Effects of Land use Change on Coprini dung Beetles in Tropical Karst Ecosystems of Puluong Nature Reserve

Giả thuyết của nghiên cứu này là quần xã bọ hung Coprini sẽ phản ứng rõ rệt với những thay đổi kiểu sử dụng đất từ hệ sinh thái rừng đến trảng cỏ.. Ngoài ra, thông qua việc [r]

VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 42-54 Original Article Effects of Land use Change on Coprini dung Beetles in Tropical Karst Ecosystems of Puluong Nature Reserve Bui Van Bac Faculty of Forest Resources and Environmental Management, Vietnam National University of Forestry National Route 21, Xuan Mai, Chuong My, Hanoi, Vietnam Received 26 July 2019 Revised 13 August 2019; Accepted 15 August 2019 Abstract: I examined variation in community structure, species richness, biomass and abundance of Coprini dung beetles from 45 trapping sites in meadows, 35-year-old secondary forests and primary forests in tropical, high-elevation karst ecosystems of Puluong Nature Reserve, Thanh Hoa Province My main aim was to explore community response to the influence of land use change By comparing the structure and community attributes of the beetles between 35-year-old secondary forests and primary forests, I expected to give indications on the conservation value of the old secondary forests for beetle conservation Community structure significantly differed among landuse types Species richness, abundance and biomass were significantly higher in forest habitats than in meadows The cover of ground vegetation, soil clay content and tree diameter are important factors structuring Coprini communities in karst ecosystems of Pu Luong The secondary forests, after 35 years of regrowth showed similarities in species richness, abundance and biomass to primary forests This gives hope for the recovery of Coprini communities during forest succession Keywords: Coprini, dung beetles, karst ecosystems, land use change, Pu Luong  Corresponding author Email address: buibac80@gmail.com https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4930 42 VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 42-54 Ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đến bọ Coprini cư trú hệ sinh thái núi đá vôi Khu Bảo tồn thiên nhiên Pù Luông Bùi Văn Bắc Khoa Quản lý Tài nguyên rừng Môi trường, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Quốc lộ 21, Xuân Mai, Chương Mỹ, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 26 tháng năm 2019 Chỉnh sửa ngày 13 tháng năm 2019; Chấp nhận đăng ngày 15 tháng năm 2019 Tóm tắt: Nghiên cứu tiến hành so sánh cấu trúc quần xã, thành phần loài, sinh khối mật độ bọ Coprini 45 vị trí bẫy Các bẫy bố trí dọc theo dạng sử dụng đất từ trảng cỏ đến rừng thứ sinh 35 năm rừng nguyên sinh thuộc hệ sinh thái núi đá vôi Khu Bảo tồn thiên nhiên Pù Lng, tỉnh Thanh Hóa Mục đích nghiên cứu xác định xu hướng biến đổi quần xã bọ trình thay đổi sử dụng đất Thông qua việc so sánh cấu trúc đặc trưng quần xã bọ rừng thứ sinh 35 năm rừng nguyên sinh, nghiên cứu xác định giá trị bảo tồn rừng thứ sinh già cho quần xã bọ Cấu trúc quần xã bọ Coprini khác có ý nghĩa thống kê kiểu sử dụng đất Thành phần loài, mật độ sinh khối bọ Coprini cư trú hệ sinh thái rừng cao trảng cỏ Mức độ che phủ mặt đất thực vật tầng (< 0.5 m), tỷ lệ đất sét đường kính gỗ nhân tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến cấu trúc bọ Coprini Rừng thứ sinh phục hồi sau 35 năm bỏ hóa có thành phần lồi, mật độ sinh khối tương tự rừng nguyên sinh Kết mang lại hy vọng cho việc phục hồi quần xã bọ trình phục hồi rừng Từ khóa: Bọ hung, Coprini, hệ sinh thái đá vơi, Pù Luông, thay đổi sử dụng đất  Tác giả liên hệ Địa email: buibac80@gmail.com https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4930 43 44 B.V Bac / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 42-54 Mở đầu Thuật ngữ “bọ hung” thường sử dụng để loài bọ cánh cứng ăn phân thuộc ba họ Scarabaeidae, Aphodiidae Geotrupidae (Coleoptera: Scarabaeoidea) [1, 2] Bọ thường sử dụng phân loài động vật làm nguồn thức ăn làm nguyên liệu để xây tổ Bọ có phân bố rộng, sinh sống nhiều vùng địa lý hệ sinh thái khác từ đất trang trại, sa mạc, đồng cỏ đến hệ sinh thái rừng Chúng có vai trị sinh thái quan trọng thông qua việc di dời phân động vật, thúc đẩy chu trình tuần hồn dinh dưỡng đất Ngồi bọ có vai trị quan trọng việc phát tán hạt giống kiểm sốt lồi ký sinh người động vật (ví dụ ruồi ký sinh) thơng qua q trình vận chuyển tiêu thụ nhanh chóng phân động vật [1, 3] Quần xã bọ bị thay đổi chuyển đổi mục đích sử dụng đất người Đặc biệt khu vực nhiệt đới, 80% diện tích đất nơng nghiệp hình thành diện tích rừng tự nhiên giai đoạn 1980 – 2000 [4] Để bảo vệ trì tính đa dạng sinh học bọ chức sinh thái chúng việc đánh giá ảnh hưởng chuyển đổi đất đến quần xã bọ quan trọng Mặc dù hậu việc chuyển đối rừng tới quần xã bọ đánh giá nhiều nghiên cứu giới [5-16], kết luận xu hướng biển đổi bọ theo kiểu thay đổi sử dụng đất thống Ví dụ, Boonrotpong [7], Shahabuddin cs [14], Gardner cs [11] suy giảm nghiêm trọng quần xã bọ rừng thứ sinh Trong đó, Vulinec [15], Quintero Roslin [13], Vulinec cs [16], Nichols cs [17] khơng thể tìm thấy khác quần xã bọ hai hệ sinh thái Do thiếu thống nghiên cứu thực hiện, nghiên cứu xa bọ vùng địa lý khác hệ sinh thái đặc biệt cần thiết để góp phần tổng hợp kết Hệ sinh thái núi đá vôi Việt Nam chiếm diện tích khoảng 60.000 km², hệ sinh thái đặc biệt có tính đa dạng sinh học cao với nhiều loài đặc hữu Hệ sinh thái núi đá vôi đặc trưng dãy núi cao tương đối lập [18, 19] Nhiều lồi động vật lớn trung bình – nguồn cung cấp thức ăn cho bọ hung, tìm thấy chủ yếu khu vực núi đá vơi lồi sơn dương (Capricornis milneedwardsii) nhiều loài linh trưởng khác (Trachypithecus delacouri, T francoisi) Hiện hệ sinh thái núi đá vôi bị tác động mạnh chuyển đổi mục đích sử dụng đất người khai thác mức than, đá quặng Hậu hệ sinh thái núi đá vôi bị chia cắt mạnh, tạo phân mảnh rừng tự nhiên bị lập Q trình gây ảnh hưởng tiêu cực đến tính đa dạng động, thực vật Bọ nhạy cảm với thay đổi cấu trúc vật lý sinh cảnh, lớp che phủ thực vật [20, 21], lớp thảm mục [22-24] hay đặc điểm đất [6, 25, 26] Do bọ lựa chọn làm thị sinh học hiệu cho tác động đến đa dạng sinh học liên quan đến trình thay đổi hệ sinh thái [5, 6, 17] Bên cạnh đó, bọ phụ thuộc vào phân động vật, nên chúng phản ánh thay đổi thành phần, cấu trúc động vật [2730] Tuy nhiên quần xã bọ khu vực núi đá vôi Việt Nam cịn biết đến Một nghiên cứu gần bọ hung, tập trung vào lồi bọ kích thước nhỏ, giống Onthophagus khu vực núi đá vôi Khu Bảo tồn động vật hoang dã Ton Nga Chang (Thái Lan) ảnh hưởng ý nghĩa của thay đổi yếu tố môi trường cường độ ánh sáng, lớp che phủ thực vật nhiệt độ (liên quan tới thay đổi sử dụng đất) tới thành phần loài bọ Onthophagus [8] Kết xác nhận mức độ nhạy cảm lồi bọ có kích thước nhỏ tới thay đổi mơi trường Tuy nhiên lồi bọ có kích thước lớn tơng Coprini đóng vai trị chức sinh thái [10, 11, 24] Do đó, nghiên cứu quản lý bảo tồn cần bao gồm lồi bọ có kích thước lớn Mục đích nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng tiềm thay đổi sử dụng B.V Bac / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 42-54 đất đến đa dạng cấu trúc quần xã bọ Coprini thông qua việc điều tra đánh giá lồi bọ có kích thước lớn thuộc tơng Coprini theo kiểu sử dụng đất tử rừng nguyên sinh, rừng thứ sinh đến trảng cỏ Giả thuyết nghiên cứu quần xã bọ Coprini phản ứng rõ rệt với thay đổi kiểu sử dụng đất từ hệ sinh thái rừng đến trảng cỏ Ngoài ra, thông qua việc so sánh thành phần, cấu trúc quần xã bọ rừng nguyên sinh rừng thứ sinh già, nghiên cứu bước đầu đánh giá giá trị bảo tồn rừng thứ sinh bọ Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu Nghiên cứu thực Khu Bảo tồn thiên nhiên Pù Luông (Thanh Hóa) (20o21' – 20o34'N, 105o02' – 105o20'E) Khu vực điều tra nằm hệ sinh thái núi đá vôi vùng Cao Sơn (xã Lũng Cao, huyện Bá Thước) thuộc dãy núi đá vôi Pù Luông – Cúc Phương Khu vực chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa trung bình từ 1500 – 1700 mm Mùa đông kéo dài từ tháng 11 đến tháng năm sau Nhiệt độ trung bình khu vực từ 20 – 22oC [31, 32] Nhiều diện tích rừng Khu Bảo tồn bị tác động mạnh hoạt động người dân địa phương như: săn bắn, khai thác gỗ, chuyển đổi đất rừng sang đất nơng nghiệp Vì vậy, Khu Bảo tồn Pù Luông tồn nhiều kiểu sử dụng đất: rừng nguyên sinh, rừng thứ sinh, rừng trồng, đất nông nghiệp, trảng cỏ Mặc dù việc khai thác chuyển đổi đất rừng bị nghiêm cấm từ năm 1991 theo Luật Bảo vệ Phát triển rừng (58-LCT/HĐNN8), trình chuyển đổi đất rừng diễn ra, đặc biệt khu vực cộng đồng dân tộc thiểu sổ vùng núi cao [33] Bọ Coprini thu bắt ba kiểu sử dụng đất rừng nguyên sinh, rừng thứ sinh trảng cỏ Các kiểu sử dụng đất nằm độ cao từ 780 – 900 m cách km Theo hệ thống phân loại rừng Thái [34], 45 rừng nguyên sinh nghiên cứu rừng kín thường xanh núi đá vôi với cấu trúc tầng tán phức tạp gồm tầng Tầng cao đặc trưng gỗ cao 35 m thuộc hai họ Dipterocarpaceae Combretaceae Tầng ưu tầng thấp gồm loài gỗ với chiều cao trung bình từ 15-25 m thuộc họ: Lauraceae, Magnoliaceae, Meliaceae, Fagaceae, Sapindaceae, Mimosaceae, Ulmaceae Annonaceae Thực vật tầng bao gồm họ Urticaceae, Araceae Begoniaceae Cũng theo Thai [34], rừng thứ sinh nghiên cứu xác định rừng thứ sinh phục hồi sau nương rẫy, bao gồm loài gỗ sinh trưởng diện tích đất nơng nghiệp bị bỏ hóa lâu năm (> 35 năm) Khu vực trảng cỏ nơi canh tác nơng nghiệp bỏ hóa năm đặc trưng bụi, cỏ số gỗ nhỏ 2.2 Phương pháp thu thập mẫu giám định Bọ Coprini thu bắt bẫy hố có mồi nhử thời gian 10 ngày từ 15.4 – 25.4.2016 Tại kiểu sử dụng đất, 15 bẫy thiết lập hai tuyến điều tra song song, cách 100 m Trên tuyến, bẫy đặt cách 150 m để giảm mức độ nhiễu bẫy [35] Tổng số 45 bẫy sử dụng cho ba kiểu sử dụng đất nghiên cứu Mỗi bẫy gồm hộp nhựa (đường kính 22 cm, chiều cao 16 cm) chứa khoảng 500 ml dung dịch cồn 70o chôn xuống đất tới miệng hộp Mồi nhử 300 g hỗn hợp phân lợn phân trâu (tỷ lệ 1:1) Mồi treo phía cách miệng hộp khoảng cm Sau 72 bẫy, toàn bọ thu bảo quản cồn 70o mang tới phịng thí nghiệm Bọ Coprini giám định chủ yếu dựa vào khóa phân loại xây dựng gần cho Việt Nam Bui cs [36], Bui Bonkowski [37], Kabakov Napolov [38] dựa so sánh hình thái với mẫu vật sưu tập Bảo tàng lịch sử tự nhiên Pháp (French National Museum of Natural 46 B.V Bac / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 42-54 History (MNHN), Pari, Pháp), Bảo tàng lịch sử tự nhiên Prague (National Museum Prague (NMPC), Prague, Cộng hòa Séc) Trung tâm đa dạng sinh học tự nhiên Leiden (Naturalis Biodiversity Center (RMNH), Leiden, Hà Lan) Các mẫu vật nghiên cứu lưu trữ bảo tàng Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam (VNUF, Xuân Mai, Chương Mỹ, Hà Nội) 2.3 Phương pháp xác định nhân tố môi trường Dữ liệu môi trường mẫu đất thu thập thời điểm với việc thu thập bọ Phương pháp bốn hướng Brower VonEnde [39], Campos Hernández [22] cải tiến để đo đếm nhân tố mơi trường vị trí nghiên cứu Với việc sử dụng vị trí bẫy điểm trung tâm, hình chữ thập tạo chia vị trí điều tra thành bốn góc Trong góc, gỗ (đường kính ngang ngực ≥ cm chiều cao ≥ m) bụi (chiều cao < m) vị trí gần bẫy đánh dấu đo đếm tiêu sinh trưởng đường kính, chiều cao khoảng cách tới bẫy Bên cạnh đó, diện tích nhỏ m2 góc sử dụng để đo đếm chiều cao lớp thảm mục, tỷ lệ phần trăm che phủ lớp thảm mục diện tích che phủ mặt đất thực vật tầng (< 0.5 m) cách sử dụng lớp phân cấp: – 5%, – 25%, 26 – 50%, 51 – 75%, 76 – 95% 96 – 100% Các mẫu đất thu thập xung quanh bẫy trộn trước mang phịng thí nghiệm Việc xác định độ tàn che gỗ tính tốn dựa vào lớp phân cấp: – 5%, – 25%, 26 – 50%, 51 – 75%, 76 – 95% 96 – 100% đặc điểm cấu trúc quần xã bọ cư trú kiểu sử dụng đất Phương pháp phân tích hốn vị đa biến phương sai “Permutational multivariate analysis of variance” (PERMANOVA) sử dụng để kiểm tra sai khác cấu trúc quần xã bọ kiểu sử dụng đất Tất phương pháp kiểm tra biểu đồ thực với gói liệu “vegan” phiên v 2.4–5 [41], tính tốn với 999 hốn vị Để làm rõ ảnh hưởng nhân tố môi trường đến cấu trúc quần xã bọ hung, yếu tố mơi trường thành phần lồi bọ đưa vào biểu đổ NMDS sử dụng chức “envfit” gói liệu “vegan” Giá trị p tính toán 999 lần Kết nghiên cứu 3.1 Thành phần, phân bố sinh khối loài bọ Coprini theo kiểu sử dụng đất Tổng số 413 cá thể loài bọ Coprini ghi nhận khu vực nghiên cứu Trong giống Copris có số lượng lồi cao với lồi, giống Synapsis có lồi giống Catharsius với lồi Đường cong tích lũy lồi qua ba kiểu sử dụng đất đạt đến mức tiệm cận (Hình 1) Mơ hình phân tích rằng: số lượng lồi ghi nhận vị trí điều tra phản ánh gần xác số lượng lồi tự nhiên 2.4 Phân tích liệu Phân tích thống kế thực với phần mềm R, phiên v 3.4.0 [40] Đường cong tích lũy sử dụng để đánh giá mức độ hiệu phương pháp điều tra Phương pháp NMDS “Non-metric multidimensional scaling” dựa vào số không giống Bray-Curtis từ ma trận liệu thành phần loài qua vị trí điều tra Phương pháp NMDS sử dụng để mơ tả Hình Đường cong tích lũy lồi mơ tả tính hiệu việc thu mẫu qua kiểu sử dụng đất: rừng nguyên sinh, rừng thứ sinh trảng cỏ B.V Bac / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 42-54 Hệ sinh thái rừng có số lượng lồi Coprini lớn trảng cỏ (rừng nguyên sinh: loài; rừng thứ sinh loài trảng cỏ loài) Ba loài Coprini ghi nhận hệ sinh thái rừng, bao gồm: Synapsis tridens Sharp, 1881, S puluongensis Bui & Bonkowski, 2018 Copris sonensis Bui, Dumack & Bonkowski, 2018 Trong đó, lồi S puluongensis ghi nhận rừng nguyên sinh 47 Tương tự thành phần loài, số lượng cá thể sinh khối loài bọ Coprini thay đổi ý nghĩa từ hệ sinh thái rừng đến trảng cỏ Đặc biệt có khác lớn rừng thứ sinh trảng cỏ Tuy nhiên, khơng có khác ý nghĩa rừng thứ sinh rừng nguyên sinh số lượng cá thể sinh khối bọ bẫy (Hình 2, Bảng 1) Hình Biểu đồ hình hộp mơ tả thay đổi số lượng cá thể sinh khối (trong bẫy) qua kiểu sử dụng đất: rừng nguyên sinh, rừng thứ sinh trảng cỏ Bảng Kết phân tích phương sai kiểm định Tukey cho sinh khối tổng số cá thể qua kiểu sử dụng đất Giá trị trung bình, giá trị F giá trị p cung cấp Tổng số lượng cá thể (1 bẫy) Rừng nguyên sinh – rừng thứ sinh Trảng cỏ - rừng nguyên sinh Trảng cỏ - rừng thứ sinh Sinh khối (1 bẫy) Rừng nguyên sinh – rừng thứ sinh Trảng cỏ - rừng nguyên sinh Trảng cỏ - rừng thứ sinh Gía trị trung bình 10.33 F-value 10.56 2.84 9.96 3.2 Cấu trúc quần xã bọ Coprini theo kiểu sử dụng đất Cấu trúc quần xã bọ Coprini khác ý nghĩa qua kiểu sử dụng đất (PERMANOVA, F = 6.92, R2 = 0.27, p < 0.001) Kết phân tích NMDS (“Nonmetric multidimensional scaling”) rằng, quần xã p-value