 350 loài địa y.

1.1.1.2. Về cấu trúc tầng thứ

Một trong những đặc trưng nổi bật của cấu trúc rừng nhiệt đới là hiện

tượng phân tầng. Nhưng do tính chất phức tạp của nó nên có ý kiến không

thống nhất với nhau trong cách phân chia tầng thứ. Chevalier (1917),

Mildbraed (1922) đã ngụ ý rằng mọi phương pháp dựa vào chiều cao của cây

để phân cây cối thành tầng đều có tính chất tùy tiện và các “tầng” đó không

có một thực tế khách quan. Booberg (1932) đã lập đồ thị chiều cao của tất cả

các cây gỗ đo được trong các “khu rừng bảo vệ” ở Java, và đi đến kết luận là

không thể nhận ra có mấy tầng cây như các tác giả khác đã mô tả.

Ngược lại nhiều tác giả khác cho rằng rừng mưa thường có từ ba đến

năm tầng: Brown (1919) khi nghiên cứu rừng cây họ đậu tại Phillippin, đã cho

biết là các cây gỗ lớn sắp xếp thành ba tầng khá rõ rệt. Để nghiên cứu sự phân

tầng trong rừng mưa ở Guana. Davis và Richards P.W (1933-1934) dùng

phương pháp vẽ biểu đồ mặt cắt đứng của rừng. Phương pháp này được đánh

giá có giá trị nhất về mặt nghiên cứu lý luận cũng như về thực tiễn sản xuất,

kết quả đã phân rừng hỗn giao nguyên sinh ở sông Moraballi tại Guana thành

năm tầng với ba tầng cây gỗ (A,B,C), tầng cây bụi (D) và tầng mặt đất (E).

Richards P.W (1936) cho biết trong rừng cây họ dầu hỗn hợp nguyên sinh ở

núi Dulit tại Borneo có ba tầng cây gỗ nhưng tầng A phân biệt rõ ràng còn

tầng B và C khó xác định rõ ranh giới, ngoài ra còn có tầng cây bụi và tầng

thực vật mặt đất; năm 1939 ông cũng phân rừng hỗn hợp nguyên sinh Nigeria

thành năm tầng với ba tầng cây gỗ. Vaughan và Weihe (1941) nhận thấy rằng

trong rừng cao đỉnh tại Moritiut sự phân tầng là có thực. Bear (1946) cũng mô

tả sự phân tầng rõ rệt trong rừng Trinidad với ba tầng cây gỗ, tầng cây bụi và

tầng mặt đất (theo Richards P.W (1952) [28]).

4

Bên cạnh đó, Catinot.R (1974) [2] cũng cho rằng rừng ẩm nhiệt đới có

sự phân hóa mạnh, những tầng trong quần thụ rõ nét, cụ thể là có một tầng

vượt tán với những cây có chiều cao trên 40 m và những tầng bên dưới.

Hiện nay, nhiều hệ thống phân loại thảm thực vật rừng đã dựa vào các

đặc trưng như cấu trúc và dạng sống, độ ưu thế, kết cấu hệ thực vật hoặc năng

suất thảm thực vật. Ngay từ nửa đầu thế kỷ 19, Humboldt và Grisebach [32]

đã sử dụng dạng sinh trưởng (toàn bộ hình thái hoặc cấu trúc và trạng thái của

thực vật) của các loài cây ưu thế và kiểu môi trường sống của chúng để biểu

thị cho các nhóm thực vật. Phương pháp hình thái của Humboldt và Grisebach

được các nhà sinh thái học Đan Mạch (Warming, 1904; Raunkiaer, 1934) tiếp

tục phát triển. Raunkiaer đã phân chia các loài cây hình thành thảm thực vật

thành các dạng sống và các phổ sinh học (phổ sinh học là tỉ lệ phần trăm các

loài cây trong một quần xã có các dạng sống khác nhau). Tuy nhiên, nhiều

nhà sinh thái học cho rằng phân loại hình thái, các phổ dạng sống của

Raunkiaer kém ý nghĩa hơn các dạng sinh trưởng của Humboldt và

Grisebach. Trong các phương pháp phân loại rừng dựa theo cấu trúc và dạng

sống của thảm thực vật, phương pháp dựa vào hình thái bên ngoài của thảm

thực vật được sử dụng nhiều nhất.

Kraft (1884) [6], lần đầu tiên đưa ra hệ thống phân cấp cây rừng, ông

chia cây rừng trong một lâm phần thành 5 cấp dựa vào khả năng sinh trưởng,

kích thước và chất lượng của cây rừng. Phân cấp của Kraft phản ánh được

tình hình phân hoá cây rừng, tiêu chuẩn phân cấp rõ ràng, đơn giản và dễ áp

dụng nhưng chỉ phù hợp với rừng thuần loài đều tuổi.

Việc phân cấp cây rừng cho rừng hỗn loài nhiệt đới tự nhiên là một vấn đề

phức tạp, cho đến nay vẫn chưa có tác giả nào đưa ra được phương án phân cấp

cây rừng cho rừng nhiệt đới tự nhiên mà được chấp nhận rộng rãi. Sampion

Gripfit (1948) [6], khi nghiên cứu rừng tự nhiên Ấn Độ và rừng ẩm nhiệt đới

5

Tây Phi có kiến nghị phân cấp cây rừng thành 5 cấp cũng dựa vào kích thước và

chất lượng cây rừng. Richards (1952) [28] phân rừng ở Nigieria thành 6 tầng dựa

vào chiều cao cây rừng.

Tóm lại, sự phân tầng và phương pháp thể hiện tầng tán trong rừng

mưa nhiệt đới mặc dù có nhiều ý kiến khác nhau, nhưng quan điểm có sự

phân tầng rõ rệt trong rừng mưa nhiệt đới được nhiều nhà khoa học xác nhận.

1.1.1.3. Về cấu trúc tuổi

Theo Richards P.W (1952) [28], trong rừng mưa nhiệt đới có mùa khô

hạn thật rõ, dựa vào vòng năm đôi khi có thể xác định được tuổi cây gỗ đại

khái gần đúng và có thể dùng phương pháp này đối với một số ít loài cây

trong rừng phân mùa thường xanh, nhưng trong rừng mưa điển hình với khí

hậu tương đối không phân thành mùa thì vòng sinh trưởng hàng năm không

phân biệt rõ rệt. Do xác định tuổi cây trong rừng nhiệt đới có nhiều khó khăn,

ông đã đi sâu nghiên cứu, về tình hình đại biểu cấp thể tích thấy rằng: trong

các loài cây ưu thế thường gặp, có sự biến đổi rất lớn về độ nhiều trong các

giai đoạn còn non; một loài cây mà trong các tầng trên chiếm tỷ lệ lớn, có thể

rất nhiều đại biểu là mầm non và cây con, trong khi đó một loài cây khác, ở

tầng trên cũng có nhiều không kém gì, lại có rất ít đại biểu trong số mầm non,

cây con. Đôi khi một loài cây trong lúc còn là mầm non thì có nhiều, nhưng

đến khi là cây lớn lại hoàn toàn vắng hẳn.

1.1.1.4. Về cấu trúc mật độ

Theo Richards P.W (1952) [28], trong rừng mưa nhiệt đới ở Nam Mỹ

và châu Phi, mật độ lâm phần (Cây có đường kính ngang ngực 10 cm trở lên)

biến động từ 390 – 1.710 cây/ha, trong đó mật độ của những cây có đường

kính từ 41 cm trở lên khoảng 39 – 60 cây/ha. Baur G.N (1962) [1], cũng cho

biết trong rừng mưa nguyên sinh ở Mã Lai trên diện tích 1 hecta có khoảng

6

550 cây có đường kính từ 10 cm trở lên, trong đó những cây có đường kính

trên 48 cm từ 42 – 65 cây/ha.

Về mật độ tối ưu lâm phần, H. Thomasius (1972) đã xây dựng lý thuyết

khoảng sống và hằng số không gian sinh trưởng liên quan tới chiều cao, mật

độ và tuổi. Kairukstis (1980) xác định mật độ tối ưu lâm phần theo diện tích

tán và mức độ che phủ. Chiabera (1982) mô hình hóa mật độ tối ưu theo tuổi

và lấy mật độ tại tuổi 100 làm gốc (dẫn theo Nguyễn Ngọc Lung (1978) [17]).

Nhưng các phương pháp này chỉ thích hợp cho nghiên cứu rừng thuần loài

đều tuổi. Đối với rừng hỗn loài khác tuổi, việc xác định tuổi lâm phần rất khó

khăn, cho nên khó áp dụng đối với rừng nhiệt đới hỗn loài khác tuổi.

1.1.1.5. Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng

Việc nghiên cứu cấu trúc rừng đã có từ lâu và được 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 hoá cấu trúc rừng, xác lập mối quan hệ giữa các nhân

tố cấu trúc rừng đã được nhiều tác giả nghiên cứu có kết quả. Vấn đề về cấu

trúc không gian và thời gian của rừng được các tác giả tập trung nghiên cứu

nhiều nhất. Có thể kể đến một số tác giả tiêu biểu như: Rollet B (1971), Brung

(1970), Loeth et al (1967)... rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu cấu trúc

không gian và thời gian của rừng theo hướng định lượng và dùng các mô hình

toán để mô phỏng các qui luật cấu trúc (dẫn theo Trần Văn Con, (2001) [5]).

Rollet. B (1971) đã mô tả mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính bằng các

hàm hồi qui, phân bố đường kính bằng các dạng phân bố xác suất (dẫn theo

Bảo Huy (1993) [13]. Nhiều tác giả còn sử dụng hàm Weibull để mô hình hoá

cấu trúc đường kính loài thông theo mô hình của Schumarcher và Coil (Belly,

1973). Bên cạnh đó các dạng hàm Meyer, Hyperbol, hàm mũ, Pearson,

Poisson,... cũng được nhiều tác giả sử dụng để mô hình hoá cấu trúc rừng.

7

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 hay ngoại mạo sinh thái. 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)... Trong nhiều hệ thống phân loại rừng theo

xu hướng này khi nghiên cứu ngoại mạo của quần xã thực vật đã không tách rời

khỏi hoàn cảnh của nó và do vậy hình thành một hướng phân loại theo ngoại

mạo sinh thái. Khác với xu hướng phân loại rừng theo cấu trúc và ngoại mạo chủ

yếu mô tả rừng ở trạng thái tĩnh. Trên cơ sở nghiên cứu rừng ở trạng thái động

Melekhov đã nhấn mạnh sự biến đổi của rừng theo thời gian, đặc biệt là sự biến

đổi của tổ thành loài cây trong lâm phần qua các giai đoạn khác nhau trong quá

trình phát sinh và phát triển của rừng (dẫn theo Lý Thọ, (1999) [36]).

1.1.1.6. Nghiên cứu về tái sinh rừng

Theo quan điểm của các nhà lâm học, hiệu quả của tái sinh rừng được

xác định bởi mật độ, tổ thành loài cây, chất lượng cây con, đặc điểm phân bố.

Vai trò của tái sinh rừng hết sức quan trọng, nó quyết định sự tồn tại của thảm

thực vật, tái sinh rừng là tiền đề cho quá trình diễn thế rừng đảm bảo rừng

luôn trong trạng thái vận động. Do vậy có thể nói những nghiên cứu về tái

sinh rừng đã góp phần làm sáng tỏ các quy luật tồn tại và phát triển của rừng

cả trong quá khứ, hiện tại và tương lai.

Theo quan điểm của các nhà nghiên cứu thì hiệu quả tái sinh rừng được xác

định bởi mật độ, tổ thành loài cây, cấu trúc tuổi, chất lượng cây con, đặc điểm phân

bố. Sự tương đồng hay khác biệt giữa tổ thành lớp cây tái sinh và tầng cây gỗ lớn đã

được nhiều nhà khoa học quan tâm (Mibbre-ad, 1930; Richards, 1933; 1939;

Aubreville, 1938; Beard, 1946; Lebrun và Gilbert, 1954; Joné, 1955-1956; Schultz,

1960; Baur, 1964; Rollet, 1969) [46]. Do tính chất phức tạp về tổ thành loài cây,