Tổng quan nghiên cứu

Vườn quốc gia Cúc Phương, với diện tích khoảng 22.000 ha, là một trong những khu bảo tồn thiên nhiên quan trọng của Việt Nam, nổi bật với sự đa dạng sinh học phong phú và hệ sinh thái rừng nhiệt đới thường xanh. Nhiệt độ trung bình năm tại đây là 20,6°C, độ ẩm trung bình 85%, lượng mưa trung bình năm khoảng 2.138 mm, tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 10. Loài cây Nhò vàng (Streblus macrophyllus), thuộc họ Dâu tằm (Moraceae), là loài cây phổ biến trong các trạng thái rừng thứ sinh trên núi đá vôi miền Bắc Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ che phủ rừng, mặc dù giá trị kinh tế không cao.

Nghiên cứu tập trung phân tích mô hình không gian của loài Nhò vàng tại Vườn quốc gia Cúc Phương nhằm làm rõ đặc điểm cấu trúc rừng và quan hệ không gian giữa Nhò vàng với các loài cây chiếm ưu thế khác trong ba trạng thái rừng thứ sinh bị tác động khác nhau. Mục tiêu cụ thể là xác định cấu trúc lâm phần, phân tích đặc điểm lâm học cơ bản và quan hệ không gian của loài Nhò vàng với các loài khác. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2016, tại ba ô tiêu chuẩn có diện tích từ 0,5 đến 1 ha trong khu vực nghiên cứu.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, bảo tồn và phục hồi rừng thứ sinh tại Cúc Phương, đồng thời góp phần nâng cao hiểu biết về mô hình phân bố không gian và các quá trình sinh thái điều chỉnh quần thể cây rừng trong hệ sinh thái nhiệt đới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sinh thái về cấu trúc rừng và mô hình phân bố không gian của thực vật. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết mô hình điểm không gian (Spatial Point Pattern Analysis): Sử dụng các hàm thống kê như hàm Ripley’s K và hàm tương quan theo cặp (pair-correlation function) để mô tả và phân tích sự phân bố không gian của các cá thể cây trong quần thể. Mô hình này giúp xác định kiểu phân bố (cụm, ngẫu nhiên, đều) và quan hệ không gian giữa các loài (cạnh tranh, tương hỗ, độc lập).

  • Lý thuyết về các quá trình sinh thái điều chỉnh mô hình phân bố: Bao gồm các quá trình như cạnh tranh cùng loài và khác loài, ảnh hưởng của môi trường sống không đồng nhất, phát tán hạt, tái sinh và tỷ lệ chết phụ thuộc mật độ. Các lý thuyết này giải thích nguyên nhân hình thành các mô hình phân bố quan sát được.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm: chỉ số quan trọng (Important Value Index - IV%), mật độ cây, đa dạng sinh học (chỉ số Shannon – Weiner, Simpson, Margalef, Pielou), mô hình không gian (CSR - Complete Spatial Randomness), và các hàm thống kê không gian (g11(r), g12(r), L(r)).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ ba ô tiêu chuẩn (OTC) tại Vườn quốc gia Cúc Phương, gồm hai ô diện tích 1 ha và một ô 0,5 ha, đại diện cho ba trạng thái rừng thứ sinh với mật độ Nhò vàng cao, trung bình và thấp. Tổng số cây gỗ có đường kính ngang ngực (dbh) ≥ 2,5 cm được đo đạc, xác định vị trí tọa độ (x,y), tên loài và phân loại theo ba giai đoạn sống: cây non (dbh < 5 cm), cây sào (5 cm ≤ dbh ≤ 15 cm), cây thành thục (dbh > 15 cm).

Phương pháp chọn mẫu là chọn ô tiêu chuẩn điển hình đại diện cho các trạng thái rừng khác nhau, nhằm đảm bảo tính đại diện và khả năng so sánh. Cỡ mẫu tổng cộng khoảng 2.082 cây được khảo sát.

Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Programita 2014 với 199 lần mô phỏng Monte Carlo để xây dựng khoảng tin cậy 95% cho các hàm thống kê không gian. Các phân tích bao gồm:

  • Kiểm tra tính đồng nhất môi trường sống dựa trên phân bố không gian của cây thành thục.
  • Phân tích mô hình phân bố không gian của các loài cây chủ yếu.
  • Phân tích quan hệ không gian giữa các loài cây theo cặp.
  • Phân tích phân bố không gian của loài Nhò vàng theo các giai đoạn sống.

Các chỉ số đa dạng sinh học và cấu trúc lâm phần được tính toán theo các công thức chuẩn như chỉ số Shannon – Weiner, Simpson, Margalef và Pielou để đánh giá mức độ phong phú và đồng đều của quần xã cây gỗ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Cấu trúc lâm phần và thành phần loài:

    • OTC1 có mật độ Nhò vàng cao nhất với 483 cây/ha, OTC2 là 392 cây/ha, OTC3 thấp nhất với 388 cây/ha (quy đổi từ 194 cây/0,5 ha).
    • Nhò vàng là loài chịu bóng, phân bố ở tầng dưới tán, cùng với các loài như Cà lồ (ưa sáng, mọc nhanh), Nang trứng, Vàng anh, Đa lá lệch và Cựa gà tạo thành nhóm loài ưu thế với tổng chỉ số IV% từ 45,62% đến 61,13% tùy từng OTC.
    • Tổng số loài cây gỗ trong ba ô tiêu chuẩn là 158 loài, với OTC2 có độ phong phú cao nhất (91 loài), OTC1 có 40 loài và OTC3 có 27 loài.

  2. Đa dạng sinh học:

    • Chỉ số Shannon – Weiner (H’) dao động từ 0,869 (OTC1) đến 1,417 (OTC2), chỉ số Simpson (D) từ 0,474 đến 0,708, chỉ số Margalef (d) từ 26,61 đến 90,666, cho thấy OTC2 có tính đa dạng và phong phú loài cao nhất.
    • Chỉ số Pielou (J’) cho thấy sự đồng đều về số lượng cá thể giữa các loài thấp, dao động từ 0,163 đến 0,243, phản ánh sự phân bố không đồng đều trong quần xã.

  3. Mô hình phân bố không gian:

    • Cây thành thục (dbh ≥ 15 cm) có xu hướng phân bố cụm ở khoảng cách dưới 5-10 m, sau đó phân bố ngẫu nhiên ở khoảng cách lớn hơn, cho thấy môi trường sống tương đối đồng nhất.
    • Nhò vàng có phân bố kiểu cụm ở OTC2 và OTC3, trong khi ở OTC1 có phân bố đều ở khoảng cách 0-2 m và cụm ở khoảng cách 4-6 m. Các loài khác như Nang trứng và Cà lồ có kiểu phân bố ngẫu nhiên hoặc cụm tùy OTC.

  4. Quan hệ không gian giữa các loài:

    • Tại OTC1, các loài Nhò vàng, Nang trứng và Cà lồ có quan hệ độc lập.
    • Tại OTC2, Nhò vàng có quan hệ cạnh tranh với Nang trứng, Đa lá lệch và Cà lồ, trong khi Đa lá lệch và Cà lồ có quan hệ tương hỗ.
    • Tại OTC3, Nhò vàng cạnh tranh với Cựa gà, các cặp loài còn lại độc lập.

  5. Phân bố không gian theo giai đoạn sống của Nhò vàng:

    • Ở OTC1, cây non và cây sào phân bố cụm, cây thành thục phân bố đều, phản ánh quá trình cạnh tranh không gian trong phát triển.
    • Ở OTC2 và OTC3, cả ba giai đoạn sống đều phân bố cụm, mật độ giảm theo khoảng cách và tuổi cây.
    • Quan hệ không gian giữa các giai đoạn sống cho thấy cây non và cây sào phân bố cụm độc lập với cây thành thục trong phạm vi khoảng 10 m.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy cấu trúc rừng thứ sinh tại Vườn quốc gia Cúc Phương có sự đa dạng về thành phần loài và mô hình phân bố không gian, phản ánh ảnh hưởng của các quá trình sinh thái như cạnh tranh, phát tán hạt và môi trường sống không đồng nhất. Mô hình phân bố cụm của Nhò vàng và các loài khác phù hợp với các nghiên cứu sinh thái thực vật nhiệt đới, cho thấy sự phân bố không ngẫu nhiên do ảnh hưởng của cạnh tranh và điều kiện môi trường.

Sự khác biệt về mô hình phân bố giữa các OTC phản ánh mức độ tác động và phục hồi của rừng thứ sinh, trong đó OTC2 có đa dạng sinh học và mật độ cây cao nhất, đồng thời có nhiều quan hệ cạnh tranh và tương hỗ phức tạp hơn. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về cấu trúc rừng nhiệt đới và mô hình điểm không gian.

Việc phân tích quan hệ không gian giữa các giai đoạn sống của Nhò vàng cung cấp bằng chứng về quá trình cạnh tranh không gian trong phát triển cá thể, đồng thời cho thấy sự phân bố độc lập giữa các giai đoạn sống trong phạm vi gần, điều này có ý nghĩa trong việc dự báo sự phát triển và tái sinh của loài.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố số cây theo đường kính, bản đồ phân bố không gian của các loài trong ô tiêu chuẩn, và các đồ thị hàm tương quan theo cặp để minh họa mô hình phân bố và quan hệ không gian.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bảo tồn và phục hồi loài Nhò vàng:

    • Thực hiện các biện pháp bảo vệ quần thể Nhò vàng tại các trạng thái rừng thứ sinh, đặc biệt là ở các khu vực có mật độ thấp.
    • Thời gian thực hiện: 1-3 năm; Chủ thể: Ban quản lý Vườn quốc gia Cúc Phương phối hợp với các tổ chức nghiên cứu.

  2. Quản lý đa dạng sinh học và cấu trúc rừng:

    • Áp dụng các kỹ thuật quản lý rừng nhằm duy trì và tăng cường đa dạng loài, đặc biệt chú trọng đến các loài ưu thế và các loài có vai trò sinh thái quan trọng.
    • Thời gian: liên tục; Chủ thể: Ban quản lý rừng và cộng đồng địa phương.

  3. Nâng cao nhận thức và đào tạo cộng đồng:

    • Tổ chức các chương trình tuyên truyền, đào tạo về vai trò của rừng và các loài cây đặc hữu như Nhò vàng nhằm giảm áp lực khai thác và phá hoại rừng.
    • Thời gian: 6-12 tháng; Chủ thể: Ban quản lý Vườn, các tổ chức phi chính phủ và chính quyền địa phương.

  4. Ứng dụng phân tích mô hình không gian trong quản lý rừng:

    • Sử dụng các phương pháp phân tích mô hình điểm không gian để theo dõi biến động quần thể cây rừng, đánh giá hiệu quả các biện pháp quản lý và dự báo xu hướng phát triển rừng.
    • Thời gian: dài hạn; Chủ thể: Các viện nghiên cứu, trường đại học và Ban quản lý Vườn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý rừng và bảo tồn thiên nhiên:

    • Lợi ích: Áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các kế hoạch bảo tồn và phục hồi rừng hiệu quả, đặc biệt với các loài cây đặc hữu như Nhò vàng.
    • Use case: Thiết kế các khu vực bảo vệ ưu tiên dựa trên mô hình phân bố không gian.

  2. Nhà nghiên cứu sinh thái và lâm nghiệp:

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp phân tích mô hình điểm không gian và các chỉ số đa dạng sinh học trong nghiên cứu cấu trúc rừng nhiệt đới.
    • Use case: Phát triển các nghiên cứu tiếp theo về tương tác loài và mô hình sinh thái.

  3. Cộng đồng địa phương và tổ chức phi chính phủ:

    • Lợi ích: Hiểu rõ vai trò của rừng và các loài cây trong hệ sinh thái, từ đó tham gia tích cực vào công tác bảo vệ và phát triển rừng bền vững.
    • Use case: Tham gia các chương trình giáo dục môi trường và quản lý tài nguyên rừng.

  4. Sinh viên và học viên cao học ngành lâm nghiệp, sinh thái học:

    • Lợi ích: Học tập các phương pháp nghiên cứu thực địa, phân tích dữ liệu không gian và áp dụng lý thuyết sinh thái trong thực tế.
    • Use case: Tham khảo làm tài liệu học tập và nghiên cứu luận văn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình phân bố không gian của cây rừng là gì?
    Mô hình phân bố không gian mô tả cách các cá thể cây được sắp xếp trong không gian, có thể là phân bố cụm, ngẫu nhiên hoặc đều. Ví dụ, Nhò vàng ở Cúc Phương có phân bố cụm ở nhiều trạng thái rừng, phản ánh ảnh hưởng của cạnh tranh và môi trường sống.

  2. Tại sao nghiên cứu quan hệ không gian giữa các loài cây lại quan trọng?
    Quan hệ không gian giúp hiểu cách các loài tương tác, cạnh tranh hoặc hỗ trợ nhau, từ đó dự báo sự phát triển quần thể và quản lý rừng hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy Nhò vàng có quan hệ cạnh tranh với một số loài khác trong rừng thứ sinh.

  3. Các chỉ số đa dạng sinh học được sử dụng để làm gì?
    Các chỉ số như Shannon – Weiner, Simpson, Margalef và Pielou đo lường mức độ phong phú, đồng đều và đa dạng của quần xã cây, giúp đánh giá sức khỏe và sự ổn định của hệ sinh thái rừng.

  4. Phương pháp Monte Carlo được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    Monte Carlo được sử dụng để mô phỏng các mô hình điểm không gian và xây dựng khoảng tin cậy 95%, giúp kiểm định giả thuyết về mô hình phân bố và quan hệ không gian giữa các loài cây.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý rừng thực tế?
    Kết quả cung cấp thông tin về cấu trúc và phân bố loài, giúp xác định các khu vực ưu tiên bảo tồn, điều chỉnh phương pháp quản lý để duy trì đa dạng sinh học và phục hồi rừng thứ sinh hiệu quả.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định được cấu trúc lâm phần và mô hình phân bố không gian của loài Nhò vàng tại ba trạng thái rừng thứ sinh ở Vườn quốc gia Cúc Phương.
  • Nhò vàng là loài cây chịu bóng, phân bố chủ yếu ở tầng dưới tán, có mô hình phân bố cụm hoặc đều tùy trạng thái rừng và giai đoạn sống.
  • Các loài cây ưu thế khác như Cà lồ, Nang trứng, Vàng anh cũng đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc rừng và có quan hệ không gian đa dạng với Nhò vàng.
  • Phân tích mô hình điểm không gian và các chỉ số đa dạng sinh học cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, bảo tồn và phục hồi rừng thứ sinh tại Cúc Phương.
  • Đề xuất các giải pháp bảo tồn, quản lý đa dạng sinh học, nâng cao nhận thức cộng đồng và ứng dụng kỹ thuật phân tích không gian trong quản lý rừng là bước tiếp theo cần triển khai.

Các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng địa phương cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, góp phần bảo vệ và phát triển bền vững hệ sinh thái rừng Cúc Phương trong tương lai.