Luận án nghiên cứu động thái cấu trúc hệ sinh thái rừng lá rộng thường xanh tại khu bảo tồn thiên nhiên hang kia pà cò và vườn quốc gia xuân sơn

Nghiên cứu về động thái rừng trên thế giới. * Khái niệm chung: Cấu trúc rừng là sự sắp xếp các tổ chức nội bộ các thành phần sinh vật trong hệ sinh thái rừng, mà qua đó các loài có đặc điểm sinh thái khác nhau có thể chung sống hài hoà và đạt tới sự ổn định tương đối trong một giai đoạn phát triển nhất định của tự nhiên. Cấu trúc rừng bao gồm: cấu trúc sinh thái (tổ thành, dạng sống), cấu trúc hình thái (tầng thứ, mật độ), cấu trúc thời gian (cấu trúc tuổi – N/D1. Động thái cấu trúc rừng được hiểu là sự biến đổi của các nhân tố cấu trúc: tổ thành, mật độ, sự biến đổi về N/D1.3, quá trình chết của cây.

theo thời gian. Tái sinh rừng theo nghĩa hẹp được hiểu là quá trình phục hồi lại thành phần cơ bản của rừng, chủ yếu là tầng cây gỗ. Các hình thức tái sinh bao gồm: tái sinh hạt, tái sinh chồi và tái sinh thân ngầm. Sinh trưởng của cây rừng là sự tăng lên về kích thước và trọng lượng của cây (hoặc từng bộ phận) có liên quan với sự tạo thành mới của các cơ quan, các tế bào cũng như các yếu tố cấu trúc của tế bào.

Sinh trưởng của cá thể là quá trình không đi ngược chiều lại. Sinh trưởng của cá thể cây rừng bao gồm: sinh trưởng chiều cao, sinh trưởng đường kính, sinh trưởng thể tích, sinh trưởng của cành, tán lá và sinh trưởng của hệ rễ. Sinh trưởng của rừng theo thời gian là sự tăng lên về kích thước các cây rừng và sự gia tăng về mức độ ảnh hưởng giữa chúng với nhau và giữa chúng với hoàn cảnh xung quanh. Sinh trưởng của rừng là một quá trình luôn luôn có sự xuất hiện một số cá thể mới và sự mất đi một số cá thể cũ.

Diễn thế rừng là sự thay thế thế hệ rừng này bằng thế hệ rừng khác, mà trong đó tổ thành tầng cây cao - nhất là loài cây ưu thế sinh thái có sự thay đổi cơ bản. Theo chiều hướng của quá trình diễn thế, có thể chia thành diễn thế tiến hóa (hệ sinh thái rừng mới có cấu trúc phức tạp hơn, có tính ổn định cao hơn, khả năng tận dụng điều kiện lập địa tốt hơn, tạo ra năng suất sinh khối cao hơn) và diễn thế thoái bộ (đơn giản hoá cấu trúc, hạ thấp khả năng tận dụng tiềm năng của điều kiện lập địa, giảm năng suất sinh khối). Phân theo nguồn gốc của diễn thế ta có diễn thế nguyên sinh (diễn ra trên thể nền chưa từng có thực vật sinh trưởng bao giờ) và diễn thế thứ sinh (diễn ra sau khi hệ sinh thái rừng bị tiêu huỷ hết hoặc bị phá hoại do chặt phá, lửa rừng). 5 Nghiên cứu về động thái rừng trên thế giới chủ yếu tập trung vào ba hướng chính: nghiên cứu quá trình tái sinh rừng, nghiên cứu quá trình sinh trưởng và phát triển của rừng và nghiên cứu về diễn thế rừng.

Nghiên cứu động thái tái sinh Đối với nghiên cứu về động thái tái sinh đã có rất nhiều tác giả đề cập đến vấn đề này trong công trình nghiên cứu của mình. Trước hết, trong nghiên cứu của mình, các tác giả đã đề cập đến các hình thức tái sinh của rừng nhiệt đới cũng như các đặc điểm tái sinh của rừng nhiệt đới ở các địa điểm khác nhau. Nghiên cứu tái sinh tự nhiên ở rừng nhiệt đới Châu Phi, A Ôbrêvin (1938) nhận thấy các cây con của các loài cây ưu thế trong rừng mưa có thể cực hiếm hoặc vắng hẳn. Ông gọi đây là hiện tượng "không bao giờ sinh con đẻ cái" của cây mẹ trong thành phần tầng cây gỗ của rừng mưa.

Tổ thành loài cây mẹ ở tầng trên và tổ thành loài cây tái sinh ở tầng dưới thường khác nhau rất nhiều; mặt khác tổ thành loài cây của rừng mưa, lại biến đổi từ nơi này sang nơi khác. Vì vậy, tổ thành loài cây của rừng mưa đều không cố định trong không gian và theo thời gian; không có một tổ hợp của loài cây nào có thể đạt được thế "cân bằng sinh thái" với hoàn cảnh một cách vĩnh viễn và ổn định. Ngay ở cùng một địa điểm và cùng một thời gian nhất định tổ hợp các loài cây sẽ được thay thế, không phải bằng tổ hợp có thành phần như cũ mà bằng một tổ hợp có thành phần khác hẳn. Từ những nhận định trên, đã dẫn A.

Ôbrêvin đi đến lý luận bức khảm tái sinh (còn gọi là lý luận tuần hoàn tái sinh). Theo lý luận này có thể coi một diện tích rừng mưa rộng lớn là một bức khảm mà mỗi đơn vị của bản ghép hình đó là một tổ hợp hình thành bởi những loài cây ưu thế khác nhau. Mặc dù, xét trên diện tích nhỏ, tổ hợp loài cây tái sinh không mang tính kế thừa, nhưng nếu xét trên một phạm vi rộng lớn hơn thì các tổ thành loài cây sẽ kế thừa nhau ít nhiều theo phương thức tuần hoàn. Ôbrêvin đã có công lao khái quát hoá các hiện tượng tái sinh ở rừng nhiệt đới châu Phi để đúc kết nên lí luận bức khảm tái sinh, nhưng phần lý giải các hiện tượng đó thì còn hạn chế.

Ông coi hiện tượng đó là "thuần tuý ngẫu nhiên", không thể phán đoán trước được vì còn phụ thuộc vào quá nhiều nguyên nhân phức tạp. Ông chưa giải thích được do tác nhân nào, do cơ chế nào đã dẫn đến việc hình thành các tổ hợp loài cây tái sinh khác nhau. Vì vậy, lí luận của ông còn ít sức thuyết phục, chưa giúp ích được cho thực tiễn sản xuất, đề xuất các biện pháp kỹ thuật điều khiển tái sinh rừng theo những mục tiêu kinh doanh đã đề ra. Mặt khác, điều đáng lưu ý hơn, những 6 kết quả quan sát của David và P.

Richards (1933), Beard (1964), Sun (1960), Rollet (1969) ở rừng nhiệt đới Nam Mỹ lại khác hẳn với nhận định của A. Ở đây, tất cả những loài cây có nhiều trong cấp thể tích lớn thì đồng thời cũng có nhiều trong cấp thể tích nhỏ, tuy độ nhiều tương đối của các loài cây trong cấp thể tích nhỏ có khác so với các tầng cao hơn. Như vậy, ở đây xuất hiện hiện tượng tái sinh tại chỗ và liên tục của các loài cây và tổ thành loài cây có khả năng giữ nguyên - không đổi trong một thời gian dài. Sự khác nhau này có thể giải thích được, nếu coi rừng Nam Mỹ đã đạt tới giai đoạn tương đối ổn định, cân bằng với hoàn cảnh, còn ở châu Phi, nơi A.

Ôbrêvin đã từng quan sát, rừng chưa đạt tới giai đoạn cân bằng với hoàn cảnh, tổ thành loài cây chưa ổn định, rừng đang trong một quá trình phát triển để hướng tới một quần lạc ổn định về thành phần loài cây (dẫn theo Hoàng Kim Ngũ, Phùng Ngọc Lan, 2005) [4] Van Stennit (1956) đã chỉ ra một số đặc điểm của tái sinh rừng nhiệt đới: tái sinh phân tán, liên tục, tái sinh vệt (thích hợp với những loài ưa sáng tại rừng mưa). Đặc điểm này thường xuất hiện ở rừng nguyên sinh già, ở đây những cây già cỗi bị tàn lụi, gió đổ tạo nên những lỗ trống trong rừng. Do ánh sáng thay đổi, quan hệ cạnh tranh của hệ rễ dưới đất giảm bớt nên nhiều loài cây tái sinh có khả năng xuất hiện. Tổ thành loài cây tái sinh ở những lỗ trống là những loài cây ưa sáng, mọc nhanh, đời sống ngắn, gỗ mềm không có mặt trong tổ thành rừng.

Nguồn gốc ở đây, có thể là do hạt giống lưu tồn trong đất nhưng có nhiều khả năng là do chim chóc, côn trùng hoặc do một tác nhân truyền giống nào khác đã đưa hạt giống từ xa đến. Diện tích lỗ trống càng lớn thì tỷ lệ các loài cây ưa sáng chiếm trong tổ thành tái sinh càng lớn. Đây là những loài cây tiên phong làm nhiệm vụ hàn gắn lỗ trống trong tán rừng mà Magơnô đã gọi nó một cách hình tượng là "loài liền vết sẹo". Sau khi những loài cây ưa sáng đã tạo ra được bóng rợp thì tái sinh của những loài cây chịu bóng có trong thành phần rừng nguyên sinh mới xuất hiện.

Do những loài cây ưa sáng có đời sống ngắn nên tàn lụi sớm và những loài cây chịu bóng sẽ vươn lên tiêu diệt toàn bộ thế hệ cây tiên phong đầu tiên và tham gia vào thành phần của rừng (dẫn theo Hoàng Kim Ngũ, Phùng Ngọc Lan, 2005) [4]. Phương pháp nghiên cứu tái sinh rừng cũng rất đa dạng. Một trong những phương pháp nghiên cứu tái sinh là lấy không gian thay thế thời gian. JIN Yong-huan và các cộng sự (2003) [5] đã nghiên cứu sự thay đổi các chỉ số đa dạng sinh học ở 7 rừng thứ sinh sau khai thác chọn tại vùng núi Trường Bạch, phía Đông Bắc Trung Quốc.

Đối tượng nghiên cứu là các lâm phần sau khai thác chọn đã có thời gian phục hồi khác nhau (5 năm, 10 năm, 15 năm, 19 năm và 28 năm) với các cường độ khai thác chọn tương ứng (36%, 33%, 45%, 43% và 42%). Việc lựa chọn những lâm phần trong cùng một khu vực nhằm hạn chế sự khác nhau về điều kiện tự nhiên. Chỉ số đa dạng được lựa chọn để nghiên cứu đó là: chỉ số về độ giàu loài (S), Simpson, Shannon-Wiener. Kết quả nghiên cứu sự thay đổi chỉ số S cho thấy: đối với lớp cây tái sinh chỉ số này giảm dần, mức giảm lớn nhất là đối tượng rừng 10 đến 15 năm sau khi khai thác (giảm tới 55% so với rừng nguyên sinh), sau đó lại tăng dần về mức ban đầu (đối tượng sau khai thác chọn 28 năm).

Đối với lớp cây dưới tán chỉ số này đều giảm theo các năm và sau khi khai thác 28 năm chỉ số này chỉ còn 74% so với rừng nguyên sinh. Đối với chỉ số Simpson (D): Lớp cây tái sinh có chỉ số D giữ nguyên sau 5 năm khai thác (so với rừng nguyên sinh). Với lớp cây tầng dưới tán sau khi khai thác 5 năm, chỉ số này giảm mạnh, giai đoạn sau khai thác 10 – 15 năm chỉ số D tăng nhanh, sau đó giảm dần đến giai đoạn sau khai thác 28 năm thì chỉ số này thấp hơn so với rừng nguyên sinh. Khác với sự biến đổi của hai chỉ số trên, chỉ số Shannon-Wiener có sự biến động không nhiều giữa các đối tượng (trong phạm vi ±10% so với rừng nguyên sinh) Chỉ số này tại khu vực nghiên cứu biến động từ 1,91 đến 2,26 chứng tỏ rừng tại khu vực có tính đa dạng loài tương đối cao.