Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam được cộng đồng quốc tế công nhận là một trong những quốc gia sở hữu mức độ đa dạng sinh học cao hàng đầu thế giới, là nơi cư trú của khoảng 10% tổng số loài chim và thú hoang dã trên toàn cầu. Trong hệ thống các khu rừng đặc dụng, Vườn quốc gia Cát Tiên có tổng diện tích tự nhiên 82.722,80 ha, đóng vai trò là cái nôi sinh thái đặc biệt quan trọng với khu hệ chim lên tới 351 loài thuộc 64 họ và 18 bộ, chiếm 42,39% tổng số loài chim của cả nước. Trong số đó, loài Gà so ngực vàng (danh pháp khoa học: Arborophila chloropus), một loài chim định cư thuộc họ Trĩ (Phasianidae), đang đối mặt với nguy cơ suy giảm số lượng ngoài tự nhiên do áp lực săn bắt trái phép và mất sinh cảnh sống phân mảnh.

Việc điều tra các loài chim thuộc bộ Gà trong rừng rậm nhiệt đới bằng phương pháp quan sát truyền thống thường gặp nhiều trở ngại lớn do tập tính ẩn nấp kỹ trong tầng thảm tươi dưới tán rừng rậm rạp. Để giải quyết rào cản này, nghiên cứu đã tiên phong ứng dụng kỹ thuật âm sinh học (Bioacoustics) nhằm định lượng phân bố không gian, quy luật hoạt động theo thời gian và đánh giá hiện trạng quần thể của loài Gà so ngực vàng. Đề tài được triển khai tập trung tại phân khu Nam Cát Tiên thuộc tỉnh Đồng Nai với diện tích 50.995,78 ha trong khung thời gian từ tháng 6 năm 2016 đến tháng 4 năm 2017.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc cung cấp bộ chỉ số mật độ chuẩn đạt 0,06 cá thể trên mỗi hecta và ước lượng quy mô quần thể tối thiểu đạt khoảng 2.270 cá thể trên 37.831,83 ha sinh cảnh thích hợp. Đây là nguồn dữ liệu nền tảng phục vụ chuyển đổi số và nâng cao năng lực giám sát đa dạng sinh học tại các khu bảo tồn thiên nhiên nhiệt đới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết âm sinh học hiện đại và lý thuyết sinh thái học quần thể động vật rừng. Giám sát âm sinh học thụ động (Passive Acoustic Monitoring) là phương pháp tiếp nhận, ghi nhận và phân tích các tín hiệu âm thanh sinh học phát ra từ động vật mà không gây xáo trộn hành vi tự nhiên của chúng. Cơ sở lý thuyết này cho phép giải mã các đặc tính sóng âm đặc trưng của từng loài thông qua biểu đồ âm phổ (Spectrogram), từ đó xác định sự hiện diện, tần suất phát tín hiệu và vị trí cá thể trong không gian rừng tự nhiên.

Song song với đó, lý thuyết lựa chọn sinh cảnh (Habitat Selection Theory) được ứng dụng để làm rõ mối quan hệ tương tác giữa mật độ quần thể loài với các kiểu trạng thái rừng nhiệt đới.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được vận hành xuyên suốt đề tài bao gồm:

  • Âm phổ (Spectrogram): Biểu diễn hình ảnh trực quan của tần số âm thanh theo trục thời gian;
  • Tần số âm thanh (Frequency - đơn vị Hertz): Giới hạn cao độ âm thanh phát ra;
  • Mức áp suất âm thanh (Sound Energy - đơn vị Decibel): Năng lượng sóng âm phản ánh khoảng cách truyền tín hiệu;
  • Bán kính phát hiện âm thanh (Detection Radius): Khoảng cách tối đa thiết bị có thể ghi nhận tín hiệu rõ nét;
  • Mật độ quần thể tối thiểu: Số lượng cá thể ghi nhận được trên một đơn vị diện tích sinh cảnh phù hợp xung quanh điểm nghe.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập từ 120 lượt đặt máy ghi âm đa phổ tự động chuyên dụng SM3 (Wildlife Acoustics Inc) tại 13 khu vực điều tra trọng điểm thuộc phân khu Nam Cát Tiên. Thiết bị SM3 có kích thước 32,4 x 20 cm, trọng lượng 2,5 kg, vận hành bền bỉ trong ngưỡng nhiệt độ từ âm 20 độ C đến 50 độ C.

Phương pháp chọn mẫu được thiết kế theo dạng cụm ô tiêu chuẩn phân bố đều trên 4 kiểu sinh cảnh rừng chính: rừng lá rộng thường xanh, rừng hỗn giao gỗ và tre nứa, rừng thứ sinh và rừng tre nứa thuần loài. Tại mỗi khu vực, từ 1 đến 4 máy ghi âm được gắn cố định vào thân cây rừng ở độ cao khoảng 1,5 mét, khoảng cách giữa các máy dao động từ 0,4 km đến 1,0 km. Hệ thống được lập trình thu âm tự động liên tục từ 4 giờ 00 sáng đến 20 giờ 00 tối hàng ngày với tần số lấy mẫu chuẩn 44.100 Hz, tự động chia tách dữ liệu thành từng tệp 30 phút, hoạt động liên tục tối thiểu 3 ngày tại mỗi điểm.

Dữ liệu âm thanh thô được phân tích chuyên sâu bằng phần mềm Raven (Cornell Lab of Ornithology) để phát hiện và đo đạc các thông số âm học. Cỡ mẫu phân tích chi tiết gồm 35 tệp âm phổ chuẩn thu ngoài thực địa, sau đó được đối soát chặt chẽ với 15 mẫu âm thanh chuẩn quốc tế của loài do Blyth mô tả và cơ sở dữ liệu Scharringa. Khoảng cách truyền âm và tọa độ phát âm được tính toán bằng phương pháp tam giác định vị trễ thời gian trên phần mềm MapInfo 10.5. Lý do lựa chọn giải pháp phân tích này là nhằm tối ưu hóa độ chính xác, loại bỏ hoàn toàn sai số chủ quan từ thính giác con người và hạn chế tối đa sự bỏ sót cá thể trong điều kiện thực địa phức tạp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm 35 mẫu âm phổ ghi nhận được tại Vườn quốc gia Cát Tiên đã chỉ ra những phát hiện khoa học mang tính bước ngoặt:

  • Cấu trúc âm thanh đặc trưng: Tiếng kêu của loài Gà so ngực vàng luôn bao gồm hai đoạn rõ rệt với tổng thời lượng trung bình toàn bài là 27,52 giây. Phần đầu âm thanh kéo dài trung bình 19,35 giây với dải tần số thấp từ 1.160 Hz đến 2.064 Hz, năng lượng dao động từ 48,9 dB đến 98,1 dB. Phần cuối (đoạn cao trào) có thời lượng ngắn hơn với 8,17 giây nhưng tần số tăng vọt lên mức 1.183 Hz đến 2.547 Hz, năng lượng đạt từ 57,5 dB đến 80,83 dB. Đại lượng có độ ổn định cao nhất là thời gian phần cuối âm thanh với độ lệch chuẩn chỉ 2,71 giây.

  • Quy luật hoạt động theo thời gian: Tần suất cất tiếng kêu của loài phân hóa mạnh mẽ theo từng khung giờ trong ngày. Thời điểm phát hiện tiếng kêu nhiều nhất rơi vào khoảng 6 giờ 30 đến 7 giờ 30 sáng với 38 tệp âm thanh ghi nhận, chiếm tỷ lệ 26,4% tổng số lần phát tín hiệu trong ngày. Ngược lại, khung giờ từ 16 giờ 30 đến 17 giờ 30 chiều ghi nhận số lượng thấp nhất với chỉ 2 tệp âm thanh, chiếm tỷ lệ vỏn vẹn 1,4%.

  • Bán kính phát hiện và mật độ quần thể: Khoảng cách tối đa ghi nhận rõ nét hình ảnh âm phổ của loài từ máy thu đến nguồn phát đạt 410 mét và khoảng cách phát hiện giới hạn ước tính là 500 mét. Trên tổng diện tích sinh cảnh thích hợp 1.398,11 ha trong vùng nghe thấy của 13 khu vực điều tra, nghiên cứu ghi nhận tối thiểu 90 cá thể, tương ứng với mật độ trung bình là 0,06 cá thể trên mỗi hecta (tương đương 6 cá thể trên mỗi kilomet vuông).

  • Quy mô và phân bố không gian: Trên toàn bộ phân khu Nam Cát Tiên, diện tích sinh cảnh rừng thích hợp cho loài sinh sống đạt 37.831,83 ha, chiếm tới 74,2% tổng diện tích tự nhiên của phân khu (50.995,78 ha). Từ đó, quy mô quần thể Gà so ngực vàng tối thiểu tại đây được ước tính đạt khoảng 2.270 cá thể. Về không gian, loài phân bố tập trung mật độ cao nhất tại phía Đông Vườn quốc gia với 83 cá thể thuộc các tiểu khu 6, 14, 26, 30, 31 và 32; trong khi khu vực Tây Bắc (tiểu khu 8) chỉ ghi nhận 4 cá thể, phía Tây (tiểu khu 18) có 2 cá thể và phía Nam (tiểu khu 41) có 1 cá thể.

Thảo luận kết quả

Các phát hiện thực nghiệm giải thích rõ mối tương quan giữa tập tính sinh thái của loài Gà so ngực vàng với điều kiện môi trường rừng nhiệt đới. Hoạt động phát âm đạt đỉnh cao vào khoảng 6 giờ 30 đến 7 giờ 30 sáng phản ánh tập tính đánh dấu vùng lãnh thổ và tín hiệu tập hợp bầy đàn trước khi bắt đầu chu kỳ tìm kiếm thức ăn ban ngày trong tầng thảm mục.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa rất hiệu quả thông qua biểu đồ hình cột thể hiện tần suất phát âm theo 24 khung giờ và bảng ma trận diện tích sinh cảnh kết hợp bản đồ mật độ điểm nghe GIS. Biểu đồ tần suất chỉ ra đường cong hoạt động dạng đơn đỉnh rõ nét vào buổi sáng sớm, giảm mạnh vào buổi trưa và gần như tắt hẳn vào chiều tối.

Khi so sánh với mẫu âm chuẩn 15 bản ghi của Blyth mô tả từ năm 1859 với tần số trung bình đoạn đầu 1.287 Hz đến 1.730 Hz và năng lượng 77,11 dB, các thông số âm học tại Cát Tiên cho thấy sự tương thích sinh học hoàn hảo. Điểm khác biệt nằm ở độ chi tiết của dải năng lượng ghi nhận ngoài tự nhiên, khẳng định môi trường rừng Cát Tiên giữ được độ nguyên vẹn cao, ít bị ô nhiễm tiếng ồn nhân sinh. Mật độ 0,06 cá thể/ha tập trung chủ yếu ở rừng lá rộng thường xanh nhờ nguồn thức ăn dồi dào từ hạt thực vật, ấu trùng và độ che phủ an toàn trước các loài thú ăn thịt.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra các mối đe dọa nghiêm trọng đến từ tình trạng săn bắt bằng bẫy cáp, bẫy hom diễn ra phức tạp trong mùa nhàn rỗi từ tháng 6 đến tháng 10, cùng với nạn khai thác gỗ lậu và hút cát trái phép ven bờ sông Đồng Nai làm xáo trộn sinh cảnh ven bờ.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả điều tra định lượng, bốn nhóm giải pháp cấp bách và mang tính chiến lược được đề xuất nhằm bảo tồn bền vững quần thể Gà so ngực vàng tại Vườn quốc gia Cát Tiên:

  1. Thiết lập hệ thống 15 trạm giám sát âm sinh học cố định tự động tại các điểm nóng phân bố thuộc tiểu khu 6, 14, 26, 30, 31 và 32. Mục tiêu đặt ra là duy trì tỷ lệ thu nhận dữ liệu 100% trong khung giờ vàng từ 6 giờ 00 đến 8 giờ 00 sáng nhằm phát hiện biến động quần thể theo chu kỳ định kỳ 6 tháng một lần. Ban Quản lý Vườn quốc gia Cát Tiên chủ trì thực hiện với thời gian bắt đầu triển khai ngay từ quý 1 năm 2018.

  2. Tăng cường tổ chức các đợt tuần tra chuyên đề truy quét bẫy động vật hoang dã với tần suất tối thiểu 4 đợt mỗi tháng, tập trung cao điểm từ tháng 6 đến tháng 10 hàng năm. Mục tiêu là triệt phá và tháo dỡ ít nhất 95% các loại bẫy cáp, bẫy hom, súng tự chế tại các lối mòn giáp ranh nương rẫy. Lực lượng Hạt Kiểm lâm Vườn quốc gia Cát Tiên phối hợp cùng Công an các huyện Định Quán và Tân Phú chịu trách nhiệm thực thi.

  3. Triển khai tuần tra cơ động đường thủy trên tuyến sông Đồng Nai với mật độ 3 chuyến mỗi tuần nhằm ngăn chặn triệt để tình trạng khai thác cát lậu và xâm nhập rừng trái phép từ vùng giáp ranh tỉnh Lâm Đồng và Bình Phước. Mục tiêu kéo giảm 90% số vụ vi phạm lâm luật ven sông trong vòng 12 tháng, do Đội Kiểm lâm cơ động phối hợp với chính quyền 5 xã vùng đệm đảm trách.

  4. Mở rộng diện tích giao khoán bảo vệ rừng và chi trả dịch vụ môi trường rừng thêm 10% đến 15% diện tích cho 24 cộng đồng thôn bản vùng đệm. Mục tiêu tạo việc làm ổn định, nâng cao thu nhập cho hơn 2.400 người dân định cư trong và ven vùng lõi, loại bỏ tâm lý dựa vào khai thác lâm sản phụ trái phép. Dự án do Ủy ban nhân dân các tỉnh Đồng Nai, Lâm Đồng, Bình Phước phối hợp Quỹ Bảo vệ và Phát triển rừng triển khai giai đoạn 2018-2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  1. Ban Quản lý các Vườn quốc gia và Khu bảo tồn thiên nhiên: Tài liệu cung cấp quy trình kỹ thuật chuẩn về việc thiết kế mạng lưới bẫy âm thanh thụ động SM3, phương pháp định vị không gian nguồn âm và quy trình xử lý dữ liệu lớn, giúp chuyển đổi mô hình tuần tra thủ công sang giám sát số hóa tự động.

  2. Các nhà khoa học và chuyên gia nghiên cứu sinh thái học động vật: Công trình cung cấp bộ chỉ số âm phổ chuẩn, công thức tính toán bán kính lan truyền âm học và phương pháp ước tính kích thước quần thể trong rừng nhiệt đới, làm tài liệu tham chiếu đối sánh cho các nghiên cứu về bộ Gà (Galliformes) tại Đông Nam Á.

  3. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý tài nguyên rừng, Lâm học, Sinh thái học: Luận văn là hình mẫu thực nghiệm xuất sắc về phương pháp kết hợp công nghệ âm sinh học (phần mềm Raven) với hệ thống thông tin địa lý GIS (phần mềm MapInfo) trong việc xây dựng mô hình dự báo sinh cảnh.

  4. Các tổ chức bảo tồn thiên nhiên trong nước và quốc tế (như Quỹ NAFOSTED, IUCN, WWF): Dữ liệu định lượng về 2.270 cá thể tại Cát Tiên là minh chứng khoa học vững chắc phục vụ việc đánh giá cấp độ đe dọa của loài trong Danh lục đỏ và định hướng phân bổ nguồn vốn tài trợ bảo tồn đa dạng sinh học vùng cảnh quan Nam Trường Sơn.

Câu hỏi thường gặp

Kỹ thuật âm sinh học mang lại ưu thế vượt trội nào so với phương pháp điều tra chim truyền thống?

Phương pháp này giúp thu thập dữ liệu liên tục 16 giờ mỗi ngày mà không bị hạn chế bởi địa hình hiểm trở hay thảm thực vật dày đặc. Thiết bị SM3 ghi âm khách quan, không làm xáo trộn tập tính nhút nhát của loài, đồng thời cung cấp tệp dữ liệu số lưu trữ vĩnh viễn giúp đo đạc chính xác tần số sóng âm trên phần mềm Raven.

Tại sao nghiên cứu xác định khoảng cách ghi nhận âm thanh tối đa của máy là 500 mét?

Kết quả thực nghiệm từ phương pháp định vị tam giác độ trễ thời gian trên 3 máy ghi âm đồng thời xác định khoảng cách đo thực tế xa nhất là 410 mét với âm phổ rất rõ nét. Căn cứ vào độ suy giảm năng lượng sóng âm trong môi trường rừng nhiệt đới, khoảng cách 500 mét được xác lập là ngưỡng giới hạn nhận diện tối ưu.

Khung thời gian nào trong ngày là thời điểm vàng để khảo sát loài Gà so ngực vàng?

Thời điểm lý tưởng nhất là từ 6 giờ 30 đến 7 giờ 30 sáng, chiếm 26,4% tổng số tiếng kêu ghi nhận trong ngày với 38 tệp âm thanh. Đây là khoảng thời gian loài bắt đầu rời nơi ngủ để tìm kiếm thức ăn và phát tín hiệu lãnh thổ mạnh mẽ nhất, trong khi điều tra vào buổi chiều chỉ đạt hiệu quả 1,4%.

Căn cứ vào đâu để ước tính quần thể Gà so ngực vàng tại Nam Cát Tiên đạt khoảng 2.270 cá thể?

Ước tính này dựa trên mật độ thực nghiệm tối thiểu 0,06 cá thể/ha (ghi nhận 90 cá thể trên 1.398,11 ha vùng nghe thấy) nhân với tổng diện tích sinh cảnh sống thích hợp của loài trong phân khu Nam Cát Tiên là 37.831,83 ha (chiếm 74,2% diện tích toàn phân khu 50.995,78 ha).

Các mối đe dọa nguy hiểm nhất đối với quần thể loài tại Vườn quốc gia Cát Tiên hiện nay là gì?

Mối đe dọa nghiêm trọng nhất là hoạt động săn bẫy bằng bẫy cáp và súng tự chế diễn ra trong mùa nông nhàn từ tháng 6 đến tháng 10. Kế đến là tình trạng khai thác gỗ lậu, hút cát trái phép ven sông Đồng Nai và nguy cơ cháy rừng trong mùa khô hạn từ tháng 1 đến tháng 4.

Kết luận

  • Ứng dụng thành công kỹ thuật âm sinh học (Bioacoustics) kết hợp phần mềm Raven và GIS MapInfo trong việc điều tra giám sát động vật hoang dã ẩn náu tại Việt Nam.
  • Xác định bộ thông số âm học chuẩn của loài Gà so ngực vàng với dải tần số 1.183 - 2.547 Hz, thời lượng tiếng kêu trung bình 27,52 giây và khung giờ hoạt động đỉnh cao lúc 6h30 - 7h30 sáng.
  • Định lượng chính xác mật độ quần thể đạt 0,06 cá thể/ha và ước tính quy mô tối thiểu đạt 2.270 cá thể trên 37.831,83 ha sinh cảnh thích hợp tại phân khu Nam Cát Tiên.
  • Chỉ ra khu vực phía Đông (tiểu khu 6, 14, 26, 30, 31, 32) và sinh cảnh rừng lá rộng thường xanh là vùng cư trú trọng yếu cần ưu tiên bảo vệ nghiêm ngặt.
  • Hoàn thiện hệ thống 4 nhóm giải pháp quản lý thực thi đồng bộ, kết hợp giữa công nghệ giám sát âm thanh tự động, tuần tra chống săn bắt và nâng cao sinh kế vùng đệm.

Lộ trình tiếp theo cần tập trung chuẩn hóa và nhân rộng quy trình điều tra âm sinh học thụ động cho các loài quý hiếm thuộc bộ Gà trên toàn bộ mạng lưới các Vườn quốc gia tại Việt Nam trong vòng 12 đến 24 tháng tới. Các nhà quản lý tài nguyên và chuyên gia bảo tồn hãy áp dụng ngay bộ công cụ âm sinh học này vào kế hoạch hành động bảo tồn đa dạng sinh học hàng năm tại đơn vị.