Nghiên cứu được tiến hành ở tỉnh Sơn La, là nơi còn có các cá thể Sa mu dầu tồn tại trong rừng tự nhiên. Bộ dữ liệu nghiên cứu gồm bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ thổ nhưỡng, địa hình, khí hậu tương ứng với 4 yếu tố sinh thái chính được đưa vào đánh giá. Mời các bạn cùng tham khảo!
Lâm học ỨNG DỤNG GIS VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỨ BẬC ĐỂ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ THÍCH HỢP SINH THÁI CHO LOÀI SA MU DẦU (Cunninghamia konishii Hayata) TẠI TỈNH SƠN LA Phạm Mai Phương1*, Tống Thị Hạnh2, Vũ Đình Duy1, Nguyễn Thanh Tuấn3, Trần Việt Hà4, Nguyễn Thị Bích Phượng4* Viện Sinh thái Nhiệt đới - Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga Học viện Kỹ thuật Quân Trường Đại học Lâm nghiệp - Phân hiệu Đồng Nai Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Sa mu dầu (Cunninghamia konishii Hayata) lồi quý hiếm, có tầm quan trọng mặt khoa học, sinh thái kinh tế Trong danh lục Đỏ IUCN 2020, loài bị đe dọa tuyệt chủng, xếp cấp độ nguy cấp cần bảo tồn Nghiên cứu tiến hành tỉnh Sơn La, nơi cịn có cá thể Sa mu dầu tồn rừng tự nhiên Bộ liệu nghiên cứu gồm đồ trạng sử dụng đất, đồ thổ nhưỡng, địa hình, khí hậu tương ứng với yếu tố sinh thái đưa vào đánh giá Trong nghiên cứu này, sử dụng hệ thơng tin địa lý phương pháp phân tích thứ bậc để xây dựng đồ phân bố cho loài C konishii Sơn La Đồng thời, phương pháp chuyên gia áp dụng để xác định trọng số ảnh hưởng bốn nhân tố sinh thái Kết nhân tố địa hình ảnh hưởng lớn đến phân bố lồi, sau thảm thực vật, thổ nhưỡng khí hậu Bên cạnh đó, chứng minh thảm thực vật, chiều cao thực vật, độ dày tầng đất chiếu sáng tháng sinh trưởng ảnh hưởng đến phân bố loài tổng số 15 yếu tố phụ nghiên cứu Diện tích vùng thích nghi sinh thái đánh giá phù hợp cho loài C konishii 613 km2 (chiếm 4% diện tích tồn tỉnh) Nhằm bảo tồn ngồn gen phát triển bền vững lồi này, chúng tơi đề xuất diện tích quy hoạch trồng thử nghiệm lồi C konishii 20.58 km2 (chiếm 0,146% diện tích tồn tỉnh) Từ khóa: AHP, Cunninghamia konishii Hayata, GIS, nhân tố sinh thái, thích hợp sinh thái ĐẶT VẤN ĐỀ Sa mu dầu thuộc Chi Sa mộc (Cunninghamia), họ Hoàng đàn (Cupressaceae) (Phan Kế Lộc cộng sự, 1999; Nguyễn Tiến Hiệp cộng sự, 2004) Ở Việt Nam, loài Sa mu dầu phân bố chủ yếu tỉnh gồm Hà Giang, Sơn La, Thanh Hóa Nghệ An Năm 1960, loài C konishii lần phát núi Pha Ca Tủn thuộc khu bảo tồn thiên nhiên Pù Huống, huyện Quỳ Châu, Nghệ An (Trần Văn Dương, 2001) Sau đó, chúng tìm thấy Pù Hoạt, Pù Mát, Kỳ Sơn, Nghệ An Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên, Thanh Hóa (Nguyễn Tiến Lộc cộng sự, 2004; Nguyễn Đức Tố Lưu cộng sự, 2004; Phan Kế Lộc cộng sự, 2009) Loài ghi nhận thêm Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Nha, Sơn La năm 2014 (Phan Văn Thắng, 2014) Chúng phân bố rải rác thành đám nhỏ rừng nguyên sinh thường xanh hỗn giao nhiệt đới gió mùa với nhiệt độ trung bình năm 13 - 19oC, lượng mưa * Corresponding author: phamphuong911vh@gmail.com; ntbpvfu@gmail.com 50 1.500 mm, đất phong hố từ granít đá mẹ silicát khác độ cao 960 - 2.000 m mặt biển (Nguyễn Tiến Hiệp cộng sự, 2004; Nguyễn Minh Tâm cộng sự, 2009) Trong tự nhiên, C konishii có số lượng kích thước quần thể hạn chế, tập trung vùng núi cao giáp biên giới Việt – Lào số vùng núi cao tỉnh phía Bắc Việt Nam (Lu cộng sự, 2001; Nguyễn Thị Phương Trang cộng sự, 2009, 2012; Nguyễn Văn Sinh, 2009; Phan Kế Lộc cộng sự, 2013) Loài ghi nhận khả tái sinh tự nhiên tốt nơi đất bị sạt lở dọc biên giới Việt - Lào (Averyanov cộng sự, 2014; Nguyễn Thị Thanh Nga, 2017) Chúng lồi có giá trị mặt khoa học giá trị cao kinh tế (gỗ đẹp, tinh dầu) nên bị người khai thác mạnh (Bùi Thế Đồi cộng sự, 2013) Chính vậy, loài xếp cấp độ nguy cấp cần bảo tồn (IUCN, 2020; Sách đỏ Việt Nam, 2007; Nghị định 06/2019) Phương pháp quản lý tài nguyên hệ thông tin địa lý (GIS) sử dụng rộng rãi chúng có ưu điểm xử lý lượng liệu cực TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 Lâm học lớn, đa dạng dễ dàng tra cứu Trong sở liệu quản lý Khu bảo tồn thiên nhiên Vườn quốc gia, thông tin phân bố loài liệu quan trọng, đặc biệt sở liệu dạng số hóa lồi động thực vật q có ý nghĩa cơng tác bảo tồn Bản đồ phân bố nhóm thú, chim, bò sát lưỡng cư, thực vật thực GIS dựa sở xác định điểm phân bố xây dựng bảng ma trận mức độ thích hợp cho phân bố lồi hệ sinh thái (Lê Quang Tuấn, 2013; Phạm Mai Phương, 2018) Hơn nữa, phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) trợ giúp GIS sử dụng để xác định mức độ quan trọng tầm ảnh hưởng nhân tố sinh thái đến vùng phân bố loài dựa kiến thức chuyên gia (Huỳnh Văn Chương cộng sự, 2009, 2012; Võ Văn Hảo, 2009) Cho đến nay, kết nghiên cứu Sa mu dầu Việt Nam tập trung nghiên cứu sinh học, sinh thái, đặc điểm lâm học, cấu trúc quần thể Chưa có nghiên cứu đánh giá thích hợp lồi Sa mu dầu với điều kiện sinh thái nhằm phục vụ cơng tác bảo tồn phát triển lồi Việt Nam Trong nghiên cứu này, ứng dụng GIS AHP để đánh giá ảnh hưởng nhân tố sinh thái tới phân bố loài Sa mu dầu Sơn La Kết nghiên cứu sở để đề xuất không gian bảo tồn phát triển loài Sa mu dầu khu vực nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thu thập sở liệu - Hiện trạng phân bố loài quan sát xác định trực tiếp thực địa vào tháng 78/2020 nhóm tác giả Dữ liệu vị trí cá thể Sa mu dầu định vị định dạng kinh độ vĩ độ GPS Dữ liệu 120 điểm định vị lưu vào phần mềm GIS - Bản đồ trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:100.000 tỉnh Sơn La năm 2016 gồm thơng tin loại hình sử dụng đất, trạng lớp thủy văn kế thừa từ Phòng tài nguyên, UBND tỉnh Sơn La - Bản đồ thổ nhưỡng tỉnh Sơn La tỷ lệ 1:100.000 gồm thông tin loại đất thành phần giới đất, độ dày tầng đất, độ dốc địa hình kế thừa từ Phịng tài ngun, UBND tỉnh Sơn La - Dữ liệu độ che phủ sử dụng từ globalforestwatch.org với độ phân giải 30 m, độ che phủ tính tốn dựa phần trăm độ che phủ tán cho tất thảm thực vật cao m (tính pixel) xử lý biên tập dựa hình ảnh vệ tinh Lansat - Dữ liệu đai cao độ phân giải 90 m sử dụng từ địa http://srtm.csi.cgiar.org/ - Dữ liệu khí hậu độ phân giải 90 m sử dụng từ địa https://worldclim.org/data/ 2.2 Đánh giá mức độ thích hợp sinh thái cho lồi Sa mu dầu Tính thích hợp sinh thái lồi đánh giá theo phương pháp chuyên gia, bao gồm bốn cấp sau: Thích hợp cao (S1), thích hợp trung bình (S2), thích hợp (S3) khơng thích hợp (N) (FAO, 1976) Phương pháp xác định thường áp dụng nghiên cứu đánh giá tính thích hợp sinh thái cho lồi đất nơng nghiệp lâm nghiệp (Huỳnh Văn Chương, 2009; Ahmad cộng sự, 2017a, 2017b) Cụ thể mức thích nghi phân chia sau: S1: Hạng thích nghi ứng với mức điểm từ - 10 điểm (Khả thích nghi vị trí cao nhất, đáp ứng yêu cầu đặt ra) S2: Hạng thích nghi ứng với mức điểm từ - điểm (Khả thích nghi vị trí cao, đáp ứng điều kiện đặt vài tiêu chuẩn thứ yếu chưa đáp ứng được) S3: Hạng thích nghi ứng với mức điểm từ - điểm (Khả thích nghi vị trí trung bình, chưa thỏa mãn vài tiêu chuẩn chủ yếu đặt ra) N: Hạng khơng thích nghi ứng với mức điểm < điểm (Khả thích nghi kém, chưa thỏa mãn nhiều tiêu chuẩn quan trọng) 2.3 Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) AHP sử dụng phép đo thang đo điểm để thể mức độ quan trọng theo kiến thức chuyên gia (Wind cộng sự, 1980), tạo ma trận so sánh cặp (phương trình 1) Những so sánh theo cặp cho phép đánh giá TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 51 Lâm học độc lập yếu tố đóng góp, đơn giản hóa trình định Định dạng ma trận so sánh cặp mơ tả sau: (1) Trong đó: aij: phần tử ma trận trọng 1/9 1/7 Vô quan trọng 1/5 1/3 Rất Ít quan quan trọng trọng nhiều số, w trọng số; aii = aij = 1/aji Kết hình thành vectơ trọng số w = [w1, w2, w3,…, wn] tính tốn dựa phương pháp eigenvector Saaty, eigenvector chuẩn hóa phương trình (2) sau trọng số tính phương trình (3) ∑ = (2) (3) = ∑ i, j = 1, 2, 3….n Ít quan trọng Quan trọng Quan trọng Quan Rất trọng nhiều quan trọng hơn Vô quan trọng Các giá trị trung gian 1/2, 1/4, 1/6, 1/8, 2, 4, Hình Thang điểm dùng so sánh mức độ quan trọng yếu tố Với thuật toán AHP, trọng số tính theo phương pháp chuẩn hóa ma trận theo bước: (1) Tính tổng giá trị cột ma trận so sánh cặp; (2) Chia thành phần ma trận so sánh cặp với tổng cột tương ứng (kết ma trận so sánh cặp chuẩn hóa); (3) Tính tổng hàng ma trận chuẩn hóa; (4) Chia tổng hàng cho tổng tất hàng trọng số tương ứng cho tiêu chí Kết đánh giá trọng số nhân tố ảnh hưởng kiểm chứng tỉ số qn (Consistency ratio: CR) tính theo cơng thức (4): CR CI RI (4) Trong đó: CI- số quán, số đo lường mức độ chệch hướng quán, xác định theo công thức (5): CI m ax n n 1 (5) Với λmax giá trị trung bình vector quán n số tiêu: (6) RI số ngẫu nhiên, hay giá trị trung bình CI nhận định so sánh ngẫu nhiên, phụ thuộc vào số tiêu so sánh Bảng Bảng tra giá trị RI theo số lượng tiêu khác 52 n RI 0 0,52 0,89 1,11 n 10 RI 1,25 1,35 1,4 1,45 1,49 n 11 12 13 14 15 RI 1,52 1,54 1,56 1,58 1,59 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 Lâm học Trong AHP, CR thể quán với ý kiến chuyên gia trình thảo luận CR nhỏ < 0,1 hay 10%, điều chứng tỏ ma trận so sánh cặp tương quan nhân tố sinh thái lựa chọn đạt độ tin cậy cho phép nên trọng số nhân tố sinh thái ảnh hưởng đến phù hợp cho loài Sa mu dầu chấp nhận đưa vào cộng lớp GIS để tính tốn số phù hợp (SI) cho loài Sa mu dầu vùng nghiên cứu 2.4 Phương pháp tích hợp kết phân tích AHP vào GIS để xây dựng đồ thích hợp yếu tố sinh thái cho lồi Sa mu dầu Nghiên cứu sử dụng kiến thức chuyên gia (thông qua bảng câu hỏi so sánh nhằm xác định nhu cầu sinh thái loài, mức độ quan trọng yếu tố) để đưa trọng số yếu tố sinh thái Trọng số cao cho thấy đánh giá chuyên gia cho yếu tố sinh thái ảnh hưởng nhiều tới khả sinh trưởng phát triển loài quần thể Những liệu không gian yếu tố sinh thái kể tích hợp vào phần mềm Arcgis 10.0 dạng lớp raster (bản đồ yếu tố sinh thái) để xây dựng đồ thích hợp sinh thái lồi gồm: Thích hợp cao (S1), thích hợp trung bình (S2), thích hợp (S3) khơng thích hợp (N) Từ đó, đồ thích nghi sinh thái cho bảo tồn phát triển loài Sa mu dầu hình thành Sự thích hợp đơn vị đất đai tính dựa sở phân tích mơ hình khơng gian GIS theo cấu trúc đứng từ lớp địa hình (độ cao, độ dốc, khoảng cách đến sông suối), thổ nhưỡng (loại đất, thành phần giới, độ dầy tầng đất), thực vật (loại thảm thực vật, độ che phủ) đến khí hậu (mức giao động nhiệt độ TB ngày đêm, mức giao động nhiệt độ hàng năm, lượng mưa hàng năm, lượng mưa tháng khô nhất, lượng mưa quý khô nhất, lượng mưa quý ẩm nhất, số nắng TB tháng mùa sinh trưởng) Các lớp liệu ảnh hưởng tới thích hợp cho lồi Sa mu dầu chồng lớp GIS thơng qua phương trình sau: Trong đó: SI : Chỉ số vùng phù hợp cho loài Sa mu dầu; Wj: Trọng số mức độ ảnh hưởng nhân tố sinh thái thứ j; Rij: Điểm phù hợp lớp thứ i nhân tố sinh thái môi trường thứ j; n: Số lượng nhân tố sinh thái lựa chọn; m: Số lượng nhân tố sinh thái giới hạn; Cj: Giá trị giới hạn nhân tố sinh thái thứ j 2.5 Phương pháp xử lý số liệu - Xây dựng lớp tiêu loại thảm thực vật: liệu từ Microstation đồ trạng sử dụng đất biên tập chuyển sang định dạng SHP sử dụng Arcgis 10.0 - Xây dựng lớp độ cao độ dốc xử lý phần mềm Arcgis 10.0 - Xây dựng lớp tiêu vị trí địa hình phần mềm Arcgis 10.0 để nội suy tính tốn khoảng cách tiếp cận suối tương ứng với mức độ ảnh hưởng đến phân bố loài Sa mu dầu - Biên tập lớp liệu thổ nhưỡng phần mềm Mapinfo 11 sau chuyển định dạng SHP Arcgis 10.0 - Biên tập lớp liệu khí hậu phần mềm Arcgis 10.0 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Phân hạng thích nghi sinh thái cho lồi Sa mu dầu Kết nghiên cứu có bốn nhân tố chủ đạo ảnh hưởng tới phân bố loài Sa mu dầu Sơn La, bao gồm: (1) địa hình (độ cao, độ dốc, khoảng cách đến sông suối), (2) thổ nhưỡng (loại đất, thành phần giới, độ dày tầng đất), (3) khí hậu (mức giao động nhiệt độ TB ngày đêm, mức giao động nhiệt độ hàng năm, lượng mưa hàng năm, lượng mưa tháng khô nhất, lượng mưa quý khô nhất, lượng mưa quý ẩm nhất, số nắng TB tháng mùa sinh trưởng) (4) thảm thực vật (loại thảm thực vật, độ che phủ) Mức độ ảnh hưởng bốn nhân tố sinh thái 15 nhân tố sinh thái phụ tổng hợp bảng (7) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 53 Lâm học Thứ tự Bảng Phân hạng thích hợp sinh thái cho lồi Sa mu dầu tỉnh Sơn La Mức thích hợp Chỉ tiêu Tiêu chí sinh thái S1 S2 S3 Địa hình Độ cao (m) Độ dốc (độ) Khoảng cách đến sông suối (m) 1000-2000 >45 900-1000 850-900 < 850 800,