Luận án tiến sĩ sinh học: Nghiên cứu STCQ tỉnh Sơn La phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế xã hội

Luận án tiến sĩ kinh tế phân tích sinh học nghiên cứu stcq tỉnh sơn la phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng góp tri

• Tác giả: Doãn Thị Trường Nhung
• Người hướng dẫn: GS. Trần Đình Lý
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Sinh thái học
• Đề tài: Nghiên cứu sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La phục vụ quy hoạch, phát triển kinh tế - xã hội
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• Phạm vi nghiên cứu
• Những điểm mới của luận án
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• Ý nghĩa khoa học
• Ý nghĩa thực tiễn
• Bố cục của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Những lĩnh vực khoa học liên quan đến sinh thái cảnh quan
• 1.1.1. Sinh thái học
• 1.1.1.1. Hệ sinh thái
• 1.1.1.1.1. Khái niệm hệ sinh thái
• 1.1.1.1.2. Thành phần của hệ sinh thái
• 1.1.1.1.3. Cấu trúc của hệ sinh thái
• 1.1.1.1.4. Chức năng của hệ sinh thái
• 1.1.1.1.5. Tính chất của hệ sinh thái
• 1.1.2. Cảnh quan học
• 1.1.2.1. Khái niệm cảnh quan
• 1.1.2.2. Nhân tố thành tạo cảnh quan
• 1.1.2.3. Hệ thống phân loại cảnh quan
• 1.1.2.4. Cấu trúc, động lực cảnh quan
• 1.1.2.5. Chức năng cảnh quan
• 1.1.3. Sinh địa quần học
• 1.2. Một số nghiên cứu về sinh thái cảnh quan
• 1.2.1. Khái niệm sinh thái cảnh quan
• 1.2.1.1. Các định nghĩa về sinh thái cảnh quan chú trọng đến đặc trưng sinh thái học của cảnh quan
• 1.2.1.2. Các định nghĩa chú trọng đến đặc trưng nhân văn của cảnh quan
• 1.2.1.3. Các định nghĩa về sinh thái cảnh quan của các nhà cảnh quan học Xô Viết và Việt Nam
• 1.2.1.4. Các định nghĩa tích hợp về sinh thái cảnh quan
• 1.2.2. Cấu trúc và chức năng của sinh thái cảnh quan
• 1.2.3. Phân biệt khái niệm “Sinh thái cảnh quan” và “Cảnh quan sinh thái”
• 1.2.3.1. Về “Sinh thái cảnh quan”
• 1.2.3.2. Về “Cảnh quan sinh thái”
• 1.3. Tình hình nghiên cứu sinh thái cảnh quan
• 1.3.1. Trên thế giới
• 1.3.2. Các công trình nghiên cứu liên quan tới đề tài luận án tại tỉnh Sơn La
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG, QUAN ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Quan điểm nghiên cứu
• 2.2.1. Quan điểm hệ thống
• 2.2.2. Quan điểm tổng hợp
• 2.2.3. Quan điểm lãnh thổ
• 2.2.4. Quan điểm lịch sử
• 2.2.5. Quan điểm liên ngành và phát triển bền vững
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp khảo sát ngoài thực địa
• 2.3.2. Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu
• 2.3.3. Phương pháp Bản đồ và Hệ thông tin địa lí
• 2.3.4. Phương pháp chuyên gia
• 2.3.5. Nhóm phương pháp nghiên cứu, đánh giá sinh thái cảnh quan
• 2.4. Các bước nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Điều kiện tự nhiên, các yếu tố sinh thái nhân văn - nhân tố hình thành sinh thái cảnh quan
• 3.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 3.1.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.1.2. Địa chất - Địa hình
• 3.1.1.3. Khí hậu - thủy văn
• 3.1.1.4. Thổ nhưỡng
• 3.1.1.5. Thảm thực vật
• 3.1.2. Các yếu tố sinh thái nhân văn
• 3.1.2.1. Về dân số, dân tộc
• 3.1.2.2. Về tình hình xóa đói giảm nghèo và giải quyết việc làm
• 3.1.2.3. Về cơ cấu kinh tế
• 3.1.3. Các tác động nhân sinh đến môi trường tự nhiên
• 3.2. Phân loại hệ thống sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La
• 3.3. Biến động sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La theo thời gian
• 3.3.1. Bản đồ sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2005
• 3.3.2. Bản đồ sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2015
• 3.3.3. Biến động sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La theo thời gian
• 3.4. Định hướng khai thác, sử dụng hợp lý lãnh thổ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội
• 3.4.1. Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Sơn La
• 3.4.2. Định hướng không gian các đơn vị sinh thái cảnh quan cho bảo tồn, sử dụng hợp lý tài nguyên
• 3.4.2.1. Ngành nông nghiệp
• 3.4.2.2. Ngành lâm nghiệp
• 3.4.2.3. Phát triển các khu bảo tồn
• 3.4.2.4. Ngành công nghiệp
• 3.4.2.5. Ngành du lịch, thương mại, dịch vụ
• 3.4.2.6. Phát triển đô thị
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Luận án tiến sĩ sinh học tập trung vào nghiên cứu sinh thái cảnh quan (STCQ) tỉnh Sơn La, nhằm phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế xã hội. Mục tiêu chính của nghiên cứu là phân loại hệ thống STCQ, xây dựng bản đồ STCQ, và đánh giá biến động STCQ từ năm 2005 đến 2015. Nghiên cứu cũng hướng đến việc đề xuất các giải pháp phát triển bền vững dựa trên cơ sở khoa học về STCQ.

1.1. Lý do chọn đề tài

Tỉnh Sơn La có vị trí địa lý quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, việc khai thác tài nguyên thiên nhiên không bền vững đã dẫn đến nhiều vấn đề môi trường như thoái hóa đất, suy giảm tài nguyên nước, và ô nhiễm. Nghiên cứu STCQ giúp hiểu rõ mối quan hệ giữa các yếu tố tự nhiên và đề xuất các biện pháp quản lý tài nguyên hiệu quả.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm phân loại hệ thống STCQ tỉnh Sơn La, xây dựng bản đồ STCQ, và đánh giá biến động STCQ từ năm 2005 đến 2015. Nghiên cứu cũng hướng đến việc đề xuất các giải pháp phát triển bền vững dựa trên cơ sở khoa học về STCQ.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp khảo sát thực địa, phân tích tài liệu, và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để thu thập và xử lý dữ liệu. Phương pháp chuyên gia cũng được áp dụng để đánh giá các yếu tố sinh thái và nhân văn. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích các yếu tố tự nhiên như địa lý, khí hậu, và thổ nhưỡng, cũng như các yếu tố nhân văn như dân số và cơ cấu kinh tế.

2.1. Phương pháp khảo sát thực địa

Phương pháp này được sử dụng để thu thập dữ liệu về các yếu tố tự nhiên và nhân văn tại tỉnh Sơn La. Các dữ liệu được thu thập bao gồm thông tin về thảm thực vật, địa hình, và tài nguyên nước.

2.2. Phương pháp GIS

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) được sử dụng để xây dựng bản đồ STCQ và phân tích biến động STCQ từ năm 2005 đến 2015. Phương pháp này giúp hiểu rõ sự thay đổi trong sử dụng đất và tác động của nó đến phát triển kinh tế xã hội.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Nghiên cứu đã phân loại được hệ thống STCQ tỉnh Sơn La và xây dựng bản đồ STCQ tỷ lệ 1:100.000. Kết quả cho thấy sự biến động đáng kể trong STCQ từ năm 2005 đến 2015, đặc biệt là sự suy giảm diện tích rừng và tăng diện tích đất nông nghiệp. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp quy hoạch đô thị và phát triển nông thôn bền vững.

3.1. Phân loại STCQ

Nghiên cứu đã phân loại hệ thống STCQ tỉnh Sơn La dựa trên các yếu tố tự nhiên và nhân văn. Các loại STCQ được phân loại bao gồm rừng cây lá rộng, rừng hỗn giao, và đất nông nghiệp.

3.2. Biến động STCQ

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự biến động đáng kể trong STCQ từ năm 2005 đến 2015. Diện tích rừng giảm mạnh, trong khi diện tích đất nông nghiệp tăng lên. Điều này có tác động lớn đến phát triển kinh tế xã hội và bảo tồn tài nguyên.

IV. Ý nghĩa và ứng dụng

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn trong việc quản lý tài nguyên và phát triển bền vững. Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch sử dụng đất và bảo tồn tài nguyên tại tỉnh Sơn La. Nghiên cứu cũng là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quản lý và nhà khoa học.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu góp phần bổ sung lý thuyết về STCQ và cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu là cơ sở quan trọng cho việc quy hoạch sử dụng đất và phát triển kinh tế xã hội tại tỉnh Sơn La. Nghiên cứu cũng là tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý và nhà khoa học.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Nghiên cứu sinh thái cảnh quan (STCQ) là một cách tiếp cận liên ngành tích hợp giữa địa lý học tự nhiên và sinh thái học chức năng, giữ vai trò nền tảng trong việc giải quyết mâu thuẫn giữa khai thác tài nguyên và bảo vệ môi trường. Luận án tiến sĩ sinh học chuyên ngành Sinh thái học (mã số 9 42 01 20) của tác giả Doãn Thị Trường Nhung với đề tài "Nghiên cứu sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La phục vụ quy hoạch, phát triển kinh tế - xã hội", thực hiện tại Học viện Khoa học và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn của TS. Hà Quý Quỳnh và GS. Trần Đình Lý, là công trình tiên phong xác lập cơ sở khoa học phân loại và thành lập bản đồ sinh thái cảnh quan ở tỷ lệ 1:100.000 cho một tỉnh miền núi chiến lược Tây Bắc.

Về bối cảnh khoa học, tỉnh Sơn La có diện tích tự nhiên 14.125,0 km² (tọa độ địa lý từ 20°39’ đến 22°02’ vĩ độ Bắc và 103°11’ đến 105°02’ kinh độ Đông, gồm 12 đơn vị hành chính cấp huyện và 204 xã). Lãnh thổ này nằm ở vị trí phòng hộ đầu nguồn xung yếu của lưu vực sông Đà và sông Mã, trực tiếp bảo vệ an toàn cho hai công trình thủy điện lớn nhất Việt Nam (Thủy điện Sơn La và Thủy điện Hòa Bình) cùng vùng đồng bằng Bắc Bộ. Tuy nhiên, khoảng trống nghiên cứu (research gap) lớn tồn tại trước công trình này là sự thiếu vắng một hệ thống phân loại STCQ đồng bộ có khả năng tích hợp cấu trúc sinh địa lý với các quá trình sinh thái nhân văn. Hầu hết các nghiên cứu trước đây (Lê Thái Bạt, 1995; Vũ Tự Lập và nnk., 1996; Lê Mỹ Phong, 2002; Phạm Anh Tuân, 2017) hoặc chỉ tiếp cận địa lý cảnh quan đơn thuần, hoặc đánh giá sinh thái nông nghiệp cho từng nhóm cây trồng riêng lẻ, chưa phân tích định lượng động lực biến đổi cấu trúc cảnh quan theo chuỗi thời gian 10 năm (2005 - 2015).

Luận án đặt ra ba câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu chính:

1. Câu hỏi 1 & Giả thuyết 1 (H1): Cấu trúc phân hóa tự nhiên phức tạp tại Sơn La có thể được chuẩn hóa thành một hệ thống phân loại STCQ phân cấp hoàn chỉnh từ cấp Hệ đến cấp Loại dựa trên các chỉ tiêu chẩn đoán định lượng?
2. Câu hỏi 2 & Giả thuyết 2 (H2): Sự tương tác giữa các yếu tố nhân sinh (chuyển đổi cơ cấu cây trồng, di dân tái định cư thủy điện, áp lực thâm canh) và điều kiện tự nhiên trong giai đoạn 2005 - 2015 đã tạo ra sự suy thoái diện tích rừng tự nhiên và biến động sâu sắc cấu trúc STCQ theo hướng gia tăng cảnh quan thứ sinh?
3. Câu hỏi 3 & Giả thuyết 3 (H3): Việc lượng hóa các đơn vị STCQ cấp cơ sở (Loại STCQ) là cơ sở tối ưu để phân vùng không gian chức năng, đáp ứng mục tiêu phát triển nông - lâm nghiệp bền vững và bảo tồn đa dạng sinh học.

Khung lý thuyết của luận án kế thừa học thuyết Sinh địa quần lạc học (Biogeocoenology) của V. N. Sukachev (1947), lý thuyết Hệ sinh thái (Ecosystem Theory) của A. Tansley (1935), E. P. Odum (1953) và lý luận phân loại cảnh quan phát sinh của E. Schubert (1986), Phạm Hoàng Hải và nnk. (1997). Đóng góp đột phá của luận án là đã phân lập thành công toàn bộ lãnh thổ 14.125,0 km² thành 1 Hệ, 1 Phụ hệ, 4 Lớp, 5 Phụ lớp, 13 Kiểu, 33 Hạng và 63 Loại STCQ, đồng thời xây dựng bản đồ số hóa STCQ tỷ lệ 1:100.000 cùng bộ dữ liệu biến động không gian giai đoạn 2005 - 2015 làm căn cứ quy hoạch thực tiễn.

Literature Review và Positioning

Lịch sử phát triển của khoa học sinh thái cảnh quan bắt đầu khi nhà địa lý học Carl Troll (1939) lần đầu tiên sáng tạo thuật ngữ Landscape Ecology từ nghiên cứu không gian bằng ảnh hàng không tại Đông Phi. Kể từ đó, khoa học này phát triển qua hai trường phái chính:

• Trường phái sinh thái học cảnh quan Bắc Mỹ (Forman & Godron, 1986; Turner, 1989; Wiens, 1995; McGarigal & Cushman, 2003): Nhấn mạnh tính bất đồng nhất không gian (spatial heterogeneity), động lực mảng - hành lang - nền (patch-corridor-matrix) và tác động của cấu trúc không gian đến dòng chảy sinh thái, quần thể sinh vật.
• Trường phái địa sinh thái Trung và Đông Âu (Sukachev, 1947; Isachenko, 1976; Zonneveld, 1995; Bastian & Steinhardt, 2010): Coi cảnh quan là một địa tổng thể tự nhiên (geosystem), tích hợp các mối quan hệ phát sinh giữa đá mẹ, địa hình, sinh khí hậu, thổ nhưỡng và thảm thực vật nhằm phục vụ quản lý và sử dụng đất.

Trong tài liệu quốc tế và trong nước tồn tại cuộc tranh luận học thuật sâu sắc về bản chất của "Sinh thái cảnh quan" (Landscape Ecology) so với "Cảnh quan sinh thái" (Ecological Landscape). Nguyễn Thế Thôn (1993) từng phân biệt STCQ nghiên cứu hệ sinh thái cụ thể trong ranh giới cảnh quan (sinh thái là trung tâm), trong khi cảnh quan sinh thái tập trung vào chức năng sinh thái tổng hợp của toàn bộ địa tổng thể. Luận án đã định vị lập trường rõ ràng: kế thừa quan điểm của R. Schubert (1986) và Nguyễn An Thịnh (2014), đồng nhất thuật ngữ khoa học là Sinh thái cảnh quan, xác định đối tượng nghiên cứu cốt lõi là hệ sinh thái tồn tại bên trong các khoanh vi cảnh quan địa lý, nơi cấu trúc cảnh quan đóng vai trò nền tảng vật lý và hệ sinh thái giữ vai trò động lực chức năng trao đổi vật chất và năng lượng.

Tại Việt Nam, từ cột mốc thành lập Chi hội STCQ Quốc tế tại Việt Nam (VN-IALE) năm 1992, các nghiên cứu của Phạm Hoàng Hải (1997), Nguyễn Cao Huần (2005) hay Nguyễn An Thịnh (2014) đã phát triển mạnh phương pháp luận bản đồ cảnh quan. Tại Sơn La, các công trình của Vũ Tự Lập và nnk. (1996) ở tỷ lệ 1:1.000.000, Lê Mỹ Phong (2002) về biến động cảnh quan sau khi xây dựng thủy điện Sơn La ở tỷ lệ 1:250.000, hay Phạm Anh Tuân (2017) đánh giá thích nghi cho 5 loài cây lâu năm trên 474 dạng cảnh quan đã tạo tiền đề quan trọng. Tuy nhiên, luận án của Doãn Thị Trường Nhung đã vượt lên các nghiên cứu trước bằng việc chuẩn hóa ma trận phân loại ở cấp độ bản đồ chi tiết 1:100.000, giải quyết trực diện bài toán suy thoái môi trường đầu nguồn sông Đà - sông Mã thông qua giải mã mối quan hệ tương tác sinh thái - nhân văn giữa 63 loại cảnh quan thực tế.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án có những đóng góp lý luận sắc nét vào kho tàng sinh thái học và cảnh quan học nhiệt đới gió mùa:

1. Mở rộng lý thuyết Sinh địa quần lạc (Biogeocoenosis) và Địa hệ thống (Geosystem): Luận án chứng minh rằng trong điều kiện nhiệt đới gió mùa núi cao bị chia cắt mạnh, các quy luật địa đới (bức xạ mặt trời, cân bằng nhiệt ẩm) bị chi phối sâu sắc bởi quy luật phi địa đới (độ cao địa hình, hướng sườn và mẫu chất địa chất). Cấu trúc đứng của STCQ là sự tích hợp biện chứng giữa 6 thành phần: nền đá - địa hình - khí hậu - thủy văn - thổ nhưỡng - sinh vật. Đúng như luận án trích dẫn định nghĩa hệ sinh thái của Vũ Trung Tạng (2000): “Hệ sinh thái là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã ở đó tồn tại, trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hoá năng lượng”.
2. Chuẩn hóa khung phân cấp 7 bậc STCQ: Dựa trên định nghĩa nền tảng: “STCQ là khoa học nghiên cứu các mối tác động qua lại giữa sinh vật với môi trường và các sinh vật với nhau trên một vùng nhất định được giới hạn bởi khoanh vi cảnh quan” (Schubert, 1986), luận án đã xây dựng mô hình phân cấp với các chỉ tiêu chẩn đoán tường minh từ cấp vĩ mô đến vi mô.
3. Lý thuyết động lực và tính nội cân bằng động (Dynamic Homeostasis): Phân tích rõ cơ chế xáo động nhân sinh (nương rẫy, hóa chất nông nghiệp, tái định cư) làm suy giảm tính đa dạng loài, tăng sản xuất entropi và phá vỡ trạng thái cân bằng tự nhiên của các hệ sinh thái rừng nguyên sinh, biến đổi chúng thành các cảnh quan nhân sinh thứ sinh kém bền vững.

                    [HỆ SINH THÁI CẢNH QUAN]
               (Hệ STCQ Nhiệt đới gió mùa)
                     [PHỤ HỆ STCQ]
      (Nhiệt đới gió mùa, mùa đông lạnh, 1 mùa khô)
                      [LỚP STCQ]
   (Núi / Cao nguyên / Đồi & đất thấp <500m / Thủy văn)
                    [PHỤ LỚP STCQ]
         (Núi cao / Núi TB / Núi thấp / ...)
                      [KIỂU STCQ]
        (13 Kiểu - Xác định bởi Sinh khí hậu & Thảm TV)
                      [HẠNG STCQ]
         (33 Hạng - Xác định bởi Dạng địa hình & Đất)
                      [LOẠI STCQ]
     (63 Loại - Tương tác Thảm phủ thực vật & Loại đất)

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp liên ngành ba trụ cột lý thuyết: Lý thuyết Hệ thống tổng quát (General Systems Theory), Thuyết Diễn thế sinh thái (Ecological Succession) và Khoa học Địa thông tin (Geoinformatics).

Cách tiếp cận phân tích dựa trên nguyên tắc Nhân tố trội (Dominant Factor Analysis):

• Ở cấp Lớp và Phụ lớp: Mẫu chất địa chất, độ cao tuyệt đối và độ phân cắt sâu của địa hình giữ vai trò nhân tố trội.
• Ở cấp Kiểu: Đặc trưng sinh khí hậu quyết định kiểu thảm thực vật phát sinh giữ vai trò nhân tố trội.
• Ở cấp Hạng và Loại: Sự tương tác giữa nhóm đất phát sinh và lớp phủ thực vật/sử dụng đất thực tế giữ vai trò nhân tố trội chẩn đoán.

Điều kiện biên (boundary conditions) của khung phân tích này được thiết lập chặt chẽ trong giới hạn lãnh thổ đồi núi cao Tây Bắc Việt Nam, có tính mùa rõ rệt (mùa khô và mùa đông lạnh) và chịu áp lực mạnh mẽ từ các hoạt động nhân sinh miền núi.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ triết học thực chứng (Positivism) kết hợp với chủ nghĩa duy thực phê phán (Critical Realism), xem xét các thực thể cảnh quan như những địa hệ khách quan có cấu trúc phân cấp đa tầng (multi-level design).

Thiết kế nghiên cứu kết hợp giữa phân tích mô hình hóa không gian (spatial modeling) và kiểm chứng thực địa trên toàn bộ phạm vi 14.125,0 km² của tỉnh Sơn La.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình nghiên cứu được thực hiện nghiêm ngặt qua 3 giai đoạn:

1. Giai đoạn tiền khảo sát và mô hình hóa: Sử dụng phần mềm ArcGIS 10.5 để xây dựng Mô hình số độ cao (DEM), chiết xuất các chỉ số địa hình, độ dốc, chia cắt sâu; sử dụng MapInfo 12.0 biên tập các bản đồ đơn tính (bản đồ địa hình, đất, sinh khí hậu, thảm thực vật).
2. Giai đoạn khảo sát thực địa theo lát cắt cảnh quan: Nghiên cứu sinh đã trực tiếp thực hiện 3 tuyến khảo sát thực địa trọng điểm nhằm xác định cấu trúc đứng và kiểm tra tính chỉnh hợp của ranh giới cảnh quan:
   • Tuyến 1: Thành phố Sơn La - Bắc Yên - Phù Yên (thực hiện từ ngày 15 đến ngày 22 tháng 4 năm 2014).
   • Tuyến 2: Thành phố Sơn La - Thuận Châu - Mường La - Quỳnh Nhai (thực hiện từ ngày 20 đến ngày 27 tháng 5 năm 2015).
   • Tuyến 3: Thành phố Sơn La - Mai Sơn - Yên Châu - Mộc Châu (thực hiện từ ngày 01 đến ngày 08 tháng 3 năm 2016).
3. Tam giác đạc dữ liệu (Data Triangulation): Kết hợp chặt chẽ giữa dữ liệu viễn thám/GIS từ Đề tài cấp Nhà nước thuộc Chương trình KHCN Vũ trụ VT01/14-15, số liệu điều tra thực địa tại các điểm chìa khóa và phương pháp chuyên gia thông qua tham vấn các nhà khoa học đầu ngành tại Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Viện Địa lý (VAST), Chi cục Kiểm lâm và Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Sơn La.

Data và phân tích

Toàn bộ dữ liệu không gian được chuẩn hóa ở hệ tọa độ chuẩn quốc gia và phân tích liên hợp bản đồ (map overlay). Dữ liệu thuộc tính bao gồm thống kê diện tích, độ cao, loại đất, trạng thái thảm thực vật của 63 loại cảnh quan trong 2 mốc thời gian 2005 và 2015.

Các phép kiểm tra độ tin cậy được thực hiện thông qua đối chiếu ma trận chuyển dịch sử dụng đất và kiểm chứng mặt đất (ground truthing) tại các khu bảo tồn thiên nhiên (Mường La, Sốp Cộp, Xuân Nha, Tà Xùa) và các vùng nông nghiệp trọng điểm dọc Quốc lộ 6.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Nghiên cứu mang lại 4 phát hiện mang tính đột phá về cấu trúc và động lực STCQ tỉnh Sơn La:

1. Xác lập hệ thống cấu trúc STCQ toàn diện: Lãnh thổ Sơn La được phân hóa thành 1 Hệ (STCQ nhiệt đới gió mùa), 1 Phụ hệ (Nhiệt đới gió mùa có mùa đông hơi lạnh và một mùa khô), 4 Lớp (Lớp núi; Lớp Cao nguyên; Lớp đất đồi và đất thấp dưới 500 m; Lớp sông, suối, ao hồ), 5 Phụ lớp (Núi cao, Núi trung bình, Núi thấp, Cao nguyên, Sông suối ao hồ), 13 Kiểu, 33 Hạng và 63 Loại STCQ. Trong đó, các loại cảnh quan rừng kín cây lá rộng, rừng hỗn giao lá rộng - lá kim, rừng tre nứa, cây bụi, thảm cây trồng nông nghiệp và cảnh quan thổ cư được phân lập với ranh giới rõ ràng trên bản đồ tỷ lệ 1:100.000.
2. Định lượng xu thế biến động sâu sắc giai đoạn 2005 - 2015: Dữ liệu so sánh bản đồ STCQ năm 2005 và 2015 ghi nhận sự biến động mạnh mẽ của lớp phủ cảnh quan dưới áp lực kép của việc xây dựng công trình Thủy điện Sơn La (tạo hồ chứa ngập nước rộng lớn tại Quỳnh Nhai, Mường La, Thuận Châu) và quá trình chuyển đổi ồ ạt đất dốc sang trồng ngô, sắn thâm canh và cây ăn quả. Sự chuyển dịch này làm suy giảm diện tích các loại cảnh quan rừng tự nhiên nguyên sinh giàu trữ lượng, thay thế bằng các loại STCQ rừng phục hồi nghèo kiệt, cây bụi và đất canh tác nông nghiệp thoái hóa.
3. Nhận diện hiện tượng thoái hóa đất và mất cân bằng sinh thái cục bộ: Tại các huyện Thuận Châu, Mai Sơn, Yên Châu, việc mở rộng diện tích cảnh quan thảm cây trồng ngắn ngày trên đất dốc không có biện pháp bảo vệ đã gây xói mòn rửa trôi nghiêm trọng, làm suy giảm hàm lượng mùn và dinh dưỡng đất, đồng thời gây ô nhiễm nguồn nước do lạm dụng hóa chất nông nghiệp.
4. Xác định giá trị dịch vụ sinh thái của các loại STCQ: Luận án làm rõ chức năng phòng hộ đầu nguồn của các đơn vị STCQ núi cao và núi trung bình đối với hai nhà máy thủy điện lớn nhất nước, chỉ ra rằng việc duy trì diện tích rừng kín thường xanh trên núi đá vôi và núi đất là điều kiện sống còn để duy trì nguồn sinh thủy và chống bồi lắng lòng hồ.

Implications đa chiều

• Về mặt lý luận: Khẳng định tính đúng đắn của việc tích hợp quan niệm cảnh quan loại hình của trường phái địa lý Việt Nam (Phạm Hoàng Hải, Nguyễn Cao Huần) với cách tiếp cận chức năng hệ sinh thái của sinh thái học hiện đại (Wu, 2009; Nguyễn An Thịnh, 2014), tạo tiền lệ cho các nghiên cứu STCQ vùng nhiệt đới gió mùa gió mùa Đông Nam Á.
• Về mặt phương pháp luận: Thiết lập quy trình chuẩn hóa từ xử lý ảnh viễn thám, mô hình hóa DEM trong ArcGIS 10.5, biên tập MapInfo 12.0 đến khảo sát lát cắt thực địa, có khả năng nhân rộng cho các tỉnh miền núi khác như Điện Biên, Lai Châu, Lào Cai, Hà Giang.
• Về ứng dụng thực tiễn và chính sách: Luận án đề xuất Bản đồ hiện trạng và định hướng không gian sử dụng lãnh thổ tỉnh Sơn La, phân định rõ:
  1. Không gian bảo tồn nghiêm ngặt: Các khu bảo tồn thiên nhiên Tà Xùa, Xuân Nha, Sốp Cộp, Mường La gắn liền với các loại STCQ rừng kín trên núi cao và núi đá vôi.
  2. Không gian lâm nghiệp phòng hộ và kinh tế: Khôi phục và phát triển rừng đầu nguồn lưu vực sông Đà và sông Mã.
  3. Không gian nông nghiệp chuyên canh: Bố trí cây ăn quả, cây công nghiệp dài ngày (chè, cà phê) trên các cao nguyên Mộc Châu, Nà Sản và dải đất đồi thấp dọc Quốc lộ 6 nhằm thay thế nương rẫy thoái hóa.
  4. Không gian đô thị và dịch vụ: Phát triển chuỗi đô thị dọc trục kinh tế động lực Hòa Bình - Sơn La - Điện Biên.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những kết quả xuất sắc, luận án thẳng thắn thừa nhận các giới hạn nghiên cứu:

1. Giới hạn về dữ liệu viễn thám: Độ phân giải của bản đồ ở mức 1:100.000 chưa cho phép bóc tách các mảng cảnh quan vi mô (micro-patches) có diện tích dưới 1 ha.
2. Thiếu vắng mô hình lượng giá kinh tế dịch vụ hệ sinh thái (Ecosystem Services Valuation): Nghiên cứu mới bước đầu đánh giá định tính và phân hạng giá trị chức năng cảnh quan mà chưa quy đổi cụ thể ra giá trị tiền tệ tệ theo các phương pháp InVEST hay Costanza.
3. Giới hạn thời gian: Chuỗi quan trắc biến động mới dừng lại ở giai đoạn 2005 - 2015, chưa mô phỏng các kịch bản tương lai dưới tác động của biến đổi khí hậu cực đoan đến năm 2030 - 2050.

Chương trình nghiên cứu tiếp nối cần tập trung vào:

• Ứng dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao (Sentinel-2, PlanetScope) để chi tiết hóa bản đồ STCQ ở tỷ lệ 1:25.000 hoặc 1:10.000 cho các tiểu vùng nhạy cảm.
• Ứng dụng mô hình Cellular Automata - Markov Chain để dự báo biến động cảnh quan trong 20 năm tới.
• Đo đạc thực nghiệm chu trình sinh địa hóa (C, N, bốc thoát hơi nước) trên từng loại cảnh quan đặc thù để tính toán trữ lượng carbon rừng phục vụ thị trường tín chỉ carbon.

Tác động và ảnh hưởng

Công trình của tác giả Doãn Thị Trường Nhung tạo ra tầm ảnh hưởng học thuật và thực tiễn sâu rộng:

• Tác động học thuật: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực cho các chương trình đào tạo sau đại học ngành Sinh thái học, Quản lý tài nguyên, Địa lý học tự nhiên; tạo cơ sở cho các công bố quốc tế về sinh thái học cảnh quan vùng núi Đông Dương.
• Tác động chính sách và quy hoạch: Bộ cơ sở dữ liệu và bản đồ số hóa là luận cứ khoa học trực tiếp hỗ trợ Ủy ban Nhân dân tỉnh Sơn La, Sở Tài nguyên & Môi trường, Sở Nông nghiệp & PTNT và Chi cục Kiểm lâm trong việc lập Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Sơn La, rà soát 3 loại rừng và xây dựng phương án chi trả dịch vụ môi trường rừng cho lưu vực thủy điện sông Đà.
• Lợi ích kinh tế - xã hội và quốc tế: Góp phần ổn định sinh kế cho đồng bào các dân tộc thiểu số thông qua chuyển dịch cơ cấu cây trồng phù hợp với đặc thù sinh thái cảnh quan, bảo vệ an ninh nguồn nước và an ninh năng lượng quốc gia, đồng thời đóng góp dữ liệu cho mạng lưới IALE quốc tế về động lực cảnh quan nhiệt đới.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Tiếp cận khung phương pháp luận phân loại cảnh quan 7 cấp hoàn chỉnh và kỹ thuật phân tích liên hợp bản đồ GIS trong nghiên cứu sinh thái học thực địa.
• Các nhà khoa học và chuyên gia sinh thái: Kế thừa hệ thống số liệu định lượng về 63 loại STCQ và phương pháp tiếp cận nhân tố trội để triển khai các nghiên cứu chuyên sâu về đa dạng sinh học và bảo tồn nguồn gen.
• Nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý: Nhận được các khuyến nghị quy hoạch không gian cụ thể, bản đồ phân vùng chức năng rõ ràng để tích hợp vào quy hoạch tỉnh và các chương trình mục tiêu quốc gia về phát triển nông thôn mới, giảm nghèo bền vững.
• Ban quản lý rừng và cộng đồng địa phương: Sử dụng các luận cứ sinh thái để lựa chọn tập đoàn cây trồng thích hợp, phục hồi rừng đầu nguồn và phát triển mô hình nông - lâm kết hợp chống thoái hóa đất.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì?
Luận án đã kế thừa và hoàn thiện mô hình phân loại cảnh quan phát sinh của Phạm Hoàng Hải (1997) và lý thuyết hệ sinh thái của Schubert (1986), xây dựng thành công khung phân loại STCQ 7 cấp phân vị thích ứng đặc thù cho vùng núi nhiệt đới gió mùa Tây Bắc, chuẩn hóa mối liên kết giữa cấu trúc địa chất - địa mạo với các quá trình chuyển hóa vật chất - năng lượng của hệ sinh thái.

2. Điểm mới về phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây tại Sơn La?
So với các nghiên cứu của Lê Thái Bạt (1995) chỉ phân chia 4 vùng nông nghiệp, Vũ Tự Lập (1996) ở tỷ lệ 1:1.000.000 mang tính khái quát, hay Lê Mỹ Phong (2002) ở tỷ lệ 1:250.000, luận án đã nâng cấp độ chi tiết lên tỷ lệ 1:100.000, kết hợp đồng bộ công nghệ GIS (ArcGIS 10.5, MapInfo 12.0) với 3 tuyến điều tra thực địa theo lát cắt cảnh quan, lượng hóa ma trận biến động không gian 10 năm (2005 - 2015).

3. Phát hiện bất ngờ nhất từ dữ liệu nghiên cứu?
Mặc dù tỉnh Sơn La có độ che phủ rừng trên danh nghĩa phục hồi sau các chương trình trồng rừng, nhưng diện tích rừng tự nhiên giàu và trung bình tại các loại STCQ núi thấp và núi trung bình lại bị suy giảm nghiêm trọng, nhường chỗ cho cảnh quan rừng thứ sinh nghèo kiệt và nương rẫy trồng ngô/sắn thâm canh lạm dụng hóa chất, làm gia tăng nguy cơ suy thoái đất đầu nguồn sông Đà.

4. Nghiên cứu có cung cấp giao thức tái lập (Replication Protocol) không?
Có. Luận án cung cấp bộ tiêu chí chẩn đoán định lượng rõ ràng cho từng cấp phân vị (Bảng tiêu chí phân loại), danh mục bảng mã 63 loại STCQ, mô tả chi tiết 3 tuyến khảo sát thực địa và quy trình tích hợp các lớp bản đồ chuyên đề trên phần mềm ArcGIS và MapInfo, cho phép các nhà khoa học khác tái lập hoàn toàn quy trình trên các lãnh thổ tương đồng.

5. Lộ trình nghiên cứu 10 năm tới được định hình ra sao?
Hướng tới việc tích hợp trí tuệ nhân tạo (Machine Learning) và viễn thám siêu phổ để giám sát thời gian thực sức khỏe hệ sinh thái cảnh quan; lượng giá toàn diện dịch vụ hệ sinh thái phục vụ thị trường carbon; và xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) cho quy hoạch không gian sinh thái bền vững toàn vùng Tây Bắc.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Doãn Thị Trường Nhung là một công trình khoa học công phu, nghiêm túc và có giá trị học thuật cao, thể hiện qua 5 đóng góp then chốt:

1. Xác lập cơ sở lý luận vững chắc và xây dựng hoàn chỉnh hệ thống phân loại STCQ tỉnh Sơn La gồm 7 cấp phân vị (1 Hệ, 1 Phụ hệ, 4 Lớp, 5 Phụ lớp, 13 Kiểu, 33 Hạng, 63 Loại STCQ).
2. Xây dựng bộ bản đồ số hóa STCQ tỉnh Sơn La tỷ lệ 1:100.000 cho hai thời điểm 2005 và 2015, cung cấp bức tranh toàn cảnh về cấu trúc không gian của địa hệ lãnh thổ.
3. Làm sáng tỏ bản chất và quy luật động lực biến động cảnh quan giai đoạn 2005 - 2015 dưới tác động tổng hợp của các yếu tố tự nhiên và nhân sinh (xây dựng thủy điện, chuyển dịch cơ cấu cây trồng).
4. Xác lập cơ sở khoa học sinh thái cảnh quan phục vụ định hướng phân vùng không gian bảo tồn và khai thác hợp lý tài nguyên nông - lâm nghiệp, bảo vệ vùng đầu nguồn lưu vực sông Đà và sông Mã.
5. Đóng vai trò là cầu nối quan trọng thúc đẩy sự phát triển của trường phái Sinh thái cảnh quan ứng dụng tại Việt Nam, hội nhập với các chuẩn mực nghiên cứu cảnh quan của khu vực và thế giới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học về vấn đề nghiên cứu (32 trang) Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu (09 trang). Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (100 trang). TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Những lĩnh vực khoa học liên quan đến sinh thái cảnh quan 1.

Sinh thái học Sinh thái học (Ecology) bắt nguồn từ ngôn ngữ Hy Lạp “Oikos” có nghĩa là nơi sống, nhà ở, “Logos” là môn học, khoa học. Theo nghĩa này, sinh thái học có nghĩa là khoa học về nơi ở của sinh vật. Cho đến nay, nhiều định nghĩa về sinh thái học ra đời, nhưng đều thống nhất rằng: Sinh thái học là khoa học chuyên ngành sinh học nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa các sinh vật với môi trường. Sinh thái học được nghiên cứu ở các cấp độ khác nhau từ cá thể, quần thể, quần xã, cho đến các hệ sinh thái và sinh quyển [42].

Do tập trung vào mối tương tác giữa sinh vật với môi trường của chúng, sinh thái học được coi là khoa học tổng hợp và đa ngành, bao gồm nhiều mảng kiến thức của địa lý học, địa chất học, khí tượng học, thổ nhưỡng học, di truyền học, hóa học, vật lý, toán học và khoa học thống kê [42]. Ernst Haeckel (1866) đã đưa ra định nghĩa đầu tiên về sinh thái học là “khoa học bao hàm nhiều khái niệm về mối quan hệ giữa sinh vật với môi trường”. Mặc dù được công nhận phát triển vào nửa sau thế kỷ XIX, tuy nhiên, nhiều nghiên cứu về sinh thái học tổng hợp đã xuất hiện ở thời cổ đại. Aristot và Theophrastus đã thực hiện các quan sát về dòng di cư của động vật và thực vật, hiện nay còn lưu lại những dẫn liệu mang tính chất sinh thái học khá rõ nét.

Ở Châu Âu, từ thế kỷ XVIII - XIX, được xem là thời kỳ “phục hưng sinh học”, tuy chưa chính thức dùng tên gọi “sinh thái học”, nhưng nhiều nhà khoa học đã có nhiều công bố đáng kể về sinh thái học. Đầu thế kỷ XVIII, nhà vi sinh vật học Hà Lan là Leeuvenhoek đã nghiên cứu chuỗi thức ăn và quy luật điều chỉnh số lượng quần thể. Các nhà khoa học của thế kỷ thứ XIX là Alexander von Humboldt (1769 - 1859), Charles Darwin (1809 - 1882), Alfred Russel Wallace (1823 - 1913) và Karl Möbius (1825 - 1908) đã có những đóng góp quan trọng trong nghiên cứu và giải thích về mối quan hệ giữa các nhóm sinh vật với môi trường. Các nhà tự nhiên học 5 người Đức đóng vai trò tiên phong sáng lập, còn các nhà động vật và thực vật học người Anh và Hoa Kỳ đóng vai trò kế cận, phát triển và hoàn thiện lý luận sinh thái học [72].

Trong thời kì phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới, vấn đề “không gian sinh thái” được coi là hạn chế lớn nhất của sinh thái học. Lịch sử phát triển của sinh thái học chỉ ra rằng, hầu hết các nguyên lý sinh thái đều có tính chất phi không gian. Ví dụ, quan hệ vật ăn thịt - con mồi là quan hệ sinh học thuần túy với điều kiện giả thiết xảy ra trong một không gian bất kỳ, thuyết diễn thế sinh thái được xây dựng cho một hệ sinh thái đồng nhất. Tuy nhiên, nếu xem xét sâu hơn, ảnh hưởng không gian luôn là yếu tố khách quan, do đó, tiếp cận không gian là việc cần thiết trong các nghiên cứu sinh thái học [72].

Đầu thế kỷ thứ XX, đánh dấu sự kiện các công trình nghiên cứu sinh thái học, đã tích hợp các vấn đề địa lý học và sinh học: Cowles (1899) đã nghiên cứu về diễn thế thực vật trên dải cồn cát ven hồ Michigan (Hoa Kỳ); Clements (1916) đã nghiên cứu về quy luật phát triển của sinh vật quần lạc trong mối quan hệ với nhân tố thổ nhưỡng.Đây được xem là những nghiên cứu sinh thái đầu tiên tiếp cận không gian. Gause (1934) đã khẳng định mối quan hệ cạnh tranh khác loài là một nguyên nhân gây ra sự phân hóa không gian. Khái niệm hệ sinh thái ra đời có ảnh hưởng quyết định đến việc hình thành STCQ. Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học là các hệ sinh thái, theo Tansley (1935), sinh thái học là một tập hợp các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) và môi trường phi sinh học nơi chúng sinh sống (khí hậu, đất) [72].

Phần lớn các nhà STCQ trên thế giới đều khẳng định STCQ lý thuyết có nguồn gốc từ sinh thái học truyền thống và hiện nay, sinh thái học hiện đại đang có ảnh hưởng rất lớn đến định hướng nghiên cứu STCQ ứng dụng. Trong đó, hai đóng góp quan trọng nhất của sinh thái học là: - Định nghĩa về hệ sinh thái đã tạo ra mối liên kết giữa các yếu tố phi sinh học (đối tượng nghiên cứu của các nhà địa lý) và các yếu tố sinh học (đối tượng nghiên cứu của các nhà sinh thái học). Các nhà sinh thái học Xô Viết và Đông Âu trước đây thường sử dụng khái niệm sinh địa quần lạc trong nghiên cứu sinh thái học. Trong khi đó, các nhà sinh thái học Tây Âu và Bắc Mỹ chấp nhận hệ sinh thái 6 là đối tượng nghiên cứu, đồng thời kế thừa và tiếp tục phát triển: “Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm các quá trình vật lý, hóa học, sinh học hoạt động trong một không gian và thời gian nào đó” (Linderman, 1942) [115]; “…Là một đơn vị bất kỳ bao gồm tất cả các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) trong một khu vực nhất định có sự tương tác với môi trường vật lý bằng các dòng năng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng xác định, sự đa dạng về loài và chu trình tuần hoàn vật chất” (Odum, 1953); “…Là một hệ thống chức năng bao gồm tập hợp các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) và môi trường tự nhiên (khí hậu, đất) tương tác qua lại” (Whittaker, 1975) [72].

Chính quan điểm về hệ sinh thái của Tansley (1935), Troll đã sáng tạo thuật ngữ STCQ vào năm 1939 [72]. - Xét về khía cạnh ứng dụng, những bài toán ứng dụng của sinh thái học là nền tảng để phát triển các nghiên cứu STCQ ứng dụng trong nghiên cứu STCQ tự nhiên, đặc biệt phổ biến ở Bắc Mỹ. Sinh thái học, xét về bản chất cũng là một ngành khoa học ứng dụng cao, chú trọng tới các vấn đề quản lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. Các hướng nghiên cứu ứng dụng cụ thể bao gồm, bảo tồn thiên nhiên, quản lý nơi sống của sinh vật, giảm thiểu các tác động sinh thái do ô nhiễm môi trường, phục hồi hệ sinh thái, tái tạo loài, sinh thái học biển, quản lý rừng (là những ứng dụng trực tiếp của sinh thái); phát triển đô thị, các vấn đề nông nghiệp, sức khỏe cộng đồng (là những ý tưởng và phân tích sinh thái học).

Kế thừa các nguyên lý cơ bản và các bài toán ứng dụng của sinh thái học, STCQ tập trung nghiên cứu tương tác giữa cấu trúc không gian và các quá trình hệ sinh thái, bao gồm các nguyên nhân và hệ quả sinh thái học do phân hóa cảnh quan ở các tỷ lệ khác nhau. Điều đó tạo ra hai đặc trưng quan trọng của STCQ, phân biệt với sinh thái học và cảnh quan học: - Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc cảnh quan tới các quá trình HST; - Nghiên cứu sinh thái học trên các đơn vị không gian có quy mô thường lớn hơn so với các nghiên cứu sinh thái học truyền thống trước đây [72]. Hệ sinh thái 1. Khái niệm hệ sinh thái 7 Hệ sinh thái (HST) là một khái niệm tương đối rộng.

HST coi các đơn vị sinh thái là một tổ hợp các yếu tố có quan hệ với nhau theo các chức năng thống nhất. Vì vậy, quy mô của HST có thể rất khác nhau, từ một cái ao, một thửa ruộng, một khu rừng đến một vùng rộng lớn hay cả sinh quyển. Khái niệm HST đã đưa thế giới sinh học và vật lý vào một thể thống nhất, con người có thể mô tả, đánh giá và quản lý hệ này. HST là nơi mà các dạng sống và môi trường xung quanh có tác động qua lại với nhau; nó đóng vai trò như một đơn vị thể tích của Trái đất với sự biến động theo không gian, thời gian và mức độ.

Các HST bao gồm các thành phần hữu sinh và vô sinh, phân biệt nhờ cấu trúc và chức năng khác nhau của chúng. Vũ Trung Tạng (2000) [63] đã định nghĩa hệ sinh thái như sau: “Hệ sinh thái là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã ở đó tồn tại, trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hoá năng lượng”. Thành phần của hệ sinh thái Hệ sinh thái gồm hai hợp phần căn bản là quần xã sinh vật và môi trường mà sinh vật tồn tại. Một HST hoàn chỉnh có các thành phần chính sau đây: - Những chất vô cơ (C, N, CO2, H2O,…) tham gia vào chu trình tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái; - Những chất hữu cơ (protein, gluxit, lipid, các chất mùn…); - Khí hậu, bao gồm nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm và các yếu tố vật lý khác; - Đất, bao gồm thành phần đất, các đặc tính lý hóa học của đất; - Các sinh vật, đây là thành phần sống của HST.

Bao gồm 3 nhóm: Nhóm sinh vật sản xuất: Gồm các sinh vật tự dưỡng, chủ yếu là cây xanh và các vi khuẩn hóa tổng hợp. Chúng có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ quang hợp hoặc hóa tổng hợp. Sinh vật tiêu thụ: Gồm các sinh vật dị dưỡng, chủ yếu là các động vật. Chúng sử dụng chất hữu cơ được tạo thành nhờ sinh vật sản xuất.

Động vật ăn trực tiếp 8 thực vật là sinh vật tiêu thụ bậc I. Động vật ăn thịt các động vật tiêu thụ bậc I là sinh vật tiêu thụ bậc II. Quá trình tương tự sẽ có các sinh vật tiêu thụ bậc III. Sinh vật phân hủy: Gồm các sinh vật dị dưỡng như vi khuẩn, nấm.

Chúng phân hủy chất thải và xác chết của các sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, biến đổi các chất hữu cơ. Cấu trúc của hệ sinh thái Hai hợp phần căn bản của HST là quần xã sinh vật và môi trường sống của nó cùng các mối quan hệ tác động qua lại lẫn nhau giữa sinh vật với sinh vật, giữa sinh vật với môi trường và tác động của môi trường lên sinh vật.