Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu cấu trúc rừng lá rộng thường xanh và tính đa dạng thực vật thân gỗ tại Vườn Quốc gia Phia Oắc - Phia Đén tỉnh Cao Bằng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:176

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp "Nghiên cứu cấu trúc rừng lá rộng thường xanh và tính đa dạng thực vật thân gỗ tại Vườn Quốc gia Phia Oắc - Phia Đén tỉnh Cao Bằng" trình bày các nội dung chính sau: Mô tả được đặc điểm cấu trúc rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại khu vực nghiên cứu; Mô tả được tính đa dạng loài thực vật thân gỗ của rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại khu vực nghiên cứu; Đề xuất được giải pháp phục hồi và phát triển bền vững các loài thực vật thân gỗ tại khu vực nghiên cứu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu cấu trúc rừng lá rộng thường xanh và tính đa dạng thực vật thân gỗ tại Vườn Quốc gia Phia Oắc - Phia Đén tỉnh Cao Bằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP QUỐC MINH DŨNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC RỪNG LÁ RỘNG THƯỜNG XANH VÀ TÍNH ĐA DẠNG THỰC VẬT THÂN GỖ TẠI VƯỜN QUỐC GIA PHIA OẮC - PHIA ĐÉN TỈNH CAO BẰNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP Hà Nội, 2025
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP QUỐC MINH DŨNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC RỪNG LÁ RỘNG THƯỜNG XANH VÀ TÍNH ĐA DẠNG THỰC VẬT THÂN GỖ TẠI VƯỜN QUỐC GIA PHIA OẮC - PHIA ĐÉN TỈNH CAO BẰNG Ngành: Lâm sinh Mã số: 9620205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS.TS. TRẦN QUỐC HƯNG 2: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG HẢI Hà Nội, 2025
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được bảo vệ ở bất kỳ hội đồng cấp học vị nào. Trong công trình nghiên cứu này, tôi có sử dụng một phần kết quả điều tra trên 02 ô định vị nghiên cứu sinh thái quốc gia số 12 và 13 được thiết lập tại Vườn quốc gia Phia Oắc-Phia Đén giai đoạn 2015- 2020 của Phân viện Điều tra-Quy hoạch Rừng Đông Bắc Bộ. Bản thân tôi cũng là thành viên tham gia đoàn điều tra rừng thu thập dữ liệu cùng với Phân viện. Việc tham khảo các thông tin liên quan khác đều được trích dẫn rõ ràng khi sử dụng trong luận án. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2025 Người cam đoan Quốc Minh Dũng
ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành theo chương trình đào tạo tiến sĩ khóa 2017 – 2021 tại trường Trường Đại học lâm nghiệp Việt Nam. Trong quá trình thực hiện luận án, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện của Trường Đại học Lâm nghiệp, Phân viện Điều tra-Quy hoạch Rừng Đông Bắc Bộ, Ban quản lý Vườn quốc gia Phia Oắc-Phia Đén, các cá nhân, các nhà khoa học. Tôi xin chân thành cảm ơn các đơn vị, cá nhân, nhà khoa học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và cử cán bộ hỗ trợ giúp tôi thực hiện đề tài. Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Phân viện Điều tra-Quy hoạch Rừng Đông Bắc Bộ đã cho phép tôi tham gia điều tra rừng và kế thừa bộ số liệu của 02 ô định vị theo dõi sinh thái quốc gia số 12 và 13 tại Vườn quốc gia Phia Oắc- Phia Đén giai đoạn 2015-2020. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS. Trần Quốc Hưng và PGS.TS. Nguyễn Hồng Hải là những người hướng dẫn khoa học, đã dành nhiều thời gian và công sức giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Để luận án này hoàn thành một cách thuận lợi nhất, tôi cũng nhận được sự động viên, giúp đỡ nhiều mặt của các đồng nghiệp, cộng sự, bạn bè và người thân trong gia đình. Sau cùng, tôi xin gửi lời tri ân và lời cảm ơn sâu sắc tới những sự giúp đỡ quý báu của tất cả Thầy cô, anh chị em bạn bè và đồng nghiệp. Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2025 Nghiên cứu sinh Quốc Minh Dũng
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii PHỤ LỤC ...................................................................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... vii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết thực hiện đề tài .................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................................3 4. Những đóng góp mới của đề tài...............................................................................3 5. Đối tượng và giới hạn nghiên cứu ...........................................................................3 6. Bố cục của luận án...................................................................................................4 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...............................................5 1.1. Trên thế giới .........................................................................................................5 1.1.1. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên ..................................................... 5 1.1.2. Nghiên cứu tính đa dạng loài thực vật thân gỗ ................................................ 11 1.1.3. Nghiên cứu biến động cấu trúc rừng tự nhiên ................................................. 18 1.2. Ở trong nước.......................................................................................................20 1.2.1. Nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên .................................................................. 20 1.2.2. Nghiên cứu tính đa dạng loài thực vật thân gỗ ................................................ 27 1.2.3. Nghiên cứu biến động cấu trúc rừng tự nhiên ................................................. 32 1.3. Một số nghiên cứu về rừng tự nhiên ở VQG Phia Oắc – Phia Đén ....................33 1.4. Thảo luận chung .................................................................................................37 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................39 2.1. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................39 2.1.1. Đặc điểm cấu trúc rừng LRTX nghèo và nghèo kiệt ....................................... 39 2.1.2. Tính đa dạng loài thực vật thân gỗ của rừng LRTX nghèo và nghèo kiệt ....... 39
iv 2.1.3. Biến động cấu trúc của rừng LRTX nghèo và nghèo kiệt giai đoạn 2015-2020 . 39 2.1.4. Đề xuất một số giải pháp phục hồi và phát triển rừng tự nhiên LRTX nghèo và nghèo kiệt .................................................................................................................. 39 2.2. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................39 2.2.1. Quan điểm và phương pháp tiếp cận ............................................................... 39 2.2.2. Kế thừa tài liệu ................................................................................................ 40 2.2.3. Thu thập số liệu ............................................................................................... 41 2.2.4. Xử lý số liệu .................................................................................................... 42 Chương 3 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU.........................56 3.1. Điều kiện tự nhiên ..............................................................................................56 3.1.1. Vị trí địa lý....................................................................................................... 56 3.1.2. Địa hình ........................................................................................................... 56 3.1.3. Khí hậu, thủy văn ............................................................................................ 56 3.1.4. Địa chất và thổ nhưỡng ................................................................................... 59 3.1.5. Hiện trạng tài nguyên rừng ............................................................................. 59 3.1.6. Đa dạng thực vật rừng ..................................................................................... 61 3.2. Đặc điểm 02 ODV sinh thái rừng Quốc gia........................................................62 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................63 4.1. Đặc điểm cấu trúc rừng LRTX nghèo và nghèo kiệt ..........................................63 4.1.1. Một số nhân tố cấu trúc tầng cây gỗ ................................................................ 63 4.1.2. Quan hệ giữa đường kính và chiều cao tầng cây gỗ……………….....……..65 4.1.3. Phân bố số cây theo đường kính tầng cây gỗ .................................................. 69 4.1.4. Phân bố số cây theo chiều cao tầng cây gỗ ..................................................... 72 4.1.5. Đặc điểm cấu trúc không gian của tầng cây gỗ............................................... 76 4.1.6. Một số nhân tố cấu trúc tầng cây tái sinh ........................................................ 85 4.2. Tính đa dạng loài thực vật thân gỗ của rừng LRTX nghèo và nghèo kiệt ..........90 4.2.1 Tổ thành tầng cây cao ...................................................................................... 90 4.2.2. Đa dạng loài tầng cây gỗ ................................................................................. 92 4.2.3 .Tổ thành và mật độ cây tái sinh ...................................................................... 93 4.2.4. Đa dạng loài cây tái sinh ................................................................................. 95
v 4.2.5. Đa dạng phát sinh chủng loại của quần xã ...................................................... 96 4.2.6. Phân bố độ phong phú của các loài thực vật thân gỗ ...................................... 99 4.3. Biến động cấu trúc rừng LRTX nghèo và nghèo kiệt giai đoạn 2015-2020 .....107 4.4. Đề xuất một số giải pháp phục hồi và phát triển rừng LRTX nghèo và nghèo kiệt... 112 4.4.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm .................................................................. 112 4.4.2. Đề xuất giải pháp phục hồi và phát triển rừng LRTX nghèo và nghèo kiệt . 113 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 121 1. KẾT LUẬN .........................................................................................................121 2. TỒN TẠI .............................................................................................................123 3. KIẾN NGHỊ ........................................................................................................123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................125 PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng đất Vườn quốc gia Phia Oắc – Phia Đén (ha) ...........60 Bảng 3.2. Thành phần thực vật Vườn quốc gia Phia Oắc - Phia Đén .......................61 Bảng 4.1. Một số chỉ tiêu cấu trúc lâm phần giai đoạn 2015 – 2020……………....61 Bảng 4.2. Quan hệ giữa đường kính và chiều cao cây gỗ .........................................65 Bảng 4.3. Phân bố số cây (N) theo đường kính (D1.3) tầng cây gỗ ...........................69 Bảng 4.4. Phân bố số cây (N) theo chiều cao (Hvn) .................................................72 Bảng 4.5. Tính đồng nhất trong phân bố không gian của tầng cây gỗ trên hai ODV ..... 78 Bảng 4.6. Chất lượng cây tái sinh .............................................................................86 Bảng 4.7. Phân bố cây tái sinh theo cấp chiều cao ...................................................87 Bảng 4.8. Phân bố không gian của cây tái sinh .........................................................88 Bảng 4.9. Cấu trúc tổ thành loài cây gỗ ....................................................................91 Bảng 4.10. Đa dạng loài tầng cây gỗ ........................................................................93 Bảng 4.11. Tổ thành loài cây tái sinh ........................................................................94 Bảng 4.12. Đa dạng loài cây tái sinh .........................................................................95 Bảng 4.13. Đa dạng và cấu trúc phát sinh chủng loại ở ODV 12 và 13 ...................96 Bảng 4.14. Mức độ phù hợp của sáu mô hình SAD ở các môi trường sống ..........102 Bảng 4.15. Cây bổ sung và cây chết giai đoạn 2015 – 2020 ..................................107 Bảng 4.16. Biến động cấu trúc tầng cây cao giai đoạn năm 2015 - 2020 ...............110
vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống ODD trong mỗi ONC……………………………...……39 Hình 3.1. Bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng VQG Phia Oắc - Phia Đén 2015 .......57 Hình 4.1. Quan hệ giữa đường kính và chiều cao tầng cây gỗ của ODV 12 giai đoạn 2015 – 2020……………………………….………………………………………..64 Hình 4.2. Quan hệ giữa đường kính và chiều cao tầng cây gỗ của ODV 13 giai đoạn 2015 – 2020 ......................................................................................................68 Hình 4.3. Mô hình hóa phân bố N/D1.3 lý thuyết và thực nghiệm của ODV 12 giai đoạn 2015 – 2020 ......................................................................................................70 Hình 4.4. Mô hình hóa phân bố N/D1.3 lý thuyết và thực nghiệm của ODV 13 giai đoạn 2015 - 2020 .......................................................................................................71 Hình 4.5. Mô hình hóa phân bố N/Hvn lý thuyết và thực nghiệm của ODV 12 giai đoạn 2015 và 2020 ....................................................................................................74 Hình 4.6. Mô hình hóa phân bố N/Hvn lý thuyết và thực nghiệm của ODV 13 giai đoạn 2015 và 2020 ....................................................................................................75 Hình 4.7. Sơ đồ mật độ cây gỗ trong các ONC của hai ODV 12 và 13 ....................77 Hình 4.8. Phân bố không gian của toàn bộ cây non (a), cây Sào (b) và cây Thành thục (c).......................................................................................................................80 Hình 4.9. Quan hệ không gian của cây Non-cây Sào (a), cây Non – cây Thành thục (b), cây Sào – cây Thành thục ...................................................................................83 Hình 4.10. Nguồn gốc cây tái sinh của ODV 12 và ODV 13 giai đoạn 2015 – 2020 ...85 Hình 4.11. Cây phát sinh chủng loại của ODV 12 ....................................................97 Hình 4.12. Cây phát sinh chủng loại của ODV 13 ....................................................98 Hình 4.13. Đường cong ECDF (a) và độ phong phú loài (b) 2 ODV .......................99 Hình 4.14. Đường cong Robbins (a) và hồ sơ đa dạng Renyi (b) của 2 ODV .......100 Hình 4.15. Mô hình phân bố độ phong phú loài trên các ONC của 2 ODV ...........103 Hình 4.16. Một số chỉ tiêu biến động cấu trúc tầng cây cao ...................................109 Hình 4.17. Một số chỉ tiêu biến động cấu trúc tầng cây cao (tiếp theo) .................110 Hình 4.18. Phân bố sinh khối và biến động sinh khối trên mặt đất. .......................111
viii CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT a.s.l Trên mực nước biển AGB Sinh khối trên mặt đất AGP Nhóm phát sinh loài thực vật hạt kín (Angiosperm Phylogeny Group) AIC Tiêu chí thông tin Akaike CCA Phân tích thành phần chính (Canonical correspondence analysis) CTTT Công thức tổ thành DBH Đường kính ngang ngực DBH Đường kính ngang ngực DNA Deoxyribo Nucleic Acid Dt Đường kính tán cây DT Đông Tây D1.3 Đường kính thân cây tại vị trí 1,3 m (DBH) ∑G/ha Tổng tiết diện ngang thân cây/hecta HIL Khai thác tác động mạnh Hvn Chiều cao vút ngọn của cây IUCN Liên minh bảo tồn thiên nhiên quốc tế IV% Chỉ số độ quan trọng IVI Giá trị tầm quan trọng LRTXB Lá rộng thường xanh trung bình LRTXK Lá rộng thường xanh kiệt LRTXN Lá rộng thường xanh nghèo M/ha Trữ lượng/hecta Max Giá trị lớn nhất MIL Khai thác tác động trung bình Min Giá trị nhỏ nhất MNTD Khoảng cách taxon gần nhất trung bình (Mean nearest taxon distance) MPD Khoảng cách theo cặp trung bình (Mean pairwise distance)
ix N Mật độ cây/ha N/D1.3 Phân bố số cây theo cỡ đường kính N/Hvn Phân bố số cây theo chiều cao NB Nam Bắc NRI Chỉ số họ hàng ròng (net relatedness index) NTI Chỉ số taxon gần nhất (net nearest taxon index) ODB Ô dạng bản ODD Ô đo đếm ODV Ô định vị ONC Ô nghiên cứu OTC Ô tiêu chuẩn PD Đa dạng phát sinh chủng loại (Phylogenetic diversity) S Sai tiêu chuẩn S% Hệ số biến động S2 Phương sai SAD Phân bố độ phong phú loài (Species Abundance Distribution) SF Rừng thứ sinh (Secondary Forest) SF Rừng thứ sinh (Secondary Forest) Sk Độ lệch Sx Sai số chuẩn của số trung bình TB Trung bình UL Chưa khai thác VQG Vườn quốc gia
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết thực hiện đề tài Cao Bằng là một tỉnh vùng cao biên giới thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam, có tổng diện tích tự nhiên 670.785,6 ha, trong đó chủ yếu là rừng và đất rừng với 534.483,1 ha chiếm 79,68% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh (https://caobang.gov.vn). Vườn quốc gia (VQG) Phia Oắc - Phia Đén, huyện Nguyên Bình, tỉnh Cao Bằng được Thủ tướng Chính phủ thành lập tại Quyết định số 57/QĐ-TTg, ngày 11/01/2018 [119], trên cơ sở chuyển hạng Khu bảo tồn thiên nhiên Phia Oắc - Phia Đén, huyện Nguyên Bình, tỉnh Cao Bằng. Vườn quốc gia này có tổng diện tích tự nhiên 10.593,5 ha thuộc địa bàn 05 xã Thành Công, Quang Thành, Phan Thanh, Hưng Đạo và thị trấn Tĩnh Túc, huyện Nguyên Bình, tỉnh Cao Bằng [9]. Nằm trong hệ thống rừng đặc dụng của Việt Nam, VQG Phia Oắc - Phia Đén, có tỉ lệ che phủ của rừng đạt tới 81%, có giá trị nghiên cứu khoa học, bảo tồn nguồn gen và giáo dục môi trường, ngoài ra có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với cuộc sống của cộng đồng địa phương trong việc điều hoà khí hậu, bảo vệ đất và điều tiết nguồn nước. Trong tổng số 6.146,5 ha rừng gỗ tự nhiên, rừng nghèo chiếm tỷ lệ lớn nhất với 4.147,91 ha (67,4%), ngoài ra, rừng nghèo kiệt chiếm 154,92 ha (2,5%) và rừng chưa có trữ lượng chiếm 73,33 ha (1,1%). Tuy nhiên, do những hạn chế trong công tác quản lý bảo vệ rừng, những tác động bất lợi tới rừng và tình trạng phá rừng diễn ra ngày một nghiêm trọng. Các nguyên nhân khác như lấn chiếm đất rừng làm nương rẫy, mở đường ô tô vào các bản làng càng làm gia tăng tốc độ phá rừng; đa dạng sinh học đã và đang bị suy giảm cả về số và chất lượng, nhiều loài động, thực vật quý hiếm, đặc hữu đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng. Rừng tự nhiên trong khu vực VQG trở nên nghèo về trữ lượng, tổ thành khu hệ động - thực vật bị xâm hại một cách nghiêm trọng trong thời gian dài dẫn đến suy giảm mạnh về trữ lượng và chất lượng, đặc biệt là tầng cây gỗ. Trong những năm gần đây có một số công trình nghiên cứu khoa học đã được thực hiện tại khu vực, ví dụ như xây dựng phương án quản lý rừng bền vững cho VQG Phia Oắc - Phia Đén [9], Chương trình điều tra, đánh giá và theo
2 dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc các chu kỳ I-IV [29], Nghiên cứu cấu trúc rừng kín thường xanh núi đất [25], Đa dạng các các loài cây thuốc [96], Định loại các taxon họ Cà phê (Rubiaceae) [5], Ghi nhận loài Thu hải đường (Begonia wenshanensis) [18]. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trước đây phần lớn mới dừng lại ở điều tra đánh giá sơ bộ, trên phạm vi hẹp, chưa đánh giá một cách đầy đủ, có hệ thống và toàn diện tài nguyên thực vật trong khu vực VQG Phia Oắc - Phia Đén. Vì vậy, để phục hồi và phát triển tài nguyên rừng tự nhiên tại VQG một cách bền vững cần thiết phải có những nghiên cứu đầy đủ về đặc điểm lâm học để làm cơ sở khoa học cho những đề xuất các biện pháp kỹ thuật hợp lý. Đến nay vẫn chưa có một công trình nghiên cứu đầy đủ nào được thực hiện để tìm hiểu về cấu trúc, tính đa dạng hệ sinh thái rừng nơi đây. Do đó, việc đi sâu nghiên cứu một cách có hệ thống về cấu trúc, tính đa dạng hệ sinh thái rừng tại VQG là thực sự cần thiết. Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc rừng lá rộng thường xanh và tính đa dạng thực vật thân gỗ tại vườn Quốc gia Phia Oắc - Phia Đén tỉnh Cao Bằng” được đặt ra nhằm cung cấp những cơ sở khoa học về cấu trúc, tính đa dạng thực vật thân gỗ của kiểu rừng này, đồng thời là căn cứ khoa học cho việc đề xuất giải pháp phục hồi và phát triển bền vững tài nguyên thực vật thân gỗ tại VQG Phia Oắc - Phia Đén. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu tổng quát Xác định được một số cơ sở khoa học để phục hồi và phát triển các loài thực vật thân gỗ của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh (LRTX) nghèo và nghèo kiệt tại VQG Phia Oắc-Phia Đén. 2.2 Mục tiêu cụ thể (i) Mô tả được đặc điểm cấu trúc rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại khu vực nghiên cứu. (ii) Mô tả được tính đa dạng loài thực vật thân gỗ của rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại khu vực nghiên cứu.
3 (iii) Xác định được biến động cấu trúc quần xã rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt trong giai đoạn 2015-2020 tại khu vực nghiên cứu. (iv) Đề xuất được giải pháp phục hồi và phát triển bền vững các loài thực vật thân gỗ tại khu vực nghiên cứu. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Luận án đã xác định được một số đặc điểm cấu trúc và đa dạng loài thực vật thân gỗ của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại Vườn quốc gia (VQG) Phia Oắc - Phia Đén giai đoạn 2015 - 2020. 3.2 Ý nghĩa thực tiễn (i) Bước đầu đề xuất được một số giải pháp phục hồi rừng thứ sinh nghèo và nghèo kiệt tại VQG Phia Oắc - Phia Đén; (ii) Là tài liệu tham khảo phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học và giảng dạy. 4. Những đóng góp mới của đề tài (i) Xác định được một số đặc điểm và biến động cấu trúc của rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại VQG Phia Oắc - Phia Đén giai đoạn 2015- 2020. (ii) Đã đánh giá được mức độ đa dạng thực vật thân gỗ của rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại VQG Phia Oắc - Phia Đén. 5. Đối tượng và giới hạn nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là quần xã thực vật rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại VQG Phia Oắc-Phia Đén, tỉnh Cao Bằng. Đề tài tập trung nghiên cứu đặc điểm lâm học và biến động cấu trúc lâm phần của các trạng thái rừng này trong giai đoạn 2015 - 2020. 5.2 Giới hạn nghiên cứu a) Giới hạn về nội dung nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu một số nội dung chính, bao gồm: (i) Cấu trúc rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt
4 (ii) Đa dạng loài thực vật thân gỗ rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt (iii) Biến động cấu trúc rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt giai đoạn 2015-2020 (iv) Đề xuất giải pháp phục hồi và phát triển rừng tự nhiên lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt b) Giới hạn về địa bàn nghiên cứu Chọn mẫu điển hình của hai quần xã thực vật rừng lá rộng thường xanh nghèo và nghèo kiệt tại VQG Phia Oắc-Phia Đén. c) Giới hạn về thời gian nghiên cứu Thời gian nghiên cứu từ năm 2015 đến năm 2020, sau đó là hoàn thiện luận án. 6. Bố cục của luận án Phần chính của luận án gồm 132 trang, trong đó có 18 bảng, 20 hình, 1 trang danh mục các bài báo và 178 tài liệu tham khảo, được trình bày thành các phần sau: - Mở đầu: - Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu - Chương 2: Mục tiêu, Giới hạn, Nội dung và phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Đặc điểm khu vực nghiên cứu - Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận - Kết luận, tồn tại và khuyến nghị - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục Phần phụ lục gồm các số liệu điều tra và các kết quả tính toán trung gian. Luận án đã tham khảo 178 tài liệu, trong đó có 30 tài liệu tiếng Việt, 148 tài liệu tiếng Anh có liên quan đến các chủ đề và nội dung nghiên cứu của đề tài.
5 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hệ sinh thái rừng nói chung và đặc biệt là hệ sinh thái rừng tự nhiên nhiệt đới nói riêng có cấu trúc được đánh giá ở mức phức tạp nhất trên trái đất. Bởi vậy, những nghiên cứu về cấu trúc rừng hiện nay luôn là một trong những thách thức đối với các nhà khoa học về lâm nghiệp. Rừng cũng có thể được mô tả bởi cấu trúc, tổ thành, chức năng cũng như là những thay đổi của các yếu tố này. Cấu trúc và tính đa dạng loài của các lâm phần tự nhiên có ảnh hưởng rất lớn đến các chức năng của rừng như phòng hộ, bảo vệ môi trường, bảo tồn tính đa dạng sinh học. Vì vậy, nghiên cứu về cấu trúc và tính đa dạng của hệ sinh thái rừng đã trở thành một chủ đề nghiên cứu cơ bản và quan trọng. Phần tổng quan này trình bày một số kết quả của các nghiên cứu trong và ngoài nước về đặc điểm cấu trúc, sự đa dạng của các loai thự vật thân gỗ cũng như là những biến động cấu trúc cả rừng tự nhiên. 1.1. Trên thế giới 1.1.1. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên Nghiên cứu cấu trúc rừng là tìm hiểu quy luật sắp xếp, tổ hợp các thành phần của quần xã thực vật rừng theo không gian và thời gian [99]. Cấu trúc rừng theo không gian là sự liên quan đến vị trí và khoảng cách của cây, chủ yếu phản ánh sự phân bố theo chiều ngang, mức độ hỗn loài và sự khác biệt về kích thước cây. Và cấu trúc theo thời gian thường được liên kết với sự tái sinh, tăng trưởng và trồng rừng, thường bao gồm các yếu tố độc lập như tuổi cây, chiều cao, đường kính, mật độ, tiết diện ngang, sinh khối, chiều rộng tán, diện tích lá và sinh khối gỗ. Cùng với các yếu tố như sự đa dạng sinh học và các yếu tố môi trường, thì cấu trúc lâm phần được coi là yếu tố quan trọng trong việc xác định năng suất của rừng [113]. Dựa trên một bộ dữ liệu lớn từ 600 ô kiểm kê rừng định vị trên khắp vùng cận nhiệt đới Trung Quốc, Ouyang & cộng sự đã kiểm tra ảnh hưởng của các thuộc tính cấu trúc đứng (mật độ cây/ha, độ tuổi và kích thước cây) và các yếu tố môi trường (khí hậu và điều kiện lập địa) tới năng suất rừng [113]. Kết quả cho thấy mật độ lâm
6 phần và độ tuổi là những biến số quan trọng đối với năng suất rừng hơn là tính đa dạng và các yếu tố môi trường. Kết luận cũng chỉ ra rằng, việc điều chỉnh cấu trúc lâm phần có thể rất quan trọng để duy trì năng suất cao ở các khu rừng cận nhiệt đới và nhiệt đới. García-Cox & cộng sự đã có một nghiên cứu nhằm xác định thành phần, cấu trúc và sinh khối trên mặt đất (AGB) của các cá thể thuộc họ Moraceae nhằm đánh giá nguồn sinh khối carbon phụ thuộc vào độ cao địa hình (601–1000 m.a.s.l.) trong khu rừng thường xanh Amazon ở Ecuador [47]. Các đặc điểm cấu trúc rừng như cấu trúc ngang và dọc, đường kính ngang ngực (DBH) và đường kính tán cây đã được xem xét để phân tích. Kết quả cho thấy, tán của các loài thuộc họ Moraceae chiếm khoảng 16,43% tán cây phía trên trong các ô mẫu. Những cây thuộc họ Moraceae có khả năng lưu trữ carbon theo sinh khối trên mặt đất dự kiến trên mỗi ha là 35,09 tấn/ha, trong đó loài Ficus cuatracasana Dugand là loài có khả năng thu giữ carbon trên mỗi ha dự kiến cao nhất, với 15,737 tấn/ha. Cấu trúc không gian của cây là sự sắp xếp các cây trên mặt một mặt phẳng, có thể là theo chiều ngang hoặc dọc, và được coi là một thuộc tính quan trọng của cấu trúc lâm phần, nó cung cấp các thông tin về sự thay đổi khoảng cách giữa cây - cây thay vì mật độ cây trung bình. Cấu trúc không gian trực tiếp ảnh hưởng đến nhiều quá trình sinh thái trong hệ sinh thái rừng, chẳng hạn như sự phát triển của cây và năng suất cây trồng, độ ổn định cây trồng, hoặc khả năng tái sinh. Để nghiên cứu đặc điểm cấu trúc không gian của rừng ưu thế bởi loài Thông (Pinus tabulaeformis Carr) ở Trung Quốc, Zhang và cộng sự đã phân tích các đặc điểm cấu trúc không gian trong các mối quan hệ giữa các cây bằng cách sử dụng phân bố 4 chiều của các tham số cấu trúc không gian bao gồm: hệ số đồng góc (W); độ hỗn loài (M); độ ưu thế (U) và độ tàn che (C). Kết quả cho thấy phần lớn cây trong rừng phân bố ngẫu nhiên. Các cây chiếm ưu thế được sắp xếp ngẫu nhiên ở những khu vực rất rậm rạp và được bao quanh bởi cùng một loài. Hai ô thí nghiệm trong nghiên cứu được bố trí khác nhau chủ yếu ở mức độ hỗn hợp loài và ưu thế. Phần lớn các cây đối chứng trong rừng Thông thuần loài ở Trung Quốc (ô 1) biểu hiện sự hỗn loài ít và tính ưu thế thấp, trong khi các cây trong rừng Thông hỗn giao
7 Trung Quốc (ô 2) phân bố đều và hầu hết các cây đều có ưu thế trung gian. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng của cây, tái sinh và đa dạng môi trường sống cũng như cải thiện chất lượng rừng ở quy mô nhỏ [176]. Những vấn đề liên quan đến các quá trình và cơ chế đã điều chỉnh sự chung sống của loài và cấu trúc quần xã thực vật, đặc biệt là ở các phạm vi không gian khác nhau đã được xem xét trong rất nhiều nghiên cứu. Barot & cộng sự đã nhấn mạnh ảnh hưởng của các yếu tố nội sinh và ngoại sinh đến phân bố không gian và thời gian của các loài cây [12]. Các nghiên cứu khác đã điều tra tương tác cùng loài và khác loài [21, 23], phát tán hạn chế [59] hay ổ sinh thái [27]. Tilman & cộng sự nhấn mạnh rằng mô hình không gian của cây có thể được giải thích bởi ảnh hưởng của môi trường sống không đồng nhất và các trạng thái cân bằng của các loài phụ thuộc vào khả năng phát tán và cạnh tranh [136]. Phát tán bị giới hạn bởi khoảng cách hay phát tán hạn chế được coi là cơ chế tiềm năng cho việc tách các loài cây trong không gian và làm giảm tính cạnh tranh loại bỏ [126]. Bên cạnh đó, phân bố dạng đám mảng của cây cũng là do sự môi trường sinh thái thích hợp ở những nơi mà các quá trình sinh thái và nguồn tài nguyên hạn chế có thể tác động đến phân bố không gian một cách đồng thời [50]. Phân bố dạng cụm của một loài có thể do phát tán hạn chế hoặc môt trường sống không đồng nhất hoặc cả hai yếu tố này [156]. Cơ chế này được xem xét bởi việc mật độ cùng loài giảm theo khoảng cách trong động thái rừng như bổ sung, phát triển và tồn tại. Tương tác trực tiếp giữa cây-cây thường được quan sát ở phạm vi không gian hẹp trong khi ở phạm vi lớn có thể bị lu mờ bởi các yếu tố môi trường [161]. Getzin & cộng sự cho rằng có thể tách ảnh hưởng của của các yếu tố này có thể dựa vào các phân tích thống kê không gian ở trạng thái không đồng nhất [50]. Kết quả kiểm tra tác động của nhiều yếu tố phi sinh học (khí hậu, đất, tuổi và địa hình) và các yếu tố sinh học (đa dạng phân loại và cấu trúc, đa dạng chức năng và các đặc điểm chung của quần xã thực vật và sự không đồng nhất của loài) về độ ổn định của sinh khối và các thành phần của nó (sinh khối trung bình và sự biến đổi sinh khối) theo thời gian cho thấy sự đa dạng về cấu trúc và chức năng có tác động yếu hơn đến sự ổn định sinh khối. Tuổi rừng và sự đa dạng về cấu trúc làm tăng
8 sinh khối trung bình và sự biến đổi sinh khối một cách đáng kể và đồng thời. Các quần xã bị chi phối bởi các loài cây có tỷ trọng gỗ cao có độ ổn định sinh khối cao. Kết quả này cho thấy rằng sự không đồng nhất của loài là cơ chế chính được đề xuất để giải thích tác động ổn định của tính đa dạng đối với sinh khối quần xã. Các yếu tố đất và khí hậu cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành mối quan hệ ổn định-đa dạng. Kết quả này cung cấp cái nhìn mới về mức độ đa dạng của cây ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ sinh thái trên các loại đa dạng quần xã và biên độ môi trường ở phạm vi rộng [167]. Meng & cộng sự đã so sánh cấu trúc và đặc điểm của thảm thực vật giữa các khu rừng thứ sinh nhiệt đới bị suy thoái trên đảo Hải Nam của Trung Quốc [86], đại diện cho hai giai đoạn diễn thế (SF1 và SF2) và một khu rừng nguyên sinh để cung cấp thông tin hỗ trợ quá trình phục hồi rừng. Các tác giả quan sát thấy không có sự khác biệt đáng kể về tổng mật độ cây giữa các loại rừng, nhưng tổng tiết diện ngang ở rừng nguyên sinh cao hơn đáng kể. Phân bố đường kính khác nhau đáng kể giữa rừng nguyên sinh và rừng thứ sinh, nhưng hai trạng thái rừng thứ sinh không khác biệt đáng kể. SF1 bị chi phối bởi loài cây Macaranga denticulata và SF2 bởi Cratoxylon ligustrinum, trong khi rừng nguyên sinh là Engelhardtia chrysolepis. Chỉ số đa dạng Simpson và Shannon ở rừng nguyên sinh cao hơn rừng thứ sinh. Hệ số tương đồng Jaccard và chỉ số Morisita-Horn cho thấy độ tương đồng giữa hai rừng thứ sinh lớn hơn và độ tương đồng thấp nhất giữa SF1 và rừng nguyên sinh. Hiểu được đặc điểm cấu trúc và thực vật của các giai đoạn diễn thế khác nhau là rất quan trọng để quản lý quá trình phục hồi rừng. Woldearegay & cộng sự đã tiến hành điều tra rừng Bore–Anferara–Wadera, Ethiopia để nghiên cứu cấu trúc thảm thực vật [166]. Các loài thực vật thân gỗ cao hơn hoặc bằng 3 m được đếm và đo chiều cao cũng như đường kính ngang ngực của chúng. Mật độ, tần suất, tiết diện ngang và giá trị tầm quan trọng (IV) của các loài thực vật thân gỗ đã được tính toán. Các kết quả điều tra cho thấy, phân bố số cây theo đường kính và chiều cao khác nhau cho thấy tỷ lệ cá thể tương đối cao ở các cấp thấp hơn, cho thấy tác động của những xáo trộn do con người gây ra trong quá khứ. Phân tích cấu trúc quần thể và tình trạng tái sinh của rừng cho thấy các mô hình
9 biến động quần thể khác nhau trong đó một số loài chỉ có ở cây trưởng thành, cho thấy rằng chúng đang trên bờ vực tuyệt chủng cục bộ và cần thực hiện các biện pháp bảo tồn ngay lập tức. Kết quả nhấn mạnh sự cần thiết phải có các biện pháp quản lý và bảo tồn chung của chính phủ, người dân địa phương và các bên liên quan khác nhằm giảm tốc độ phá rừng nhanh chóng và thúc đẩy sử dụng bền vững tài nguyên rừng ở khu rừng này ở miền nam Ethiopia. Culmsee & cộng sự chỉ ra rằng các yếu tố sinh thái, tiến hóa và địa sinh học đã định hình cấu trúc quần xã đương đại của rừng Malesiam [30]. Tính độc đáo của rừng ở độ cao lớn về mặt tính đa dạng phát sinh loài cao và cấu trúc khác thường của chúng đòi hỏi phải có mức độ ưu tiên cao trong các chương trình bảo tồn. Trong hai thập kỷ trở lại đây, phân tích mô hình điểm không gian (spatial point pattern analysis) đã thu hút được nhiều sự quan tâm trong nghiên cứu sinh thái [94, 152]. Phân bố không gian của cây rừng là kết quả của các quá trình sinh thái phức tạp như là tạo lập, phát tán, cạnh tranh, sinh trưởng, chết, sử dụng đất và khí hậu [45]. Phân tích mô hình điểm trong sinh thái sẽ cho biết các thông tin hữu ích từ mô hình không gian về các quá trình sinh thái đã và đang diễn ra, cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái theo khoảng cách [164]. Đây cũng là mục tiêu chính trong nghiên cứu sinh thái nói chung và sinh thái rừng nói riêng [134]. Trong lý thuyết sinh thái, có nhiều quá trình và cơ chế đã được đề xuất để giải thích cho sự tồn tại và cấu trúc quần thể như tương tác cây-cây (cạnh tranh hay thúc đẩy [21, 23, 76, 135]), phát tán hạn chế [92], ổ sinh thái [53], chết phụ thuộc mật độ [28, 62] và lý thuyết trung lập [32, 60]. Sử dụng các phương pháp phân tích mô hình điểm không gian giúp các nhà khoa học đã giải thích được nhiều quá trình và cơ chế sinh thái lý thuyết như cạnh tranh cùng loài và khác loài [49], môi trường sống không đồng nhất [114], phát tán hạn chế [125], tái sinh [38], tỷ lệ chết phụ thuộc mật độ [13, 63], cơ chế bảo vệ nhóm loài [71, 94]. Nghiên cứu mô hình không gian và mối quan hệ giữa các loài thực vật có thể cung cấp những hiểu biết có giá trị về các quá trình và cơ chế duy trì sự cùng tồn tại của các loài. Lan & cộng sự đã sử dụng mô hình phân tích điểm để phân tích mô hình phân bố không gian của 20 loài cây ưu thế, mối liên hệ và sự thay đổi