Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
4.1. Đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên
4.1.4. Quy luật phân bố số cây theo chiều cao
Hiện tượng phân tầng là một trong những đặc trưng cơ bản của cấu trúc hình thái của quần thể thực vật và là cơ sở để tạo nên cấu trúc tầng thứ. Cơ sở sinh học dẫn đến hiện tượng này, trước hết là do mỗi vị trí khơng gian bên trong quần thể rừng có một hồn cảnh sinh thái nhất định, mặt khác mỗi loài cây lại có một yêu cầu sinh thái và có một giới hạn tối đa về kích thước khi đến tuổi thành thục. Trong quá trình phát triển, tổ thành lồi của mỗi tầng luôn luôn thay đổi, ở những tầng thấp, bên cạnh những cây đã đạt đến tuổi thành thục, cịn có những cây của những lồi cây tầng cao hơn, nhưng ở giai đoạn còn non. Chỉ khi nào quần thể rừng đạt đến tuổi thành thục thì tổ thành lồi cây của mỗi tầng mới tương đối ổn định và mỗi tầng có một đặc trưng tổ thành lồi cây riêng biệt.
Nhiều kết quả nghiên cứu đã khẳng định, sự phân tầng của rừng theo chiều thẳng đứng có ảnh hưởng đến khả năng phịng hộ, chống xói mòn đất của rừng. Rừng tự nhiên hỗn loài, khác tuổi, cấu trúc tầng thứ phản ánh sự phân chia ánh sáng giữa các nhóm quần thụ cây rừng khác nhau về đặc tính sinh thái, về năng lực sinh trưởng, về mức độ thành thục. Một trong những cơ sở định lượng để phân chia tầng là quy luật phân bố số cây theo chiều cao (Phùng Ngọc Lan, 1986)[31].
4.1.4.1. Kiểm tra sự thuần nhất giữa các ô tiêu chuẩn về chỉ tiêu chiều cao vút ngọn ở cùng một trạng thái
Cùng mục đích với việc mơ hình hóa phân bố N/D1.3, luận văn đã tiến hành kiểm tra sự thuần nhất về chỉ tiêu Hvn của các OTC trong cùng một trạng thái và cấp độ cao. Kết quả kiểm tra bằng 2 tiêu chuẩn phi tham số được thể hiện tại bảng 4.12.
Kết quả bảng 4.12 cho thấy: hầu hết các Otc ở trong cùng một trạng thái và cấp chiều cao đều thuần nhất với nhau (Sig. > 0,05 ở các tiêu chuẩn U của Mamn- Whiteney và Kruskal Wallis). Ở trạng thái IIA độ cao nhỏ hơn 700m khi loại OTC 1 để tiến hành kiểm tra sự thuần nhất cho thấy 5 OTC này thuần nhất với nhau, Luận văn tiến hành gộp 5 OTC này lại và sử dụng để nghiên cứu đặc điểm N/Hvn đặc trưng cho trạng thái này.
Bảng 4.12. Kết quả kiểm tra sự thuần nhất của các OTC trong cùng trạng thái Trạng thái Độ cao (m) Số lượng OTC gộp Tiêu chuẩn Kết luận Mann-Whiteney Kruskal Wallis
U Sig. 2 Sig. IIA < 700 6 16,847 0,00480 H0 - 5 6,315 0,1769 H0+ 700-1000 5 58,456 0,00000 H0- 4 54,251 0,00000 H0- IIB 6 3,74182 0,58715 H0+ IIIA2 700 -1000 4 0,81509 0,66528 H0 + >1000 2 170,5 0,13897 H0+ Núi đá <700 7 10,2439 0,11475 H0 + 700 -1000 3 4,9276 0,08511 H0+
Đối với trường hợp trạng thái IIA độ cao 700m÷ 1000m, do khi tiến hành kiểm tra sự thuần nhất khi gộp 4 và 5 OTC đều nhận giá trị Sig. < 0,05 nên Luận văn đã tiến hành xác định quy luật phân bố riêng cho từng OTC.
4.1.4.2. Quy luật phân bố số cây theo chiều cao tại khu vực nghiên cứu
a. Quy luật phân bố số cây theo chiều cao ở trạng thái IIA Bảng 4.13. Kết quả phân bố N/Hvn cho trạng thái IIA
Độ cao < 700m 700m ÷ 1000m
OTC Gộp 5 1 7 8 10 11
α 0,03641 0,014 0,01807 0,02281 0,03056 0,00667
β 2,3 2,5 2,5 2,5 2,3 3,2
Phương sai hồi quy 2,871 1,7013 1,4869 2,221 1,6703 1,6533 Hệ số xác định 0,925 0,936 0,967 0,91 0,921 0,9
Bậc tự do 4 2 2 4 3 3
χ2tính tốn 7,78 2,386 4,6902 6,904 5,251 5,434
χ2tra bảng 9,488 5,991 5,991 9,488 7,815 7,815
Kết quả kiểm tra bằng tiêu chuẩn Pearson cho thấy χ2tính tốn < χ2tra bảng ở các trường hợp trạng thái IIA cấp độ cao nhỏ hơn 700m, 4/5 OTC ở cấp độ cao 700m÷ 1000m có χ2tính tốn < χ2tra bảng, như vậy hàm Weibull được chấp nhận để mô phỏng phân bố N/Hvn ở trạng thái IIA. Các tham số β đều nằm trong khoảng 2,3 - 3,2 thể hiện cho phân bố đang gần tiệm cận với phân bố chuẩn. Có 2 trường hợp (OTC7 &11) có tham số β > 3 cho thấy các phân bố này lệch phải, các phân bố còn lại đều lệch trái (β<3). Các chỉ tiêu thống kê R2 lớn (0,9 - 0,967) và MS nhỏ (1,4869 - 2,871) cho thấy hàm Weibull rất phù hợp để mơ hình hóa cho phân bố thực nghiệm của trạng thái.
Hình 4.7. Biểu đồ phân bố N/Hvn ở trạng thái IIA OTC 7
Gộp 5 O
OTC 11 OTC 8
Hầu hết các phân bố đều có 1 - 2 đỉnh phụ nằm ở các cấp chiều cao tập trung nhiều số cây: 6-8m, 9 - 11m. Tuy nhiên, mức độ tập trung lại rất nhau ở từng OTC cụ thể do đó mức độ dốc và chiều hướng biến đổi cũng khác nhau. Thơng qua hình 4.7 cịn cho thấy rừng đã bắt đầu có sự phân hóa về chiều cao điều này thể hiện qua số cây tập trung ở các cấp chiều cao và biên độ biến động về chỉ tiêu Hvn.
b. Quy luật phân bố số cây theo chiều cao ở trạng thái IIB và IIIA2
Bảng 4.14. Kết quả mô phỏng phân bố N/Hvn cho trạng thái IIB, IIIA2
Trạng thái IIB IIIA2
Độ cao 700m - 1000m 700m÷1000m > 1000m Dạng hàm Weibull Weibull Khoảng cách Weibull
- 0,216
α 0,11075 0,13561 0,68793 0,0144
β 2,3 1,2 2,2
Phương sai hồi quy 2,318 2,48 209,05 1,78
Hệ số xác định 0,914 0,94 0,94 0,89
Bậc tự do 4 1 2 2
χ2tính toán 8,02 0,47 0,01 2,89
χ2tra bảng 9,49 3,84 5,99 5,99
Kết luận H0+ H0+ H0+ H0+
Hình 4.8. Biểu đồ phân bố N/Hvn ở trạng thái IIB, IIIA2
Đối với trạng thái IIB: phân bố tăng dần ở những cỡ chiều cao đầu tạo đỉnh tại cỡ kính 7-9m (đây cũng là cỡ kính tập trung số cây nhiều nhất) sau đó giảm dần. Chiều hướng biến động của trạng thái IIB có thể coi là khá đơn giản và phù hợp với hàm phân bố Weibull. Kết quả tính tốn cho thấy χ2tính tốn = 8,02 < χ2tra bảng =9,49, với R2= 0,914 và MS = 2,138. Như vậy hàm phân bố lý thuyết Weibull được chấp nhận là mô phỏng tốt cho phân bố thực nghiệm. Luận văn tiến hành lựa dạng hàm này để mơ hình hóa phân bố thực nghiệm.
Phương trình chính tác cho trạng thái IIB:
F(xi) = 1 -e-0.1615*(Xi)1.23 (4.16)
- Trạng thái IIIA2: Quy luật N/Hvn ở trạng thái này khác nhau khá cơ bản ở 2 cấp độ cao. Ở cấp độ cao 700m ÷1000m số cây có xu hướng giảm dần theo cỡ chiều cao, ở cấp độ cao lớn hơn 1000m số cây lại biến đổi phức tạp hơn tạo thành 2 đỉnh răng cưa ở cấp chiều cao 7cm và 9cm. Trạng thái IIIA2 ở cấp độ cao 700m ÷1000m đều có thể mơ hình hóa được bằng hàm Weibull và hàm khoảng cách (χ2tính tốn < χ2
tra bảng), Luận văn đã lựa chọn dạng hàm Weibull để mơ hình hóa phân bố thực nghiệm tại trạng thái này. Đối với cấp độ cao >1000m hàm Weibull cũng được đánh giá là khá phù hợp (R2 lớn và MS nhỏ).
Phương trình chính tắc cấp độ cao 700m ÷ 1000m:
F(xi) = 1 -e-0.13561*(Xi)^1.2 (4.17) Phương trình chính tắc cho cấp độ cao >1000m:
c. Quy luật phân bố số cây theo chiều cao ở trạng thái rừng núi đá (IIA)
Bảng 4.15. Kết quả mô phỏng phân bố N/Hvn cho trạng thái rừng núi đá (IIA)
Độ cao < 700 700 - 1000
Dạng hàm Weibull Khoảng cách Weibull
-0,4911
α 0,12038 0,7154 0,03198
β 1,8 2
Phương sai hồi quy 2,338 916,661 1,605
Hệ số xác định 0,953 0,944 0,962
Bậc tự do 4 4 2
χ2tính tốn 3,97 5,31 1,58
χ2tra bảng 9,49 9,49 5,99
Kết luận H0+ H0+ H0+
Hình 4.9. Biểu đồ phân bố N/Hvn của trạng thái rừng núi đá
Kết quả bảng 4.15 cho thấy: cả 2 cấp độ cao đều nhận được kết luận là H0+ cho thấy các phân bố được sử dụng để mô phỏng phân bố thực nghiệm đều có thể được. Ở cấp độ cao nhỏ hơn 700m phân bố có chiều hướng tăng dần số cây đạt giá trị lớn nhất sau đó giảm dần đây là kiểu phân bố của dạng hàm khoảng cách.Tuy
nhiên, hàm Weibull cũng mô phỏng tốt phân bố N/Hvn và mức độ tiệm cận hơn so với đướng phân bố thực nghiệm. Luận văn đã sử dụng hàm Weibull để mô phỏng phân bố N/Hvn cấp độ cao này với các chỉ tiêu thống kê R2 = 0,953, MS = 2,338.
Ở cấp độ cao 700m - 1000m: phân bố tạo thành 1 đướng cong có 2 đỉnh tại các cấp chiều cao 9m và 11m. Hàm Weibull đã mô phỏng tốt phân bố thực nghiệm với tham số β =2, R2 = 0,962, MS = 1,605.
Phương trình chính tắc của cấp độ cao nhỏ hơn 700m:
F(xi) = 1 -e-0.12038*(Xi)^1. (4.19)
Phương trình chính tắc của cấp độ 700m÷1000 m:
F(xi) = 1 -e-0.03198*(Xi)^2 (420) 4.1.5. Nghiên cứu quy luật tương quan giữa D1.3 và Hvn
Giữa chiều cao và đường kính thường có mối quan hệ rất chặt chẽ. Tương quan giữa HvnD1.3 đã được nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu cho rừng tự nhiên hỗn loài khác tuổi và đều khẳng định tồn tại quan hệ này. Nghiên cứu các quy luật tương quan các đại lượng cần đo đếm của cây trong lâm phần nhằm mục đích xây dựng phương pháp xác định các đại lượng khó đo đếm như chiều cao, hình số, thể tích thân cây đứng... từ các đại lượng dễ đo đếm như đường kính ngang ngực.
Luận văn sau khi kiểm tra tính thuần nhất về chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực, đã tiến hành ghép các OTC thuần nhất về chỉ tiêu Hvn và D1.3 lại để xác định phương trình tương quan theo các dạng phương tình được nêu ở mục (2.22; 2.23; 2.24; 2.25; 2.26). Kết quả lựa chọn dạng phương trình phù hợp được tổng hợp tại bảng 4.16.
Bảng 4.16. Phương trình tương quan Hvn/D1.3 ở khu vực nghiên cứu Trạng
thái
Độ cao
(m) OTC Phương trình tương quan
Hệ số xác định IIA < 700 Gộp Hvn = 3,3987 + 0,3427*D1,3 0,871 1 Hvn = 2,9335 + 0,4688*D1,3 0,837 700 -1000 7 Hvn = -2,3137 + 4,4311*ln(D1,3) 0,959 8 Hvn = 7,8958 + 0,3199*D1,3 0,967 9 Hvn = 5,825 + 0,3564*D1,3 0,802 10 Hvn = 5,7909 + 0,4039*D1,3 0,510 11 Hvn = 42,7102 - 6,8334*D1,3 + 0,4468*D1,32 - 0,0087*D1,33 0,773 IIB Gộp Hvn= 8,3614 + 0,2122*D1,3 0,751 IIIA2 700 -1000 Gộp Hvn = 3,1903 + 0,2467*D1,3 0,996 > 1000 Gộp Hvn = 4,672 + 0,2393*D1,3 0,945 Núi đá (IIA) < 700 Gộp Hvn = -4,5926 + 4,6299*ln(D1,3) 0,925 700 -1000 Gộp Hvn = 3,9915 + 0,4825*D1,3 0,849 Kết quả tại bảng 4.16 cho thấy: khu vực nghiên cứu có tương quan H/D chủ yếu tồn tại dưới dạng phương trình đường thẳng và phương trình Logarit. Các hệ số xác định đều được đánh giá từ tương đối chặt chẽ đến chặt chẽ. Các dạng phương trình khác mặc dù khi kiểm tra đều có R2 cao và hệ số R2 tồn tại trong tổng thể nhưng khi kiểm tra sự tồn tại của các tham số (a0, a1, a2, a3) đều có kết quả là Sig. > 0,05 do đó các tham số này khơng thực sự tồn tại trong tổng thể hay nói cách khác là khơng nên lựa chọn các dạng phương trình đó (trừ OTC số 11 nhận phương trình tương quan ở dạng bậc III).
Các phương trình dạng đường thẳng (Linear) đều có tham số a1 nhỏ (0,2122 - 0,4825) cho thấy các phương trình này có hệ số thấp hay chiều cao thay đổi chậm hơn so với đường kính. Thực tế cho thấy, ở khu vực nghiên cứu chiều cao bình quân của các trạng thái rừng đều thấp, đây có lẽ là điểm khá đặc biệt của rừng tại khu vực nghiên cứu.
4.1.6. Đánh giá chỉ số đa dạng sinh học
Nghiên cứu ĐDSH nói chung và đa dạng thực vật nói riêng là một vấn đề phức tạp, bởi khả năng biến đổi của sinh vật sống và phức hệ sinh thái mà trong đó chúng đang tồn tại. Thơng qua việc lượng hố, các nhà sinh học hiểu được quy luật vân động và biến đổi của quần xã sinh vật, từ đó có thêm căn cứ để điều tiết có lợi về sinh trưởng và phát triển cá thể cũng như quần xã một cách bền vững. Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn trên, đề tài tiến hành nghiên cứu xác định các chỉ số đa dạng loài thực vật cho khu vực theo các công thức (2.30; 2.31; 2.32; 2.33).
Bảng 4.17. Tổng hợp kết quả tính tốn chỉ số đa dạng sinh học
Trạng thái IIA IIB IIIA2 Núi đá (IIA)
Số loài (S) 54 42 20 30 Số lượng cá thể (n) 419 164 105 161 H 2,9642 3,2121 2,4221 3,1412 Hmax 6,038 5,100 4,654 5,081 D1 0,8766 0,9373 0,8675 0,9434 4.1.6.1. Chỉ số Shannon - Wiener
Được dùng để đánh giá mức độ đa dạng loài của một quần xã. Theo Shannon - Wiener, giá trị tính tốn của H càng lớn thì mức độ DDSH càng cao. Khi H = 0, quần xã chỉ có một lồi duy nhất, mức độ đa dạng thấp nhất. Khi Hmax = C.logn (với C = 2,302585), quần xã có số lượng lồi nhiều nhất và mỗi lồi chỉ có một cá thể, mức độ đa dạng cao nhất. Ưu điểm của hàm số liên kết Shannon - Wiener là khơng phụ thuộc vào kích cỡ của mẫu quan sát. Nhược điểm chính của hàm số này là phụ thuộc vào sự ưu thế của một số lồi trong quần xã (vì hàm số này phụ thuộc vào n, mà nếu quần xã đã hình thành nhóm lồi cây ưu thế thì thường số lượng cá thể ở nhóm lồi cây này là rất lớn, có thể chiếm tới 1/3 số lượng cá thể trong quần xã thực vật rừng).
Từ nguồn số liệu thu thập được, sử dụng chỉ số đa dạng Shannon -Wiener để xác định mức độ đa dạng loài tầng cây gỗ cho các trạng thái rừng trong khu vực nghiên cứu. Kết quả ở bảng 4.17 cho thấy: ở tầng cây gỗ, các khu rừng nghiên cứu
có các trạng thái khác nhau cho nên có sự khác biệt về mức độ đa dạng. Theo như kết quả cho thấy: mức độ đa dạng loài của trạng thái rừng IIB là lớn nhất sau đó đến rừng núi đá, rừng trạng thái IIA và thấp nhất là rừng trạng thái IIIA2. Mặc dù, trạng thái IIA có số lượng lồi nhiều hơn hẳn các trạng thái khác nhưng do ở trạng thái này số lượng loài ưu thế chiếm một tỷ trọng cao nên chỉ số H vẫn thấp hơn 2 trạng thái IIA và Núi đá.
4.1.6.2. Chỉ số đa dạng loài Simpson
Chỉ số này được đánh giá thông qua giá trị D1, giá trị D1 nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Khi D1 = 0, quần xã có một lồi duy nhất, mức độ đa dạng thấp nhất. Khi D1 = 1 quần xã có số lồi nhiều nhất và mỗi lồi chỉ có một cá thể, mức độ đồng đều cao nhất, D1 càng lớn thì số lượng lồi của quần xã càng nhiều, mức độ đa dạng càng cao.
Khác với chỉ số Shannon - Wiener, chỉ số Simpson cho kết quả xác định mức độ đa dạng loài ở khu vực trạng thái rừng Núi đá có mức độ đa dạng lồi cao nhất sau đó đến trạng thái rừng IIB, IIA và thấp nhất là trạng thái rừng IIIA2. Tuy nhiên chỉ số D1 của hai trạng thái rừng Núi đá và rừng IIB có sự chênh lệch khơng nhiều ở cả hai chỉ số Simpson và Shannon - Wiener.
Nhận xét chung:
- Nhược điểm chung của các chỉ số đa dạng trên là phụ thuộc vào sự ưu thế của một vài lồi trong quần xã. Do đó, với rừng đã hình thành nhóm lồi ưu thế thì kết quả xác định mức độ đa dạng lồi bằng chỉ số này sẽ khơng phản ánh đúng mức độ đa dạng chung cho quần xã thực vật rừng.
- Sở dĩ có sự khác biệt về mức độ đa dạng loài tầng cây gỗ là do sự khác biệt về điều kiện lập địa, mức độ tác động đến tầng cây gỗ: với quần đã trải qua một thời gian phục hồi khá tốt như trạng thái rừng IIIA2 thì số lượng lồi đã dần đi đến mức độ ổn định hơn các trạng thái cịn lại, nhiều lồi đã dần bị thay thế bằng những lồi có mức độ phù hợp cao và có mối quan hệ hỗ trợ với các lồi khác. Chính vì vậy mà số lượng lồi ở các trạng thái này có xu hướng giảm đi so với các trạng thái rừng
mới phục hồi IIA, IIB hay rừng núi đá. Các trạng thái rừng này thường cho thấy