Quản lý Tài nguyên Rừng & Môi trường TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4 2021 107 ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC Ô MẪU ĐẾN PHÂN BỐ CÁC CHỈ SỐ ĐA DẠNG LOÀI CÂY GỖ TRONG RỪNG TỰ NHIÊN KHU VỰC TÂN PH[.]
Quản lý Tài nguyên Rừng & Môi trường ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC Ơ MẪU ĐẾN PHÂN BỐ CÁC CHỈ SỐ ĐA DẠNG LOÀI CÂY GỖ TRONG RỪNG TỰ NHIÊN KHU VỰC TÂN PHÚ, ĐỒNG NAI Nguyễn Văn Quý1, Nguyễn Thanh Tuấn1, Nguyễn Văn Hợp1, Lê Hồng Việt1 Trường Đại học Lâm nghiệp - Phân hiệu Đồng Nai TÓM TẮT Thăm dị ảnh hưởng kích thước mẫu đến đa dạng loài việc làm cần thiết nghiên cứu đa dạng thực vật Bài báo sử dụng biểu đồ Heatmap để mô tả đặc điểm phân bố số đa dạng loài gỗ rừng tự nhiên khu vực Tân Phú, Đồng Nai; đồng thời sử dụng phương pháp ô xếp chồng để tìm kích thước mẫu thích hợp nghiên cứu đa dạng thực vật Dữ liệu thu thập từ ô tiêu chuẩn điển hình tạm thời (OTC) (200×200 m) trạng thái rừng tự nhiên trung bình Kết nghiên cứu cho thấy, kích thước mẫu ảnh hưởng đáng kể đến số đa dạng sinh học Trong đó, đặc điểm phân bố số đa dạng theo cấp kích thước mẫu có tính khơng đồng thể biểu đồ Heatmap; cụ thể, kích thước mẫu tăng lên đặc điểm phân bố số Shannon - Weiner, Simpson Pielou biểu biểu đồ Heatmap có biến động lớn phương sai hệ số biến thiên Cuối cùng, nghiên cứu có kích thước 100×100 m số Shannon - Weiner thích hợp để nghiên cứu đa dạng thực vật thân gỗ rừng Tân Phú Kết báo không cung cấp thông tin khoa học làm sở cho công tác bảo tồn đa dạng sinh học, đề xuất phương án quản lý rừng bền vững khu vực nghiên cứu mà cịn góp phần bổ sung lý thuyết phương pháp nghiên cứu đa dạng thực vật rừng kín thường xanh ẩm nhiệt đới Từ khóa: đa dạng thực vật, biểu đồ Heatmap, ô xếp chồng, rừng Tân Phú ĐẶT VẤN ĐỀ Thực vật hấp thu dinh dưỡng từ mơi trường đất, nước khơng khí, yếu tố môi trường thay đổi dẫn đến thành phần lồi có biến đổi theo (Chapin cộng sự, 2002) Do đó, quần xã, đặc điểm phân bố theo không gian thành phần lồi có khác biệt định đơn vị diện tích lấy mẫu khác (Tavili Jafari, 2009) Nghiên cứu đặc điểm phân bố đa dạng lồi theo kích thước lấy mẫu nội dung quan trọng sinh thái học, giúp nắm bắt quy luật biến đổi thành phần lồi quần xã, từ có sở để kiểm sốt q trình suy giảm đa dạng sinh học (Gunatilleke cộng sự, 2006) Việc lựa chọn loại hình kích thước nghiên cứu đóng vai trị quan trọng điều tra, giám sát đa dạng sinh học (Mueller & Ellenberg, 1974) Tuy nhiên, vấn đề lựa chọn kích thước nghiên cứu thích hợp lại quan tâm (Ding, 2017) Trước đây, hầu hết nhà lâm học thống quan điểm phương pháp khảo sát, đánh giá đa dạng sinh học phụ thuộc vào nghiên cứu (hình dạng, kích thước, số lượng) vị trí lấy mẫu (Stohlgren, 2005) Kích thước hay diện tích nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng lớn đến kết điều tra thành phần loài, Stohlgren (2005) phát mơi trường sống tự nhiên nhiều lồi thực vật ghi lại ô lớn nhiều so với nhỏ, có khoảng 30% số lồi tìm thấy kích thước tăng lên lần Mặc dù sử dụng có kích thước nhỏ cộng với số lần lặp lại khơng phản ánh đầy đủ tính đa dạng thực vật quần xã, lựa chọn có kích thước q lớn lại khơng khả thi mặt chi phí (Magurran, 1988) Ở nước ta, nghiên cứu liên quan đến việc xác định kích thước mẫu nghiên cứu đa dạng thực vật hạn chế Theo Lê Quốc Huy (2005), sử dụng mẫu với kích thước 1×1 m áp dụng cho nghiên cứu đa dạng lồi thân thảo, kích thước 5×5 m áp dụng cho nghiên cứu thảm bụi 10×10 m áp dụng thân gỗ; đồng thời tác giả xác nhận kích thước TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 107 Quản lý Tài nguyên Rừng & Môi trường cịn tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể thảm thực vật khu vực nghiên cứu Vì vậy, việc sâu tìm hiểu mối quan hệ đa dạng lồi kích thước mẫu để đề xuất kích thước thích hợp cho nghiên cứu, điều tra giám sát đa dạng thực vật vùng vơ cần thiết, có ý nghĩa mặt phương pháp luận Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, báo lấy rừng tự nhiên trung bình thuộc Ban Quản lý rừng phịng hộ (QLRPH) Tân Phú, tỉnh Đồng Nai làm đối tượng nghiên cứu; mục tiêu phân tích đặc điểm phân bố số đa dạng (CSDD) loài gỗ để nắm bắt quy luật thay đổi thành phần loài đề xuất kích thước thích hợp cho nghiên cứu đa dạng thực vật Kết báo cung cấp thông tin khoa học tin cậy, giúp nâng cao hiệu công tác điều tra, đánh giá đa dạng thực vật bảo tồn đa dạng sinh học khu vực nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu Nghiên cứu thực từ tháng 12/2020 đến 4/2021 với đợt điều tra thực địa Ban QLRPH Tân Phú (tọa độ địa lý từ 11º08'55''-11º51'30'' vĩ độ Bắc, 106º90'73''107º27'74'' kinh độ Đơng) Tổng diện tích rừng đất lâm nghiệp thuộc quyền quản lý đơn vị 13.591,11 Chế độ khí hậu khu vực có đặc điểm phân biệt mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng năm sau Nhiệt độ khơng khí trung bình 27,1ºC, cao 35,3ºC, thấp 21,5ºC Lượng mưa trung bình năm 2.140 mm/năm Độ ẩm khơng khí trung bình năm 82% Địa hình khu vực có dạng đồi lượn sóng bị chia cắt khe nhỏ suối (Ban QLRPH Tân Phú, 2020) OTC đặt vị trí tọa độ 11°5'21,80" vĩ độ Bắc, 107°22'29,06" kinh độ Đông thuộc trạng thái rừng tự nhiên trung bình Quần xã thực vật khu vực nghiên cứu có số ưu hợp điển hình như: Sến mủ (Shorea roxburghii), 108 Trâm vỏ đỏ (Syzygium cinereum), Táu trắng (Vatica odorata), Cám (Parinari annamensis) Săng đen (Diospyros lanceifolia) (Nguyễn Văn Hợp cộng sự, 2020; Lê Hồng Việt cộng sự, 2020) 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp điều tra thu thập liệu Tại địa điểm nghiên cứu, OTC điển hình tạm thời có diện tích (200×200 m) thiết lập Trong OTC tiến hành thu thập thông tin cho tất gỗ có đường kính vị trí 1,3 m (DBH) > cm, bao gồm: DBH đo thước kẹp kính, chiều cao vút (Hvn) đo thước Blume Leiss; lấy góc giao cạnh OTC theo hướng Tây - Bắc Đông - Nam làm gốc tọa độ theo hệ quy chiếu, xác định tên loài tọa độ tương đối OTC thước dây la bàn 2.2 Phương pháp xử lý số liệu 2.2.1 Xác định tên loài Tên loài gỗ xác định phương pháp hình thái so sánh Các tài liệu sử dụng bao gồm: Cây cỏ Việt Nam (Phạm Hoàng Hộ, 1999-2003), Cây gỗ Việt Nam (Trần Hợp, 2002), tên khoa học hiệu chỉnh Kew Science, World flora online 2.2.2 Nghiên cứu đặc điểm phân bố số đa dạng loài gỗ Bài báo ứng dụng nguyên lý biểu diễn xu hướng mật độ biểu đồ Heatmap để mô tả đặc điểm phân bố CSDD loài gỗ, qua phân tích biến đổi CSDD theo kích thước thứ cấp dựa phương sai mẫu hệ số biến thiên chúng Trên sở tọa độ thông tin OTC, sử dụng phương pháp lưới ô vuông chia OTC thành ô thứ cấp lọc liệu ô spdplyr - Package phần mềm R v4.0.5 OTC chia thành ô thứ cấp với cấp kích thước: từ 10×10 m lần phân chia thứ kích thước 100×100 m lần phân chia thứ (bảng 1) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 Quản lý Tài nguyên Rừng & Môi trường Bảng Phân loại cấp kích thước thứ cấp TT Kích thước ô thứ cấp Diện tích ô Cấp kích thước Số lượng 10×10 m 100 m2 400 20×20 m 400 m2 100 25×25 m 625 m2 64 40×40 m 1.600 m2 25 50×50 m 2.500 m2 16 100×100 m 10.000 m2 2.2.2 Xác định kích thước thích hợp cho ô nghiên cứu đa dạng thực vật Để xác định kích thước mẫu thích hợp dùng nghiên cứu đa dạng thực vật khu vực nghiên cứu, báo sử dụng phương pháp ô xếp chồng Dựa sở OTC điều tra tham khảo kích thước mẫu thường hay sử dụng nghiên cứu đa dạng thực vật công bố trước đây, ô xếp chồng xác định có kích thước: 10×10, 20×20, 40×40, 60×60, 80×80, 100×100, 120×120, 140×140, 160×160, 180×180 200×200 m (11 cấp kích thước hình 1) Thống kê số lồi ô, từ kích thước ô nhỏ đến kích thước lớn nhất, mơ tả tương quan số lồi diện tích đồ thị đường cong tích lũy loài, dựa giả thuyết Janzen - Connell (1970) để xác định kích thước mẫu thích hợp 200 11 180 10 Tây - Bắc (m) 160 140 120 100 80 60 40 20 20 40 60 80 100120140160 180200 Tây - Nam (m) Hình Sơ đồ bố trí xếp chồng 2.2.3 Tính tốn số đa dạng sinh học, phương sai mẫu hệ số biến thiên Chỉ số đa dạng Shannon - Weiner (H’): H’ = ∑ p × ln(p ) (Shannon & Weiner, 1949) Trong đó: pi = ni/N: độ nhiều tương đối loài i hay tỷ lệ cá thể loài i so với tổng số ô nghiên cứu Chỉ số đa dạng Simpson (D): D = 1- ∑ p (Simpson, 1949) Chỉ số đồng Pielou (J’): J’ = (Pielou, 1966) Trong đó: H’ số đa dạng Shannon Weiner, S: số lồi có nghiên cứu TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 109 Quản lý Tài nguyên Rừng & Môi trường Phương sai mẫu ( ): σ = ∑( ) Trong đó: giá trị CSDD ô thứ cấp thứ i, giá trị trung bình CSDD thứ cấp N số thứ cấp có kích thước Hệ số biến thiên (CV): CV = Trong đó: sd sai tiêu chuẩn CSDD thứ cấp có kích thước Tính tốn CSDD xây dựng biểu đồ Heatmap thực phần mềm R v4.0.5 thông qua BiodiversityR reshape Package 2.2.4 Xác định trạng thái rừng Trạng thái rừng khu vực nghiên cứu xác định dựa trữ lượng lâm phần Thông tư số 33 ban hành năm 2018, Thông tư Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn: Quy định điều tra, kiểm kê theo dõi diễn biến rừng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TT Bảng Một số đặc trưng đa dạng lồi gỗ theo kích thước ô thứ cấp Kích thước ô thứ cấp Số cá thể Số lồi H’ D 10×10 m 1,20 0,66 20×20 m 26 12 2,17 0,84 25×25 m 41 16 2,35 0,85 40×40 m 94 26 2,70 0,87 50×50 m 165 35 2,88 0,90 100×100 m 659 63 3,22 0,92 3.2 Đặc điểm phân bố số đa dạng loài gỗ biểu đồ Heatmap Kết phân tích đặc điểm phân bố CSDD lồi gỗ theo kích thước thứ cấp rằng, số Shannon - Weiner (H’), Simpson (D) Pielou (J’) có đặc điểm chung thể biểu đồ Heatmap, trình chuyển từ kích thước thứ cấp nhỏ (cấp 1) đến lớn (cấp 6) có tính khơng đồng Khi kích thước thứ cấp tăng lên giá trị CSDD biến động mạnh dẫn đến màu sắc ô thứ cấp ban đầu hay giá trị chúng biểu biểu đồ bị đơn giản hóa 110 3.1 Đặc điểm đa dạng loài gỗ theo cấp kích thước mẫu Nghiên cứu xác định 126 loài gỗ, thuộc 45 họ OTC có 2.636 thuộc trạng thái rừng tự nhiên trung bình Kết nghiên cứu rằng, cấp kích thước thứ cấp tăng lên số cá thể, số lồi, giá trị số Shannon - Weiner (H’), Simpson (D) tăng lên Trong đó, giá trị số cá thể, số loài, số H’ D thấp ghi nhận cấp kích thước thứ cao xác định cấp kích thước thứ Chỉ số đồng Pielou (J’) lại có xu hướng giảm dần kích thước mẫu tăng (ngoại trừ cấp kích thước đầu tiên), giá trị số J’ thấp tìm thấy cấp kích thước thứ cao ghi nhận cấp kích thước thứ (bảng 2) Kết chứng tỏ kích thước mẫu ảnh hưởng đến tính đa dạng loài gỗ khu vực nghiên cứu J’ 0,80 0,88 0,86 0,83 0,81 0,78 làm mờ dần Bên cạnh đó, kết nghiên cứu cho thấy, cấp kích thước 1, 3, phân bố CSDD OTC thể khác biệt màu sắc rõ ràng theo thứ cấp (hình 2a, d, g) Ở cấp kích thước 4, phân bố cho thấy góc phía Tây OTC có tính đa dạng lồi cao thấp góc phía Đơng - Nam (hình 2b, e, h) Trong đó, cấp kích thước 6, tính đa dạng lồi lại xác định cao góc phía Bắc OTC thấp góc phía Đơng - Bắc (hình 2c, f, i) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 Quản lý Tài ngun Rừng & Mơi trường (a) Ơ thứ cấp 10×10 m (d) Ơ thứ cấp 10×10 m H' (g) Ơ thứ cấp 10×10 m D Tây - Bắc 3,00 2,00 1,00 0,00 (b) Ơ thứ cấp 25×25 m Tây - Bắc 0,75 0,75 0,50 0,50 0,25 0,25 0,00 0,00 (h) Ơ thứ cấp 25×25 m D J' 3,00 0,90 2,50 0,80 2,00 0,70 1,50 0,60 (c) Ô thứ cấp 100×100 m (f) Ơ thứ cấp 100×100 m H' 0,90 0,80 0,70 0,60 (i) Ơ thứ cấp 100×100 m D 3,50 3,40 3,30 3,20 3,10 3,00 2,90 Tây - Bắc 1,00 (e) Ơ thứ cấp 25×25 m H' Tây - Nam J' 1,00 J' 0,94 0,82 0,92 0,80 0,90 0,78 0,88 Tây - Nam Tây - Nam Hình Đặc điểm phân bố số đa dạng theo kích thước thứ cấp (Trích số 18 biểu đồ Heatmap mô tả đặc điểm phân bố số đa dạng) 3.3 Đặc điểm biến đổi số đa dạng theo kích thước ô thứ cấp Để xem xét biến động CSDD theo cấp kích thước, báo sử dụng phương sai mẫu ( ) hệ số biến thiên (CV) chúng Kết phân tích thống kê rằng, kích thước thứ cấp tăng phương sai mẫu hệ số biến thiên CSDD giảm xuống Điều cho thấy, kích thước mẫu ảnh hưởng rõ rệt đến tính đa dạng loài gỗ Phương sai mẫu hệ số biến thiên số Simpson, Pielou giảm mạnh rõ ràng cấp kích thước đầu tiên, sau giảm dần cấp kích thước 2, 4, đến cấp kích thước có xu hướng bắt đầu ổn định Trong đó, phương sai mẫu số Shannon - Weiner lại có khác biệt đáng kể so với số lại, đồng thời mức độ giảm ổn định hệ số biến thiên (hình 3A, D) Để khám phá biến đổi CSDD theo cấp kích thước với mức độ chuyên sâu hơn, nghiên cứu lấy lôgarit phương sai, hệ số biến thiên CSDD lơgarit diện tích thứ cấp cấp kích thước tương ứng, đồng thời kiểm tra mối tương quan biến (Hình 4) Kết phân tích tương quan cho thấy hệ số biến thiên phương sai CSDD có xu hướng tăng tuyến tính Khi kích thước ô thứ cấp tăng lên, biến TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 111 Quản lý Tài nguyên Rừng & Môi trường động phương sai hệ số biến thiên dần ổn định, khoảng cách giá trị đến đường biểu diễn xu hướng dần thu hẹp, điều 0,08 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,04 0,02 0,60 CV số Simpson 0,40 0,20 0,00 0,40 D Cấp kích thước 0,05 0,02 0,30 0,20 0,10 0,50 E 0,00 0,08 0,00 CVu số Pielou C 0,10 0,06 0,00 CV số Shannon 0,12 B σ² số Pielou A σ² số Simpson σ² số Shannon 0,50 chứng tỏ kích thước mẫu có ảnh hưởng rõ rệt đến CSDD sinh học F 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Cấp kích thước 6 Cấp kích thước Hình Đặc trưng phương sai mẫu hệ số biến thiên số đa dạng Hình Mối quan hệ tuyến tính logarit diện tích thứ cấp lôgarit phương sai, hệ số biến thiên số đa dạng 112 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 Quản lý Tài ngun Rừng & Mơi trường Hình (tiếp) Mối quan hệ tuyến tính logarit diện tích thứ cấp lơgarit phương sai, hệ số biến thiên số đa dạng 3.4 Kích thước mẫu thích hợp nghiên cứu đa dạng thực vật rừng khu vực nghiên cứu Xác định kích thước mẫu thích hợp để nghiên cứu đa dạng thực vật rừng khu vực Tân Phú thực phương pháp thiết lập ô xếp chồng (11 cấp kích thước thứ cấp) dựa vào đường cong tích lũy lồi, kết mẫu thích hợp có kích thước 100×100 m Kết luận dựa quan sát biểu đồ đường cong tích lũy lồi, số lượng lồi tăng lên kích thước xếp chồng tăng lên đến kích thước 100×100 m biến động số lượng lồi bắt đầu có ổn định, số lồi gần khơng tăng thêm kích thước lớn hơn, có điểm uốn đồ thị (hình 5) Hình Đường cong tích lũy lồi theo kích thước mẫu THẢO LUẬN 4.1 Ảnh hưởng kích thước mẫu đến đặc điểm phân bố số đa dạng Kích thước đặc điểm quy luật vốn có giới tự nhiên, thứ mà người nhận biết được, ảnh hưởng mà gây phức tạp khó đốn trước (Cristiano cộng sự, 2015; Wu, 2000) Trong nghiên cứu sinh thái, tìm hiểu ảnh hưởng kích thước mẫu đến đặc điểm phân bố đa dạng lồi ln vấn đề quan tâm hàng đầu (Wang cộng sự, 2008; Lan cộng sự, 2012) Các nghiên cứu trước rằng, kích thước mẫu q nhỏ tính đa dạng thực vật bị giới hạn diện tích, làm cho mức độ đa dạng lồi TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 113 ... lồi theo kích thước ô mẫu THẢO LUẬN 4.1 Ảnh hưởng kích thước mẫu đến đặc điểm phân bố số đa dạng Kích thước đặc điểm quy luật vốn có giới tự nhiên, thứ mà người nhận biết được, ảnh hưởng mà gây... thước ô mẫu ảnh hưởng rõ rệt đến tính đa dạng loài gỗ Phương sai mẫu hệ số biến thiên số Simpson, Pielou giảm mạnh rõ ràng cấp kích thước đầu tiên, sau giảm dần cấp kích thước 2, 4, đến cấp kích. .. cấp lôgarit phương sai, hệ số biến thiên số đa dạng 3.4 Kích thước mẫu thích hợp nghiên cứu đa dạng thực vật rừng khu vực nghiên cứu Xác định kích thước ô mẫu thích hợp để nghiên cứu đa dạng