CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Phân bố và đặc điểm của HST núi đá vôi Hệ sinh thái (HST) núi đá vôi (hay còn gọi là Karst) là một cảnh quan đặc biệt được hình thành bởi sự hòa tan cacbonat, chiếm 12% diện tích đất toàn cầu và bao phủ khoảng 20% diện tích đất không có băng khô của Trái đất (Hình 1.
Nhìn chung, có khoảng 800.000 km2 diện tích núi đá vôi ở nhiệt đới Đông Nam Á và Nam Trung Quốc (Williams, 2008) [145] và khu vực này có 8 trong số 47 núi đá vôi được công nhận là bảo tồn di sản thế giới (Williams, 2008) [145]. Các tầng chứa nước núi đá vôi ít nhất là một phần nguồn nước uống cho gần một phần tư dân số thế giới (Ford và Williams, 2007) [101]. Những cảnh quan cacbonat thường xảy ra tình trạng thiếu nước do lượng mưa thay đổi theo mùa đáng kể (Ford và Williams, 2007) [101]. Hơn nữa, cảnh quan núi đá vôi thường được đặc trưng bởi các lớp đất mỏng, khả năng thẩm thấu cao, khả năng giữ nước thấp và đặc biệt dễ bị tổn thương bởi những thay đổi môi trường và tác động của con người do các đặc điểm địa chất thủy văn độc đáo của chúng (Ford và Williams, 2007) [101].
Phân bố địa hình núi đá vôi toàn cầu (màu nâu) cùng với ranh giới các vùng sinh thái trên cạn (màu xanh lá cây) và vùng sinh thái dưới biển (màu xanh dương) “Nguồn: Ford và Williams, 2007” [101] Hệ thống thủy văn, thổ nhưỡng và HST là những yếu tố nhạy cảm nhất trong các 6 khu vực núi đá vôi. Lớp đất ở các khu vực núi đá vôi rất mỏng và tốc độ xói mòn vật lý cao hơn tốc độ hình thành đất (Ford và Williams, 2007 [101]; Gutiérrez cộng sự, 2014 [104]). Một khi đất bị mất đi sẽ rất khó phục hồi. Ngoài ra, việc mất đất làm trầm trọng thêm tình trạng khô hạn núi đá vôi, vì lớp phủ đất là một trong những hồ chứa nước lớn nhất ở các khu vực này.
Các đặc điểm trên là một trong những điểm khác biệt cơ bản giữa tính dễ bị tổn thương của đất ở các khu vực cacbonat và ở các khu vực có các loại đá khác và cũng là lý do giải thích cho các vấn đề liên quan đến sử dụng đất ở các khu vực núi đá vôi (Ford và Williams, 2007) [107]. Đặc điểm hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi Theo Liu và cộng sự (2021) [117], do môi trường đất có chất lượng thấp và giàu canxi, thực vật ở các khu vực núi đá vôi chủ yếu thích nghi với tỷ lệ đá lớn, thường mảnh mai và ưa canxi. Cây sinh trưởng chậm, sự phát triển của thảm thực vật bị hạn chế bởi điều kiện đất và nước; do đó, thảm thực vật ở các khu vực núi đá vôi có mức độ chống chịu thấp và dễ bị tổn thương hơn so với các khu vực khác (Kiew và cộng sự, 2019) [115]. Phân bố các quần thể thực vật theo vị trí địa hình của núi đá vôi (Limestone = đá vôi; Piedmond = chân núi; TDFr = rừng rụng lá nhiêt đới trên bề mặt đá vôi; TDFs = rừng rụng lá nhiệt đới trên tầng đất sâu) “Nguồn: Wang và cộng sự, 2019” [152] Núi đá vôi thường được nhận định như những ốc đảo sinh thái (Hình 1.2) với sự khác biệt rõ rệt so với những hệ thực vật liền kề về thành vật loài, diện mạo và dạng 7 sống (Wang và cộng sự, 2019 [143]).
Lớp đất mỏng và không liên tục là đặc trưng của HST núi đá gắn liền với sự khô hạn và nghèo dinh dưỡng (Wang và cộng sự, 2019 [143]). Hệ thực vật chịu tác động bởi lập địa khô hạn chủ yếu là các loài cây thân thảo, cây gỗ thưa thớt, xương rồng, các loài thực vật chịu hạn, loài hàng năm và thỉnh thoảng có các loài cây ăn thịt là những thành phần đặc trưng của HST núi đá vôi (Makoto và Wilson, 2019 [120]). Mặc dù hệ thực vật núi đá vôi có xu hướng nghèo về thành phần loài nhưng chúng là những HST có tỷ lệ loài đặc hữu cao (Sritharan và cộng sự, 2021 [135]). Các nghiên cứu đặc hữu cổ đại đã ghi nhận tỷ lệ đặc hữu cao vẫn không phải là một đặc trưng bất biến của HST núi đá vôi (Fleischmann và cộng sự, 1996 [100]).
Mặc dù môi trường sinh thái khắc nghiệt, mật độ và đa dạng của các loài một lá mầm tham gia vào HST núi đá là tương đối đáng kể, đặc biệt là các họ Bromeliaceae, Cyperaceae, Orchidaceae, và Poaceae (George và cộng sự, 2023 [103]). Hệ sinh thái thực vật núi đá vôi thường bị bỏ qua dù tính quan trọng về sinh học của nó, điều này được thể hiện bởi tần suất ghi nhận các loài thực vật hiếm và loài mới trên các vùng núi trên thế giới (Porembski và cộng sự, 1998 [125]; Sritharan và cộng sự, 2021 [135]). Ngoài ra, có rất ít nghiên cứu định lượng về cấu trúc của các quần xã này. Hệ thực vật trên núi đá vôi lại là đối tượng nhận được ít quan tâm nhất so với các hệ thực vật trên núi đá granit hay đá gnai (Sritharan và cộng sự, 2021 [135]).
Một trong những vùng rừng núi đá vôi được nghiên cứu nhiều nhất là rừng nhiệt đới tại Xishuangbanna, Trung Quốc. Rừng nguyên sinh tại Xishuangbanna đã được phân thành các kiểu: rừng mưa mùa nhiệt đới, rừng mưa nhiệt đới núi cao, rừng lá rộng thường xanh, rừng nhiệt đới gió mùa trên đá vôi và rừng nhiệt đới ven sông (Chen và cộng sự, 2022 [93]). Trong các kiểu rừng này, rừng nhiệt đới gió mùa trên đá vôi có đa dạng loài thấp nhất. Điều này có thể do điều kiện môi trường cực kỳ khắc nghiệt với tỷ lệ đá lộ đầu lớn, địa hình dốc tạo nên lập địa với tầng đất mỏng, thường xuyên khô hạn theo mùa.
Tổ thành loài tầng cây cao gồm các loài rụng lá vào mùa khô và ra lá mới vào mùa mưa như Garuga pinnata, Tetrameles nudiflora. Các lâm phần thường có 1 - 2 loài ưu thế như Cleistanthus sumatranus và Lasiococca comberi var. Ngoài ra, một trong những đặc trưng của rừng nhiệt đới núi đá vôi đó là các quần xã đơn ưu hay quần hợp với sự ưu thế của 1 - 2 loài cây chiếm 90% tổng số cây của tầng cây cao (van der Velden và cộng sự, 2014) [139]. Hiện tượng quần hợp sinh thái do chỉ một hoặc một số ít loài chiếm ưu thế do thích nghi hoàn toàn với điều kiện môi trường 8 khắc nghiệt của lập địa núi đá vôi cũng tạo nên đặc tính đa dạng loài thấp của loại rừng này (van der Velden và cộng sự, 2014) [139].
Một số loài chiếu ưu thế và gần như thuần loài tại các vùng rừng núi đá vôi đó là: Shorea chinensis tại Xishuangbanna, Gilbertiodendron dewevrei tại Zaire. Các loài ưu thế này thường có mật độ lớn và dạng tán tương tự nhau, điển hình là dạng cây cao, tán hình ô và đường kính thân lớn mặc dù có thể các loài này không tham gia vào lâm phần với số lượng cây nhiều. Một đặc trưng khác của rừng nhiệt đới trên núi đá vôi là tỷ lệ lớn các loài hiếm gặp (Rare tree species) hoặc chỉ 1 cá thể của 1 loài xuất hiện trong diện tích điều tra rộng (Chen và cộng sự, 2022) [93]. Do đó, việc điều tra mẫu đối với rừng nhiệt đới trên núi đá vôi cần khác biệt so với các kiểu rừng nhiệt đới khác.
Như vậy loài ưu thế chiếm đa số về số cây trong rừng nhưng các cá thể loài hiếm gặp lại tham gia vào cấu trúc của rừng. Sự tăng về số lượng cá thể của một số loài lại là sự trao đổi về sự giảm ĐDSH tại 1 khoảng giá trị xác định. Hiện tượng này đã được lý giải bởi một số cơ chế sinh thái tạo nên tính đa dạng loài của rừng nhiệt đới gồm lịch sử, môi trường và tác động xáo trộn (Denslow, 1987 [87]; George và cộng sự, 2023 [103]). Các loài quý hiếm có thể được đặc trưng bởi ít nhất một trong ba yếu tố: phạm vi địa lý hạn chế, tính đặc trưng của môi trường sống cao và/hoặc quy mô quần thể địa phương nhỏ (Huang và cộng sự, 2019 [109]; Sritharan và cộng sự, 2021 [135]).
Cùng với tỷ lệ bắt gặp cây trưởng thành thấp thì hiện tượng thiếu tái sinh cũng là một trong những đặc trưng của rừng núi đá vôi do điều kiện chia cắt của địa hình núi đá vôi. Rõ ràng, điều kiện lập địa đóng một vai trò quan trọng đối với quá trình tái sinh. Rừng núi đá vôi và rừng núi đá vôi nhiệt đới thường có tính đa dạng thực vật cao kết hợp với mức độ đặc hữu cao, được gọi là “kho ĐDSH”. Một số loài đặc hữu núi đá vôi là chỉ thị cho các vị trí đá, khô và kiềm (De Lange và Norton, 2004) [96] trong khi ở các vị trí khác, chúng có thể ít phong phú hơn do sự cạnh tranh giữa các loài cụ thể.
Đối với con người, các khu vực đá vôi thường khó tiếp cận do địa hình hiểm trở và độ dốc lớn, mặc dù vậy nạn khai thác gỗ, LSNG và xáo trộn rừng vẫn còn phổ biến. Nguyên nhân suy thoái rừng núi đá vôi Sự suy thoái rừng được hiểu một cách khái quát là quá trình dẫn đến phá vỡ cấu trúc rừng, mất sự đa dạng loài cây bản địa, phá vỡ các quá trình sinh thái đặc trưng cho rừng tự nhiên và giảm năng suất của chúng. Sự suy thoái rừng có thể xảy ra dưới nhiều hình thức và qui mô khác nhau, khi các yếu tố phi tự nhiên gây ra những xáo trộn trong 9 các quá trình tự nhiên làm tổn hại đến sự cân bằng sinh thái. Một số tác giả quan niệm suy thoái rừng chỉ bao gồm sự suy giảm khả năng sản xuất gỗ của một diện tích rừng do ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài, đặc biệt là các hoạt động của con người; sự giảm bớt về diện tích không thuộc khái niệm suy thoái rừng (Serna,1986) [128].
Grainger (1988) [104] đã đưa ra khái niệm suy thoái thảm thực vật bằng cách định nghĩa đó là một sự giảm sút tạm thời hoặc vĩnh viễn về mật độ, cấu trúc, tổ thành loài hoặc năng suất của thảm thực vật. HST núi đá vôi bị suy thoái bởi các nhân tố tự nhiên như xói mòn và cacxtơ hoá cũng như các hoạt động của con người như khai thác đá vôi, canh tác nông nghiệp, chăn thả, đốt, khai thác rừng và phát triển kinh tế xã hội do nghèo đói, tăng dân số, sở hữu và tiếp cận đất đai như Hình 1.