Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Biến đổi môi trường nói chung và biến đổi khí hậu nói riêng đang đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với hệ sinh thái toàn cầu và an ninh lương thực. Sự gia tăng nhiệt độ, hạn hán kéo dài và các hiện tượng thời tiết cực đoan tác động trực tiếp đến năng suất cây trồng và sản xuất nông nghiệp. Đối với hệ sinh thái đồng ruộng, nhiệt độ và lượng mưa là các yếu tố khí hậu chi phối mạnh mẽ đến sự phát triển, sinh sản, khả năng sống sót và phát tán của các loài côn trùng, bao gồm các bộ Cánh cứng (Coleoptera), bộ Hai cánh (Diptera) cùng nhiều nhóm côn trùng bay và côn trùng đất (ong, bọ rùa, châu chấu, bọ xít, ruồi, dế). Côn trùng là sinh vật biến nhiệt (cold-blooded organisms), do đó nhiệt độ cơ thể và hoạt động sinh lý của chúng phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ môi trường xung quanh. Sự biến động nhiệt độ có thể làm thay đổi cấu trúc quần thể, vòng đời và phân bố của các loài côn trùng gây hại cũng như thiên địch của chúng.

Đề tài khóa luận tốt nghiệp cử nhân "Modeling of Insect Biodiversity and Population Dynamic on Vegetable Crops under Temperature Fluctuation" (Mô hình hóa đa dạng sinh học và động lực quần thể côn trùng trên cây rau màu dưới sự dao động nhiệt độ) được thực hiện bởi sinh viên Trần Văn Nam (Mã sinh viên: DTN1053180074), ngành Khoa học và Quản lý Môi trường, Chương trình Tiên tiến Khóa 42 (K42 - AEP), Trung tâm Đào tạo và Phát triển Quốc tế, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên. Nghiên cứu nằm trong khuôn khổ chương trình trao đổi sinh viên quốc tế ASEAN International Mobility for Students (AIMS) và dự án "Insect Biodiversity and Climate Change" do Tiến sĩ Arinafril (Trưởng Phòng Thí nghiệm Độc học Thuốc bảo vệ thực vật, Khoa Nông nghiệp, Đại học Sriwijaya, Indonesia) chủ trì, cùng sự đồng hướng dẫn của Tiến sĩ Hồ Ngọc Sơn (Phó Trưởng Khoa Lâm nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên).

Mục tiêu và câu hỏi nghiên cứu được xác định cụ thể như sau:

  • Mục tiêu nghiên cứu:
    1. Xác định tác động trực tiếp và gián tiếp của biến đổi môi trường (đặc biệt là dao động nhiệt độ) đến tính đa dạng sinh học và động lực học quần thể côn trùng trên các loại cây rau màu.
    2. Xây dựng mô hình mô phỏng nhằm dự đoán xu hướng biến động số lượng cá thể, tỷ lệ sinh sản và tỷ lệ tử vong của quần thể côn trùng dưới các kịch bản nhiệt độ khác nhau.
    3. Cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học hỗ trợ các nhà giáo dục và quản lý môi trường trong việc thiết kế chương trình đào tạo và đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu đối với nông nghiệp.
  • Câu hỏi nghiên cứu:
    1. Biến đổi môi trường tác động như thế nào và gây ra những ảnh hưởng gì đối với quần thể đa dạng sinh học côn trùng?
    2. Động lực học của quần thể côn trùng diễn biến ra sao dưới sự thay đổi của điều kiện môi trường?
    3. Mối quan hệ tương tác cụ thể giữa các yếu tố môi trường (nhiệt độ) và côn trùng là gì?
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu: Các loài côn trùng bay (flying insects) và côn trùng đất (soil insects) xuất hiện trên 4 loại cây rau màu (cà tím, dưa chuột, đậu cove, ớt).
    • Phạm vi không gian: 4 nông trại trồng rau tại tỉnh Nam Sumatra (South Sumatra Province), Indonesia; bao gồm 3 nông trại tại thành phố Palembang (Sangkuriang Saka, Kenten Ashar, Kenten Sukamaju) và 1 nông trại tại khuôn viên Đại học Sriwijaya ở Indralaya (cách Palembang 32 km). Mỗi điểm khảo sát có diện tích tối thiểu 100 m² (10m x 10m).
    • Phạm vi thời gian: Khảo sát thực địa và lấy mẫu được tiến hành từ tháng 9/2014 đến tháng 12/2014, với 4 đợt quan sát định kỳ vào các ngày cuối tuần (27/09/2014, 04/10/2014, 11/10/2014 và 18/10/2014).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận kết hợp cơ sở lý thuyết sinh thái học côn trùng với phương pháp điều tra thực địa và mô hình hóa động lực học hệ thống trên máy tính.

Cơ sở lý thuyết

  • Phân bố và phản ứng sinh lý của côn trùng với biến đổi nhiệt độ: Côn trùng chiếm hơn một nửa tổng số loài sinh vật sống đã được mô tả trên Trái Đất (khoảng 1 triệu loài và ước tính từ 6 đến 10 triệu loài tồn tại). Sự phân bố của côn trùng bị giới hạn bởi các ngưỡng nhiệt độ. Khi nhiệt độ toàn cầu tăng, giới hạn phân bố có xu hướng dịch chuyển về phía các cực và lên các độ cao lớn hơn (Parmesan, 2006; Menéndez, 2007).
  • Tác động trực tiếp và gián tiếp: Tác động trực tiếp thể hiện qua việc nhiệt độ điều hòa tốc độ phát triển, tỷ lệ tử vong, thời gian một thế hệ và khả năng phát tán. Do vòng đời ngắn (khoảng 28 - 32 ngày đối với nhiều loài), khả năng sinh sản cao và tính di động lớn, côn trùng phản ứng rất nhạy với nhiệt độ. Tăng 2ºC có thể khiến côn trùng tăng thêm từ 1 đến 5 vòng đời trong một vụ (Yamamura & Kiritani, 1998). Tác động gián tiếp diễn ra thông qua sự thay đổi chất lượng cây chủ, cấu trúc thảm thực vật và mối quan hệ tương tác giữa côn trùng hại với thiên địch/ký sinh trùng (Bale et al., 2002; Masters et al., 1998).
  • Mô hình hóa động lực học với phần mềm Simile: Simile (phát triển bởi Simulistics) là phần mềm mô phỏng hệ thống động lực học phức hợp trong khoa học môi trường và sự sống, sử dụng công nghệ mô hình hóa khai báo dựa trên logic trực quan (logic-based declarative modelling). Mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa số lượng cá thể côn trùng, tỷ lệ sinh sản (reproduction flow), tỷ lệ tử vong (mortality flow), số lượng cây trồng và biến số nhiệt độ môi trường.

Phương pháp nghiên cứu và thu thập dữ liệu

  • Khảo sát tiền trạm và chọn mẫu: Khảo sát trong 2 ngày tại Palembang và Indralaya, phỏng vấn nông dân để chọn 4 nông trại đáp ứng tiêu chuẩn: diện tích tối thiểu 100 m² (10m x 10m), thời gian canh tác đảm bảo quan sát liên tục tối thiểu 1 tháng không thu hoạch phá hủy ruộng, và tuyệt đối không sử dụng hóa chất hay thuốc bảo vệ thực vật (pesticide-free).
  • Kỹ thuật thu thập mẫu côn trùng bay: Sử dụng vợt bắt côn trùng (insect net) làm từ lưới nhẹ nhằm hạn chế làm hỏng cánh các loài cánh vảy, cánh màng. Kỹ thuật vợt quét được thực hiện bằng cách di chuyển tịnh tiến dọc theo hàng cây, vung lưới qua lại tạo thành quỹ đạo hình số 8 nông (shallow figure-eight patterns) quét mạnh qua ngọn cây và cỏ, sau đó lật nhanh miệng vợt để nhốt mẫu vào hộp đựng hình trụ có nắp.
  • Kỹ thuật thu thập mẫu côn trùng đất: Áp dụng phương pháp khung ngập nước (flooding square) nhập khẩu từ Đức. Thiết bị là khối hộp kim loại rỗng hai đầu, kích thước 60 cm x 60 cm x 20 cm. Khung được ấn sâu 10 cm xuống đất và để nhô 10 cm trên mặt đất tại 4 điểm đại diện cho mỗi nông trại. Sau đó, đổ ngập nước vào khung để côn trùng trong đất bò lên mặt đất; người thu mẫu gom côn trùng cho vào hộp chứa cồn để bảo quản và cố định hình thái mà không làm tổn hại đến đất hay rễ cây.
  • Kỹ thuật định danh hình thái: Mẫu vật được đưa về Phòng Thí nghiệm Độc học Thuốc bảo vệ thực vật (Khoa Nông nghiệp, Đại học Sriwijaya). Sử dụng kính hiển vi quang học gắn thiết bị truyền hình ảnh kỹ thuật số Optilab kết nối máy tính. Quy trình định danh dựa trên các đặc điểm hình thái: số lượng chân (côn trùng có 6 chân, phân biệt với nhện có 8 chân), sự hiện diện của cánh, cấu tạo râu đầu và màu sắc cơ thể, đối chiếu với khóa định danh trong tài liệu "INSECT and SPIDERS" (Pocket Nature).
  • Nguồn dữ liệu khí tượng: Số liệu nhiệt độ thực tế tại điểm Indralaya do Trạm Khí tượng Đại học Sriwijaya (Weather Station at Sriwijaya University) cung cấp. Số liệu nhiệt độ cho 3 điểm tại Palembang do Cơ quan Khí tượng, Khí hậu và Địa vật lý Indonesia (Indonesian Agency for Climatology, Meteorology and Geophysics - BMKG) chi nhánh Palembang cung cấp.
  • Xử lý số liệu và mô phỏng: Sử dụng Microsoft Excel để thống kê, tính toán tổng số loài và cá thể; sử dụng phần mềm Simile để thiết lập các ngăn chứa (compartments), dòng chảy (flows) và biến số (variables), chạy mô phỏng động lực học quần thể trong chu kỳ 25 ngày theo từng kịch bản nhiệt độ.

Nội dung chính theo từng chương

PART I: INTRODUCTION (Mở đầu)

Chương I trình bày tính cấp thiết của vấn đề biến đổi môi trường và khí hậu toàn cầu, nhấn mạnh sự gia tăng nhiệt độ, hạn hán và lũ lụt đe dọa trực tiếp đến nông nghiệp và an ninh lương thực thế giới. Tác giả chỉ ra rằng nhiệt độ và lượng mưa tác động sâu sắc đến các bộ côn trùng hại cây trồng. Do có vòng đời ngắn, khả năng sinh sản cao và độ linh động lớn, côn trùng phản ứng rất nhanh với sự ấm lên toàn cầu, từ đó mở rộng vùng phân bố về phía các cực. Chương này công bố mục tiêu nghiên cứu, 3 câu hỏi nghiên cứu trọng tâm và đối tượng nghiên cứu của khóa luận.

PART II: LITERATURE REVIEW (Tổng quan tài liệu)

Chương II hệ thống hóa các nghiên cứu quốc tế về mối quan hệ giữa biến đổi môi trường và côn trùng qua 5 nội dung chính:

  • The distribution of insects (Sự phân bố của côn trùng): Phân tích sự phong phú của côn trùng với hơn 1 triệu loài đã mô tả và xu hướng dịch chuyển vùng phân bố lên vĩ độ cao và độ cao lớn hơn do nhiệt độ tăng (Parmesan, 2006; Menéndez, 2007).
  • Direct effects of environment change on insects herbivores (Tác động trực tiếp của biến đổi môi trường lên côn trùng ăn thực vật): Phân tích các thông số phi sinh học tác động lên tốc độ phát triển, tỷ lệ sống sót và phát tán, đặc biệt là nhóm côn trùng chích hút Auchenorrhyncha (Bale et al., 2002; Price et al., 1980).
  • The relationship between changing temperature and insects (Mối quan hệ giữa biến đổi nhiệt độ và côn trùng): Đánh giá tác động của nhiệt độ đến trao đổi chất, khả năng sinh sản, sự biến đổi quan hệ giữa cây chủ - sâu hại - thiên địch/ký sinh (Dukes et al., 2009; Masters et al., 1998; Dale et al., 2001).
  • Insect population under temperature fluctuation (Quần thể côn trùng dưới sự dao động nhiệt độ): Phân tích vòng đời điển hình 28 - 32 ngày của côn trùng; cơ chế chết nhanh trong 2 tuần đầu nếu nhiệt độ quá cao; tác động của việc tăng 0,6ºC toàn cầu và khả năng tăng thêm từ 1 - 5 thế hệ mỗi vụ khi nhiệt độ tăng 2ºC (Yamamura & Kiritani, 1998; Harrington et al., 2001).
  • Simile program/Software (Phần mềm Simile): Giới thiệu cấu trúc, tính năng mô hình hóa khai báo trực quan của phần mềm Simile trong mô phỏng hệ sinh thái và động lực học quần thể.

PART III: METHODS (Phương pháp nghiên cứu)

Chương III mô tả chi tiết phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

  • Tổng quan và lựa chọn địa điểm: Khảo sát tại 4 nông trại rau (100 m²/trại) ở Palembang và Indralaya. Đặc điểm nông học của 4 điểm khảo sát gồm:
    1. Sangkuriang, Saka: Trồng Cà tím (Eggplant) - 20 cây/15 hàng; đất mặt và nền cứng, đất luống tảng to, không tơi xốp, ẩm độ và dinh dưỡng thấp, gần nhà dân.
    2. Kenten, Ashar: Trồng Dưa chuột (Cucumber) - 40 cây/10 hàng; mặt đất cứng, đất luống tơi xốp, ẩm độ và dinh dưỡng thấp, gần nhà dân.
    3. Kenten Sukamaju: Trồng Đậu cove (Green bean) - 40 cây/20 hàng; mặt đất cứng, đất luống xốp, độ ẩm và dinh dưỡng phù hợp, vùng đất cao xa khu dân cư.
    4. Indralaya Campus: Trồng Ớt (Chili) - 20 cây/10 hàng; đất mặt cứng, luống đất lẫn đá và sỏi, dinh dưỡng rất thấp, gần nhà dân, cách Palembang 32 km.
  • Thiết bị và dụng cụ: Vợt bắt côn trùng bay, khung ngập nước kim loại (60 cm x 60 cm x 20 cm), hộp bảo quản hình trụ có nắp, kính hiển vi, thiết bị Optilab truyền hình ảnh sang máy tính, sách định danh "INSECT and SPIDERS".
  • Kỹ thuật thu mẫu và định danh: Quy trình vợt hình số 8 nông; quy trình đặt khung ngập nước chôn sâu 10 cm, đổ ngập nước và dùng cồn cố định mẫu; quy trình đếm số chân (6 chân), kiểm tra cánh, râu đầu và so sánh màu sắc để loại bỏ các sinh vật không phải côn trùng (non-insects như nhện 8 chân, rết).
  • Phân tích dữ liệu: Nhập dữ liệu thời tiết và số lượng loài vào Microsoft Excel, thiết lập sơ đồ biến số và chạy mô hình mô phỏng 25 ngày trên Simile.

PART IV: RESULTS (Kết quả nghiên cứu)

Chương IV trình bày các phát hiện định lượng và kết quả mô hình hóa:

  • Đa dạng côn trùng: Thu thập và định danh được tổng cộng 75 loài côn trùng trên toàn bộ khu vực nghiên cứu, bao gồm 68 loài côn trùng bay (thuộc các họ châu chấu, ong, ruồi, bọ cánh cứng, bọ rùa, kiến) và 7 loài côn trùng đất (như dế, tò vò cát). Các loài không phải côn trùng (nhện, rết) đã được tách riêng và loại khỏi phân tích.
  • Đa dạng sinh học theo đợt quan sát: Phân tích số lượng loài ghi nhận tại 4 đợt khảo sát gắn với diễn biến nhiệt độ thực tế tại từng nông trại.
  • Mô hình hóa động lực học quần thể trên Simile: Thiết lập sơ đồ tương quan giữa số lượng côn trùng, tỷ lệ sinh sản, tỷ lệ tử vong, số lượng cây trồng và nhiệt độ. Kết quả mô phỏng chu kỳ 25 ngày cho thấy dưới tác động của nhiệt độ ổn định ở mức cao (từ 28ºC đến 35ºC), tỷ lệ sinh sản của côn trùng giảm mạnh về gần 0 trong 7 - 11 ngày đầu; tỷ lệ tử vong luôn duy trì ở mức cao hơn tỷ lệ sinh sản trong các ngày đầu, dẫn đến số lượng cá thể côn trùng suy giảm nhanh chóng và chạm đáy 0 vào khoảng ngày thứ 9 đến ngày thứ 25 của chu kỳ mô phỏng.

PART V: DISCUSSIONS AND CONCLUSIONS (Thảo luận và Kết luận)

Chương V thảo luận về các kết quả đạt được và các hạn chế thực tế:

  • Điều kiện hạn chế: Khó khăn trong việc tìm nông trại không phun thuốc bảo vệ thực vật; sự khác biệt về thời gian hoạt động của các nhóm côn trùng (nhóm bắt mồi hoạt động mạnh vào giữa trưa; nhóm thích bóng tối và côn trùng đất hoạt động ban đêm hoặc ẩn sâu) dẫn đến việc phải lấy mẫu vào các thời điểm khác nhau giữa các địa điểm.
  • Tác động hai chiều của nhiệt độ: Nhiệt độ ấm lên vừa có thể làm tăng quần thể sâu hại thông qua việc rút ngắn vòng đời và mở rộng vùng phân bố; nhưng cũng có thể làm suy giảm quần thể sâu hại (như quan sát thấy trên ruộng đậu cove) do vượt quá ngưỡng nhiệt tối ưu, hoặc do nhiệt độ cao làm giảm năng suất cây trồng khiến nông dân bỏ bê chăm sóc, làm mất nguồn thức ăn của sâu hại chuyên tính (như mọt đậu, giòi đục hạt).
  • Kết luận: Khẳng định nhiệt độ là động lực chính chi phối tỷ lệ sống sót, phát triển và động lực quần thể côn trùng. Đề xuất cần tiếp tục nghiên cứu hệ thống hóa các loài sâu hại chính/phụ và hoàn thiện mô hình Simile phục vụ dự báo nông nghiệp.

Kết quả và đóng góp

Số liệu thực nghiệm tổng hợp

Dưới đây là bảng tổng hợp số liệu nhiệt độ thực tế đo đạc tại 2 khu vực địa lý (Palembang và Indralaya) qua 4 đợt quan sát thực địa:

Đợt quan sát Ngày thu mẫu Nhiệt độ Palembang (8:00 AM) Nhiệt độ Palembang (1:00 PM) Nhiệt độ Indralaya (8:00 AM) Nhiệt độ Indralaya (1:00 PM)
Đợt 1 27/09/2014 22ºC 32ºC 25ºC 34ºC
Đợt 2 04/10/2014 23ºC 34ºC 24ºC 35ºC
Đợt 3 11/10/2014 23ºC 35ºC 24ºC 25ºC
Đợt 4 18/10/2014 24ºC 34ºC 21ºC 33ºC

Bảng tổng hợp sự biến động về số lượng loài côn trùng ghi nhận tại 4 nông trại tương ứng với nhiệt độ tại thời điểm quan sát:

Điểm nghiên cứu / Cây trồng Đợt 1 (27/09) Đợt 2 (04/10) Đợt 3 (11/10) Đợt 4 (18/10)
Sangkuriang, Saka (Cà tím) 30 loài (ở 32ºC) 40 loài (ở 34ºC) 43 loài (ở 35ºC) 40 loài (ở 34ºC)
Kenten, Ashar (Dưa chuột) 20 loài (ở 32ºC) 28 loài (ở 34ºC) 25 loài (ở 35ºC) 19 loài (ở 34ºC)
Kenten Sukamaju (Đậu cove) 24 loài (ở 32ºC) 25 loài (ở 34ºC) 24 loài (ở 35ºC) 21 loài (ở 34ºC)
Indralaya Campus (Ớt) 30 loài (ở 25ºC) 38 loài (ở 24ºC) 27 loài (ở 24ºC) 31 loài (ở 21ºC)
Tổng số loài ghi nhận 56 loài 63 loài 71 loài 65 loài

Đặc điểm so sánh điều kiện thổ nhưỡng và canh tác tại 4 địa điểm nghiên cứu:

Địa điểm Cây trồng Quy mô mẫu Đặc điểm đất mặt Đất luống canh tác Độ ẩm & Dinh dưỡng Vị trí địa lý
Sangkuriang, Saka Cà tím 20 cây / 15 hàng Đất rất cứng Tảng to, không tơi xốp Ẩm độ thấp, dinh dưỡng thấp Vườn hộ gia đình (Palembang)
Kenten, Ashar Dưa chuột 40 cây / 10 hàng Mặt đất cứng Tơi xốp Ẩm độ thấp, dinh dưỡng thấp Gần khu dân cư (Palembang)
Kenten Sukamaju Đậu cove 40 cây / 20 hàng Mặt đất cứng Tơi xốp Ẩm độ phù hợp, dinh dưỡng tốt Vùng đất cao, xa dân cư (Palembang)
Indralaya Campus Ớt 20 cây / 10 hàng Đất cứng Không xốp, lẫn đá và sỏi Dinh dưỡng rất thấp Gần khu dân cư (Indralaya, cách 32 km)

Đóng góp của nghiên cứu

  1. Đóng góp về mặt dữ liệu thực nghiệm: Cung cấp bộ dữ liệu thực địa chi tiết về thành phần 75 loài côn trùng (68 loài bay, 7 loài đất) trên 4 vùng canh tác rau màu đặc trưng tại tỉnh Nam Sumatra, Indonesia trong điều kiện hoàn toàn không xử lý hóa chất bảo vệ thực vật.
  2. Đóng góp về phương pháp tiếp cận: Ứng dụng thành công kỹ thuật thu mẫu đất không phá hủy môi trường (flooding square) kết hợp công cụ định danh hình thái số qua thiết bị Optilab và phần mềm mô hình hóa hệ thống động lực học Simile.
  3. Đóng góp về mặt lý luận và ứng dụng: Làm sáng tỏ tác động hai chiều của nhiệt độ đối với động lực học quần thể côn trùng hại và thiên địch; cung cấp tài liệu tham khảo cho công tác xây dựng chương trình giảng dạy về quản lý môi trường và thích ứng biến đổi khí hậu trong nông nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được tác giả chỉ ra trong văn bản:
    • Hạn chế về tìm kiếm địa điểm: Khó khăn trong việc tìm các nông trại đáp ứng đồng thời tiêu chí đa dạng cây trồng, vị trí địa lý khác biệt và chủ trang trại cam kết không phun thuốc trừ sâu trong suốt thời gian theo dõi.
    • Hạn chế về tính đồng thời khi lấy mẫu: Do khoảng cách địa lý (Indralaya cách Palembang 32 km) và đặc tính sinh học khác nhau của các nhóm côn trùng (côn trùng bắt mồi hoạt động mạnh vào giữa trưa, côn trùng đất và bóng tối hoạt động ban đêm), tác giả phải tiến hành quan sát vào các thời điểm khác nhau (buổi sáng tại Indralaya và buổi chiều tại Palembang), điều này có thể tạo ra sai số nhất định đối với số liệu ghi nhận.
    • Giới hạn trong thiết kế mô hình: Mô phỏng Simile trong 25 ngày chủ yếu xem xét biến số nhiệt độ ổn định theo từng quan sát mà chưa tích hợp đầy đủ các yếu tố tương tác phức hợp khác như lượng mưa, ẩm độ thực tế và tác động của thiên địch/ký sinh trùng trong tự nhiên.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Triển khai các nghiên cứu điều tra có chiều sâu và dài hạn hơn nhằm tài liệu hóa một cách có hệ thống cả nhóm sâu hại chính và phụ.
    • Nâng cấp và phát triển các mô hình dự báo sinh thái trên phần mềm Simile với nhiều biến số khí hậu tích hợp.
    • Nghiên cứu sự thích nghi tiến hóa (evolutionary adaptation) của các loài côn trùng dưới các điều kiện môi trường bị biến đổi.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên cao học các ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Bảo vệ Thực vật, Côn trùng học và Nông học đang tìm kiếm phương pháp kết hợp giữa khảo sát thực địa sinh thái với mô hình hóa động lực học.
  • Nhà nghiên cứu sinh thái học nông nghiệp: Tham khảo quy trình thu thập côn trùng đất bằng kỹ thuật ngập nước (flooding square) không xâm lấn và quy trình định danh mẫu vật qua kính hiển vi gắn Optilab.
  • Nhà phân tích và mô phỏng hệ sinh thái: Tham khảo cấu trúc thiết lập ngăn chứa, luồng chu chuyển và phương pháp phân tích độ nhạy nhiệt độ trên phần mềm Simile.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận đã tiến hành khảo sát trên những loại cây trồng nào và tại những địa điểm cụ thể nào?

Nghiên cứu được thực hiện tại 4 nông trại rau màu thuộc tỉnh Nam Sumatra, Indonesia:

  • Cà tím (Solanum melongena) tại Sangkuriang, Saka (Palembang).
  • Dưa chuột (Cucumis sativus) tại Kenten, Ashar (Palembang).
  • Đậu cove (Phaseolus vulgaris) tại Kenten Sukamaju (Palembang).
  • Ớt (Capsicum annuum) tại khuôn viên Đại học Sriwijaya, Indralaya (cách Palembang 32 km).

2. Tổng số loài côn trùng thu thập được trong nghiên cứu là bao nhiêu và phân chia theo môi trường sống như thế nào?

Tổng cộng có 75 loài côn trùng được thu thập và định danh, bao gồm:

  • 68 loài côn trùng bay (như châu chấu, các họ ong, các họ ruồi, các họ bọ cánh cứng, bọ rùa, kiến).
  • 7 loài côn trùng đất (như dế, tò vò cát). Các sinh vật không thuộc lớp côn trùng thu được trong quá trình khảo sát (như nhện, rết) đã được tác giả phân loại và loại bỏ khỏi tập dữ liệu phân tích côn trùng.

3. Phương pháp thu thập côn trùng đất "flooding square" được thực hiện với các thông số kỹ thuật nào?

Kỹ thuật "flooding square" (nhập khẩu từ Đức) sử dụng một khung thép hình hộp rỗng hai đầu có kích thước chiều dài 60 cm, chiều rộng 60 cm và chiều cao 20 cm. Khung được cắm sâu 10 cm vào đất (nhô 10 cm trên mặt đất) tại tối thiểu 4 điểm đại diện cho mỗi nông trại. Sau đó đổ đầy nước vào khung để côn trùng đất tự bò lên mặt đất và thu mẫu vào hộp chứa cồn. Phương pháp này giúp thu triệt để côn trùng đất mà không cần đào xới làm hư hại đất và cây trồng.

4. Phần mềm Simile được tác giả sử dụng nhằm mục đích gì trong khóa luận?

Phần mềm Simile (hãng Simulistics) được sử dụng để xây dựng mô hình dự báo động lực học quần thể côn trùng trong chu kỳ 25 ngày. Mô hình kết nối các biến số: số lượng cá thể côn trùng, tỷ lệ sinh sản (reproduction rate), tỷ lệ tử vong (mortality rate), số lượng cây trồng và biến số nhiệt độ môi trường, từ đó mô phỏng xu hướng suy giảm hoặc biến động của quần thể dưới tác động của nhiệt độ.

5. Kết quả số lượng loài côn trùng biến động như thế nào qua 4 đợt quan sát thực tế tại các nông trại?

Số lượng loài côn trùng biến thiên theo nhiệt độ và thời gian quan sát:

  • Đợt 1 (27/09/2014): Ghi nhận 56 loài (Cà tím: 30 loài ở 32ºC; Dưa chuột: 20 loài ở 32ºC; Đậu cove: 24 loài ở 32ºC; Ớt: 30 loài ở 25ºC).
  • Đợt 2 (04/10/2014): Tăng lên 63 loài (Cà tím: 40 loài ở 34ºC; Dưa chuột: 28 loài ở 34ºC; Đậu cove: 25 loài ở 34ºC; Ớt: 38 loài ở 24ºC).
  • Đợt 3 (11/10/2014): Đạt đỉnh 71 loài (Cà tím: 43 loài ở 35ºC; Dưa chuột: 25 loài ở 35ºC; Đậu cove: 24 loài ở 35ºC; Ớt: 27 loài ở 24ºC).
  • Đợt 4 (18/10/2014): Giảm xuống 65 loài (Cà tím: 40 loài ở 34ºC; Dưa chuột: 19 loài ở 34ºC; Đậu cove: 21 loài ở 34ºC; Ớt: 31 loài ở 21ºC).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp cử nhân của tác giả Trần Văn Nam đã làm rõ mối quan hệ định lượng giữa sự dao động nhiệt độ và tính đa dạng sinh học cũng như động lực học quần thể côn trùng trên 4 loại cây rau màu tại Nam Sumatra, Indonesia. Thông qua việc thu thập 75 loài côn trùng thực tế và mô phỏng trên phần mềm Simile, nghiên cứu chứng minh nhiệt độ là yếu tố sinh thái chi phối trực tiếp tỷ lệ sinh sản, tỷ lệ tử vong và quy mô quần thể côn trùng đồng ruộng. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm giá trị và minh chứng cho tính ứng dụng của phương pháp mô hình hóa động lực học trong quản lý môi trường nông nghiệp trước thách thức của biến đổi khí hậu.