Đặc điểm lâm học và sinh thái quần thể loài thông 5 lá (pinus dalatensis ferré) ở tây nguyên tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM ================== LÊ CẢNH NAM ĐẶC ĐIỂM LÂM HỌC VÀ SINH THÁI QUẦN THỂ LỒI THƠNG LÁ (Pinus dalatensis Ferré) Ở TÂY NGUYÊN Chuyên ngành đào tạo: Lâm sinh Mã số: 9620205 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP Hà Nội - 2020 Cơng trình hồn thành Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Phạm Quang Thu GS.TS Bernard Dell TS Phí Hồng Hải Chủ tịch hội đồng: GS.TS Võ Đại Hải Phản biện 1: PGS.TS Triệu Văn Hùng Phản biện 2: TS Nguyễn Hồng Quân Phản biện 3: PGS.TS Phí Hồng Hải Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Viện họp Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Vào hồi phút, ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Thư viện Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam NHỮNG CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Lê Cảnh Nam, Nguyễn Thành Mến, Hồ Ngọc Thọ, Bảo Huy, 2020: Mô hình sinh trưởng tăng trưởng đường kính Thơng (Pinus dalatensis Ferré) theo vùng phân bố Tạp chí Nông nghiệp & PTNT Bộ NN&PTNT số (2020): 113 -119 Lê Cảnh Nam, Nguyễn Thành Mến, Hồ Ngọc Thọ, Bảo Huy, 2020: Ảnh hưởng nhân tố sinh thái đến phân bố mật độ Thông (Pinus dalatensis Ferré) Tây Nguyên Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp Viện KHLN Việt Nam số 1(2020): 62 – 72 Lê Cảnh Nam, Bùi Thế Hoàng, Trương Quang Cường, Hoàng Thanh Trường, Lưu Thế Trung Bảo Huy, 2020 Đặc điểm cấu trúc rừng có phân bố Thơng (Pinus dalatensis Ferré) Tây Nguyên Tạp chí Nông nghiệp & PTNT Bộ NN&PTNT, số (2020): 88 – 98 Lê Cảnh Nam, Bùi Thế Hoàng, Trương Quang Cường Bảo Huy, 2020: Ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến bề rộng vịng năm Thơng (Pinus dalatensis Ferré) Tây Nguyên Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp Viện KHLN Việt Nam số, 2(2020): 40 – 51 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thơng lồi đặc hữu theo nghĩa rộng dãy Trường Sơn (Phan Kế Lộc cs, 2011), có giá trị khoa học sử dụng cao; xếp vào nhóm IIA theo Nghị định số 06/2019/NĐ-CP nằm nhóm nguy cấp theo IUCN (2019) Trên tồn cầu tồn quốc, lồi Thơng cịn phân bố 10 địa điểm khác có sụt giảm mơi trường sống nó; số lượng cá thể thường giới hạn 100 trưởng thành vùng phân bố (Hiep et al., 2004) Vì lồi có phạm vi phân bố tương đối hẹp, nghiên cứu Thông chủ yếu phân loại thực vật, mô tả vùng phân bố, đặc điểm hình thái, nhân giống hữu tính, vơ tính lồi Với trạng suy giảm số lượng cá thể quần thể Thông lá, việc bảo tồn phát triển lồi cần thiết (Nguyễn Tiến Hiệp cs, 2004; Nguyễn Đức Tố Lưu Thomas, 2004) Tuy nhiên thông tin, kiến thức khoa học lâm học, sinh thái cá thể quần thể Thông hạn chế, chưa đáp ứng yêu cầu cho xây dựng chiến lược bảo tồn phát triển loài Từ hạn chế việc nghiên cứu đặc điểm lâm học sinh thái quần thể loài Thông Tây Nguyên cần thiết Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Góp phần cung cấp sở, thông tin liệu khoa học lĩnh vực lâm học sinh thái rừng phục vụ bảo tồn phát triển bền vững loài quần thể Thông quý Tây Nguyên Mục tiêu cụ thể - Định lượng đặc điểm lâm học cá thể quần thể Thơng bao gồm mô cấu trúc, tái sinh, sinh trưởng tăng trưởng ảnh hưởng nhân tố khí hậu mơi trường phục vụ việc áp dụng biện pháp lâm sinh bảo tồn - Xác định nhân tố sinh thái chủ yếu ảnh hưởng đến mật độ lập đồ mật độ quần thể lồi Thơng phục vụ cho quản lý, xử lý lâm sinh, bảo tồn phát triển quần thể Đối tượng nghiên cứu Loài Thông (Pinus dalatensis Ferré) Phạm vi nghiên cứu Các lâm phần có phân bố lồi Thơng (Pinus dalatensis Ferré) thuộc lâm phận ba Vườn Quốc Gia: Bidoup-Núi Bà (BD), Chư Yang Sin (CYS) Kon Ka Kinh (KKK) Tây Nguyên Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Bổ sung sở lý luận đặc điểm lâm học sinh thái quần thể Thông - Ý nghĩa thực tiễn: Làm sở đề xuất số biện pháp kỹ thuật lâm sinh để bảo tồn phát triển bền vững lồi Thơng Tây Nguyên Những đóng góp luận án - Xây dựng mơ hình dự đốn mật độ lồi Thơng ảnh hưởng ba nhân tố sinh thái độ cao so với mặt nước biển, độ dày tầng đất lượng mưa trung bình năm - Chỉ nhân tố khí hậu ảnh hưởng đến sinh trưởng Thơng gia tăng nhiệt độ mùa mưa có tác dụng thúc đẩy sinh trưởng Thông lá, ngược lại gia tăng nhiệt độ mùa khô hạn làm giảm sinh trưởng Thông - Thiết lập thẩm định chéo sai số hệ thống mơ hình sinh trưởng, tăng trưởng đường kính lồi Thơng cho ba vùng phân bố sinh thái Tây Nguyên Cấu trúc luận án: Luận án gồm 150 trang với 32 bảng, 55 hình, có kết cấu sau: Phần Mở đầu (3 trang); Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu (24 trang); Chương 2: Nội dung, phương pháp đặc điểm khu vực nghiên cứu (25 trang); Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận (78 trang); Kết luận, tồn kiến nghị (3 trang) CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan vấn đề nghiên cứu dựa vào 160 tài liệu, có 79 tài liệu tiếng Việt 81 tài liệu tiếng Anh, tập trung đến vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu luận án, là: • Đặc điểm khoa học mơ cấu trúc quần thể thực vật rừng, ứng dụng nó; • Đặc điểm tái sinh rừng nhiệt đới, quần thể hỗn giao rộng kim; • Ảnh hưởng nhân tố sinh thái đến phân bố cá thể, quần thể rừng mối quan hệ sinh thái lồi quần thể; • Vịng năm, sinh trưởng, tăng trưởng cá thể ảnh hưởng biến đổi khí hậu; • Ứng dụng GIS quản lý bảo tồn lồi, quần thể rừng; • Các nghiên cứu liên quan đến lồi Thơng Thảo luận chung: Đối với quần thể Thông lá, tính đặc hữu, phạm vi phân bố hẹp, hầu hết nghiên cứu tập trung vào mơ tả hình thái, ghi nhận vùng phân bố mới, xếp loại, đặt tên loài hệ thống phân loại thực vật; có vài nghiên cứu liên quan đến cấu trúc rừng, tình hình tái sinh lồi phạm vi riêng lẻ cho khu vực; chưa có nghiên cứu đầy đủ cấu trúc, tái sinh, sinh học, sinh thái loài, động thái quần thể đa dạng di truyền mơ hình bảo tồn cho lồi (Farjon, 2002) Vì vấn đề sau cần quan tâm nghiên cứu liên quan đến lồi Thơng lĩnh vực lâm học, sinh thái học sau: - Về cấu trúc quần thể thực vật rừng: Mô cấu trúc lâm phần nơi có lồi phân bố tự nhiên Thông đặc điểm cấu trúc cho riêng lồi Thơng để đưa giải pháp lâm sinh bảo tồn loài bền vững - Về sinh thái: o Xác định mối quan hệ sinh thái lồi Thơng với lồi ưu quần xã thực vật rừng để quản lý thành phần loài phù hợp dựa vào mối quan hệ sinh thái hỗ trợ lẫn loài o Xác định nhân tố sinh thái ảnh hưởng đến phân bố, mật độ gỗ tái sinh Thông làm sở cho việc quy hoạch khu vực bảo tồn phát triển quần thể Thông qúy cách phù hợp với yêu cầu sinh thái - Về vịng năm, sinh trưởng Thơng lá: Nghiên cứu bề rộng vòng năm sinh trưởng, tăng trưởng cá thể Thơng ảnh hưởng nhân tố khí hậu vùng phân bố làm sở cho việc xác định khu vực phát triển thích hợp Thơng dự đoán sản lượng - Về GIS: Thiết lập đồ sở liệu phân bố, mật độ với liệu sinh thái tái sinh lồi Thơng cần thiết bảo vệ, bảo tồn lựa chọn khu vực phục hồi quần thể Thông CHƯƠNG NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu i) Xác định mô đặc điểm cấu trúc lâm phần có phân bố Thơng - Xác định cấu trúc thành phần lồi lâm phần có phân bố Thông - Mô cấu trúc số theo cấp kính (N/D), theo cấp chiều cao (N/H) cấu trúc mặt lâm phần riêng loài Thơng ii) Mơ hình hóa mối quan hệ nhân tố sinh thái với mật độ phân bố quần thể Thông iii) Xác định mối quan hệ sinh thái lồi Thơng với loài ưu quần xã thực vật rừng iv) Nghiên cứu bề rộng vòng năm sinh trưởng, tăng trưởng đường kính cá thể Thơng ảnh hưởng nhân tố khí hậu vùng phân bố: - Xác định yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến số bề rộng vòng năm chuẩn hóa lồi Thơng - Thiết lập mơ hình sinh trưởng, tăng trưởng đường kính lồi Thơng với ảnh hưởng vùng phân bố khác v) Lập sở liệu GIS phân bố mật độ, sinh thái Thông vi) Tổng hợp ứng dụng cho bảo tồn phát triển quân thể Thông sở kết nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Tiếp cận nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu đặc điểm lâm học sinh thái rừng phục vụ cho bảo tồn phát triển cá thể quần thể Thơng lá, đó: - Cấu trúc rừng rút mẫu nghiên cứu theo ô tiêu chuẩn điển hình lâm phần khơng/ít bị tác động, có diện tích đủ lớn để phản ảnh quy luật cấu trúc loài, phân bố số theo đường kính, chiều cao Cấu trúc nghiên cứu chung cho lâm phần riêng quần thể Thông để so sánh đánh giá tỷ trọng loài nghiên cứu lâm phần Mơ tốn cấu trúc áp dụng để tiếp cận phát hiện, đánh giá quy luật phân bố đề xuất mơ hình mẫu chuẩn - Tiếp cận phát nhân tố sinh thái ảnh hưởng đến mật độ, phân bố lồi Thơng dựa vào rút mẫu điển hình hệ thống với số mẫu đủ lớn để bảo đảm biến động nhân tố sinh thái theo mật độ khách quan; đồng thời mơ hình phi tuyến tính đa biến, tổ hợp biến có trọng số áp dụng để phát nhân tố sinh thái ảnh hưởng đến mật độ lập mơ hình có mối quan hệ sinh thái phức tạp Ngoài xác xuất thống kê sinh học áp dụng để phản ảnh khách quan mối quan hệ sinh thái loài ưu với loài nghiên cứu - Sử dụng tiếp cận bề rộng năm khoan tăng trưởng để hạn chế chặt hạ nghiên cứu theo phương pháp giải tích thân truyền thống Bề rộng vịng năm bị chi phối ảnh hưởng nhân tố tuổi tổng hợp nhân tố sinh thái – môi trường Nghiên cứu loại bỏ ảnh hưởng tuổi đến bề rộng vịng năm thơng qua biến đổi thành tiêu bề rộng vòng năm chuẩn hóa Nghiên cứu tác động trực tiếp nhân tố khí hậu nhiệt độ, lượng mưa theo tháng, trung bình nhiều năm đến bề rộng vịng năm chuẩn hóa mà khơng xét đến nhân tố sinh thái môi trường khác để mức độ ảnh hưởng nhân tố khí hậu đến sinh trưởng đường kính Thơng Trên sở bề rộng vòng năm xác định sinh trưởng, tăng trưởng đường kính theo tuổi; mơ hình hóa sinh trưởng đường kính Thơng theo phương pháp đại Maximum Liklihood dạng mơ hình phi tuyến tính có trọng số có xét ảnh hưởng ngẫu nhiên (random effects) yêu tố sinh thái, vùng phân bố đến tham số mơ hình Sử dụng thẩm định chéo K-Fold để sai số hệ thống mơ hình cách khách quan - Kết hợp mơ hình quan hệ mật độ Thơng với nhân tố sinh thái ảnh hưởng GIS để lập đồ cấp mật độ phân bố khác vùng sinh thái phân bố loài nghiên cứu 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu đặc điểm cấu trúc lâm phần 2.2.2.1 Thu thập số liệu nghiên cứu cấu trúc Sử dụng phương pháp rút mẫu điển hình tiêu chuẩn (ơtc) có diện tích 2.500 m2 lâm phần khơng/ít bị tác động vùng phân bố tự nhiên lồi Thơng để nghiên cứu cấu trúc rừng (Bảo Huy, 2017a) Có 17 ơtc 2.500 m2/3 vùng phân bố lập; ôtc chia thành 25 ô đơn vị 100 m2 để đo đếm tầng gỗ gồm tiêu tên loài, chiều cao (H, m), đường kính ngang ngực (D, cm) với có D ≥ cm, đo cự ly từ ô đến gần nhất, Thơng có cự ly: đến Thông gần khác gỗ gần Đo đếm tái sinh ô phụ m2 (4 góc ô ôtc); tái sinh nghiên cứu triển vọng có H ≥ 0,5 m D < cm; xác định tên loài, đo chiều cao tái sinh (H, m) 2.2.2.2 Phương xác định cấu trúc thành phần loài gỗ Sử dụng số quan trọng IV% (Curtis McIntosh, 1950; Narayan Anshumali, 2015; Bảo Huy, 2017a) để xác định loài ưu 2.2.2.3 Phương pháp mô cấu trúc N/D N/H 800 700 600 500 400 300 200 100 500 400 B D 11 21 31 41 51 61 N (cay/ha) N (cay/ha) 3.1.2 Cấu trúc thành phần lồi gỗ tái sinh lâm phần có phân bố Thơng Tổng số lồi gỗ tái sinh có từ 36 – 97 lồi; Lồi ưu với IV ≥ 3% từ – loài Rất bắt gặp Thông tái sinh không chiếm ưu lâm phần có Thơng trưởng thành Trong đó, Thơng tái sinh nhiều nơi đất trống bị mở tán ven đường mở So sánh thành phần loài gỗ tái sinh cho thấy có khác biệt, kết kiểu tái sinh tuần hoàn theo vệt nơi mở tán, đặc trưng phương thức tái sinh hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới (Richard, 1952; Baur, 1976; Thái Văn Trừng, 1978; Phùng Ngọc Lan, 1986) 3.1.3 Cấu trúc N/D lâm phần có phân bố Thơng Kiểu dạng phân bố N/D (Hình 3.2) lâm phần hồn tồn đồng với kiểu phân bố chung kiểu rừng hỗn loại rộng nhiệt đới dạng phân bố giảm hình chữ J có đỉnh cấp kính nhỏ (Nguyễn Văn Trương 1973, 1983; Đồng Sĩ Hiền, 1974; Phùng Ngọc Lan, 1986; Trần Văn Con, 1991, Bảo Huy, 2017a) 71 81 91 101 D (cm) B D CY S 300 200 100 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 H (m) Hình 3.2 Phân bố N/D lâm phần có Thơng vùng phân bố BD: Bidoup - Núi Bà, CYS: Chư Yang Sin, KKK: Kon Ka Kinh Hình 3.6 Phân bố N/H lâm phần có phân bố Thơng Tây ngun BD: Bidoup - Núi Bà, CYS: Chư Yang Sin, KKK: Kon Ka Kinh Kết kiểm tra đồng dãy phân bố N/D cho thấy có nhóm tiêu chuẩn mơ theo dạng phân bố khoảng cách với 9/17 ô, chiếm tỷ lệ (53%) với χ2 < χ2(0,05), nhóm tiêu chuẩn cịn lại (8/17, 47%) mô theo dạng phân bố lý thuyết thể chọn 13 qua χ2 > χ2(0,05) Mơ hình phân bố khoảng cách lựa chọn để xây dựng mơ hình mẫu chuẩn điều chỉnh cấu trúc rừng theo hướng bền vững 3.1.4 Cấu trúc số theo cấp chiều cao (N/H) lâm phần có phân bố Thơng Quy luật chung phân bố N/H có đỉnh lệch trái đến gần chuẩn (Hình 3.6) Tuy nhiên phân bố N/H biến động có nhiều kiểu dạng phân bố thay đổi theo điều kiện sinh thái Kiểu dạng phân bố N/H tương đồng với quy luật phân bố N/H rừng hỗn giao rộng nhiệt đới mô tả Đồng Sĩ Hiền (1974) Nguyễn Văn Trương (1973, 1983) Kết kiểm tra đồng dãy phân bố N/H, kết có 6/17 (35%) ô tiêu chuẩn mô theo hàm phân bố Weibull có đỉnh lệch trái đến gần chuẩn; có 11/17 (65%) ô tiêu chuẩn không mô theo hàm phân bố thử nghiệm, cho thấy phân bố N/H biến động có nhiều kiểu dạng phân bố có từ đến nhiều đỉnh thay đổi theo vùng, điều kiện sinh thái khó tiếp cận theo quy luật phân bố chung 3.1.5 Cấu trúc mặt lâm phần riêng loài Thơng Xét lâm phần có ô có phân bố cụm (53%), ô phân bố ngẫu nhiên (47%) Kết theo kiểu chung rừng mưa nhiệt đới, phân bố cụm giai đoạn trung niên, chuyển dần sang ngẫu nhiên đến bắt đầu thành thục (Nguyễn Văn Trương 1973, 1983; Bảo Huy, 2017a) Xét riêng lồi Thơng hầu hết có phân bố cụm, riêng vùng phân bố Kon Ka Kinh, có phân bố ngẫu nhiên Kết phù hợp với đặc điểm phân bố tái sinh lồi Thơng lá, tái sinh nơi lỗ trống tuần hoàn 3.1.6 Cấu trúc N/D N/H riêng lồi Thơng 14 Ba dãy phân bố N/D theo vùng phân bố lồi Thơng Hình 3.9 cho thấy theo dạng có đỉnh từ lệch trái sang gần chuẩn, tập trung cấp kính thành thục với D = 51 – 91 cm Hình 3.9 Phân bố N/D lồi Thơng ba vùng phân bố Hình 3.11 Phân bố N/H lồi Thơng vùng phân bố Kết từ kiểm tra cho thấy phân bố Weibull mô tốt cho phân bố N/D riêng lồi Thơng hai vùng phân bố Bidoup - Núi Bà Kon Ka Kinh Phân bố N/D cho thấy Thơng khơng có q trình tái sinh liên tục đơn vị diện tích, mà tuần hồn theo kiểu tái sinh vệt Phân bố N/H lồi Thơng có đỉnh tập trung số (Hình 3.11); hầu hết phân bố N/H riêng lồi Thơng mô theo dạng phân bố lý thuyết thử nghiệm; cho thấy quần thể loài Thơng hình thành số cá thể tập trung giai đoạn tuổi tạo thành đến nhiều đỉnh 3.2 Ảnh hưởng nhân tố sinh thái đến phân bố mật độ Thơng Có 10 nhân tố sinh thái dị tìm nhân tố chủ đạo ảnh hưởng đến mật độ phân bố lồi Thơng theo tiêu chuẩn Cp Mallow (1973), kết cho thấy có biến số độ cao so với mặt biển (DC), độ dày tầng đất (TDD) lượng mưa trung bình năm (P) có khả ảnh hưởng đến cấp mật độ Thông (N) Từ nhân tố này, tiến hành dị tìm mơ hình quan hệ thích hợp chúng với cấp mật độ Thơng lá, kết chọn mơ hình Bảng 3.10: 15 Bảng 3.10 Kết lựa chọn mô hình quan hệ cấp mật độ Thơng (N) với nhân tố sinh thái Stt Dạng mơ hình N/P = 0,890614×DC-0,0451131 ×TDD0,540172 × P-0,9126 Trọng số Weight Radj RMS E% MAPE % 1/P 0,651 0.283 31,64 N/P = 1,28798×exp(-0,0037156×DC + 0,272688×TDD – 0,585141×P) 1/P-0,5 0,659 0,316 31,79 N/P = 0,899798 + 0,086599×DC +0,254437×TDD – 0,426971×P 1/P0,5 0,653 0,319 32,74 Ghi chú: n = 173; N: Mã cấp mật độ Thông /ha vùng có phân bố lồi; DC: Mã cấp độ cao; TDD: Mã độ dày tầng đất; P: Mã lượng mưa trung bình năm In đậm: Mơ hình lựa chọn Từ Bảng 3.10 cho thấy mơ hình thử nghiệm có Radj xấp xỉ nhau, sai số ưu tiên để lựa chọn, mơ hình hàm Power nhiều biến tốt lựa chọn sau: N = P × (0,890614 × DC-0,0451131 × TDD0,540172 × P-0,9126) (3.1) Từ mơ hình dự đốn phân bố cấp mật độ Thông theo phạm vi cấp trình bày biến động theo nhân tố sinh thái trình bày Bảng 3.12 Bảng 3.12 Các nhân tố sinh thái hình thành cấp mật độ Thơng Cấp N Thông Lượng mưa (P, mm/năm) Độ cao (DC) so với mặt biển (m) Độ dày tầng đất (TDD, cm) Cao: Cấp 4: > 100 cây/ha 1.800 – 2.200 1.500 – 1.900 >50 Trung bình: Cấp 3: 51 – 100 cây/ha 1.800 – 2.200 1.000 – 1.500 >50 Thấp: Cấp 2: 10 - 50 cây/ha ≥ 2.200 1.500 – 1.900 >50 Hiếm: Cấp 1: < 10 cây/ha < 1.800 < 1.000 ≤ 30 16 3.3 Mối quan hệ sinh thái Thông với loài ưu quần xã thực vật rừng Nghiên cứu quan hệ sinh thái Thông với lồi có ưu sinh thái (IV ≥ 3%) tầng gỗ cho thấy Thông có quan hệ ngẫu nhiên với lồi Chị xót, Dẻ đá (Sồi) có quan hệ dương (quan hệ hỗ trợ) với lồi Hồng quang Trong tầng tái sinh, Thơng có quan hệ ngẫu nhiên với loài Dẻ rừng, Trâm, Hồng quang Kháo có quan hệ dương với lồi Chị xót Ứng dụng kết cho thấy Thơng cần hạn chế trồng rừng loài nên trồng hỗn giao với lồi có quan hệ dương ngẫu nhiên Chị xót, Hồng quang Dẻ đá 3.4 Bề rộng vòng năm sinh trưởng, tăng trưởng đường kính cá thể Thơng ảnh hưởng nhân tố khí hậu vùng phân bố 3.4.1 Biến động nhân tố khí hậu vùng phân bố Thông Kết cho thấy có biến động nhiệt độ theo hướng gia tăng thất thường lượng mưa ảnh hưởng đến hệ sinh thái rừng, đến chu kỳ, nhịp điệu sinh trưởng rừng Do nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng hai nhân tố nhiệt độ lượng mưa theo tháng năm đến thay đổi bề rộng vịng năm lồi Thơng vùng Tây Nguyên 3.4.2 Biến động bề rộng vịng năm chuẩn hóa (Zt) theo chuỗi thời gian vùng phân bố Đã lập ba chuỗi bề rộng vịng năm chuẩn hóa (Zt) theo chuỗi thời gian ba vùng phân bố Thông Tây Nguyên Trong chuỗi thời gian vùng Bidoup - Núi Bà liệu Zt kéo dài 446 năm (từ năm 1572 – 2017), chuỗi Zt Chư Yang Sin Kon Ka Kinh ngắn hơn, Chư Yang Sin 318 năm (từ năm 1700 – 2017) Kon Ka Kinh 73 năm (từ năm 1945 – 2017) 17 3.4.3 Ảnh hưởng khí hậu đến số độ rộng vịng năm chuẩn hóa (Zt) vùng Bidoup – Núi Bà Kết phân tích cho thấy số bề rộng vịng năm chuẩn hố (Zt) có quan hệ thuận với nhiệt độ tháng (T6) với P-Value = 0,0161< 0,05 R = 0,388 lượng mưa tháng 11 (P11) với R = 0,370 P-Value = 0,022 < 0,05 Tiến hành thử nghiệm nhiều mơ hình lựa chọn mơ hình mô tả quan hệ Zt = f(T6) Zt = f(P11) vùng Bidoup - Núi Bà sau: Zt = (-0,201515 + 0,00344819×T62)2 (3.2) Zt = sqrt(1,11474 + (3.3) 0,0000158857×P112) 1.60 22.0 21.0 1.40 20.0 1.20 18.0 1.00 17.0 16.0 0.80 37 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 15.0 14.0 Zt T6 (oC) 19.0 0.60 Năm Zt du doan co so T6 2.20 1.20 Zt 1.70 2016 2014 2012 2010 2008 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 0.70 1982 350 300 250 200 150 100 50 1980 P 11 (mm/tháng) Hình 3.21 Tương quan thuận biến động nhiệt độ tháng (T6) số bề rộng vòng năm chuẩn hóa dự đốn qua mơ hình có trọng số (Zt) 38 năm vùng Bidoup - Núi Bà 0.20 Năm P11 Zt du doan co so Hình 3.23 Tương quan thuận biến động lượng mưa tháng 11 (P11) số bề rộng vịng năm chuẩn hóa dự đốn qua mơ hình có trọng số (Zt) 38 năm (1980 – 2017) Bidoup - Núi Bà 18 800 700 2010 2008 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 600 1982 650 1980 T3×T4 750 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 Zt Từ hình 3.21 hình 3.23 cho thấy có tương quan chặt chẽ biến động số bề rộng vịng năm chuẩn hóa (Zt) dự đốn qua mơ hình theo biến động nhiệt độ tháng (T6) lượng mưa tháng 11 (P11), thời điểm T6/P11 có cực trị (thấp cao nhất) Zt có cực trị tương ứng Zt có tương quan thuận với T6 P11, T6 hay P11 tăng Zt tăng ngược lại 3.4.4 3.4.5 Ảnh hưởng khí hậu đến số độ rộng vịng năm chuẩn hóa (Zt) vùng Chư Yang Sin Kon Ka Kinh Kết phân tích thấy vùng Chư Yang Sin Zt có quan hệ nghịch với nhiệt độ tháng (T 3) với R = -0,3871, P = 0,0286 < 0,05 nghịch với tháng (T4) với R = -0,3765, P = 0,0337 < 0,05; đồng thời lượng mưa hàng tháng Zt chưa có quan hệ với (P-Value > 0,05) Tương tự vậy, kết phân tích cho thấy vùng Kon Ka Kinh Zt có quan hệ nghịch với nhiệt độ tháng (T4) (R = - 0,396, P = 0,0248 < 0,05) khơng có quan hệ với lượng mưa hàng tháng (P > 0,05) Thử nghiệm nhiều mơ hình lựa chọn mơ hình mơ tả quan hệ Zt = f(T3×T4) vùng Chư Yang Sin Zt = f(T4) vùng Kon Ka Kinh sau: Zt = 1/(3,07484 – 1321,32/(T3×T4)) (3.4) 2 Zt = (1,78723 – 0,00142461×T4 ) (3.5) Năm Hình 3.26 Tương quan nghịch biến động nhiệt độ tháng (T3×T4) số bề rộng vòng năm (Zt) 32 năm (1980 – 2011) vùng Chư Yang Sin 19 T4 Zt du doan 25.0 23.0 2010 2008 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1980 21.0 1984 22.0 1982 T4 (oC) 24.0 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 Zt 26.0 Năm Hình 3.21 Tương quan nghịch Zt dự đốn qua mơ hình với nhiệt độ tháng (T4) giai đoạn 1980 – 2011 vùng Kon Ka Kinh Hình 3.26 cho thấy tương quan nghịch nhiệt độ tháng (T3) nhiệt độ tháng (T4) với số độ rộng vịng năm chuẩn hóa (Zt) Khi (T3×T4) tăng Zt giảm có cực trị đối nghịch vùng Chư Yang Sin Từ Hình 3.21 cho thấy số bề rộng vịng năm chuẩn hóa Zt dự đốn qua mơ hình có tương quan nghịch với nhiệt độ tháng (T4), nhiệt độ tháng tăng số bề rộng vòng năm giảm cực trị T4 Zt ngược vùng Kon Ka Kinh Biến động bề rộng vịng năm chuẩn hóa Zt bị ảnh hưởng tổng hợp nhân tố sinh thái, môi trường Khi xét riêng ảnh hưởng nhân tố khí hậu Ti Pi đến Zt cho thấy khí hậu ảnh hưởng đến sinh trưởng D Thông mức 40 – 50% (ứng với hệ số quan hệ R) 3.4.6 Mơ hình sinh trưởng, tăng trưởng đường kính Thơng theo vùng phân bố sinh thái 3.4.6.1 Mơ hình quan hệ chiều cao – đường kính (H/D) cho vùng phân bố Thơng Tây Ngun Mơ hình quan hệ H/D Thông cho thấy phù hợp với mơ hình Power có biến động H dự đốn chung ba vùng cao; cần thiết lập mơ hình Power có tham số thay đổi cho vùng phân bố để cải thiện độ tin cậy (Bảng 3.21) 20 Bảng 3.21 Tham số mô hình H = × Db theo vùng phân bố Thông khác Tây Nguyên Vùng phân bố ni Chung vùng Giá trị tham số sai số tiêu chuẩn (SE i) thay đổi theo vùng phân bố i, phạm vi biến động với P = 95% SEi b SE 5.705349 1.097362 0.291650 0.046342 0,291650 0,046342 Bidoup - Núi Bà 26 6,333565 0,093976 Chư Yang Sin 14 5,392624 0,128068 Kon Ka Kinh 16 5,389860 0,119797 Ghi chú: Sau thẩm định chéo K-Fold, sử dụng toàn liệu n = 56 để ước lượng tham số theo vùng phân bố sinh thái 3.4.6.2 Mơ hình sinh trưởng đường kính (D) Thơng vùng phân bố Tây Nguyên Đã tiến hành thăm dị mơ hình sinh trưởng D Thơng thích hợp theo hàm phổ biến hàm Chapman-Richards, Korft, Gompertz Mitscherlich; sử dụng phương pháp thẩm định chéo K-Fold với K=10 để đánh giá sai số lựa chọn mơ hình Kết lựa chọn hàm Mitscherlich (Monomolecular) để mơ sinh trưởng đường kính Thông lá, với số AIC R2 hàm xấp xỉ nhau, nhiên sai số Bias, RMSE MAPE hàm Mitscherlich bé nhất, dó hàm lựa chọn Hàm sinh trưởng D/A theo hàm Mitscherlich lựa chọn chung cho vùng phân bố có biến động sai số lớn; sử dụng kỹ thuật phát nhân tố ảnh hưởng ngẫu nhiên (random effects) mơ hình phi tuyến ảnh hưởng tổng hợp có trọng số (Weighted non- linear mixed effect model) để xác định ảnh hưởng yếu tố môi truờng khác thông qua vùng phân bố lên tham số mơ hình Kết cho 21 thấy tham số mơ hình lựa chọn Mitscherlich thay đổi rõ rệt theo vùng phân bố Thông khác (Bảng 3.25 Hình 3.37) Bảng 3.25 Mơ hình sinh trưởng D Thơng theo dạng Mitscherlich D = 300 × (1 – e(-ai×A)) chung theo vùng phân bố khác Tây Nguyên Vùng phân bố ni Giá trị tham số sai số tiêu chuẩn (SEi) thay đổi theo vùng phân bố i, với P = 95% SEi Chung cho vùng 4566 0.001505 0.000321 Bidoup - Núi Bà (BD) 2780 0,000961 1,054e-05 Chư Yang Sin (CYS) 1297 0,001285 1,544e-05 Kon Ka Kinh (KKK) 489 0,002268 2,515e-05 Ghi chú: Sau thẩm định chéo K-Fold để lựa chọn mơ hình, tham số ước tính từ tồn liệu n = 4566 Hình 3.37 Biểu diễn đám mây điểm D/A đường sinh trưởng đường kính (D/A) Thơng theo mơ hình Mitscherlish: D = Dm × (1 – e-ai×A) phân biệt cho ba vùng phân bố: BD: Bidoup - Núi Bà, CYS: Chư Yang Sin, KKK: Kon Ka Kinh Vùng phân bố sinh thái khác ảnh hưởng đáng kể đến sinh trưởng phát triển rừng (Timilsina Staudhammer, 2013) Ở Tây Nguyên Việt Nam, mức sinh trưởng cao Thông 22 tiểu vùng sinh thái KKK, CYS thấp BD có mối quan hệ rõ rệt với lượng mưa trung bình năm 3.4.6.3 Mơ hình ước tính tỷ lệ tăng trưởng đường kính (Pd) theo D lồi Thông theo vùng phân bố sinh thái Quan hệ Pd/D dạng giảm, phù hơp với hàm Power mũ âm theo vùng phân bố sinh thái (Bảng 3.28) Bảng 3.28 Mơ hình Pd = Dbi lựa chọn theo vùng phân bố Thông khác Tây Nguyên Vùng phân bố ni Chung vùng 4566 Bidoup - Núi Bà 2780 Chư Yang Sin 1297 Kon Ka Kinh 489 Giá trị tham số sai số tiêu chuẩn (SE i) thay đổi theo vùng phân bố i, với P = 95% a SE bi SEi 0,383712 0,019238 -0,977852 0,102341 -1.100362 0,003327 -1,103273 0,004870 -0,729921 0,007932 0,383712 0,019238 Ghi chú: Sau thẩm định chéo K-Fold để lựa chọn mơ hình, tham số theo vùng phân bố sinh thái ước tính từ tồn liệu n = 4566 3.5 Bản đồ sở liệu GIS phân bố mật độ sinh thái Thông Phân bố mật độ Thông 19 km ba vùng phân bố nghiên cứu thiết lập đồ GIS phân cấp mật độ Thông với sở liệu sinh thái lưu trữ GIS Trên sở liệu ba nhân tố sinh thái lượng mưa (P), độ cao so với mặt biển (DC) độ dày tầng dất (TDD) ảnh hưỏng đến phân bố mật độ Thông lá, mật độ điểm phân bố Thông ba vùng phân bố sinh thái theo ba nhân tố sinh thái ảnh hưởng 23 Kết cho thấy cấp mật độ quần thể Thông VQG Bidoup - Núi Bà từ đến thấp với mật độ từ < 10 cây/ha đến 10 – 50 cây/ha vùng phân bố nó, tập trung chủ yếu hai cụm theo hướng Tây Nam hướng Đông VQG; VQG Chư Yang Sin từ gặp đến thấp (