Nghiên cứu địa lý sinh thái là tiến trình thu nhận, kiểm tra, so sánh và phân tích các loại số liệu hiện có, đi đôi với so sánh phân loại nguồn gen trong một vùng. Nói chung bước đầu tiên cần thiết phát triển chiến lược cho bảo tồn, sử dụng nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Trước khi thu thập bảo tồn cần có những hiểu biết nhất định về phân loại, đa dạng di truyền, phân bố địa lý, sinh thái thích nghi. Hiểu biết các nhóm thực vật cũng như địa lý, sinh thái, khí hậu cộng đồng dân tộc, tập quán canh tác của vùng mục tiêu. Những phân tích giúp xác định thời gian thu thập nguồn gen khi nào? ở đâu và như thế nào? Ở đâu có thể bảo tồn tốt nhất thuận lợi cho đánh giá và quản lý nguồn gen. Khảo sát địa lý sinh thái làm cơ sở xây dựng phương pháp tiếp cận, quyết định phương pháp bảo tồn In situ và Ex situ
của toàn bộ chiến lược bảo tồn. Khảo sát sinh thái đặc biệt quan trọng áp dụng với bảo tồn các loài hoang dại
a) Các bước thực hiện khảo sát cây trồng theo địa lý sinh thái
- Nhận biết các chuyên gia phân loại, chuyên gia có chuyên môn sâu về nguồn gen - Nhận biết và thu thập bản đồ của vùng hoặc điểm nghiên cứu
- Ranh giới và đặc điểm của vùng mục tiêu
Maxted và cộng sự 1995, đã có những bàn luận về nghiên cứu địa sinh thái đối với các nhóm nguồn gen hoang dại cho rằng nên bao gồm các đặc điểm địa lý để tăng giá trị dự đoán. Nó nên chứa đựng khu vực phân bố của các nhóm mục tiêu hoặc diện tích tối thiểu của khu vực cây có hoa là ranh giới tốt nhất. Các nhà bảo tồn ở Malawi đã phát triển lý thuyết này để nghiên cứu trên cây điền thành (Sesbania), những thông tin được tài liệu hóa bao gồm những biến dị cực kỳ đặc thù, sự phân bố của toàn vùng bán sa mạc Shaharan Châu Phi.
Phân loại khí hậu nông nghiệp cũng có thể sự dụng để nhận biết ranh giới nghiên cứu và chia thành các vùng mục tiêu, trên cơ sở các thông số khí hậu, thời tiết trong một số loại mô hình khái quát. Young 1987 liệt kê các phương pháp phân loại chính còn Koppen,1936 phân loại dựa trên lượng mưa và nhiệt độ trung bình hàng tháng và hàng năm. Holdridge, 1967 phân loại dựa trên hệ thống vùng sinh sống trên cơ sở tỷ lệ thoát hơi nước tiềm năng. FAO và IIASA (international Institute for Applied Systems Analysis) phân loại dựa trên nhiệt độ thời kỳ trồng trọt, độ dài thời kỳ trồng trọt và mùa mưa. Emberger 1955 phân loại môi trường Địa Trung Hải trên cơ sở lượng mưa trung bình hàng năm, nhiệt độ trung bình tối thiểu, tháng lạnh nhất và nhiệt độ trung bình tối đa của tháng ấm nhất.
Young 1987 đã giới thiệu phân loại của Koppen sử dụng cho các điểm rộng và của FAO cho các vùng sinh thái đặc thù. Các quốc gia cũng hệ thống phân loại riêng như hệ thống phân loại của Kenya phân theo vùng khí hậu nông nghiệp và đã chia Kenya thành 7 vùng sinh thái dựa trên tỷ lệ lượng mưa trung bình hàng năm, bốc hơi nước tiềm năng và nhiệt độ (Kenya soil survey,1982)
Appa Rao và cộng sự 1989 đã phân loại khí hậu vùng Malawi là một ví dụ minh họa cơ sở phân loại vùng sinh thái nông nghiệp:
-Cao nguyên bằng phẳng
-Khu cao đồi núi
-Khu bề mặt xói mòn kỷ thứ 3
-Thung lũng phân cách bởi vách đứng
-Thung lũng trung du đất cao
Thung lũng trung du đất thấp (vùng cực Nam) độ cao 250m so với mực nước biển, rất nóng và khô, lượng mưa trung bình hàng năm 700 - 800 mm tập trung từ trung tuần tháng 11 đến cuối tháng 3. Cây trồng chủ yếu là lúa miến và bông, vùng thung lũng trung du đất cao với độ cao 300-600 m so với mực nước biển, nóng và ẩm ở miền Bắc cao hơn miền Nam, lượng mưa trung bình 800 - 1000mm. Vùng núi dốc đứng theo hướng từ vùng đất thấp này đến vùng cao nguyên (800-1600m so với mực nước biển) của vùng bề mặt xói mòn với diện tích khoảng 80% và cây thân gỗ, ngô, lạc, thuốc lá, chè và cà phê. Vùng đất cao cách ly với các vùng khác với độ cao 2000m so với mực nước biển đến 3000m. Độ cao cao hơn chủ yếu bảo tồn hoang dại và rừng. Trung bình lượng mưa hàng năm biến động mạnh <1000mm đến 2500mm tại độ cao cao nhất.
Việt Nam chia thành 8 vùng sinh thái dựa trên địa hình, khí hậu thủy văn, thổ những, sử dụng đất, điều kiện đất đai, nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm không khí, mùa vụ trồng trọt. Phân vùng sinh thái của nước ta rất phù hợp cho thu thâp, bảo tồn và khảo sát nguồn tài nguyên di truyền thực vật
-Vùng Miền núi Tây Bắc Việt Nam có địa hình núi cao, đất dốc, nhiệt độ mùa đông thấp, có nhiều dân tộc ít người sinh sống. Đây là vùng sinh thái có nguồn gen khá đa dạng, cây ngũ cốc lúa cạn, ngô và lúa có tưới ở những thung lũng, một số điểm có độ cao phù hợp cho một loài cây Ôn đới , Á Nhiệt đới và các loài hoang dại khác. Ví dụ mận Bắc Hà, lê Đồng Văn, đậu tương Mường Khương, lúa xén cù...
Hình 2-5: Các vùng sinh thái của Việt Nam
-Vùng Đông Bắc Bộ có địa hình núi cao, lượng mưa lớn, nhiệt độ thấp hơn vùng đồng bằng sông Hồng. Vùng này cúng khá đa dạng về dân tộc, tập quán canh tác cũng như điều kiện đất đại. Do vậy mức độ đa dạng khá khác biệt so với các vùng khác, những cây trồng và cây rừng đặc hữu như giẻ Cao Bằng, chè Thái nguyên, hồng Lạng Sơn...
-Vùng đồng bằng sông Hồng: đất phù sa sông Hồng màu mỡ, địa hình bằng phẳng nơi cao nhất không quá 25 m, khí hậu ôn hòa hơn (lượng mưa, nhiệt độ), khá đồng nhất về dân tộc sinh sống. Canh tác lúa nước, rau màu, cây ăn quả và hoa chiếm ưu thế, nhưng nguồn gen cây hoang dại, giống bản địa hạn chế hơn các vùng khác. Những giống cây trồng địa phương quý như cải Đông Dư, lúa tám thơm, vùng ven biển có lúa chiêm bầu, cây ăn quả đặc sản như vải thiều, nhãn lồng...
-Vùng Bắc Trung Bộ địa hình dốc từ Tây sang Đông, sông ngắn, độ dốc lớn, chịu ảnh hưởng của gió Lào (nóng và khô). Vùng này có thể chia thành hai tiêu vùng là tiểu vùng phía Tây dọc theo dãy Trường Sơn, có điều kiện khí hậu điển hình vùng Bắc Trung Bộ, một phần đất là loại Andosols tương tự như Tây Nguyên và Đông Nam bộ đã hình thành nguồn tài nguyên thực vật hoang dại và giống bản địa phong phú. Vùng đồng bằng ven biển, loại đất cát ven biển Arenosols chiếm ưu thế, nguồn gen cây ngắn ngày, chịu hạn, chịu nóng và chịu mặn như lúa, lạc, đậu tương, vừng rất quý hiếm như lạc sen, lúa lốc Nghệ An..
-Vùng Nam Trung Bộ điển hình ẩm độ không khí thấp hơn các vùng khác và phân làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Đất nâu vàng vùng bán khô hạn Lixisols chiếm ưu thế và loại đất Arenosols –Arr của vùng này đã tạo nên nguồn gen cây trồng vùng khô hạn điển hình như bông, nho, dưa hấu, đậu, lạc..
-Đông Nam Bộ điển hình của độ ẩm không khí thấp, khô nóng (minh họa trong đồ thị 2-7), nóng, loại đất đỏ bazan (loại đất Andosols) chiếm ưu thế và phân làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Cây trồng ưu thế là cà phê, cao su, điều và tiêu..
-Tây Nguyên điển hình về độ cao, loại đất đỏ bazan (loại đất Andosols) chiếm ưu thế và phân làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Cây trồng ưu thế là cà phê, cao su, điều và tiêu và rất đa dạng nguồn gen địa phương và cây hoang dại
-Tây Nam Bộ là đồng bằng lớn nhất Việt Nam, địa hình bằng phẳng, khí hậu ôn hòa, phân làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô chịu ảnh hưởng mùa nước của sông Mê Kông. Loại đất chua mặn Fluvisols hình thành ở những vùng đất trũng khó thoát nước. Nguồn gen cây lúa nước, và cây hoang dại rừng ngập mặn phong phú nhất Việt Nam
Ví dụ lượng mưa của ba vùng Đông Bắc, Tây Bắc và đồng bằng Bắc bộ có diễn biến và lượng khác nhau và khác rõ rệt so với các vùng Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên như đồ thị sau:
0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng L ượ ng m ư a( m m ) Tây Bắc Đông Bắc Bộ Đồng bằng BB 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng L ượ ng m ư a( m m )
Bắc Trung Bộ Nam Trung Bộ Tây Nguyên
Hình 2-6 : Lượng mưa một số vùng sinh thái của Việt Nam
79.0 82.5 80.4 84.0 78.9 85.1 77.7 82.7 74.0 76.0 78.0 80.0 82.0 84.0 86.0 Tâ y B ắ c Đ ông B ắ c Đ BS H B ắ c T rung B ộ N am T rung B ộ T ây N guy ên Đ ông N am B ộ Tâ y N am B ộ Vùng Độ ẩ m k hôn g k hí ( % )
Nhiệt độ bình quân, độ ẩm không khí, độ dài ngày, lượng bức xạ… giữa 8 vùng sinh thái của Việt Nam cũng khác nhau rất rõ rệt. Miền Bắc một năm có 4 mùa, nhưng miền Nam phân thành hai mùa khô và mùa mưa
Đất đai có ý nghĩa rất quan trọng hình thành nên nguồn tài nguyên di truyền thực vật, cây hoang dại, giống bản địa, giống địa phương và giống cải tiến. Đặc điểm của đất và là một tiêu chí để phân vùng sinh thái ở nước ta. Đất của các vùng sinh thái Việt Nam khá khác nhau như loại đất đen (R) –Luvisols(LV) ở một số cánh đồng nhỏ như Sơn La, Hoà Bình, Cao Bằng và Hà Giang. Loại đất này có hàm lượng mùn cao (7-8 %), đất trung tính và hơi kiềm, thành phần cơ giới trung bình và nặng. Đất xám feralit phát triển trên đá phiến sét (Xfs) là loại đất phổ biến nhất vùng núi Đông Bắc và Tây Bắc nước ta có thành phần cơ giới trung bình và nặng, độ dốc từ 15 – 30o, tầng dày khoảng 1 m, hàm lượng mùn khá nhưng lân và kali tổng số cũng như trao đổi nghèo. Đất xám feralit phát triển trên đá macma axit (Xfa) có ở Lào Cai, Lạng Sơn thành phần cơ giới nhẹ , kết cấu nhẹ, tầng đất mỏng , hàm lượng mùn thấp, lân và kali thấp, pH chua đến rất chua. Đất đỏ nâu trên đá vụi ở Sơn La, Lai Châu và Hoà Bình, Cao Bằng, Lạng Sơn và vùng núi Thanh Hoá thành phần cơ giới nặng, kết cấu tơi xốp, hàm lượng mùn khá, pH từ 4,5 đến 6. Loại đất này chủ yếu trồng lúa nương. Đất nâu vàng phân bố chủ yếu ở Lạng Sơn, Cao Bằng, Sơn La, loại đất này thành phần cơ giới nặng, khá tơi xốp, đất chua, giàu mùn, dinh dưỡng trung bình lúa nương giống địa phương trồng chủ yếu trên đất này. Như vậy đất đai là một yếu tố hình thành đa dạng nguồn tài nguyên di truyền thực vật ở các vùng sinh thái. Vùng núi phía Bắc Việt Nam là vùng trồng cả lúa nước và lúa cạn, rất đa dạng về nguồn gen giống lúa địa phương. Số lượng giống lúa nếp có thể là nguồn gen khổng lồ nhất Việt Nam và khu vực như những giống nếp nổi tiếng nếp Tan nhe, Tan lo ở Sơn La và nếp Ngọ cẩm bun, nếp Cẩm của các tỉnh vùng núi Tây Bắc… Vùng ven biển Bắc Trung bộ và Nam Trung Bộ có đất xám feralit phát triển trên đá macma axit (Xfa) như ở Nghệ An thành phần cơ giới nhẹ, tầng đất mỏng , hàm lượng mùn, lân và kali thấp, pH chua đến rất chua. Đất cát biển điển hình phân bố từ Thanh Hoá đến Thừa Thiên Huế, đất từ cát pha đến cát pha sét hàm lượng mùn thấp từ 1 – 1,5%, lân tổng số 0,03 đến 0,09%, ka li 0,1 – 1%, khả năng giữ phân và nước kém. Vùng duyên hải Nam Trung bộ đất nâu vàng vùng bán khô hạn, hơi chua tầng đất mặt và tầng dưới phản ứng kiềm yếu, các chất dinh dưỡng như mùn, N, P2O5, K2O thấp, P2O dễ tiêu cao, K2O trao đổi khá. Loại đất vùng này đã góp phần hình thành nên nguồn gen chịu cây chịu hạn, chịu mặn rất phòng phú. Vùng Tây Nguyên đất xám, xám Glây (Xg) là loại đất thành phần cơ giới nhẹ, dễ chặt bí thường khô hạn, chua ít đến chua pHkcl từ 3,0 – 4,5, hàm lượng Ca2+, Mg2+ trao đổi thấp. Nhiều loài cây hoang dại quý hiếm, nguồn gen cây trồng như lúa cạn, ngô địa phương và các loài cây cà phê, ca su… phong phú nhất cả nước
Nhận biết phân loại nguồn tài nguyên di truyền dựa trên phân loại sinh thái địa lý khi nghiên cứu các loài hoang dại, các nhà nghiên cứu sẽ tra cứu cả các mẫu nguồn gen và ngân hang gen của phân loại mục tiêu. Các mẫu phù hợp thu thập có thể nhận biết sử dụng trong tài liệu hóa nguồn gen. Mặc dù vậy một số lượng nhỏ mẫu được sử dụng làm vật liệu trồng trọt hoặc các thực vật đặc hữu (Vavilov). Các nhà bảo tồn tập trung nghiên cứu ngân hàng gen để có dữ liệu sinh thái địa lý hình thành cơ sở khoa học cho các nghiên cứu khác
b) Thu thập và phân tích dữ liệu thu thập nguồn gen
Một nguồn gen thu thập có thể nhận biết được, cần thiết cho các nhà nghiên cứu tiếp cận, nghiên cứu và sử dụng. Ngân hàng gen thường được tập hợp thành các cơ sở dự liệu hardcopy hoặc softcopy. Trong khảo sát địa lý sinh thái các loài hoang dại, bước thứ nhất là phân tích dự liệu để tài liệu hóa theo phạm vi đa dạng của nguồn gen bảo tồn Ex situ hoặc In situ. Một mẫu nguồn gen này so sánh với toàn bộ đa dạng của nhóm mục tiêu thông qua
phân tích dữ liệu sinh thái địa lý. Như vậy nguồn gen thường xem xét phạm vi rộng và sẽ hoàn thiện hơn nguồn gen thu thập. Sau đó, so sánh những điều kiện địa lý sinh thái để nhóm nguồn gen và đa dạng di truyền nổi bật thành các nhóm, chỉ tiêu này so sánh sự khác biệt nguồn gen rõ nét hơn.
Những loài cây trồng rất khó thực hiện so sánh dựa trên điều kiện địa lý sinh thái, mặc dù vậy, bảo tồn nguồn gen cây trồng vẫn có thể liệt kê nguồn gen bảo tồn trong ngân hàng gen và các dự án bảo tồn trên trang trại với các nhóm nguồn gen mục tiêu của điều kiện địa lý sinh thái.
c) Số liệu nhóm từ các mẫu thu thập
Các nhà bảo tồn cho rằng thu thập ngân hàng gen trên dữ liệu địa sinh thái đặc thù có cả ưu điểm và nhược điểm. Hầu hết ngân hàng gen trong tình trạng tương đối mới, những dữ liệu của nó có xu hướng ngày càng cập nhật đầy đủ hơn nhờ công nghệ tin học và máy tính. Điều này đã tạo ra hạn chế quá trình cập nhật và xây dựng cơ sở dữ liệu phức tạp hơn. Để đảm bảo số liệu về nguồn gen đặc thù phải rễ ràng tiếp cận, tài liệu hóa phải làm thẻ và mã hóa theo thứ tự và cần có các chương trình phần mềm chuyên dụng. Mặt khác, ngoài nguồn gen được bảo tồn trên đồng ruộng hoặc phải trồng đổi hạt hoặc giữ mẫu giống nghiên cứu trong ngân hàng gen bảo tồn. Toàn bộ nguồn gen sẽ không thể chi tiết các biến dị của chúng trong một nhóm nguồn gen mục tiêu. Khi sử dụng hardcopy nhà nghiên cứu có thể . nhìn trên một trang liệt kê mẫu nguồn gen để nhận biết và so sánh rễ ràng hơn
Những phần mềm chuyên dụng, phân loại dữ liệu đặc thù của mẫu nguồn gen trong ngân hàng gen sẽ phù hợp với nghiên cứu địa sinh thái cây trồng, dữ liệu khi thu thập (passport data), đặc điểm và dự liệu đánh giá