Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và đa dạng loài ở VQG Cúc Phương, Ninh Bình

• Tác giả: Trần Thị Hiền Lương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trọng Bình
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Lâm học
• Đề tài: Nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc và đa dạng loài tại phân khu bảo vệ nghiêm ngặt Vườn quốc gia Cúc Phương, tỉnh Ninh Bình
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Quan điểm cấu trúc quần xã thực vật rừng
• 1.2. Nghiên cứu về cấu trúc rừng
• 1.2.1. Trên thế giới
• 1.3. Nhận thức về đa dạng sinh học
• 1.4. Nghiên cứu Đa dạng sinh học khu hệ thực vật
• 1.4.1. Trên thế giới
• 2. Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu tổng quát
• 2.2. Mục tiêu cụ thể
• 2.3. Phạm vi và giới hạn của đề tài
• 2.3.1. Khu vực nghiên cứu
• 2.3.2. Giới hạn nội dung nghiên cứu
• 2.3.2.1. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng
• 2.3.2.2. Nghiên cứu mức độ đa dạng loài
• 2.3.2.3. Đề xuất biện pháp quản lý tài nguyên rừng tại phân khu bảo vệ nghiêm ngặt Vườn quốc gia Cúc Phương
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp luận tổng quát
• 2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu
• 2.4.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. Chương 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI KHU VỰC NGHÊN CỨU
• 3.1. Điều kiện tự nhiên
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.2. Lịch sử địa chất và địa hình
• 3.1.3. Thổ nhưỡng
• 3.1.4. Khí hậu thủy văn
• 3.1.5. Tài nguyên động thực vật rừng
• 3.2. Điều kiện xã hội
• 4. Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng
• 4.1.1. Phân loại trạng thái rừng
• 4.1.2. Đặc điểm cấu trúc tầng cây cao
• 4.1.3. Đặc điểm cấu trúc tầng cây tái sinh
• 4.2. Nghiên cứu mức độ đa dạng loài
• 4.3. Đề xuất biện pháp quản lý tài nguyên rừng tại phân khu bảo vệ nghiêm ngặt Vườn quốc gia Cúc Phương
• KẾT LUẬN – KHUYẾN NGHỊ
• 1. Đặc điểm cấu trúc rừng
• 2. Mức độ đa dạng loài
• 3. Đề xuất biện pháp quản lý tài nguyên rừng
• 4. Cấu trúc lâm phần của các trạng thái rừng
• 5. Nghiên cứu tính đa dạng sinh học
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Khám phá tổng quan đa dạng sinh học Vườn quốc gia Cúc Phương

Vườn quốc gia (VQG) Cúc Phương, thành lập năm 1962, là khu bảo tồn thiên nhiên đầu tiên của Việt Nam, đóng vai trò là một trung tâm quan trọng cho công tác bảo tồn đa dạng sinh học. Nằm trên địa phận ba tỉnh Ninh Bình, Hòa Bình và Thanh Hóa, VQG Cúc Phương sở hữu một hệ sinh thái rừng Cúc Phương vô cùng phong phú, mang đặc trưng của rừng mưa nhiệt đới trên núi đá vôi. Với diện tích hơn 22.000 ha, nơi đây là nơi hội tụ của nhiều luồng động thực vật, tạo nên một bức tranh sinh học đa dạng và độc đáo. Theo thống kê, Cúc Phương là nơi sinh sống của 2.103 loài thực vật bậc cao và hàng trăm loài động vật, trong đó có nhiều loài nguy cấp quý hiếm được ghi trong Sách đỏ Việt Nam và thế giới. Cấu trúc địa chất phức tạp với các dãy núi đá vôi xen kẽ thung lũng đã tạo ra nhiều tiểu khí hậu và sinh cảnh khác nhau, là điều kiện lý tưởng cho sự phát triển của một hệ thực vật Cúc Phương và hệ động vật Cúc Phương đa dạng, bao gồm cả những loài đặc hữu Cúc Phương chỉ có thể tìm thấy tại khu vực này. Chính vì vậy, các hoạt động nghiên cứu khoa học tại Cúc Phương luôn được chú trọng nhằm cung cấp cơ sở dữ liệu cho việc quản lý và bảo tồn bền vững.

1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi

VQG Cúc Phương tọa lạc ở phía Đông Nam của dãy núi Trường Sơn, trong một vùng địa hình karst nửa che phủ đặc trưng. Địa hình chủ yếu là các dãy núi đá vôi chạy song song theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, có độ cao trung bình từ 300-400m, với đỉnh cao nhất là Mây Bạc (656m). Hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi là nét đặc trưng nổi bật nhất, chiếm khoảng 3/4 diện tích của vườn. Môi trường khắc nghiệt của núi đá với tầng đất mỏng, khả năng giữ nước kém đã thúc đẩy quá trình chọn lọc tự nhiên, hình thành nên một quần xã thực vật có khả năng thích nghi cao. Đây là nơi sinh trưởng của nhiều loài cây gỗ quý như Chò xanh, Sắng, và đặc biệt là sự hiện diện của cây chò ngàn năm nổi tiếng. Hệ thống hang động karst phong phú cũng là nơi trú ngụ lý tưởng cho nhiều loài động vật như dơi, linh trưởng và các loài bò sát.

1.2. Lịch sử hình thành và tầm quan trọng của công tác bảo tồn

Được thành lập theo Quyết định 72-TTg ngày 7 tháng 7 năm 1962, VQG Cúc Phương mang sứ mệnh lịch sử là đơn vị tiên phong trong hệ thống rừng đặc dụng Việt Nam. Ba nhiệm vụ chính được xác định từ đầu là: bảo vệ tài nguyên thiên nhiên, nghiên cứu khoa học và phục vụ du lịch sinh thái. Trải qua nhiều thập kỷ, Cúc Phương không chỉ là một "bảo tàng sống" về tài nguyên di truyền thực vật và động vật mà còn là một "phòng thí nghiệm tự nhiên" cho các nhà khoa học. Các chương trình bảo tồn nổi bật như chương trình bảo tồn linh trưởng, rùa và tê tê đã đạt được những thành tựu quan trọng. Đặc biệt, Trung tâm cứu hộ linh trưởng nguy cấp Cúc Phương đã trở thành một mô hình thành công, góp phần cứu sống và phục hồi các quần thể linh trưởng, điển hình là loài voọc mông trắng đặc hữu.

II. Phân tích thách thức trong công tác bảo tồn tại Cúc Phương

Mặc dù là một khu bảo tồn kiểu mẫu, đa dạng sinh học Cúc Phương vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng. Vườn quốc gia nằm lọt giữa một khu vực dân cư đông đúc với gần 80.000 người sống ở vùng đệm, chủ yếu là dân tộc Mường. Áp lực từ các hoạt động dân sinh như khai thác lâm sản ngoài gỗ, săn bắt động vật hoang dã trái phép và canh tác nông nghiệp sát ranh giới vườn vẫn còn tồn tại. Theo nghiên cứu của Trần Thị Hiền Lương (2013), các hoạt động này gây ảnh hưởng tiêu cực đến công tác quản lý, đặc biệt tại các phân khu bảo vệ nghiêm ngặt. Sự phụ thuộc vào tài nguyên rừng của cộng đồng địa phương do quỹ đất canh tác hạn hẹp và đời sống khó khăn là nguyên nhân gốc rễ của những thách thức này. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu cũng đang dần tác động đến cấu trúc quần xã sinh vật, làm thay đổi quy luật phân bố và sinh trưởng của nhiều loài. Việc bảo vệ các loài nguy cấp quý hiếm đòi hỏi nỗ lực không ngừng và các giải pháp đồng bộ, từ tăng cường tuần tra, thực thi pháp luật đến cải thiện sinh kế cho người dân địa phương.

2.1. Áp lực từ hoạt động dân sinh tại khu vực vùng đệm

Cộng đồng dân cư sống trong và xung quanh VQG Cúc Phương có mối liên hệ mật thiết với tài nguyên rừng. Mặc dù các chương trình di dời và hỗ trợ phát triển kinh tế đã được triển khai từ những năm 1988-1995, áp lực lên hệ sinh thái vẫn còn hiện hữu. Các hoạt động như thu hái măng, dược liệu, lấy củi và săn bắt nhỏ lẻ vẫn diễn ra, tác động đến sự tái sinh tự nhiên và làm suy giảm quần thể của một số loài. Việc quản lý một khu vực rộng lớn có ranh giới phức tạp, tiếp giáp với 15 xã thuộc 4 huyện của 3 tỉnh là một bài toán khó, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa ban quản lý vườn và chính quyền địa phương để giảm thiểu xung đột giữa bảo tồn và phát triển.

2.2. Hiện trạng các loài nguy cấp quý hiếm cần được ưu tiên

VQG Cúc Phương là nơi trú ngụ của 118 loài thực vật và 64 loài động vật có xương sống được ghi trong Sách đỏ Việt Nam và IUCN. Trong số đó, nhiều loài đang ở mức báo động cao. Về thực vật, các loài gỗ quý như Lát hoa, Gụ, Trắc đang bị đe dọa do khai thác trái phép trong quá khứ. Các nghiên cứu thực địa trong luận văn của Trần Thị Hiền Lương đã xác định được sự hiện diện của các loài cây quý hiếm như Mun, Chà vải, Gội trong các ô tiêu chuẩn nghiên cứu. Về động vật, các loài linh trưởng như voọc mông trắng, voọc chà vá chân nâu, và cầy vằn là đối tượng ưu tiên hàng đầu trong công tác bảo tồn. Sự tồn tại của chúng phụ thuộc trực tiếp vào tính toàn vẹn của hệ sinh thái rừng Cúc Phương.

III. Phương pháp phân tích cấu trúc quần xã sinh vật tại Cúc Phương

Để hiểu rõ quy luật vận động và đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả, việc nghiên cứu cấu trúc quần xã sinh vật tại Cúc Phương đã chuyển từ mô tả định tính sang phân tích định lượng bằng các mô hình toán học. Các nghiên cứu gần đây, tiêu biểu là luận văn “Nghiên cứu một số đặc điểm cấu trúc và đa dạng loài tại phân khu bảo vệ nghiêm ngặt Vườn quốc gia Cúc Phương” (Trần Thị Hiền Lương, 2013), đã áp dụng các phương pháp khoa học hiện đại. Mục tiêu là định lượng hóa các đặc điểm của rừng như tổ thành loài, phân bố số cây theo đường kính và chiều cao, và hình thái phân bố không gian. Các phương pháp này giúp các nhà khoa học đánh giá được trạng thái sức khỏe của hệ sinh thái, xác định các loài ưu thế, và dự báo xu hướng phát triển của quần xã. Kết quả phân tích cấu trúc tầng tán rừng và các quy luật phân bố là cơ sở khoa học vững chắc cho việc đề xuất các biện pháp lâm sinh tác động nhằm thúc đẩy tái sinh và bảo tồn đa dạng di truyền.

3.1. Phân loại trạng thái rừng theo hệ thống tiêu chuẩn Loetschau

Phương pháp phân loại của Loetschau (1960), được Viện Điều tra quy hoạch rừng bổ sung, là một công cụ hữu hiệu để đánh giá hiện trạng rừng. Dựa trên các chỉ tiêu về trữ lượng và cấu trúc, rừng Cúc Phương được phân chia thành các trạng thái khác nhau như rừng giàu (trạng thái IV, IIIB), rừng trung bình (IIIA), và rừng nghèo (IIA, IIB). Việc phân loại này cho phép khoanh vùng các khu vực có giá trị bảo tồn cao, các khu vực cần phục hồi và định hướng các biện pháp quản lý phù hợp cho từng đối tượng. Theo kết quả nghiên cứu, phân khu bảo vệ nghiêm ngặt có sự hiện diện của cả 5 trạng thái rừng này, cho thấy sự đa dạng về mặt cấu trúc của lâm phần.

3.2. Đánh giá mật độ phân bố và cấu trúc tầng tán rừng

Nghiên cứu cấu trúc rừng không chỉ dừng lại ở việc đếm số cây. Các nhà khoa học sử dụng các hàm phân bố lý thuyết như hàm Weibull, Meyer để mô phỏng quy luật phân bố số cây theo cấp đường kính (N-D1.3) và chiều cao (N-Hvn). Phân tích này cho thấy rõ cấu trúc tầng tán rừng là phức tạp, nhiều tầng hay đơn giản, đồng đều. Đồng thời, việc kiểm tra hình thái phân bố cây trên mặt đất (phân bố ngẫu nhiên, cụm hay đều) bằng phân bố Poisson giúp hiểu rõ hơn về quá trình cạnh tranh và tái sinh tự nhiên trong quần xã. Dữ liệu từ Bảng 4.3 của nghiên cứu gốc cho thấy sự khác biệt rõ rệt về mật độ, đường kính và trữ lượng trung bình giữa các trạng thái rừng khác nhau.

3.3. Phân tích thành phần loài VQG Cúc Phương qua chỉ số IV

Để xác định vai trò và mức độ quan trọng của từng loài trong hệ sinh thái, chỉ số giá trị quan trọng (Importance Value - IV) được sử dụng. Chỉ số này kết hợp cả ba yếu tố: mật độ tương đối, tần suất xuất hiện tương đối và độ ưu thế tương đối (thông qua tiết diện ngang). Các loài có chỉ số IV% cao được coi là loài ưu thế, đóng vai trò chủ chốt trong việc định hình cấu trúc quần xã sinh vật. Kết quả nghiên cứu (Bảng 4.4) đã xác định được các ưu hợp thực vật cho từng trạng thái rừng. Ví dụ, trạng thái IIIA có ưu hợp gồm Ô rô, Vải vàng, Chành chạ, Vàng anh, Tráng luân sinh, trong khi trạng thái IIA bị chiếm ưu thế bởi Chà vải và Ô rô. Phân tích này là cơ sở để xác định các loài cây mục tiêu cho công tác bảo tồn và phục hồi rừng.

IV. Cách định lượng độ phong phú và đa dạng thực vật tại Cúc Phương

Đo lường đa dạng thực vật là một bước cốt lõi để đánh giá sức khỏe và giá trị của một hệ sinh thái. Tại Cúc Phương, các nhà nghiên cứu không chỉ dừng lại ở việc thống kê danh mục loài mà còn sử dụng các chỉ số sinh thái định lượng để có cái nhìn sâu sắc hơn. Các chỉ số này giúp so sánh mức độ đa dạng giữa các sinh cảnh khác nhau, theo dõi sự thay đổi theo thời gian và đánh giá tác động của các hoạt động quản lý. Việc áp dụng các phương pháp định lượng như chỉ số Shannon-Wiener, Brillouin, hay chỉ số phong phú loài của Margalef cung cấp những con số biết nói về sự phức tạp của hệ thực vật Cúc Phương. Những dữ liệu này không chỉ có ý nghĩa về mặt học thuật mà còn là công cụ thiết thực giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định dựa trên bằng chứng khoa học, nhằm duy trì một hệ sinh thái bền vững với độ phong phú loài cao và cấu trúc ổn định.

4.1. Ứng dụng chỉ số Shannon Wiener và Brillouin để đo lường

Chỉ số đa dạng Shannon-Wiener (H') là một trong những công cụ được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới. Nó xem xét cả hai yếu tố: số lượng loài (độ phong phú) và sự phân bố đồng đều của các cá thể giữa các loài (tính đồng đều). Giá trị H' càng cao cho thấy quần xã càng đa dạng. Tương tự, chỉ số Brillouin (H) cũng được sử dụng, đặc biệt hữu ích khi mẫu điều tra không hoàn toàn ngẫu nhiên và toàn bộ quần xã đã được thống kê. Việc tính toán các chỉ số này (trình bày tại Bảng 4.21 trong tài liệu gốc) cho phép so sánh một cách khách quan mức độ đa dạng sinh học Cúc Phương giữa các trạng thái rừng. Ví dụ, rừng giàu thường có chỉ số H' cao hơn so với rừng nghèo sau tác động.

4.2. Tính toán độ phong phú loài và chỉ số về tính đồng đều

Độ phong phú loài (R) là thước đo đơn giản nhất về đa dạng, thể hiện tổng số loài có mặt trong một quần xã. Tuy nhiên, một quần xã có thể có nhiều loài nhưng nếu chỉ một hoặc hai loài chiếm ưu thế áp đảo thì tính đa dạng thực sự không cao. Do đó, các nhà khoa học còn tính toán chỉ số đồng đều (J). Chỉ số này có giá trị từ 0 đến 1, trong đó giá trị càng gần 1 cho thấy các loài có số lượng cá thể phân bố càng đồng đều. Một hệ sinh thái khỏe mạnh và ổn định thường có cả độ phong phú loài và tính đồng đều cao. Việc phân tích đồng thời các chỉ số này cung cấp một bức tranh toàn diện về thành phần loài VQG Cúc Phương và cấu trúc của nó.

V. Top kết quả nghiên cứu khoa học tại Cúc Phương đáng chú ý

Các hoạt động nghiên cứu khoa học tại Cúc Phương đã mang lại nhiều kết quả quan trọng, làm sáng tỏ các đặc điểm về cấu trúc và đa dạng sinh học của khu vực. Nghiên cứu của Trần Thị Hiền Lương (2013) trên 15 ô tiêu chuẩn tại phân khu bảo vệ nghiêm ngặt đã cung cấp những số liệu định lượng chi tiết. Kết quả cho thấy thành phần loài VQG Cúc Phương vô cùng phong phú, với tổng số 2.240 cây thuộc 210 loài khác nhau được ghi nhận chỉ trong một phạm vi nghiên cứu hẹp. Phân tích cũng chỉ ra sự khác biệt rõ rệt về cấu trúc và đa dạng giữa các trạng thái rừng. Rừng giàu (trạng thái IV) có mật độ cây lớn, trữ lượng cao và mức độ đa dạng loài vượt trội. Trong khi đó, các trạng thái rừng trên núi đá (IIA, IIB) có cấu trúc đơn giản hơn nhưng lại là nơi sinh trưởng của nhiều loài cây đặc hữu thích nghi với điều kiện khắc nghiệt. Những kết quả này không chỉ khẳng định giá trị bảo tồn to lớn của Cúc Phương mà còn cung cấp dữ liệu nền quan trọng cho việc giám sát và quản lý tài nguyên rừng trong tương lai.

5.1. Đặc điểm thành phần ưu thế của hệ thực vật Cúc Phương

Nghiên cứu đã xác định các loài cây chiếm ưu thế trong từng trạng thái rừng. Một số loài như Ô rô (Exospermum tonkinense), Chà vải (Amesiodendron chinense), và Vàng anh (Saraca dives) xuất hiện trong công thức tổ thành của nhiều trạng thái, cho thấy khả năng thích nghi rộng với điều kiện lập địa tại Cúc Phương. Đáng chú ý, trạng thái rừng IIIA là trạng thái duy nhất có một ưu hợp thực vật rõ ràng với 5 loài chiếm ưu thế, tổng chỉ số IV% lên đến 58.4%. Điều này cho thấy sự ổn định tương đối của quần xã trong trạng thái này. Ngược lại, các trạng thái khác có sự phân bố vai trò đồng đều hơn giữa nhiều loài. Tổng cộng, chỉ có 12 loài cây tham gia vào công thức tổ thành của 5 trạng thái, dù có tới 210 loài được ghi nhận.

5.2. So sánh đa dạng thực vật giữa các trạng thái rừng khác nhau

Dữ liệu từ các chỉ số đa dạng (Bảng 4.21) cho thấy một quy luật rõ ràng: mức độ đa dạng thực vật có mối tương quan chặt chẽ với trạng thái và cấu trúc của rừng. Trạng thái rừng giàu IV có chỉ số đa dạng Shannon-Wiener (H') và chỉ số phong phú loài (R) cao nhất. Ngược lại, các trạng thái rừng trên núi đá (IIA, IIB) có các chỉ số này thấp hơn, phản ánh điều kiện sinh thái khắc nghiệt hơn và cấu trúc quần xã đơn giản hơn. Sự so sánh này khẳng định tầm quan trọng của việc bảo vệ các khu vực rừng nguyên sinh, rừng giàu vì đây chính là những kho tàng lưu giữ đa dạng di truyền và sự phong phú của hệ sinh thái.

5.3. Vai trò của Trung tâm cứu hộ linh trưởng và các loài đặc hữu

Bên cạnh đa dạng thực vật, Cúc Phương còn nổi tiếng với các nỗ lực bảo tồn động vật hoang dã. Trung tâm cứu hộ linh trưởng nguy cấp là một minh chứng điển hình. Trung tâm đang chăm sóc và phục hồi cho hơn 180 cá thể thuộc 15 loài và phân loài linh trưởng quý hiếm của Việt Nam, trong đó có loài voọc mông trắng (Trachypithecus delacouri) – một loài đặc hữu Cúc Phương và của thế giới. Các hoạt động của trung tâm không chỉ dừng lại ở cứu hộ mà còn bao gồm nghiên cứu sinh sản và tái thả về tự nhiên, góp phần quan trọng vào việc bảo tồn nguồn gen và phục hồi các quần thể bị suy giảm. Sự tồn tại của các trung tâm chuyên biệt như vậy đã nâng cao vị thế và vai trò của Cúc Phương trong mạng lưới bảo tồn khu vực và toàn cầu.