Chúng ta xem xét các phương pháp xác định các chỉ số khác nhau của năng suất sinh học. Tương đối đơn giản hơn cả là chỉ xác định từng phần của năng suất, thí dụ phần trên mặt đất.
Đối với thảm cỏ thông thường dùng phương pháp cắt lấy toàn bộ phần trên mặt đất với diện tích 0,25m2, cắt sát đất. Để đánh giá năng suất của 1 quần xã phải làm ít nhất 4m2, với sự phân bố hợp lí của các ô trong quần xã. Từ tháng 8 đến tháng 10 người ta tiến hành cắt, sau đó phân ra phần sống và phần chết, phần sống lại được phân chia ra : thân, lá, hoa và quả. Nói chung, phần chết sẽ tăng dần theo thời gian từ đầu mùa đến cuối mùa sinh dưỡng. Phần chết của năm trước còn lại, thường nằm trong phần thảm mục nằm trên đất. Từ số liệu trung bình của các ô tính ra năng suất trên m2 hay ha. Năng suất của quần xã sẽ là con số đạt cao nhất trong năm bao gồm cả 2 phần sống và chết.
Ngoài việc xác định từng phần của khối lượng chung phần trên mặt đất ta còn có thể phân chia phần sống theo loài, kèm theo là xác định phần chết cũng theo loài. Người ta thường làm ô chung hoặc ô cắt theo loài riêng.
Đối với quần xã rừng, phần cây gỗ được xác định với một số phương pháp riêng. Trên diện tích thử, người ta chia cây gỗ ra theo cấp đường kính và chọn lấy 1 - 2 cây làm mẫu. Trên từng cây mẫu sẽ đếm các cành cấp 1 của nó. Sau đó, lấy trên tán, trong tán, dưới tán từ 1 - 2 cành cấp 2, trên các cành này lại đếm số cành cấp 3, cuối cùng trên từ 1 - 3 cành của cấp 3 sẽ đếm số chồi (cả cành) của năm đó. Trên cơ sở đó, tính toán toàn bộ số cành của các cấp, từ đó ta được số liệu toàn bộ các cành của từng cấp của cây gỗ đó, số liệu trung bình của một cây mẫu, từ đó tính ra cho số cây gỗ trên 1 ha, số lượng chất trên ha hay trên m2. Ta tính trọng lượng trung bình của chồi trong các phần khác nhau của tán lá sau đó nhân với số chồi trung bình trên 1 ha ta sẽ được số liệu chung (chỉ phần 1 năm). Riêng thảm ở trong rừng tiến hành nghiên cứu như với đồng cỏ.
Ngoài việc xác định khối lượng phần trên mặt đất, người ta còn xác định khối lượng phần dưới đất, có thể lấy phần ở dưới đất bằng ống khoan hay khối đất,... (xem chương 7).
Để xác định sự biến động của sinh khối, cần xác định thời gian đạt tối đa của nó, điều này nó có thể xảy ra vào các thời điểm khác nhau trong từng năm, thường cuối mùa sinh trưởng từ tháng 8 - 10. Với nhiều kiểu thảm thực vật tối đa cũng sẽ đạt được
vào thời gian này.
Xác định các sản phẩm tạo ra của thảm thực vật được tiến hành đồng thời với xác định sinh khối. Sản phẩm sơ cấp tinh của phần trên mặt đất đó chính là phần sinh khối tối đa mà ta đã có được, trừ đi phần đã sống qua (lông (thân, lá) của một số loài.
Đối với phần dưới đất cũng có thể tiến hành xác định phần sản phẩm sơ cấp tinh. Trước hết, căn cứ vào cách xác định tuổi của phần thân rễ, thân, củ,... Còn rễ bên và rễ bất định căn cứ vào màu sắc của rễ, rễ mới sẽ tươi sáng màu hơn, rễ cũ sẫm màu hơn, từ đó tách được phần trong năm và phần của năm cũ. Phần dưới đất cũng có sự biến động theo mùa, tuỳ theo từng quần xã mà nó đạt tối đa khác nhau, thường cũng vào tháng 8 - 10.
Một cách gián tiếp cũng có thể xác định được sản phẩm sơ cấp tinh, tổng số của phần trên mặt đất bằng cách tính sản phẩm sơ cấp tinh của từng loài với trị số tối đa của nó, sau đó cộng tất cả lại ta sẽ được sản phẩm sơ cấp tinh tổng số của cả quần xã. Phần dưới đất cũng có thể dùng phương pháp xác định tỉ lệ tương quan của phần trên và dưới đất mà tính ra sản phẩm sơ cấp tinh tổng số của nó.
Sản phẩm sơ cấp thuần khiết trong quần xã cỏ có thể xác định bằng cách lấy sản phẩm sơ cấp tinh cộng với phần chết trong năm. Cụ thể là lấy trị số tối đa của khối lượng thực vật. Với rừng bằng phương pháp xác định như nói ở trên, sản phẩm sơ cấp tinh của nó sẽ là con số đạt cao nhất về sinh khối của nó trong biến động mùa.
Độ lớn của khối lượng phần trên mặt đất, dưới đất và cả phần gỗ của một kiểu rừng được giới thiệu trong bảng dưới :
Tổng sản phẩm hằng năm của phần sống chiếm khoảng 3% khối lượng thực vật. Tổng sản phẩm tinh của quần xã rừng sẽ là toàn bộ sản phẩm tinh của các loài cộng lại. Sản phẩm hằng năm của rừng sồi dẻ 40 – 60 tuổi (Theo Montranốp 1964) Sản phẩm khô tuyệt đối Các dạng Tạ/ha % Phần thân gỗ 45. 45 25 Phần cành lớn 8.32 5 Phần rễ lớn 18.54 11 Phần lá 48.15 28 Phần cành nhỏ 5. 31 3 Phần rễ có lông hút 48. 15 28 Tổng số 173.95 100 Thảm mục và chết 17.89 10 (so phần sống)
Để xác định độ ẩm của đất bằng phương pháp cân khô và tươi, đất để xác định độ ẩm có thể lấy bằng khoan hay đào hào, lấy theo tầng đất hay kiểm lấy một mẫu, đựng trong hộp nhôm hay túi trường kín. Để đánh giá độ dự trữ ẩm thì làm hai lần trong năm thời kì khô nhất và ẩm nhất. Còn để theo dõi sự biến động của nó theo mùa, theo năm thì có thể lấy mẫu theo tháng hay một tháng hai lần. Về đặc điểm vi khí hậu, ta có thể tiến hành nghiên cứu nhiệt độ và độ ẩm không khí trên thảm thực vật. Với đồng cỏ, dụng cụ theo dõi để cao hơn thảm cỏ im và để trên mặt đất, có loại theo dõi hàng tuần và kéo dài hết mùa sinh dưỡng, có loại theo dõi 2 giờ một lần trong những ngày có nắng.
Với cường độ chiếu sáng cần bố trí thí nghiệm theo dõi, yêu cầu cần xác định tổng lượng ánh sáng đến, lượng ánh sáng xuyên đến mặt đất, lượng phản xạ, từ đó tính ra lượng bị hấp thụ. Tính cho cả mùa sinh dưỡng theo công thức :
( )
∑ − − = tt12 xq pc
ht Q Q Q
Q
Q : tổng năng lượng đến Qht = Q hấp thu ; Qxq = Q xuyên qua ; Qpc = Q phản chiếu ; t1, t2 : tháng đầu và tháng cuối thời kì sinh dưỡng.
Ngoài ra, còn sử dụng những số liệu có được ở các trạm khí tượng gần nhất với điểm nghiên cứu.
Tổng lượng nước đã được hấp thụ sẽ được coi là tổng chi phí của năm trong quá trình bay hơi bề mặt thực vật. Để thực hiện được cần có dụng cụ để đo theo loài, theo trạng thái của lá. Cần nhớ rằng, tác động của các yếu tố trên có thể bị tác nhân khác chi phối, vì vậy cần có theo dõi trong một số trường hợp cá biệt như kiểu địa hình, những biến động bất thường khác.
Nghiên cứu những yếu tố sinh vật trong quá trình hình thành năng suất :
Chúng ta biết mỗi vùng sinh thái có tổ hợp loài khác nhau, mỗi loài có một tổ hợp các dấu hiệu khác nhau trong quan hệ với điều kiện môi trường.
Mỗi loài và mỗi cá thể có chỉ số tối ưu riêng về sử dụng tài nguyên môi trường. Trên cơ sở quan hệ của thực vật với môi trường, trước hết là ánh sáng và nước, người ta đã chia thành 7 nhóm theo nhu cầu ánh sáng và 5 nhóm theo nhu cầu được. Nhóm theo nước : hạn sinh, hạn sinh - trung sinh, trung sinh, trung sinh - thuỷ sinh, thuỷ sinh. Nhóm theo ánh sáng : Thực vật thảo nguyên, thảo nguyên điểm cây, cửa rừng, rừng và ba nhóm trung gian của 4 nhóm trên.
Hình 3.1b. Sự phân bố các loài theo nhóm ưa thích độ ẩm
Nghiên cứu cấu trúc đặc trưng của thảm thực vật Chúng ta xem xét cấu trúc đặc trưng của quần xã theo quan hệ tới các yếu tố ánh sáng và độ ẩm. Theo quan hệ tới yếu tố năng lượng có thể xác định :
- Thứ nhất : bởi những đặc điểm của phần trên mặt đất của quần xã - phân bố thẳng đứng và vùng phân bố chính của diện tích lá và sự biến động của nó theo thời gian.
- Thứ hai : bởi những đặc tính quang hợp của khối lượng thực vật.
Sự phân bố thẳng đứng khối lượng và diện tích bề mặt lá cần phải tiến hành ngoài thực địa với đồng cỏ có thể xem xét phân bố khối lượng chung theo chiều thẳng đứng. Để có được đặc điểm diện tích quang hợp, cần phải làm như sau :
Trên diện tích 0,25m2 tiến hành cắt theo tầng 10 chỉ (giữ trạng thái tự nhiên của thảm cỏ) bắt đầu từ trên xuống, sau đó tiến hành phân loại theo loài, tách phần lá từng loài riêng, làm khô và cân riêng từng loài. Bằng cách này ta được hình thể phân bố khối lượng của lá theo chiều thẳng đứng, các phần khác (thân, hoa, quả, phần chết) ta cũng thu được kết quả tương tự. Đối với cây gỗ phải chọn cây làm mẫu, tán của nó chia theo tầng im, tách lá theo tầng.
Diện tích lá sẽ được xác định theo phương pháp quan hệ tương quan giữa 1cm2 (1 mặt) với trọng lượng khô của lá từng loài. Số lần lặp lại khoảng 30 - 50 lần. Từ số liệu này ta tính được diện tích bề mặt lá của từng loài và cả quần xã (m2 lá/m2 đất) gọi là chỉ số diện tích lá.
Để đánh giá về sự biến động diện tích bề mặt lá và vùng phân bố cực đại của nó, cần làm nhiều lần trong mùa sinh dưỡng.
Cuối cùng, chúng ta có thể xem xét mối quan hệ về phân bố khối lượng thực vật của quần xã và của từng loài. Diện tích bề mặt với sự biến động của các yếu tố môi trường theo thời gian.
Phần dưới đất cũng có thể được nghiên cứu theo phương pháp trên, đặc biệt là phần hoạt động, quan hệ của nó với môi trường, đặc biệt là độ ẩm đất.
Nghiên cứu cấu trúc thích ứng của quần xã
Cấu trúc thích ứng cũng như cấu trúc đặc trưng, nó được nghiên cứu theo mối quan hệ tới yếu tố ánh sáng và độ ẩm. Khi ta xác định các loài thuộc vào các nhóm ưa sáng, ưa ẩm, nghĩa là ta đã đưa ra sơ đồ về phân bố không gian và thời gian của cấu trúc thích ứng, cũng đồng thời đã nêu lên sự phân bố không gian của diện tích lá và sự biến động mùa của khối lượng thực vật, theo các nhóm ưa sáng hay ưa ẩm. Sau đó,
đưa ra những chỉ số ưa sáng, ưa ẩm rồi các mối quan hệ tới các chất khoáng và phân bố không gian và thời gian sẽ được đưa ra với các chỉ số tương ứng của từng loài trong hệ thống của các giá trị quần lạc.
Ngoài những chỉ số về ưa sáng và ưa ẩm, cần xác định mức độ sử dụng năng lượng ở mỗi loài (các loài chính) và hiệu quả sử dụng của nó. Những thông tin này có thể được xác định trên cơ sở số liệu về sự phân bố diện tích lá của các loài và dòng năng lượng đi xuống theo chiều thẳng đứng, từ đó xác định hiệu quả quang hợp của quần xã.
Xác định các chỉ số về hiệu quả sử dụng ánh sáng, độ ẩm của các quần xã thực vật :
Các phương pháp xác định các chỉ số được xây dựng trên cơ sở xác định tổng lượng cảm của khối lượng thực vật và sự bay hơi nước của nó qua mùa sinh dưỡng. Phương pháp làm là bằng cách xác định năng lượng dự trữ trong cơ thể thực vật, kể cả lớp thảm mục của năm đó. Phần năng lượng dự trữ trong thảm cỏ phải phân định được phần tăng trưởng trong năm trên đơn vị diện tích. Tính trên cơ sở tổng năng lượng được sử dụng trong quá trình quang hợp đã tích luỹ lại bằng calo trong cơ thể thực vật, đó chính là hiệu quả sử dụng năng lượng của quần xã.
Hiệu quả sử dụng nước được xác định bằng cách xác định rõ lượng nước được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp, cụ thể được tính như sau. Gọi lượng nước đi vào trong quần xã (nước mưa) để tạo ra sinh khối H, lượng nước bay hơi trong quá trình là T. Sản phẩm được tính tổng số trên đơn vị diện tích tính là B, hệ số sử dụng tạo khối lượng thực vật là KH = H/B và hệ quả bay hơi của quần xã là KT = T/B.
Chương 9
NHỮNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚU
QUẦN XÃ THỰC VẬT
Trong nghiên cứu phân loại học, đối tượng để tiến hành nghiên cứu là các cá thể, còn trong nghiên cứu các kiểu thảm, quan hệ hay quần hợp thì đối tượng nghiên cứu là quần xã thực vật. Trong quá trình nghiên cứu một quần xã thực vật đòi hỏi chúng ta sẽ phải tiến hành các nội dung sau :