Chủ biên: PGS TS ĐẶNG KIM VUI ThS LƯƠNG THỊ ANH KỸ THUẬT LÂM SINH ISBN 978-604-60-1081-4 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM PGS.TS ĐẶNG KIM VUI (Chủ biên) ThS LƯƠNG THỊ ANH ISBN 978-604-60-1081-4 GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT LÂM SINH (Dùng cho ngành Lâm nghiệp, chuyên ngành Nông Lâm kết hợp, ngành Quản lý tài nguyên rừng) NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2013 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI RỪNG 1.1 Khái niệm rừng 7 1.2 Hệ sinh thái rừng nhiệt đới 17 1.3 Phân loại rừng 18 Chương CẤU TRÚC RỪNG 2.1 Khái niệm 25 25 2.2 Các nhân tố cấu trúc rừng 25 2.3 Cấu trúc hệ sinh thái rừng tự nhiên chủ yếu Việt Nam 35 Chương SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN, TÁI SINH VÀ DIỄN THẾ RỪNG 3.1 Sinh trưởng phát triển rừng 59 59 3.2 Tái sinh rừng 69 3.3 Diễn rừng 74 3.4 Tái sinh diễn số hệ sinh thái rừng chủ yếu Việt Nam 78 Chương KHÁI NIỆM VÀ TIỀN ĐỀ XÁC ĐỊNH PHƯƠNG THỨC LÂM SINH 4.1 Những khái niệm bản, phạm vi thuật ngữ liên quan 84 84 4.2 Những đặc trưng hệ sinh thái rừng liên quan tới kỹ thuật lâm sinh 86 4.3 Những tiền đề xác định phương thức lâm sinh 87 4.4 Tiêu chuẩn đánh giá định lựa chọn phương thức kỹ thuật lâm sinh 89 4.5 Xu hướng phát triển kỹ thuật lâm sinh 90 Chương CÁC PHƯƠNG THỨC LÂM SINH CHO RỪNG ĐỀU TUỔI 5.1 Phương thức lâm sinh khai thác trắng 5.2 Phương thức lâm sinh khai thác chặt dần 93 93 95 Chương CÁC PHƯƠNG THỨC LÂM SINH CHO RỪNG KHÁC TUỔI 6.1 Phương thức lâm sinh khai thác chọn 6.2 Một số hệ thống khai thác chọn 100 6.3 Phương thức lâm sinh kinh doanh rừng chồi - hạt 106 Chương KỸ THUẬT LÂM SINH CHO RỪNG THỨ SINH NGHÈO 7.1 Rừng thứ sinh đặc điểm rừng thứ sinh nghèo 7.2 Một số kỹ thuật lâm sinh cho rừng thứ sinh nghèo Chương KỸ THUẬT CHĂM SĨC - NI DƯỠNG RỪNG 8.1 Cơ sở lý luận chăm sóc - Nuôi dưỡng rừng 111 111 119 126 126 8.2 Các tiêu kỹ thuật chặt nuôi dưỡng rừng 131 8.3 Kỹ thuật chăm sóc, ni dưỡng rừng 135 8.4 Kỹ thuật tỉa thưa rừng trồng q trình ni dưỡng rừng Việt Nam 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 97 144 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình “Kỹ thuật Lâm sinh” biên soạn nhằm phục vụ cho học tập sinh viên ngành Lâm nghiệp, chuyên ngành Nông lâm kết hợp ngành Quản lý tài nguyên rừng Là tài liệu tham khảo cho chuyên ngành đào tạo có liên quan trường Đại học Nơng Lâm Thái Nguyên cho cán lâm nghiệp công tác sở nghiên cứu sản xuất lâm nghiệp Kỹ thuật lâm sinh môn học sở mang tính chất chun mơn, có liên hệ chặt chẽ với môn học khác: Thực vật rừng, Khí hậu - thủy văn, Đất rừng, Sinh lý thực vật, Sinh thái thực vật, Trồng rừng, Điều tra quy hoạch rừng v.v Cấu trúc sách gồm chương: Chương 1: Khái niệm phân loại rừng Chương 2: Cấu trúc rừng Chương 3: Sinh trưởng phát triển, tái sinh diễn rừng Chương 4: Khái niệm tiền đề xác định phương thức lâm sinh Chương 5: Các phương thức lâm sinh cho rừng tuổi Chương 6: Các phương thức lâm sinh cho rừng khác tuổi Chương 7: Kỹ thuật lâm sinh cho rừng thứ sinh nghèo Chương 8: Kỹ thuật chăm sóc ni dưỡng rừng Trong q trình biên soạn giáo trình, chúng tơi nhận đóng góp ý kiến nhà khoa học: GS.TS Nguyễn Xuân Quát, PGS.TS Trần Văn Con (Viện Khoa học Lâm nghiệp), PGS.TS Nguyễn Ngọc Nông, PGS.TS Lê Sỹ Trung, PGS.TS Nguyễn Hữu Hồng, TS Trần Văn Điền, TS Nguyễn Mạnh Hà, ThS Mai Quang Trường, ThS La Quang Độ, ThS Nguyễn Thị Thoa, ThS Nguyễn Thu Hoàn, bạn bè đồng nghiệp tham khảo tài liệu, kết nghiên cứu có liên quan Mặc dù có nhiều cố gắng, song khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong đóng góp ý kiến từ bạn đọc Thái Nguyên, tháng năm 2013 Nhóm tác giả Chương KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI RỪNG 1.1 Khái niệm rừng 1.1.1 Rừng hệ sinh thái 1.1.1.1 Hệ sinh thái Hệ sinh thái hệ thống bao gồm sinh vật tác động qua lại với môi trường dòng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng định, đa dạng lồi chu trình vật chất Đặc điểm: Hệ sinh thái hiểu bao gồm quần xã sinh vật (động vật, thực vật, vi sinh vật) môi trường vô sinh (ánh sáng, nhiệt độ, chất vô ) Tùy theo cấu trúc dinh dưỡng tạo nên đa dạng loài, cao hay thấp, tạo nên chu trình tuần hồn vật chất Hệ sinh thái có kích thước to nhỏ khác tồn độc lập (nghĩa không nhận lượng từ hệ sinh thái khác) Hệ sinh thái đơn vị sinh thái học chia thành hệ sinh thái nhân tạo hệ sinh thái tự nhiên Đặc điểm hệ sinh thái hệ thống hở có dịng (dịng vào, dòng dòng nội lưu) vật chất, lượng, thơng tin Hệ sinh thái có khả tự điều chỉnh để trì trạng thái cân bằng, thành phần thay đổi thành phần khác thay đổi theo mức độ để trì cân bằng, biến đổi nhiều bị phá vỡ cân sinh thái Các đặc trưng: Vịng tuần hồn vật chất: Trong hệ sinh thái, chu trình vật chất từ mơi trường bên vào thể sinh vật, từ sinh vật sang sinh vật theo chuỗi thức ăn, lại phân hủy thành chất vô mơi trường gọi vịng tuần hồn sinh - địa - hóa Nguồn lượng từ xạ mặt trời đến Trái đất khoảng 50% vào hệ sinh thái, số lại chuyển thành nhiệt (phản xạ) Sinh vật sản xuất sử dụng 1% tổng lượng tiếp nhận để chuyển sang dạng hóa dự trữ dạng chất hữu nhờ trình quang hợp Cứ qua bậc dinh dưỡng 10% lượng tích lũy chuyển lên bậc tiếp theo, cịn 90% thất dạng nhiệt, lên cao lượng tích lũy giảm Khi sinh vật chết đi, phần lượng chất hữu thể vi sinh vật phân hủy sử dụng, 90% thất thoát dạng nhiệt dịng lượng hệ sinh thái khơng tuần hồn Sự tiến hóa hệ sinh thái: Phát sinh phát triển để đạt trạng thái ổn định lâu dài - tức trạng thái đỉnh cực (climax), trình gọi diễn sinh thái Cân sinh thái: Là ổn định số lượng cá thể quần thể trạng thái ổn định, hướng tới thích nghi cao với điều kiện môi trường Các hệ sinh thái tự nhiên có chế tự điều chỉnh để đạt trạng thái cân Cân sinh thái tác động yếu tố bên cân Con người có tác động lớn đến q trình cân hệ sinh thái tự nhiên, tác động chủ yếu theo mặt tiêu cực đến cân hệ sinh thái Các dòng lượng: Năng lượng phương thức sinh công, lượng không tự nhiên sinh ra, không tự nhiên mà chuyển hóa từ dạng sang dạng khác Dựa vào nguồn lượng hệ sinh thái chia thành: Hệ sinh thái nhận lượng từ ánh sáng mặt trời (rừng, biển, đồng cỏ tự nhiên, ) Hệ sinh thái nhận lượng môi trường lượng tự nhiên khác bổ sung (hệ sinh thái cửa sông bổ sung từ nhiều nguồn nước, hệ sinh thái vùng trũng) Hệ sinh thái nhận lượng ánh sáng mặt trời nguồn lượng người bổ sung (hệ sinh thái nông nghiệp, đồng cỏ chăn nuôi, vườn lâu năm: ăn quả, công nghiệp: Chè, cao su, ) Hệ sinh thái nhận lượng chủ yếu lượng công nghiệp (điện, nguyên liệu, ) Năng lượng hệ sinh thái gồm dạng: Quang chiếu vào không gian hệ sinh thái, hóa chất hóa sinh học động vật thực vật, động năng lượng làm cho hệ sinh thái vận động (gió, vận động động vật, thực vật, nhựa nguyên, nhựa luyện) Nhiệt làm cho thành phần hệ sinh thái có nhiệt độ định (nhiệt độ mơi trường, nhiệt độ thể) Năng suất: Các hệ sinh thái có loại suất (Năng suất sơ cấp suất sinh vật sản xuất, suất thứ cấp suất sinh vật tiêu thụ) Chu trình tuần hồn: Mơi trường → Sinh vật sản xuất → Sinh vật tiêu thụ → Sinh vật phân hủy Môi trường: Các chất vô (bao gồm nguyên tố: N, C, H, O, Cu, Zn, , nguyên tố vi lượng), chất khí (N2,O2,CO2 ), nước Sinh vật sản xuất hay sinh vật tự dưỡng vật mà thơng qua phản ứng quang hợp chuyển hóa thành phần vơ thành dạng vật chất Năng lượng mặt trời thông qua quang hợp liên kết phần tử vô thành phần tử hữu Sinh vật tiêu thụ hay sinh vật dị dưỡng sinh vật khơng có khả quang hợp Những sinh vật tồn dựa vào nguồn thức ăn ban đầu sinh vật tự dưỡng tạo Sinh vật phân hủy sinh vật dị dưỡng sống hoại sinh bao gồm loại nấm, vi khuẩn Chúng tiếp nhận nguồn lượng hóa học sinh vật khác phân hủy bẻ gãy phân tử hữu để tồn phát triển Sinh vật phân hủy thải vào môi trường chất đơn giản nguyên tố hóa học mà lúc đầu sinh vật sản xuất sử dụng để tổng hợp chất hữu Tiến hóa: Hệ sinh thái có q trình tiến hóa, từ bậc thấp đến bậc cao, sinh vật tác động đến môi trường, môi trường thay đổi tác động trở lại sinh vật, sinh vật mơi trường gắn bó với Q trình tiến hóa: Hệ sinh thái trẻ đến hệ sinh thái già hệ sinh thái cao đỉnh Khi hệ sinh thái đạt tới cao đỉnh cân sinh thái tự nhiên thiết lập (cân sinh vật - môi trường, sinh vật sản xuất - sinh vật tiêu thụ, sinh vật ký sinh - sinh vật ký chủ, vật mồi - vật ăn thịt) Con người yếu tố quan trọng tác động làm thay đổi hệ sinh thái Sự chuyển hóa vật chất: Chuỗi thức ăn dãy bao gồm nhiều loài sinh vật, lồi mắt xích thức ăn, mắt xích thức ăn tiêu thụ mắt xích trước lại bị mắt xích phía sau tiêu thụ Trong hệ sinh thái xảy trao đổi vật chất lượng nội quần xã, quần xã với thành phần bên ngồi Chuỗi thức ăn tổng qt có dạng: Sinh vật sản xuất đến sinh vật tiêu thụ đến sinh vật phân huỷ Lưới thức ăn: Tổng hợp chuỗi thức ăn có quan hệ với hệ sinh thái Mỗi lồi quần xã khơng liên hệ với chuỗi thức ăn mà liên hệ với nhiều chuỗi thức ăn Bậc dinh dưỡng: Bao gồm mắt xích thức ăn nhóm xếp theo thành phần chuỗi thức ăn bao gồm: Sinh vật sản xuất; Sinh vật tiêu thụ bậc 1; Sinh vật tiêu thụ bậc 2, Chu trình sinh - địa - hóa: Trong hệ sinh thái vật chất vận chuyển, biến đổi chu trình từ thể sống vào mơi trường ngược lại Chu trình gọi chu trình sinh - địa - hóa Chu trình H2O: Nước tồn dạng rắn - lỏng - tùy vào nhiệt độ môi trường, chủ yếu biển (chiếm 97,6%) tồn thể rắn (chiếm khoảng 2,7%) Nước hòa tan chất, vận chuyển chất, mang theo nhiều chất dinh dưỡng cho đời sống động thực vật Nước từ bề mặt ao, hồ, biển nhờ lượng ánh sáng mặt trời bốc vào khí quyển, lên cao nước gặp lạnh ngưng tụ lại rơi xuống đất Chu trình nước chu chuyển phạm vi toàn cầu tạo nên cân nước tham gia điều hịa khí hậu hành tinh Chu trình Cacbon (C): Cacbon tồn tự nhiên dạng CO2, CaCO3, Thực vật hấp thụ CO2 trình quang hợp chuyển thành chất hữu Sinh vật sản xuất (lưu giữ sinh khối) Các vật chất thường dùng làm ngun liệu hơ hấp tế bào Qua q trình hô hấp tiết C trở lại môi trường dạng hợp chất vơ Chu trình Nitơ (N): Nitơ nguyên tố quan trọng qua trình trao đổi chất Hệ sinh thái, thành phần cấu trúc thiếu axit amin, enzym, hc mơn, axit nucleic, lưu giữ tính trạng di truyền thể Nitơ tồn khơng khí chiếm khoảng 79% dạng N2 Phân tử bền vững thực vật không hấp thụ Để phá vỡ N2 kết hợp với nguyên tố khác O, H cần nhiệt độ áp suất lớn Nhờ số tượng tự nhiên sấm chớp, oxit nitơ tạo thành từ N2 O2 với nước mưa rơi xuống làm giàu nitơ cho hệ sinh thái 1.1.1.2 Hệ sinh thái rừng Hệ sinh thái rừng (Forest ecosystem): Là hệ sinh thái mà thành phần nghiên cứu chủ yếu sinh vật rừng (các loài gỗ, bụi, thảm tươi, hệ động vật vi sinh vật rừng) môi trường vật lý chúng (khí hậu, đất) Nội dung nghiên cứu hệ sinh thái rừng bao gồm cá thể, quần thể, quần xã hệ sinh thái, mối quan hệ ảnh hưởng lẫn rừng chúng với sinh vật khác quần xã đó, mối quan hệ lẫn sinh vật với hoàn cảnh xung quanh nơi mọc chúng (E.P Odum 1978, G Stephen 1986) ... hệ sinh thái già hệ sinh thái cao đỉnh Khi hệ sinh thái đạt tới cao đỉnh cân sinh thái tự nhiên thiết lập (cân sinh vật - môi trường, sinh vật sản xuất - sinh vật tiêu thụ, sinh vật ký sinh - sinh. .. tử hữu Sinh vật tiêu thụ hay sinh vật dị dưỡng sinh vật khả quang hợp Những sinh vật tồn dựa vào nguồn thức ăn ban đầu sinh vật tự dưỡng tạo Sinh vật phân hủy sinh vật dị dưỡng sống hoại sinh bao... suất: Các hệ sinh thái có loại suất (Năng suất sơ cấp suất sinh vật sản xuất, suất thứ cấp suất sinh vật tiêu thụ) Chu trình tuần hồn: Mơi trường → Sinh vật sản xuất → Sinh vật tiêu thụ → Sinh vật