Chương 1 TỔNG QUAN
1.3. Phương pháp phân tích quần xã thực vật rừng
1.3.2. Phương pháp phân tích cấu trúc rừng
Cấu trúc rừng biểu thị các thành phần (loài cây gỗ, N, D, H, G, M…) và sự tổ chức và sắp xếp của các thành phần theo không gian (đứng, nằm ngang) và thời gian (tuổi rừng) (Nguyễn Văn Thêm, 2002). Trong lâm học, các phương thức khai thác – tái sinh rừng và nuôi rừng đều hướng đến điều chỉnh cấu trúc rừng. Rừng có cấu trúc hợp lý sẽ đảm bảo cho chúng tồn tại và phát triển tốt. Vì thế, xác định phương pháp phân tích cấu trúc rừng là mối quan tâm của các nhà sinh thái học và lâm học. Davis và Richards (1933; 1934; trích dẫn theo thái Văn Trừng, 1999) đã mô tả sự phân tầng và vị trí của những loài cây gỗ trong tán rừng nhiệt đới bằng những biểu đồ phẫu diện đứng và ngang (biểu đồ rừng, trắc đồ rừng). Thái Văn Trừng (1999) cũng đã áp dụng phương pháp biểu đồ phẫu diện rừng để mô tả, phân tích và phân loại các kiểu rừng và các kiểu QXTV rừng khác nhau. Theo Thái Văn Trừng (1999), cấu trúc đứng của rừng tự nhiên hỗn loài nhiệt đới ở giai đoạn ổn định bao gồm 5 tầng: (1) tầng vượt tán (A1), (2) tầng ưu thế sinh thái (A2), (3) tầng dưới tán (A3), (4) tầng cây bụi (B), (5) tầng cỏ quyết (C). Phương pháp biểu đồ phẫu diện rừng có thể được sử dụng để phân loại rừng, xác định động thái biến đổi của rừng theo thời gian và ảnh hưởng của các phương thức lâm sinh. Tuy vậy, bởi vì các trắc đồ rừng thường phụ thuộc vào chủ quan của nhà lâm học, nên phương pháp biểu đồ phẫu diện không thể định lượng chính xác cấu trúc rừng (Nguyễn Văn Trương, 1984). Thiếu sót này có thể khắc phục bằng cách sử dụng những mô hình toán học. Nguyễn Văn Trương (1984) đã mô tả phân bố đường kính (N/D) của rừng tự nhiên hỗn loài nhiệt đới bằng hàm
phân bố mũ âm (Hàm 1.7); trong đó m là số cây ở cấp DMin, b là tốc độ suy giảm số cây sau mỗi cấp D.
N = m*exp(-b*D) (1.7)
Nguyễn Hải Tuất (1982, 1990) đã sử dụng hàm phân bố khoảng cách (Hàm 1.8) để mô phỏng phân bố N/H đối với những trạng thái rừng thứ sinh khác nhau.
P(x) = a với x = 0
P(x) = (1 - a)(1 - b)*b^x-1, với x ≥ 1 (1.8)
Sau này một số tác giả (Lê Minh Trung, 1991; Lê Sáu, 1996; Trần Văn Con, 2001; Vũ Tiến Hinh, 2003, 2012) cũng vận dụng hàm phân bố mũ giảm và hàm phân bố khoảng cách để làm phù hợp với phân bố N/D và phân bố N/H của những kiểu rừng khác nhau. Nguyễn Văn Thêm và Vũ Mạnh (2017) đã sử dụng hàm phân bố Beta xây dựng hàm phân bố N/D của rừng Sao Dầu ở khu vực Nam Cát Tiên thuộc tỉnh Đồng Nai (Hàm 1.9). Ở Hàm 1.9, tham số p và q là tham số hình dạng 1 và 2;
tham số a và b tương ứng là Dmin và Dmax; tham số (b – a) là phạm vi biến động D;
B(p, q) là hàm phân bố Beta.
f(x) = [(D – a)p-1(b – D)q-1]/B(p, q)(b – a)p+q-1 (1.9) với a ≤ D ≤ b; p, q > 0.
Rừng là hệ sinh thái rất phức tạp. Tính phức tạp biểu hiện ở chỗ, rừng được hình thành từ nhiều loài cây gỗ có hình thái và đặc tính sinh học – sinh thái khác nhau. Theo Nguyễn Văn Trương (1984), tính phức tạp về thành phần loài cây gỗ của rừng tự nhiên hỗn loài nhiệt đới có thể biểu thị bằng chỉ số hỗn giao (Hàm 1.10);
trong đó HG là chỉ số hỗn giao, S là số loài cây gỗ, còn N là mật độ quần thụ trên ô mẫu.
HG = S/N (1.10)
Holdridge và ctv (1967; dẫn theo Cintrón và ctv, 1984) đã đánh giá tính phức tạp về cấu trúc rừng bằng chỉ chỉ số phức tạp về cấu trúc quần thụ (SCI = Structure Complixity Index). Chỉ số SCI được xác định theo công thức 1.11; trong đó N là mật độ quần thụ trên ô mẫu, S là số loài cây gỗ trên ô mẫu, G là tiết diện ngang thân cây
trên ô mẫu, H là chiều cao trung bình của quần thụ trên ô mẫu, 10^k (k = 1 – 6) là hệ số chuyển SCI về giá trị nhỏ.
SCI = (N*S*H*G)/10^k (1.11)
Khi sống bên nhau, các cây gỗ cũng cạnh tranh với nhau về ánh sáng, nước và chất khoáng. Sự cạnh tranh giữa những cây gỗ trong quần thụ biểu hiện ở nhiều dạng khác nhau như che tán lẫn nhau, đan xen hệ rễ, phát thải các phytonxit độc hại…Nhiều tác giả (Nguyễn Văn Trương, 1984; Holmes và Reed, 1991; De Luis và ctv, 1998) đã phát triển các chỉ số cạnh tranh để ước lượng sự cạnh tranh giữa những cây gỗ trong quần thụ. Các chỉ số cạnh tranh giữa những cây gỗ trong quần thụ được phân chia thành 2 nhóm. Nhóm 1 là những chỉ số cạnh tranh được xây dựng dựa trên khoảng cách giữa các cây gỗ và số lượng cây gỗ trong ô mẫu với kích thước nhất định. Theo phương pháp này, Hegyi (1974; trích dẫn theo De Luis và ctv., 1998) đã các định chỉ số cạnh tranh của cây cá thể theo D ngang ngực và đường kính tán (Công thức 1.12); trong đó CIi = Chỉ số cạnh tranh của cây i; n = số cây j cạnh tranh với cây i; Di = D của cây i; Dj = D của cây j; Lij = khoảng cách giữa cây i và j.
CIi = ∑j=1, nDj/(Di*Lij) (1.12)
Nhóm 2 là những chỉ số cạnh tranh được xây dựng dựa trên vị trí tương đối giữa các cây gỗ trong ô mẫu với kích thước nhất định. Nói chung, chỉ số cạnh tranh ở nhóm 1 được xác định dễ dàng hơn. Theo De Luis và ctv (1998), diện tích tán cây (ST, m2) và đường kính thân cây (D, cm) có quan hệ chặt chẽ với nhau. Nếu mật độ quần thụ gia tăng, thì kích thước tán cây nhỏ dần. Vì thế, mức độ cạnh tranh tán được đánh giá theo chỉ số cạnh tranh (CCI = Crown Competiton Index). Chỉ số CCI của quần thụ là tỷ lệ giữa tổng diện tích hình chiếu tán theo chiều thẳng đứng của toàn bộ cây gỗ trong quần thụ chúng (∑Sij) và diện tích ô mẫu (Công thức 1.13); trong đó STij là diện tích tán của cây thứ i thuộc loài j, Z = kích thước ô mẫu.
CCI = ∑Sij/Z (1.13)
Ở Việt Nam, Nguyễn Văn Trương (1984) đã xây dựng mô hình diện tích tán cây gỗ để phân tích mức độ che tán của rừng tự nhiên hỗn loài nhiệt đới.