Giáo trình Tài nguyên rừng - Nguyễn Xuân Cự, Đỗ Đình Sâm

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:157

Thêm vào BST

Báo xấu

701
lượt xem 162
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Tài nguyên rừng nhằm trang bị những kiến thức cơ bản về rừng và tài nguyên rừng, về vai trò của rừng trong sự nghiệp phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trường cho sinh viên khoa Môi trường. Đồng thời được dùng làm tài liệu tham khảo cho các các ngành có liên quan. Giáo trình đề cập những nội dung chính có liên quan đến khái niệm, các quá trình cơ bản của rừng, vai trò của rừng cũng như việc tổ chức quản lí và sử dụng tài nguyên rừng cho sự phát triển bền vững. Mời bạn đọc tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Tài nguyên rừng - Nguyễn Xuân Cự, Đỗ Đình Sâm

NGUYỄN XUÂN CỰ - ĐỖ ĐÌNH SÂM TÀI NGUYÊN RỪNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 1
Chịu trách nhiệm xuất bản: Giám đốc: PHÙNG QUỐC BẢO Tổng biên tập. PHẠM THÀNH HƯNG Chịu trách nhiệm nội dung. Hội đồng nghiệm thu giáo trình Trường ĐHKHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội Người nhận xét. GS.TS. LÊ VĂN KHOA TS. NGÔ ĐÌNH QUẾ Biên tập: ĐỨC HỮU NHƯ QUỲNH Trình bày bìa: NGỌC ANH 2
MỞ ĐẦU Rừng là một trong những bộ phận quan trọng nhất cấu thành nên sinh quyển. Ngoài ý nghĩa về nguồn tài nguyên sinh vật. Rừng còn là một yếu tố địa lý không thể thiếu được trong từ nhiên. Nó có vai trò cực kỳ quan trọng tạo nên cảnh quan vi có tác động mạnh mẽ đến các yếu tố khí hậu, đất đai. Chính vì vậy, rừng không chi có chức năng trong phát triển kinh tế - xã hội mà nó còn có ý nghĩa đác biệt trong việc bảo vệ môi trường sinh thái. Ngay từ buổi đầu tiên trong lịch sử phát triển nhân loại. Rừng đã có những đóng góp cực kỳ quan trọng đối với đời sống con người. Rừng cung cấp nơi cư trú, lương thực, thực phẩm, nguyên liệu, nhiên liệu cho sự tồn tại và phát triển của xã hội loài người. Sự phát triển ngày càng cao của kinh tế - xã hội, đặc biệt là trong giai đoạn hiện đại dựa trên nền tảng sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã làm đa dạng hơn quá trình sử dụng tài nguyên thiên nhiên và làm thay đổi sự phụ thuộc của con người vào rừng. Con người đã rời bỏ từng phần hoặc toàn bộ sự lệ thuộc vào rừng di chuyển xuống sông ở các lưu vực sông. Nơi có các điều kiện dễ dàng hơn và có năng suất cây trồng cao hơn. Các cộng đồng dân cư đã phân bố rộng khắp từ những vùng đô thị đến các vùng nông thôn ven biển. Tuy nhiên một bộ phận quan trọng gồm nhiều công đồng dân cư khác nhau vẫn sống trong rừng hoặc ở các vùng ven rừng. Họ tiếp tục nền sản xuất nông nghiệp truyền thống tự cung tự cấp, sử dụng đất rừng để canh tác nông nghiệp và khai thác các tài nguyên rừng phục vụ trực tiếp cho cuộc sống của họ. Ngày nay do dân số tăng nhanh nhu cầu về tài nguyên ngày càng lớn. Quá trình sản xuất phát triển dựa trên một nền khoa học công nghệ cao đã gáy sức ép ngày càng lớn đối với các 3
nguồn tài nguyên nói chung. Trong đó, tài nguyên rừng được huy động ngày càng nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về lương thực,thực phẩm, nhu cầu gò củi và các nguyên liệu cho sự phát triển kinh tế xã hội của loài người. Điều này đã dẫn dấn làm suy giảm đáng kể nguồn tài nguyên rừng, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Rừng bị suy giảm do bất kỳ một nguyên nhân nào cũng đều có thể gây ra các vấn đề về sinh thái, môi trường như: Gây hạn hán, lũ lụt, ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu, làm giảm đa dạng sinh học, gây xói mòn đất và có nguy cơ dẫn đến sa mạc hóa các vùng đất. Cuối cùng chúng sẽ gây hậu quả về kinh tế, xã hội và dẫn đến đói nghèo. Rừng không chỉ có ý nghĩa trong phát triển kinh tế xã hội của từng địa phương mà nó đồng thời cũng là bộ phận cấu thành quan trọng trong sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Những nguyên nhân làm giảm diện tích rừng ít nhiều có sự thay đổi theo từng vùng nhưng trước hết đều có liên quan trực tiếp đến các cộng đồng người sống trong rừng hoặc ở các vùng ven rừng. Do vậy, để bảo vệ và phát triển rừng. Chính phủ và các tồ chức có liên quan cần ủng hộ, trợ giúp các quá trình sản xuất nhằm phát triển đời sống các cộng đồng dân cư địa phương. Việt Nam cũng như nhiều nước dang phát triển khác đang đứng trước những vấn đề cấp bách về môi nhường. Tài nguyên rừng đất nước, khoáng sản đang được huy động mạnh mẽ cho quá trình phát triển kinh tế và bị suy giảm nhanh chóng nhiều loài động thực vật quý hiếm đang có nguy cơ bị tuyệt chủng môi trường đang bị đe dọa bởi sự ô nhiễm. Bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng sẽ có vai trò đặc biệt quan trọng nhằm giữ ổn định cân bẵng sính thái trong sinh quyển."Chính vì vậy bảo vệ tài nguyên rừng đã được xác định là một trong những mục tiêu lớn trong chiến lược hành động cho sự phát triển bền vững ở nước ta nói riêng và trên toàn thế giới nới chung. Là một bộ phận cấu thành của chương trình đào tạo cử nhân khoa học môi trường, giáo trình "Tài nguyên rừng" nhằm trang 4
bị những kiến thức cơ bản về rừng và tài nguyên rừng, về vai trò của rừng trong sự nghiệp phát triển kinh tế, xã hội và bao vệ môi trường cho sinh viên khoa Môi trường. Đồng thời được dùng làm tài liệu tham khảo cho các ngành khoa học có liên quan. Với mục đích đó, giáo trình "Tài nguyên rừng" đề cập cái những nội dung chính có liên quan đến các khái niệm, các quá trình cơ bản của rừng, vai trò của rừng những vấn đề xe tài nguyên rừng cũng như việc tổ chức quản lý và sử dụng tài nguyên rừng cho sự phát triển bền vững. Các tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các chuyên gia và các nhà khoa học để sửa chửa bổ sung và hoàn chỉnh nội dung nhằm đáp ứng ngày một tốt hơn yêu cầu của quá trình đào tạo. 5
Chương I: NHỮNG KHÁI NIÊM CƠ BẢN VÀ Ý NGHĨA SINH THÁI CỦA RỪNG 1.1. KHÁI NIỆM VỀ RỪNG. Rừng là bộ phận cấu thành quan trọng nhất của sinh quyển và có ý nghĩa lớn trong sự phát triển kinh tế xã hội, sinh thái và môi trường. Trên thực tế, rừng đã có lịch sử phát triển lâu dài nhưng những hiểu biết về rừng chỉ mới thức sự có được từ thế kỷ XIX. Cùng với sự ra đời của sinhthái học, các khái niệm về rừng và khoa học rừng dần dần được sáng to: Theo quan điểm học thuyết về hệ sinh thái rừng được xem như là hệ sinh thái điển hình trong sinh quyển (Temslay, 1935; Vili, 1997; Odum, 1966). Mặt khác trên cơ sở học thuyết về rừng của morodov, Sukasov thì rừng được coi là một sinh địa quần lạc (Biogeocenose). Thực ra thì hai học thuyết này là không khác nhau về bản chất, nhung mỗi học thuyết nhấn mạnh về một khía cạnh đặc trưng riêng của rừng. Cả hai học thuyết đều sử dụng các nguyên lý cơ bản của sinh thái học khi nghiên cứu một đơn vị tự nhiên trong sinh quyển. Chung đều được thừa nhận và sử dụng trong khoa học nghiên cứu về rừng. 1.1.1. Rừng là một hệ sinh thái . Vili (1957) đã khái niệm hệ sinh thái là một đơn vị tự nhiên bao gồm các yếu tố sống và không sống, giữa chúng có sự trao đổi vật chất và năng lượng tạo nên một hệ thống ổn định. Nói cách khác, hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm quần xã sinh vật và các yếu tố môi trường vật lý, trong đó có sự tương tác giữa chúng vôi nhau. 6
Các yếu tố môi trường vật lý trong hệ sinh thái bao gồm khí hậu (như nhiệt độ, độ ẩm), ánh sáng, không khí và các yếu tố dinh dưỡng (như N, P, K, Ca, Mg, Mo, H2O). Quần xã sinh vật bao gồm các loài thực vật, động vật, vi sinh vật. Đây là thành phần sống và biến động nhất trong hệ sinh thái. Xét về quan hệ dinh dưỡng, người ta chia các sinh vật ra làm 2 nhóm: (l) Sinh vật tự dưỡng hay sinh vật sản xuất, chủ yếu là các cây xanh có khả năng chuyển hóa năng lượng mặt trời nhờ quá trình quang hợp; (2) Sinh vật dị dưỡng bao gồm sinh vật tiêu thụ (chủ yếu là các loại động vật) và các sinh vật phân hủy (nấm và các vi sinh vật). Các sinh vật tiêu thụ lại được chia thành sinh vật tiêu thụ bậc 1, tiêu thụ bậc 2, tiêu thụ bậc 3, ... Chức năng cơ bản của hệ sinh thái là thực hiện vòng tuần hoàn vật hất và dòng năng lượng. Bắt đầu từ các thực vật, chúng sử dụng các chất khoáng, CO2 và H2O dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ. Một phần các chất hữu cơ này sẽ được chuyển sang các sinh vật tiêu thụ thông qua chuỗi thức ăn. và cuối cùng chúng bị phân hủy trả lại các hợp chất vô cơ cho môi trường, khép kín chu trình vật chất trong hệ sinh thái. Dòng năng lượng từ bức xạ mặt trời được thức vật cố định cũng được vận chuyển trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn. Tuy nhiên, năng lượng là dòng hở, nó bị tiêu hao dần qua các bậc dinh dưỡng. Có thể biểu diễn vòng tuần hoàn dinh dưỡng và dòng năng lượng trong hệ sinh thái bằng sơ đồ đơn giản như hình 1. Tùy theo phạm vi nghiên cửu, hệ sinh thái có thể có giới hạn rộng hẹp khác nhau khác nhau: Một khi rừng, một đồng cỏ, một vùng biển, hoặc có thể nhỏ chỉ là một cái ao, thậm chí chỉ là. một bể cá nhỏ. Cả hành tinh của chúng ta dược coi là một hệ sinh thái khổng lồ. Do có đa dạng sinh học cao và cấu trúc phức tạp nên rừng được xem là hệ sinh thái phức tạp nhất trong các hệ sinh thái trên cạn. 7
- Mối quan hệ dinh dưỡng trong hệ sinh thái rừng: Cây xanh tự dưỡng sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời và các chất vô cơ tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ đây là nguồn thức ăn cung cấp trực tiếp cho các sinh vật tiêu thụ bậc 1 là các động vật ăn thực vật như trâu, bò, ngựa, hươu, nai, thỏ, chuột đồng, sóc và nhiều loài chim ăn hạt như chim bồ câu, gà lôi (Gaulus gtandarins). Côn trùng lấy phấn hoa và mật (ong, ruồi hoa, các loài bướm) có vai trò quan trọng trong việc truyền phấn hoa cho các cây rừng như phong lan, anh đào. Côn trùng ăn và phá hoại các loài thực vật như ong xinip, sâu cuốn lá, một sâu ăn lá, ăn chồi. Các côn trùng ăn thực vật tuy có khối lượng không lớn nhưng có tác động rõ rệt đến hệ sinh thái rừng. Các động vật ăn thịt bậc 1: Ăn các loại động vật ăn thực vật như cáo, chồn. Nhiều loại chim như chim chích, gõ kiến và một số động vật nhỏ hơn như nhện ăn sâu bọ. Đến lượt mình, chính các động vật ăn thịt bậc 1 lại bị các động vật khác ăn thịt (ăn thịt bậc 2). Ví dụ như cú ăn thịt, diều hâu chuyên săn bắt các loại chuột, gà. 8
Cuối cùng trên đỉnh tháp dinh dưỡng thể hiện mối tác động tương hỗ về thức ăn trong hệ sinh thái gồm các vật ký sinh trên động vật ăn thịt bậc 1 và bậc 2 như ve, bét. Trên thực tế mối quan hệ thức ăn trong hệ sinh thái rừng là rất phức tạp. Mỗi một sinh vật tiêu thụ có thể đồng thời tham gia một số chuỗi dinh dưỡng khác nhau. Tập hợp tất cả các mối quan hệ thức ăn (các chuỗi thức ăn) sẽ tạo thành một mạng lưới dinh dưỡng (mạng lưới thức ăn) nhiều nhánh. Các sinh vật sản xuất và tiêu thụ ở mức độ dinh dưỡng khác nhau khi chết đi trả lại cho đất một khối lượng lớn các chất hữu cơ. Đây là nguồn thức ăn nuôi sống một số lượng lớn các động vật hoại sinh sống trong đất và trên mặt đất thuộc các nhóm khác nhau như bộ cánh cổng, bộ hai đuôi (Diptera), bộ nhiều chân (Scolopendromorpha), giun tròn, giun đất. Sự phân hủy cuối cùng các chết hữu cơ để trả lại chất vô cơ cho đất là do nấm, xạ khuẩn và vi khuẩn đảm nhận. Sinh khối của các nhóm sinh vật trong:hệ sinh thái rừng là khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện sinh thái, đặc biệt lả Loài cây ưu thế. Ví dụ như trong 1ha rừng sồi và dẻ 120 tuổi ở châu Âu có thành phần sinh khối của các nhóm sinh vật chủ yếu như sau: Cây gỗ Lá 4 tấn Cành 30 tấn Thân 240 tấn Cỏ 1 tấn Động vật có vú (lợn lòi, hươu, nai) 5 kg Chim 1,5 kg Động vật đất (chủ yếu là giun đất) 600 kg 9
Nhìn chung trong hệ sinh thái rừng, khối lượng, động vật chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với sinh khối thực vật. Tuy nhiên về số lượng cá thể thì lại rất lớn Ước tính số lượng các cá thể động vật trên 1 ha rừng cũng nhiều gấp 20 lần so với dân số trên trái đất. Trong quẩn xã sinh vật rừng, tỉ lệ giữa các nhóm sinh vật luôn có sự biến động và điều chỉnh nhằm thiết lập sự cân bằng động giữa chúng với nhau và với môi trường tạo nên sự ổn định của hệ sinh thái. Năng suất hệ sinh thái rừng Năng suất sơ cấp của rừng bao gồm tổng lượng vật chất hoặc năng lượng tích lũy được do các sinh vật sản xuất sơ cấp tích luỹ được hệ sinh thái rừng và được tính bằng lượng chất hữu cơ (hay C ) hoặc năng lượng được tích lũy trong 1 đơn vị thời gian trên 1 đơn vị diện tích. Năng suất rừng phụ thuộc chủ yếu vào khả năng quang hợp của cây xanh. Tuy nhiên một phần lớn năng lượng cố định được lại bị tiêu hao cho các hoạt động của hệ sinh thái nên phần tích lũy lại trong thực vật (bao gồm cả thân, lá, hoa, quả và rễ) là không lớn lắm. Nhiều nghiên cứu ở vùng rừng Trung Âu cho thấy khoảng 45% sản phẩm đồng hóa được sử dụng cho quá trình hô hấp của thực vật, gần 16 % mất đi do cành lá rụng, 3% mất đi qua hệ thống rễ, 1% do quả, 3% do rễ chết và 8% do các nguyên nhân khác. Chỉ có khoảng 29% là mô gỗ có thể sử dụng trong thực tiễn. Theo tính toán như vậy thì lượng chất hữu cơ tổng hợp trong quá trình quang hợp ở rừng châu Âu có thể đạt 8-23 tấn/ha năm tương ửng với 2-8 tấn gỗ. Kết quả này là phù hợp với lượng gỗ khai thác được trên thực tế, dao động trong khoảng 1-7 tấn/năm. Năng suất cây rừng cũng phụ thuộc rất lớn vào các điều kiện khí hậu, đất đai. Ở Tây âu có thể đạt tới 12 m3 /ha/năm, trong khi ở vùng cực Bắc chỉ vào khoảng 0,5 m3/ha/năm. Do vậy chu kỳ khai thác rừng ở Tây âu vào khoảng 6 - 9 năm, còn ở cực Bắc thì chu kỳ này kéo dài tới 30 - 40 năm. Hiện nay, việc biểu thị 10
năng suất cây rừng thường dược biểu thị bằng thể tích gỗ (m3) thực ra không phản ánh đầy đủ lượng vật chất thực tích lũy được của hệ sinh thái rừng, vì chất lượng các loại gỗ khác nhau là rất khác nhau. Các cây gỗ nhẹ có độ xốp lớn thường có mức tăng trưởng nhanh nhưng thực tế lượng vật chất tích luỹ được không cao. Ví dụ như 1 ha rừng thông tăng dược 18 m3 gỗ và rừng dẻ tăng lượng gỗ trong một năm. Nhưng thực chất lượng nhất khô tích luỹ được ở loại rừng này có sự khác nhau không nhiều vì gỗ thông có độ hổng là 10% trong khi gỗ dẻ chỉ là 63%. Thực tế cho thấy tâng, nếu trong các diều kiện có tiềm năng cho năng suất như nhau và các cây rừng đều thích ứng với khí hậu và đất đai thì rừng cây lá kim thường có, tăng trưởng gỗ về thể tích lớn hơn so với các rừng cây lá rộng, gỗ cứng. Tuy nhiên, xét về thực chất từ khối lượng vật hất sản xuất được tỷ lệ sai khác ít hơn nhiều. Ví dụ như rừng cây vân sam có mức tăng trưởng là 11,1 m3/ha/năm còn rừng cây lá rộng chỉ là 3,8 m3/ha/năm. Trong khi xét về trọng lượng chất khô tương ứng là 2,7 và 1,4 tấn chất khô/năm. Việc tính toán năng suất của hệ sinh thái rừng là một vấn đề quan trọng, nhưng thường gặp nhiều khó khăn nên các chỉ số ước tính về năng suất rừng còn khác nhau khá nhiều. Schroeder (1919) lấy năng suất 2,5 tấn C ha/năm làm cơ sở để tính thì năng suất rừng trên toàn trái đất (44 triệu km2) sẽ là 11 tỷ tấn C hay 22 tỷ tấn chất hữu cơ trong một năm. Theo Ovington và Pẹrsal, thì năng suất ở rừng cây lá rộng ở Anh là 2,55 tấn C/ha/năm. Còn năng suất trung bình ở rừng thường xanh nhiệt đới là 4,8 tấn C/ha/năm tương ứng với hiệu suất quang hợp là 1% (Foog, 1958). Một tính toán khác vào năm 1955, trên trái đất có 11,4 triệu km2 rừng được khai thác, cung cấp 2,390 triệu m3/năm hay 2,1 m3 gỗ/ha tương ứng gõ tan C (nếu tính cả cành và lá thì lượng C sẽ là 1triệu). Trên cơ sở này người ta ước tính năng suất rừng trên toàn thế giới sẽ là 8,3 tỷ tấn gỗ hoặc 4,1 tỷ tấn chẩt khô, hay 2,08 tỷ tấn C. Nếu tính cả cành lá và rễ cây thì hàng năm rừng 11
trên thế giới có khả năng tích lũy khoảng 4 tỷ tấn C hay 8 tỷ tấn chất hữu cơ. Hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới: Nhờ có điều kiện khí hậu, đất dai thuận lợi khu hệ thực vật của rừng mưa nhiệt đới rất phong phú và được xem là khu bảo tồn thiên nhiên đầy đủ nhất trên lục địa. Do có lượng bức xạ dồi dào và lượng ẩm khá lớn, quátrình trao đổi chất và năng lượng xảy ra mạnh tạo điều kiện cho các loài cây ưa ẩm thường xanh chiếm ưu thế. Với lịch sử phát triển lâu dài và sự đa dạng sinh học cao của mình, rừng mưa nhiệt đới được xem là trung tâm tiến hóa của giới thực vật. Cấu trúc của rừng mưa nhiệt đới thường rất phức tạp. kín tán các với loài cây gỗ chiếm ưu thế khác tuổi, nhiều tầng dày rậm, phong phú về dây leo và thực vật phụ sinh. Bánh rễ và hiện tượng ra hoa quả trực tiếp trên thân là những đặc trưng chỉ có ở rừng mưa nhiệt đới. Ngoài ra trong rừng mưa nhiệt đới còn có nhiều loài cây gỗ quý có ý nghĩa kinh tế và giá trị sử dụng cao. Tuy nhiên do điều kiện khí hậu thuận lợi, sự sinh trưởng và phát triển của thực vật diễn ra quanh năm đã làm cho thành phần loài cây và quá trình tái sinh rừng mưa nhiệt đới diễn ra rất phức tạp. Rừng thường bao gồm nhiều loài cây sống hỗn giao, thành phần và tuổi cây cũng không đồng nhất nên gây khó khăn trong quản lý, khai thác cũng như chăm sóc rừng. Nhìn chung, rừng nhiệt đới có các loài cây tia sáng có hiệu suất quang hợp cao, nhưng cường độ hô hấp lớn nên tiêu hao nhiều sản phẩm hữu cơ và năng lượng đã tích luỹ dược. Phần lớn diện tích rừng nước ta mang đặc trưng của rừng mưa nhiệt đới. Rừng có sự đa dạng sinh học cao và nhiều loài gỗ quý. Đặc biệt là còn có nhiều loại động thực vật đượẫtem là đặc trưng ít gặp ở các khu rừng khác trên thế giới. 1.1.2. Rừng là một quần lạc sinh địa. 12
Học thuyết về "Quần lạc sinh địa" được Sukasov đưa ra vào năm 1964. Theo Sukasov quần lạc sinh địa là tổng hợp trên mặt đất nhất định các hiện tượng tự nhiên đồng nhất (khí quyển, đá mẹ, đất, thảm thực vật, thế giới động vật, vi sinh vật và các điều kiện thủy văn) có đặc thù riêng về sự tương tác giữa các hợp phần tổ thành. Chúng là một thể thốn ơ nhất biện chứng giữa các mâu thuẫn nội tại, và luôn vận động phát triển không ngừng. Theo nghĩa chung, quần lạc sinh địa là một khái niệm rộng bao gồm cả quần lạc sinh địa rừng và quần lạc sinh địa đồng cỏ. Một quần lạc sinh địa bao gồm các thành phần chủ yếu như sinh cảnh (ánh sáng, khí hậu, đất) và các quần lạc sinh vật (quần lạc thực vật, quần lạc động vật, quần lạc vi sinh vật). Bản chất của mối quan hệ giữa các hợp phần trong quần lạc sinh địa là quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng. Sukasov gọi đây là quá trình sinh địa quần lạc, nó quyết định quá trình phát triển và diễn thế rừng. Mỗi một kiểu rừng có một quá trình sinh địa quần lạc đặc trưng do tổ thành tầng cây cao giữ vai trò quyết định. Trong đó loài cây lập quần ưu thế sinh thái) có vai trò chủ đạo trong việc hình thành nặn hoàn cảnh bên trong của quần thể (tiểu hoàn cảnh rừng). Chỉ có quần thể thực vật rừng mới có khả năng tạo nên "nội cảnh" riêng biệt khác với môi trường ba ngoài. Do vậy, đặc trưng cơ bản nhất của rừng là trong tô thành thực vật, loài cây cao phải chiếm ưa thế. Chúng có một mật độ nhất định mọc chung với nhau trên một diện tích nhất định luôn có sự tác động tương hô giữa các cây rừng với nhau và với môi trường tạo nên một tiểu hoàn cảnh riêng biệt.. Quần lạc sinh địa rừng dược hiểu là một khoảng rừng nhất định có sự đồng nhất về tổ thành cấu trúc và đặc tính của các thành phần hợp thành. Nghĩa là đồng nhất về thảm thực vật, thế giới động vật, thế giới vi sinh vật, các điều kiện về khí hậu, đất đai. Trong đó có sự đồng nhất về các quá trình tác động qua lại lẫn nhau, có cùng một kiểu trao đổi vật chất và nặng lượng giữa các hợp phần trong quần lạc và với môi trường (Sukasov, 1964). 13
1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN RỪNG 1.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự hình thành và phân bố rừng. Môi trường bao gồm nhiều yếu tố khác nhau (khí hậu, đất đai; sinh vật), chúng luôn tác động đồng thời tạo thành một tổ hợp sinh thái ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng phát triển của các loài thực vật. Mỗi vùng địa lý khác nhau có một điều kiện sinh thái nhất định và cũng có một kiểu rừng đặc trưng với một cảnh quan địa lý riêng biệt. Ở vùng ôn đới có đặc trưng cơ bản của cấu trúc rừng cây lá kim thuần loài, đều tuổi. Còn rừng mưa vùng nhiệt đới được đặc trưng bởi các cây lá rộng thường xanh, có cấu trúc phức tạp về thành phần loài, khác tuổi. Khả năng tập hợp các loài cây thành các quần hợp khác nhau là một sự kiện trong thực tế thiên nhiên đây không phải là sự ngẫu nhiên. Trong điều kiện môi trường của vùng nhiệt đới với lượng mưa dồi dào) lượng nhiệt và ánh sáng đầy đủ và chênh lệch không lớn trong năm là thích hợp với biên độ sinh thái hẹp của nhiều loài cây đã tạo ra thảm thực vật phong phú riêng của rừng nhiệt đới. Sự đấu tranh sinh tồn ở Tây Âu tuy vẫn xảy ra nhưng không gay gắt, do đó mà các cá thể của nhiều loài có thể cùng tồn tại bên nhau. Tuy nhiên trong những điều kiện khí hậu, đất đai nhất định có những loài cây thích hợp sẽ chiếm ưu thế trong từng sinh thái của quần thể: Theo Thái Văn Trừng (1970), số loài cây ưu thế trong một hệ sinh thái rừng thường không quá 10 loài, tỉ lệ cá thể của mỗi loài ưu thế chiếm khoảng 5%, và tổng số cá thể của 10 loài ưu thế đó phải chiếm 40-50% tổng số cá thể cây của tầng tập quần của quần thể trên một đơn vị diều ra. Khí hậu được xem là yếu tố quyết định sự hình thành các đai rừng theo vĩ độ khác nhau trên thế giới. Trong các yếu tố khí hậu thì nhiệt đó và độ ẩm có ý nghĩa quyết định nhất tạo nên sự phân bố rừng theo vĩ độ và theo độ cao (Hình 2). Trong cùng 14
một diều kiện khí hậu thì đất đai sẽ có vai trò quan trọng hình thành nên các thực vật khác nhau. Như đất ngập mặn ven biến hình thành các rừng ngập mặn, đất đối núi hình thành từ các loại đá mẹ khác nhau sẽ hình thành những quần thể thực vật tương ứng. Ngày nay, con người cũng có tác động không nhỏ làm thay đổi sự phân bố của các loại cây rừng. Nhiều khu rừng tự nhiên đã bị biến mất hoặc thay vào đó là các khu rừng trồng với những loài cây không phải là khu vực phân bố tự nhiên của chúng, như các rừng bạch đàn hay keo đang được trồng khá nhiều ở vùng đồi núi phía bắc nước ta. 15
16
1.2.2. Ảnh hưởng của khí hậu đến sinh trưởng và phát triển của rừng. Các yêu tố khí hậu có liên quan chặt chẽ với nhau và có ảnh hưởng đồng thời đến đời sống của sinh vất. Các yếu tố về bức xạ mặt trời, nhiệt, nước, thành phần và sự chuyển động của không khí có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân bố, cấu trúc, sinh trưởng, phát triển và năng suất của rừng. Paeson(1956) đã mô hình hóa các mối quan hệ giữa khả năng tăng trưởng của cây gỗ với những nhân tố cơ bản cửa khí hậu bằng phươngtrình sau: T G E CVP = XP X X T. 12 200 Trong đó: CVP chỉ một quan hệ giữa khí hậu (C), thực vật (V) và sản lượng (P), T là nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất (oc), T. là biên độ nhiệt trung bình tháng nóng nhất vả tháng lạnh nhất (oc), G là thời gian sinh trưởng (tháng) và là lượng bức xạ mặt trời, P là năng suất. Trên cơ sở phương pháp của paleson, Pado (1964) đã xác lập mối quan hệ tuyến tính giữa lượng tăng trưởng và chỉ số cuả Paleson dưới dạng phương trình: Y = A +B x CVP Bức xạ mặt trời . Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu cung cấp cho toàn bộ hoạt động của hệ sinh thái rừng và có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất của rừng. Nhìn chung cường độ quang hợp có quan hệ tỉ lệ thuận với cường độ chiếu sáng. Trong điều kiện vùng nhiệt đới, thực vật rừng có khả nẫng quang hợp cao tạo ra nhiều sản phản chất hữu cơ. Tuy nhiên cũng do điều kiện nhiệt độ cao và độ ẩm lớn mà quá trình hô hấp cũng xảy ra mạnh làm têu hao một lượng đáng kể năng lượng đã tích lũy được dẫn đến làm cho năng suất thực tế bị hạn chế một phần. Theo các tính toán của VanTo cho thấy không có sự khác nhau rõ rệt giữa sản 17
lượng của rừng nhiệt đới nguyên thủy và rừng Fagus slvatica. (Bảng 1). Bảng 1. Sản phẩm quang hợp và năng suất hai loại rừng ở châu Âu (tấn/ha) Loại rừng Sản phẩm Tiêu hao Năng suất quang hợp do hô hấp. thực tế. Rừng nguyên thủy nhiệt 42.5 29.1 13,4 đới. Rừng Fagus savatil 23,5 10,0 13,5 Một trong những nguyên nhân của hiện tượng trên là do rừng nhiệt đới bao gồm cấu trúc nguyên sơ với các cây lá rộng nhiều tầng, nhiều cành nhánh. Những cây ở tầng dưới do bị che bóng nên có năng suất quang hợp thấp. Trong khi ở rừng ôn đới đã được con người chọn lọc với những cây trồng có khả năng sinh trưởng nhanh, phần gỗ kinh tế chiếm tỉ lệ cao hơn ánh sáng không chỉ làm tăng khả năng sinh trưởng mà còn có ảnh hưởng mạnh đến quá trình ra hoa kết quả của cây rừng. Do khả năng tiếp nhận ánh sáng khác nhau mà ngày trên cùng một cây phần tán lá nhận được nhiều ánh sáng sẽ ra hoa kết quả nhiều hơn phần tán lá bị che bóng (Phùng Ngọc Lan, 1986). Trên thực tế, các cây sống dưới bóng rừng không hoàn toàn là các cây ưa bóng mà trong đó có rất nhiều cây chịu bóng. Khi điều kiện ánh sáng được cải thiện thì khả năng sinh trưởng của chúng sẽ tăng mạnh. Khả năng chịu bóng của cả , rừng chỉ thể hiện rõ rệt trong giai đoạn cây còn nhỏ, khi tuổi tăng lên khả năng chịu bóng sẽ giảm đi. Dựa vào nhu cầu ánh sáng có thể chia cây rừng làm hai nhóm cơ bản là cây ưa sáng và cây chịu bóng. Cây ưa sáng là loại cây không có khả năng sống dưới bóng rợp như bồ đề (Stvrax tonkinensis), thông (Pinus sụp), sau sau (Liquydamba formosama). Cây chịu bóng là các cây có khả năng sống dưới bóng rợp như hồi (il1cium ve rum), dọc (Garcinia sụp). Các cây 18
chịu bóng lại có thể chia ra cây rất chịu bóng, cây chịu bóng cây chịu bóng vừa và cây chịu bóng ít. Nhu cầu về ánh sáng là nguyên nhân cơ bản dẫn đến sự phân bố không gian của quần thể thực vật rừng. Nhiệt độ. Nhiệt độ là nhân tố sinh thái quan trọng đối với cây rừng. Nhiệt độ ảnh hưởng đến nhiều yếu tố sinh lý của cây như khả năng quang hợp, hô hấp, thoát hơi nước, khá năng hấp thụ dinh dưỡng. Trên thực tế sự biến đổi của nhiệt độ thường đi kèm cùng các yếu tố ánh sáng và độ ẩm sẽ có ý nghĩa quyết định đến sự hình thành và phân bố các đai rừng khác nhau trên thế giới (Hình 3). Nước: Ảnh hướng của nước đến cây rừng được thể hiện dưới 3 dạng cơ bản là lượng mưa, độ ẩm không khí và độ ẩm đất. Lượng mưa và sự phân bố trong năm có ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng, cấu trúc và trạng mùa của quần thể thực vật rừng. Mưa là nguồn cung cấp nước chính cho cây rừng. Độ ẩm đất là nguồn cung cấp nước trực tiếp cho thực vật rừng và có tính quyết định đến thành phần loài, số lượng cá thể của quần thể thực vật rừng. Độ ẩm đất thích hợp sẽ tạo điều kiện cho cây rừng phát triển tốt. Khi đất quá khô sẽ hạn chế sinh trưởng của lớp thảm thực vật rừng. 19
Thành phân và sự chuyển động của không khí. Thành phần chủ yếu của không khí bao gồm 3 loại khí là N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%). Đây là những chất khí có ý nghĩa sống còn đối với đời sống của các loài sinh vật. CO2 và O2 rất cần cho quá trình quang hợp và hô hấp của cây xanh. Giả sử nếu không có chu trình tuần hoàn C trong tự nhiên thì chi sau 30 năm toàn bộ lượng CO2 trong khí quyển sẽ bị cây xanh sử dụng hết. Lượng CO2 được trả lại cho khí quyển chủ yếu là do quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Theo Ludogo, đất cát ít mùn có khả năng giải phóng CO2), còn ở đất cát pha hay sét pha nhiều mùn giải phóng khoảng 4 kg CO2/ha trong 1 giờ. Hàm lượng N2 trong khí quyển tuy nhiều, nhưng nhìn chung thực vật không sử dụng được một cách trực tiếp. Chỉ có một số loài vi sinh vật sống tự do như Azotobacter, Clostridium, các 20