7. Cấu trúc luận án
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Thu thập dữ liệu
* Điều tra thành phần loài
Từ bản đồ đất tỉnh Quảng Trị (Hình 2.1), chúng tôi tiến hành số hóa bản đồ đất cát bằng phần mềm MapInfo 15 theo hệ tọa độ WGS_1984 (Hình 2.2).
Thiết lập ô tiêu chuẩn ngẫu nhiên theo Kindt & Coe và Hoàng Chung từ bản đồ đất cát đã được số hóa [8],[80]. Tọa độ các ô tiêu chuẩn ở bản đồ được sử dụng để xác định vị trí của các ô ngoài tự nhiên bằng máy định vị GPS Garmin etrex 10. Trong số các ô tiêu chuẩn được thiết lập, có 455 ô tiêu chuẩn ở vị trí của các quần xã thực vật tự nhiên. Vị trí các ô tiêu chuẩn ở thảm thực vật tự nhiên, sống lượng ô tiêu chuẩn và vùng đất cát tỉnh Quảng Trị được thể hiện ở Hình 2.2 và Bảng 2.1.
Điều tra thành phần loài Thực vật hạt kín ở các ô tiêu chuẩn tại các quần xã thực vật tự nhiên. Ô tiêu chuẩn được thiết kế với kích thước 10m × 10m theo Hoàng Chung [8]. Đối với thảm thực vật thân gỗ và thân bụi tiến hành điều tra toàn bộ ô tiêu chuẩn. Đối với thảm cỏ không có cây bụi, các ô tiêu chuẩn nhỏ được thiết kế theo đường chéo với 5 ô tiêu chuẩn có kích thước 1m × 1m gồm 1 ô ở trung tâm và 4 ô ở
35
4 góc. Trong trường hợp quần xã có nhiều kiểu dạng sống khác nhau, các ô tiêu chuẩn nhỏ được thiết kế theo Dangol [57]. Từ ô tiêu chuẩn có kích thước 10m × 10m chúng tôi thiết kế 1 ô tiêu chuẩn có kích thước 4m × 4m ở trung tâm và 4 ô tiêu chuẩn có kích thước 1m × 1m ở 4 góc.
Bảng 2.1. Số ô tiêu chuẩn ở các thảm thực vật tự nhiên tại các sinh cảnh và các phân vùng STT Nhóm sinh cảnh Kiểu sinh cảnh Phân vùng Ký hiệu các kiểu sinh cảnh cụ thể mỗi thuộc phân
vùng Số ô tiêu chuẩn 1 Đất cát di động Đất cát di động ven biển
Ven biển Vĩnh Linh DĐ_VB_VL 2 2 Vien biển Gio Linh DĐ_VB_GL 3 3 Ven biển Triệu phong và Hải Lăng DĐ_VB_HL_TP 5 4 Đất cát di
động sâu trong nội địa
Ven biển Vĩnh Linh DĐ_NĐ_VL 3 5 Ven biển Triệu phong và Hải Lăng DĐ_NĐ_HL 4 6
Đất cát cố định
Đất cát cố định ẩm
Ven biển Triệu phong và Hải Lăng VB_HL_ A 27 7 Nội đồng Hải Lăng NĐ_HL_ A 8 8 Nội đồng Gio Linh NĐ_GL_ A 17 9
Đất cát cố định khô
Ven biển Vĩnh Linh VB_VL_ K 66 10 Ven biển Gio Linh VB_GL_ K 31 11 Ven biển Triệu phong và Hải Lăng VB_HL_TP_ K 87 12 Nội Đồng Vĩnh Linh NĐ_VL_ K 12 13 Nội đồng Gio Linh NĐ_GL_ K 8 14 Nội đồng Hải Lăng NĐ_HL_ K 95 15
Đất cát ngập nước
Ngập nước định kỳ
Ven biển Gio Linh NNĐK_VB_GL 14 16 Ven biển Triệu phong và Hải Lăng NNĐK_VB_HL_TP 33 17 Nội đồng Hải Lăng NNĐK_NĐ_HL 19 18 Ngập nước
thường xuyên
Ven biển Vĩnh Linh NN_VB _VL 2 19 Nội đồng Hải Lăng NN_NĐ_HL 19
36
Hình 2.1. Bản đồ đất tỉnh Quảng Trị
Nguồn: Sở tài nguyên và môi trường tỉnh Quảng Trị
* Đếm số lượng cá thể:
Số lượng cá thể của các loài Thực vật hạt kín phân bố ở thảm thực vật tự nhiên tại mỗi ô tiêu chuẩn được xác định theo Elzinga và cs. [59] dựa vào mỗi dạng sống khác nhau của thực vật như sau:
Cây thân gỗ (có dạng sống Me - Mesophanerophytes và Mi - Microphanerophytes) đếm theo số thân đứng.
Cây bụi thuộc lớp Ngọc lan: số cá thể bằng số gốc đối với dạng sống Mi, số cành phân nhánh từ gốc đối với dạng sống Na (Nanophanrophytes). Cây bụi thuộc lớp Loa kèn: số cá thể bằng số thân khí sinh.
Cây thân thảo thuộc lớp Ngọc lan đếm số gốc. Cây thân thảo thuộc lớp Loa kèn đếm theo số thân khí sinh.
Cây thân leo, ký sinh hoặc bán ký sinh, cây thủy sinh có gốc bám bùn: đếm theo số gốc.
37
38
Cây sống trôi nổi: đếm theo số đỉnh ngọn cành vươn lên ngang hoặc cao hơn mặt nước.
Cây thân bò sát mặt đất, cây bì sinh: đếm theo số đỉnh cành có hiện diện trong ô tiêu chuẩn.
Tính số lượng cá thể trung bình trên 1 m2 rồi nhân với 100 để tính số lượng cá thể trên 1 ô tiêu chuẩn đối với thảm cỏ và thảm cỏ có cây bụi.
* Dạng sống của thực vật
Xác định dạng sống theo Raunkiaer gồm: Cây có chồi trên mặt đất (Ph) – Phanerophytes; Cây có chồi sát mặt đất (Ch) – Chamaetophytes; Cây có chồi nữa ẩn (He) – Hemicryptophytes; Cây có chồi ẩn (Cr) – Crytophytes; Cây thảo một năm (Th) – Therophytes [105].
* Phân loại quần xã thực vật
Phân loại thảm thực vật thành các lớp theo UNESCO [126]. Lớp Rừng kín (closed forest) được tạo thành bởi các cây gỗ cao ít nhất 5m, tán khép kín; Lớp Rừng thưa (woodland) được tạo thành bởi cây gỗ, có chiều cao ít nhất 5m, độ che phủ ít nhất 40%; Lớp Rú (scrub còn được gọi shrubland hay thicket) được tạo thành bởi cây chồi trên với thân có gỗ phát triển (woody phanerophytes) - cây gỗ hay cây bụi có chiều cao từ 0,5 - 5m (đôi khi có chiều cao hơn 5m); Lớp Cây bụi lùn (dwarf-scrub) với các cây bụi thấp hơn 0,5m; Lớp Thảm cỏ (herbaceous vegetation).
Kiểu sinh cảnh như đất cát di động ven biển, đất cát di động sâu trong nội địa, đất cát cố định ẩm, đất cát cố định khô, đất cát ngập nước định kỳ và đất cát ngập nước thường xuyên được xác định tại các ô tiêu chuẩn bằng quan sát trong quá trình điều tra thành phần loài và đếm số lượng cá thể [94].
Chiều cao cây được đo bằng phương pháp đo vút sào. Độ che phủ của tán rừng được đánh giá nhanh bằng quan sát tán rừng từ dưới lên trên theo chiều thẳng đứng tại vị trí trung tâm của ô tiêu chuẩn [77]. Độ che phủ được ước lượng bằng tỷ lệ phần ánh sáng quan sát được Hình 2.3.
39
Hình 2.3. Rừng khép tán, có độ che phủ lớn hơn 60%
Ranh giới của các quần xã thực vật được xác định theo ranh giới của sinh cảnh nơi quần xã phân bố. Ranh giới được khoanh vùng bằng máy GPS etrex 10 trong quá trình điều tra.
2.2.2. Định danh loài thực vật và xử lý số liệu
2.2.2.1. Định danh loài thực vật
Định loại mẫu theo phương pháp so sánh hình thái và xác định các thông tin bổ sung dựa vào các tài liệu sau:
Cẩm nang tra cứu và nhận biết các họ Thực vật hạt kín ở Việt Nam [1]. Cây cỏ Việt Nam [14], Thực vật chí Việt Nam: tập 1 đến tập 11 [33], Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam [19], Cây cỏ có ích Việt Nam [6].
Chuẩn hóa tên khoa học dựa vào tài liệu “Danh lục các loài thực vật Việt Nam” tập 2, 3 [35].
Xây dựng danh lục thành phần loài Thực vật hạt kín vùng đất cát tỉnh Quảng Trị theo hệ thống của Takhtajan [120].
2.3.2.2. Xử lý số liệu
* Xây dựng phổ dạng sống:
40
% 𝐷ạ𝑛𝑔 𝑠ố𝑛𝑔 = 𝑆ố 𝑙𝑜à𝑖 𝑐ủ𝑎 𝑚ỗ𝑖 𝑑ạ𝑛𝑔 𝑠ố𝑛𝑔 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙𝑜à𝑖 𝑡ấ𝑡 𝑐ả 𝑑ạ𝑛𝑔 𝑠ố𝑛𝑔
Xây dựng phổ dạng sống theo tiêu chuẩn của Raunkiaer [105]. Để đánh giá được kiểu khí hậu thực vật (phytoclimate) - kiểu khí hậu được thể hiện qua ngoại mạo của thực vật, chúng tôi so sánh phổ dạng sống với phổ dạng sống chuẩn do Raunkiaer xây dựng (SN = 46 Ph + 9 Ch + 26 Cr + 13Th) [105].
* Yếu tố địa lý
Xác định yếu tố địa lý theo Lê Trần Chấn và cs. [5].
% 𝑀ỗ𝑖 𝑦ế𝑢 𝑡ố đị𝑎 𝑙ý = 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙𝑜à𝑖 𝑐ó 𝑐ù𝑛𝑔 𝑦ế𝑢 𝑡ố đị𝑎 𝑙ý 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙𝑜à𝑖 𝑛𝑔ℎ𝑖ê𝑛 𝑐ứ𝑢
* Đa dạng về giá trị sử dụng
Tra cứu giá trị sử dụng theo Lê Trần Chấn và cs. [5], Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam [19], Cây cỏ có ích Việt Nam [6].
* Chỉ số đa dạng
Độ giàu loài (species richness - S): Số loài hiện diện. Chỉ số đa dạng Simpson (1-D): 1 − ∑(𝑁𝑖
𝑁)2 [114] Trong đó: Ni: số lượng cá thể của loài i
N: tổng số lượng cá thể của các loài hiện diện
Chỉ số đa dạng biến thiên từ 0 - 1, chỉ số càng lớn thì độ đa dạng càng cao. Độ giàu loài và độ đa dạng trung bình được tính trên mỗi ô tiêu chuẩn, so sánh sự khác nhau của các giá trị trung bình giữa các sinh cảnh bằng phân tích phương sai ANOVA Post-hoc test Tukey theo Magurran [84] bằng SPSS 20.
* Độ thường gặp
𝐹 = 𝑆ố ô 𝑡𝑖ê𝑢 𝑐ℎ𝑢ẩ𝑛 𝑐ó 𝑙𝑜à𝑖 ℎ𝑖ệ𝑛 𝑑𝑖ệ𝑛 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố ô 𝑡𝑖ê𝑢 𝑐ℎ𝑢ẩ𝑛
+ Phân loại độ thường gặp theo Phan Nguyên Hồng và cs. [15] F > 50%: loài thường gặp
41 25% ≤ F ≤ 50%: loài ít gặp
F < 25%: loài bắt gặp ngẫu nhiên.
+ Phân loại độ thường gặp theo Raunkiaer [105]. Raunkiaer xếp độ thường gặp thành 5 lớp:
A (0% < F < 20%); B (20% < F < 40%); C (40% <F < 60%); D (60% < F < 80%); E (80% < F < 100%).
Phân bố độ thường gặp chuẩn theo Raunkiaer: A > B > C >= D< E. Những quần xã có số lượng loài ở các lớp theo Raunkiaer là những quần xã đồng nhất (homogeneous community), các quần xã khác gọi là quần xã không đồng nhất (heterogeneous community).
* Loài hiếm và loài phổ biến
Loài hiếm và loài phổ biến được xác định dựa trên dữ liệu về sự hiện diện của loài (độ thường gặp và số lượng cá thể) theo tiêu chuẩn quartile 1/4 của biên độ dữ liệu theo Gaston [63]. Loài hiếm là tập hợp giao giữa những loài hiếm theo tiêu chuẩn độ thường gặp và số lượng cá thể. Dữ liệu về độ thường gặp và số lượng cá thể được chuyển sang dạng log10 trước khi xử lý, số mẫu là số lượng loài Thực vật hạt kín phân bố ở thảm thực vật tự nhiên (loài Tơ xanh - Cassytha filiformis chúng tôi không đếm được số lượng cá thể, vì vậy các chỉ số trên được tính với n = 310 loài)
* Kiểu phân bố của các loài: (I) = S
X [95] Trong đó: I - độ phân tán của mỗi loài S - phương sai mẫu của mỗi loài, S = 1
𝑁∑𝑁 (𝑥𝑖 − 𝑋)2 𝑖=1
X - trung bình số lượng cá thể của mỗi loài trên 1 ô tiêu chuẩn 10m × 10m
xi - số lượng cá thể của loài i
I<1: phân bố đều; I ≈ 1: phân bố ngẫn nhiên, I> 1 phân bố cụm * Phân bố của các loài ưu thế ở các sinh cảnh
Xác định loài ưu thế theo số lượng cá thể [114] ở mỗi dạng sống. Loài ưu thế được xác định theo mật độ trung bình trên 100 m2 ở mỗi kiểu sinh cảnh ở các phân
42
vùng đất cát khác nhau. Loài ưu thế được xác định là những loài có số lượng cá thể lớn hơn 10% tổng số lượng cá thể ở mỗi dạng sống [61].
Để xác định xu hướng phân bố của các loài ở sinh cảnh chúng tôi tiến hành phân tích Detrended correspondence analysis (DCA) [72] bằng phần mềm PAST v3 [70]. Dữ liệu phân tích là mật độ trung bình trên 100 m2 của loài Thực vật hạt kín ưu thế ở mỗi dạng sống.
* Phân loại quần xã thực vật
Phân loại quần xã thực vật dựa trên 3 yếu tố chính: kiểu thảm thực vật theo UNESCO [126], kiểu sinh cảnh và loài ưu thế [129].
Cùng một lớp thảm thực vật phân bố trên cùng một kiểu sinh cảnh nhưng cách biệt về không gian (phân bố trên các vị trí khác nhau) hoặc phân bố trên các kiểu sinh cảnh khác nhau được xác định là các quần xã riêng. Đặt tên quần xã thực vật dựa trên loài ưu thế và đồng ưu thế theo Whittaker [129]. Loài ưu thế được xác định theo số lượng cá thể [114]. Đối với lớp Rừng kín hay Rừng thưa loài ưu thế được xác định bởi các loài thân gỗ tạo tán rừng; đối với lớp Rú, loài ưu thế được xác định bởi các loài cây gỗ và cây bụi lớn cao trên 2m. Đối với thảm cỏ và thảm cỏ có cây bụi, loài ưu thế được xác định bởi các loài thực vật thân thảo và cây bụi thấp dưới 2m.
Đánh giá sự khác biệt về cấu trúc của các quần xã bằng phân tích phương sai đa biến hoán vị (Permutational multivariate analysis of variance - PERMANOVA) theo hệ số khác biệt Bray-Curtis với 9999 hoán vị [40]. Kết quả phân tích cụm có ý nghĩa thống kê khi p(PERMANOVA) < 0,05. Dữ liệu phân tích dựa trên số lượng cá thể của mỗi loài trên mỗi ô tiêu chuẩn. Như vậy, sự khác nhau có ý nghĩa thống kê cũng có nghĩa các quần xã khác nhau về mặt cấu trúc (thành phần loài và mật độ các loài).
* Xác định mối quan hệ gần gũi về thành phần loài
Đánh giá sự khác biệt về thành phần loài giữa các phân vùng bằng phân tích PERMANOVA theo dữ liệu có sự hiện diện hoặc không hiện diện của loài (theo dữ liệu có hiện diện - 1 và không hiện diện - 0) tại mỗi ô tiêu chuẩn theo hệ số khác biệt Euclidean với 9999 hoán vị, p(PERMANOVA) < 0,05 thì sự khác biệt về thành phần
43 loài giữa các phân vùng có ý nghĩa thống kê [40].
Xác định mối quan hệ gần gũi về thành phần loài giữa các phân vùng bằng phân tích cụm theo chỉ số tương đồng Jaccard trên cơ sở sự hiện diện (theo dữ liệu có hiện diện - 1 và không hiện diện - 0) của tất cả các loài ở mỗi ô tiêu chuẩn.
Đánh giá sự khác biệt về cấu trúc của các quần xã theo dữ liệu là số lượng cá thể của loài tại các ô tiêu chuẩn bằng phân tích PERMANOVA theo hệ số khác biệt Bray-Curtis với 9999 hoán vị, p(PERMANOVA) < 0,05 thì sự khác biệt về cấu trúc quần xã có ý nghĩa thống kê [40].
Xác định mối quan hệ gần gũi giữa các quần xã bằng phân tích cụm với hệ số khác biệt Bray-Curtis trong cùng một lớp thảm thực vật theo thành phần loài ở các dạng sống được sử dụng trong phân loại lớp thảm thực vật. Các quần xã thuộc lớp Rừng kín, Rừng thưa phân tích trên thành phần loài cây gỗ; các quần xã thuộc lớp Rú, lớp Cây bụi lùn là các loài cây gỗ và cây bụi; cây thân thảo đối với quần xã thuộc lớp Thảm cỏ. Dữ liệu phân tích dựa trên mật độ trung bình trên 100m2 của các loài ở các quần xã.
Đánh giá kết quả phân cụm mối quan hệ gần gũi về thành phần loài giữa các phân vùng và mối quan hệ giữa các quần xã bằng phân tích PERMANOVA theo hệ số khác biệt Bray-Curtis với 9999 hoán vị, p(PERMANOVA) < 0,05 thì kết quả phân cụm có ý nghĩa về mặt thống kê [40].
Xác định quần xã đặc trưng từ kết quả phân tích cụm về mối quan hệ gần gũi giữa các quần xã, tiếp tục phân tích tỷ lệ phần trăm giống nhau (Similarity percentage analysis - SIMPER) [54] để xác định tổng tỷ lệ phần trăm sự khác nhau giữa các cụm (nhóm) quần xã. Đồng thời xác định vai trò của mỗi loài tham gia tạo ra sự khác biệt này (tỷ lệ % sự khác biệt loài giữa các cụm quần xã). Từ kết quả này xác định các quần xã thực vật đặc trưng bởi các loài ưu thế tạo nên sự khác biệt giữa các cụm quần xã này.
Phân tích cụm (cluster), các phân tích đa biến như PERMANOVA, SIMPER và phân tích DCA bằng PAST v3 [70].
44
2.2.3. Phương pháp vẽ bản đồ
- Ảnh vệ tinh Sentinel 2 chụp ngày 11/4/2019 được được cắt theo ranh giới vùng đất cát tỉnh Quảng Trị. Các kênh 8, 4, 3, 2 có độ phân giải 10m được sử dụng để giám định ảnh.
- Ảnh viễn thám được khoanh vùng theo thuật toán khoanh vùng đa phân giải (Multiresolution segmentation) bằng phần mềm eCognition Developer 9.1 [9],[21],[22]. Thăm dò và xác định các thăm số khoanh vi phù hợp với khu vực nghiên cứu. Hệ số được sử dụng: Scale parameter = 120, Shape = 0,2 và Compactness = 0,5.
- Điểm mẫu được sử dụng trong giám định ảnh viễn thám là các ô tiêu chuẩn. Xác định các kiểu thảm thực vật tự nhiên: Rừng kín, rú kín, rú thưa, thảm cỏ phân bố trên đất không ngập nước; rú và thảm cỏ trên đất ngập nước. Đối với thảm thực vật có nhân tác, thảm thực vật được phân loại như sau: thảm thực vật ở khu dân cư, nuôi trồng thủy sản, canh tác hoa màu, trồng lúa, rừng trồng keo, rừng trồng phi lao, thảm cỏ được trồng keo. Ngoài ra các quần xã thực vật tự nhiên còn được khoanh vùng ngoài thực địa để sử dụng trong giải đoán ảnh viễn thám. Vị trí các điểm mẫu giám định ngoài thực địa được thiết kế ngẫu nhiên trên bản đồ và vị trí tọa độ được dùng để xác định vị trí ngoài thực địa bằng máy GPS Garmin etrex 10. Dựa vào đặc điểm thảm thực vật ở các vị trí của ô tiêu chuẩn để xác định mẫu trong mỗi khoanh vi có ô