Các nghiên cứu về động thái tái sinh trên thế giới tập trung nghiên cứu các nội dung: mật độ, tổ thành cây tái sinh và mối quan hệ giữa cây tái sinh và tầng cây cao; Các hì[r]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-
Nguyễn Tiến Dũng
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
Chuyên ngành: Sinh thái học
Mã số: 9 42 01 20
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC
Hà Nội – Năm 2020
Trang 2Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ
- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Trần Văn Con
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS Nguyễn Văn Sinh
… năm 201…
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
Trang 3MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của luận án
Rừng điều hoà khí hậu, bảo vệ môi trường sinh thái, bảo vệ và điều hòa nguồn nước, bảo vệ đất chống xói mòn, phòng ngừa và giảm thiểu thiên tai Tại Việt Nam, diện tích rừng có sự thay đổi rất lớn qua các thời kỳ Năm 1943, diện tích rừng ở Việt Nam là 14,1 triệu ha (độ che phủ đạt 43%), tuy nhiên đến năm 1990 diện tích rừng suy giảm nghiêm trọng chỉ còn 9,18 triệu ha (độ che phủ đạt 27,2%), trong những năm 1980 – 1990, trung bình mỗi năm nước ta mất đi 100.000ha rừng Sau năm 1995 đến nay, nhờ các nỗ lực to lớn của Nhà nước và chính phủ Việt Nam, diện tích rừng đã tăng lên 14,6 triệu ha với độ che phủ toàn quốc đạt 41,89% Tuy nhiên chất lượng rừng tự nhiên hiện nay còn thấp, tiếp tục suy giảm về trữ lượng gỗ và đa dạng sinh học Chất lượng rừng suy giảm dẫn đến vai trò của rừng với đời sống con người cũng suy giảm theo, thiên tai liên tiếp xảy ra và ảnh hưởng nặng nề đến đời sống của cong người
Cơ sở lâm học để quản lý rừng bền vững bao gồm: phân loại rừng tự nhiên, các đặc điểm cấu trúc của rừng tự nhiên, các quy luật sinh trưởng và sản lượng rừng tự nhiên, các quy luật diễn thế và tái sinh rừng Các quá trình động thái diễn ra trong rừng có thể chia thành
3 nhóm quá trình: (i) tăng trưởng của cây rừng; (ii) quá trình tái sinh
bổ sung; và (iii) quá trình chết tự nhiên trong các cấp kính Thông tin
về các quy luật sinh trưởng và tái sinh của cây rừng cần được thu thập
từ các quan sát lâu dài bằng các ô định vị, bằng việc theo dõi các quy luật đó trong thời gian dài Đây là công việc đòi hỏi kiến thức chuyên môn, thời gian, tiền bạc rất lớn Cho đến nay, tại VQG Xuân Sơn và KBTTN Hang Kia – Pà Cò còn có rất ít các nghiên cứu trên OTCĐV
Trang 4về động thái của rừng, chưa có các nghiên cứu về động thái cấu trúc
của rừng Xuất phát từ những lý do trên, đề tài: “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" được thực hiện
2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Mục tiêu chung: Góp phần tìm hiểu quy luật, động thái cấu trúc của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh làm cơ sở đề xuất các biện pháp quản lý rừng theo hướng bền vững
- Mục tiêu cụ thể: Xác định được một số đặc điểm cấu trúc, đặc điểm động thái cấu trúc rừng tại Khu bảo tồn thiên nhiên Hang Kia –
Pà Cò và tại khu vực Vườn Quốc gia Xuân Sơn Đề xuất được một số giải pháp quản lý rừng theo hướng bền vững
3 Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng và tính đa dạng loài
- Nghiên cứu động thái cấu trúc tầng cây cao
- Nghiên cứu động thái tái sinh bổ sung, quá trình chuyển cấp
và quá trình chết
- Đề xuất ứng dụng kết quả nghiên cứu
- Đề xuất một số giải pháp quản lý rừng
4 Bố cục luận án
Mở đầu: Luận giải sự cần thiết của luận án, mục tiêu của luận
án, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án (3 trang)
Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu (30 trang)
Chương 2 Đối tượng, phạm vi, giới hạn nội dung và phương pháp nghiên cứu (14 trang)
Chương 3 Đặc điểm khu vực nghiên cứu (10 trang)
Chương 4 Kết quả nghiên cứu và thảo luận (65)
Trang 5Kết luận, kiến nghị: trình bày các kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu, nêu những hạn chế tồn tại và các kiến nghị (3 trang) Luận án có 27 bảng và 39 hình Tham khảo 92 tài liệu tiếng Việt
và tiếng nước ngoài
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu về động thái rừng trên thế giới
1.1.1 Nghiên cứu động thái tái sinh
Các nghiên cứu về động thái tái sinh trên thế giới tập trung nghiên cứu các nội dung: mật độ, tổ thành cây tái sinh và mối quan hệ giữa cây tái sinh và tầng cây cao; Các hình thức tái sinh của rừng nhiệt đới; Nghiên cứu khả năng tái sinh bổ sung của lớp cây tái sinh cho tầng cây cao và các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng tái sinh; Nghiên cứu
sự biến đổi về tính đa dạng thực vật của lớp cây tái sinh sau thời gian khai thác khác nhau; Nghiên cứu về sinh trưởng của cây tái sinh trong các điều kiện sinh thái khác nhau; Sử dụng mô hình toán học để dự đoán tỉ lệ tái sinh bổ sung… Các nghiên cứu về động thái tái sinh trên thế giới đều được tiến hành trên các ô tiêu chuẩn định vị được thiết lập bài bản và nghiên cứu lâu dài Phương pháp nghiên cứu này chưa được
sử dụng nhiều tại Việt Nam
1.1.2 Nghiên cứu động thái sinh trưởng của rừng
Việc nghiên cứu động thái sinh trưởng trên thế giới tập trung vào các nội dung: Nghiên cứu động thái sinh trưởng về đường kính, tổng tiết diện ngang tại các cấp đường kính; Nghiên cứu mối quan hệ giữa tăng trưởng đường kính và tỉ lệ chết, giữa tỉ lệ tái sinh bổ sung và
tỉ lệ chết; Sử dụng các mô hình toán học để tính toán tỉ lệ bổ sung và
tỉ lệ chết, mô phỏng động thái sinh trưởng cho các đối tượng rừng Các
Trang 6nghiên cứu này đều được tiến hành trên các ô tiêu chuẩn định vị Đối với vấn đề động thái sinh trưởng đã có nhiều tác giả khác nhau sử dụng các mô hình toán học để mô phỏng động thái này Đây là vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu tại Việt Nam
1.1.3 Nghiên cứu về động thái diễn thế
Các nghiên cứu về động thái diễn thế rừng trên thế giới tập trung vào các nội dung: sự biến đổi về tổ thành loài, tính đa dạng thực vật, tái sinh và sinh trưởng của cây rừng trong các giai đoạn diễn thế khác nhau Một số tác giả cũng đã sử dụng toán học để mô phỏng quá trình động thái của rừng trong đó có Modul về diễn thế rừng Các nghiên cứu về diễn thế rừng được theo dõi trong một thời gian rất dài và bài bản, tốn nhiều thời gian và công sức Việc nghiên cứu bổ sung, tìm ra những quy luật động thái diễn thế đặc trưng của rừng nhiệt đới là việc làm có ý nghĩa lớn đối với thực tiễn quản lý rừng hiện nay
1.2 Nghiên cứu về động thái rừng tại Việt Nam
1.2.1 Nghiên cứu động thái tái sinh ở Việt Nam
Các công trình nghiên cứu về động thái tái sinh rừng ở Việt Nam
đã được nghiên cứu từ lâu Các tác giả tập trung nghiên cứu động thái tái sinh trên đất rừng sau nương rẫy, tái sinh dưới tán rừng tự nhiên, nghiên cứu sự ảnh hưởng của các nhân tố đến quá trình tái sinh Nhìn chung, nghiên cứu động thái tái sinh ở Việt Nam chưa nhiều Các nghiên cứu trên ô tiêu chuẩn định vị còn rất ít Vì vậy cần tiếp tục nghiên cứu bổ sung vấn đề động thái tái sinh trên các ô tiêu chuẩn định
vị để có được những hiểu biết về quá trình này với các đối tượng cụ thể khác nhau
1.2.2 Nghiên cứu về động thái sinh trưởng ở Việt Nam
Trang 7Nền tảng của các nghiên cứu về động thái chính là các nghiên cứu
về những nguyên lý lâm sinh cơ bản trong hệ sinh thái rừng trong giai đoạn trước năm 1990 các tác giả tập trung nghiên cứu vấn đề tăng trưởng của rừng với phương pháp nghiên cứu được sử dụng rộng rãi là giải tích cây Sau năm 1990 các tác giả đã tập trung nghiên cứu động thái sinh trưởng của cây Đã có những nghiên cứu mô phỏng các quy luật cấu trúc và động thái trong giai đoạn này Gần đây các nghiên cứu
về động thái đã được tiến hành trên các ô tiêu chuẩn (OTC) định vị, tuy nhiên vẫn còn ít Vì vậy việc nghiên cứu quá trình động thái rừng trên các OTC định vị cần tiếp tục được quan tâm nghiên cứu
1.2.3 Nghiên cứu về động thái diễn thế
Các nghiên cứu về động thái diễn thế rừng thường được tiến hành trong thời gian dài và tốn nhiều thời gian, công sức Trong điều kiện không có thời gian theo dõi lâu dài có thể sử dụng phương pháp lấy không gian thay thế thời gian, nghiên cứu trên các hệ sinh thái rừng
có nhiều đểm tương đồng, phục hồi sau nhiều giai đoạn khác nhau Vấn đề này cần được nghiên cứu một cách lâu dài trên các OTC định
vị để có được những thông tinh chính xác nhất về các quá trình đó
1.3 Thảo luận và xác định vấn đề nghiên cứu
Sau khi nghiên cứu tổng quan, các câu hỏi được đặt ra là: động thái của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh diễn ra theo quy luật nào?
Có tồn tại mối quan hệ giữa động thái và các nhân tố cấu trúc của rừng hay không? Có thể sử dụng các hàm toán học để mô phỏng các quá trình đó hay không? Các phương trình nào có thể biểu thị được các mối quan hệ đó? Để kiểm tra các giả thuyết này, luận án tập trung nghiên cứu các vấn đề sau đây:
Trang 8- Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng tại thời điểm bắt đầu lập
OTC tại hai địa điểm VQG Xuân Sơn và KBTTN Hang Kia – Pà Cò
- Nghiên cứu động thái cấu trúc tổ thành nhằm thấy được sự biến đổi về tổ thành theo thời gian của những loài ưu thế trong rừng
- Nghiên cứu động thái cấu trúc N/D1.3 nhằm xác định xu hướng biến đổi về nhân tố cấu trúc này trong tương lai
- Nghiên cứu động thái tái sinh bổ sung, quá trình chuyển cấp
và quá trình chết để có cái nhìn tổng quát về động thái cấu trúc của rừng
- Đề xuất một số giải pháp quản lý rừng trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của luận án
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, GIỚI HẠN NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng phạm vi, giới hạn nghiên cứu
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu
Trên quan điểm sinh thái phát sinh thảm thực vật, đối tượng nghiên cứu của luận án là rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại KBTTN Hang Kia – Pà Cò tỉnh Hòa Bình và tại khu vực VQG Xuân Sơn tỉnh Phú Thọ
2.1.2 Phạm vi, giới hạn nghiên cứu
- Giới hạn đối tượng nghiên cứu: chỉ tập trung nghiên cứu về động thái cấu trúc tầng cây cao (bao gồm tầng A1, A2, A3) của lâm
Trang 9phần Đối với cây tái sinh bổ sung, chỉ quan tâm đến số lượng cây tái sinh bổ sung vào tầng cây cao
- Giới hạn về nội dung: nghiên cứu đặc điểm cấu trúc, nghiên cứu động thái cấu trúc, quá trình tái sinh bổ sung, chuyển cấp và quá trình chết của tầng cây cao
- Giới hạn về thời gian nghiên cứu: từ năm 2007 đến năm 2018
2.2 Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng, tính đa dạng loài
2.2.2 Nghiên cứu động thái cấu trúc tầng cây cao (Tổ thành, N/D1.3)
2.2.3 Nghiên cứu động thái tái sinh bổ sung, quá trình chuyển cấp
và quá trình chết của tầng cây cao
2.2.4 Đề xuất ứng dụng kết quả nghiên cứu
2.2.5 Đề xuất một số giải pháp quản lý rừng
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp thu thập số liệu
Lập các OTCĐV có kích thước 100x100m Đo đường kính ngang ngực (D1,3): Toàn bộ các cây có D1.3 > 10cm trong OTC Đo chiều cao vút ngọn (Hvn) của những cây có D1.3 > 10cm trong OTC Trong lần đo thứ 2 (năm 2018), thống kê và đo cây tái sinh bổ sung vào tầng cây cao cây chết trên thực tế
2.3.2 Các phương pháp xử lý thông tin và công cụ sử dụng
Tất cả số liệu thu thập được từ các ô tiêu chuẩn được tổng hợp lại, tiến hành chỉnh lý, phân tích, xử lý và tích toán bằng phầm mềm Excel, SPSS các chỉ tiêu cần thiết phục vụ cho nội dung nghiên cứu
Trang 10Thử nghiệm các dạng hàm toán học cụ thểđể tìm ra các dạng hàm phù hợp mô phỏng quá trình động thái Sử dụng phần mềm MM&S để mô
mô phỏng quá trình động thái
CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên
3.1.1 Vị trí địa lí
3.1.1.1 Khu bảo tồn thiên nhiên Hang Kia – Pà Cò
Nằm ở phía Bắc huyện Mai Châu, phía Tây tỉnh Hoà Bình, trong địa giới hành chính 6 xã: Hang Kia, Pà Cò, Tân Sơn, Bao La, Cun Pheo, Piềng Vế Tổng diện tích là: 7.091 ha, bao gồm 2 phân khu:
- Phân khu Bảo vệ nghiêm ngặt: 2.680 ha
- Phân khu phục hồi sinh thái: 4.411 ha
3.1.1.2 Vườn Quốc gia Xuân Sơn
Vườn quốc gia Xuân Sơn nằm về phía Tây của huyện Tân Sơn, trên vùng tam giác ranh giới giữa 3 tỉnh: Phú Thọ, Hoà Bình và Sơn
La Tổng diện tích tự nhiên là 15.048 ha; trong đó đất sản xuất nông nghiệp 312,4 ha; đất lâm nghiệp 14.617,5 ha; đất phi nông nghiệp 118,1 ha
Trang 11vụ mục đích dân sinh như làm nhà, lấy gỗ củi cũng gia tăng gây thách thức lớn cho việc quản lí và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên của KBT
- Tại VQG Xuân Sơn: trong phạm vi của vườn, có 2 chủ thể cùng quản lý một diện tích đất làm cho công tác quản lý sử dụng đất còn phức tạp và khó khăn Ngoài ra một số vị trí tại các phân khu chức năng chưa phù hợp
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đặc điểm cấu trúc rừng tại khu vực nghiên cứu
4.1.1 Đặc điểm cấu trúc tổ thành và tính đa dạng
4.1.1.1 Cấu trúc tổ thành
a, Tầng cây cao (cây gỗ)
Kết quả nghiên cứu cho thấy, tổ thành rừng tại khu vực nghiên cứu có sự khác biệt cơ bản Sự khác biệt thể hiện ở loài chiếm ưu thế
và số lượng loài trong quần xã Tổng quát về đặc điểm cấu trúc tổ thành cho từng ô được thể hiện như sau:
Bảng 4.1 Tổ thành thực vật tại khu vực nghiên cứu
OTC Địa
điểm
Số loài
2 HB03 56 571 1/10
21,8 Dẻ trắng + 16,3 Dẻ ấn + 11,6 Hu đay + 7,8 Dẻ đỏ + 42,4
khác
3 HB06 70 466 1/7
24,8 Thị rừng + 10,0 Dẻ trắng + 8,2 Trai lý + 7,3 Táu mật + 5,6
Dẻ đỏ + 44,1 khác
4 XS01 71 344 1/5
20,8 Vàng anh + 6,8 Gội bốn cánh + 5,9 Sâng + 5,8 Lộc vừng
+ 60,7 khác
5 XS02 86 352 1/4 9,2 Vàng anh + 6,9 Chùm bạc +
6,5 Lộc vừng + 77,4 khác
Trang 126 XS03 106 487 1/5
6,6 Vải rừng + 5,7 Gội bạc + 5,2 Thừng mực lông mềm + 82,5
khác
- Tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn thành phần loài cây đa dạng và phong phú hơn tại khu vực Hang Kia - Pà Cò Số loài trong OTC biến động từ 71 đến 106 loài tương ứng với mật độ từ 344 đến 487 cây/ha Tại khu vực Hang Kia, Pà Cò, số loài biến động từ 56 (OTC HB03) đến 70 loài (OTC HB06), mật độ biến động từ 466 đến 608 cây/ha
- Tại khu vực Hang Kia – Pà Cò, mức độ ưu thế rõ rệt hơn so với khu vực Xuân Sơn, thể hiện thông qua hệ số tổ thành lớn, tổng hệ
số tổ thành của những loài chiếm ưu thế cao Tại khu vực Xuân Sơn, hầu hết tại các OTC các loài thực vật không thể hiện rõ ưu thế
- Về tổ thành cũng có sự khác biệt giữa hai khu vực do cách biệt
về địa lý và khu hệ thực vật
b, Tầng cây bụi, thảm tươi
Về đặc điểm tầng cây bụi, thảm tươi tại hai khu vực cũng có sự khác biệt đáng kể Tầng cây bụi tại Hang Kia – Pà Cò có chiều cao từ 1,2 – 2,0m Độ che phủ từ 20 – 30% Khu vực Xuân Sơn có sự khác biệt đáng kể Tầng cây bụi có chiều cao trung 0,5 – 1,2m, độ che phủ
từ 10 – 20% Nhìn chung tầng cây bụi thảm tươi tại khu vực Hang Kia – Pà Cò có chiều cao lớn và dày đặc hơn khu vực Xuân Sơn do mức
độ lọt sáng xuống dưới tán rừng tại Hang Kia – Pà Cò lớn hơn Như vậy, tại hai địa điểm nghiên cứu có sự khác biệt cơ bản về
tổ thành loài và mức độ ưu thế Để có cái nhìn toàn diện hơn, cần có nghiên cứu sâu về tính đa dạng thực vật tại khu vực nghiên cứu
4.1.1.2 Tính đa dạng loài tại khu vực nghiên cứu
Một câu hỏi cần được trả lời: liệu rằng diện tích 1ha của mỗi OTC đã đảm bảo tính đại diện đối với khu vực nghiên cứu? Kết quả
Trang 13kiểm tra cho các OTC dựa trên phương pháp diện tích đại diện tối thiểu
đã được MÜLLER-DOMBOIS và ELLENBERG, (1974) [85] đề xuất, được trình bày tại hình 4.1 và 4.2 Qua số liệu thống kê số loài xuất hiện mới khi diện tích OTC tăng ta có thể thấy rằng: Khi tăng diện tích OTC từ 7.600m2 lên 8.400m2 (tăng 800m2 tương đương với > 10% diện tích của OTC) thì số loài xuất hiện mới ở từng OTC đều ở mức dưới 10% Như vậy có thể thấy rằng chỉ cần diện tích mỗi OTC đạt 8.400m2
đã đủ đại diện cho đối tượng nghiên cứu
Hình 4.1: Biến đổi của số loài
tại Hang Kia – Pà Cò khi diện
tích OTC thay đổi
Hình 4.2: Biến đổi của số loài tại Xuân Sơn khi diện tích OTC thay đổi
Kết quả tính toán các chỉ số đa dạng loài như sau:
Bảng 4.2 Tính đa dạng thực vật tại khu vực nghiên cứu Stt Địa
điểm loài Số (cây/ha) Mật độ Tỷ lệ HL H D