Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG NGHIÊN CỨU HỆ SINH THÁI 1. Khái niệm hệ sinh thái Hệ sinh thái (ecosystem) là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã đó tồn tại, ở đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hóa năng lượng [13]. Khái niệm trên gồm 2 phần: nguyên nhân và hệ quả.
Nguyên nhân cơ bản là sự phối hợp của sinh vật với môi trường và sự tác động qua lại giữa chúng. Hệ quả quan trọng là từ sự phối hợp và tác động qua lại lẫn nhau đó nên các tác nhân ở các bậc dinh dưỡng có sự trao đổi năng lượng và vòng tuần hoàn vật chất từ sinh vật đến thiên nhiên rồi trở lại sinh vật [16]. Như vậy, HST bao gồm các sinh vật sống và các điều kiện tự nhiên (môi trường vật lý) như ánh sáng, nước, nhiệt độ, không khí… Điều quan trọng là tất cả các điều kiện hữu sinh (Biotic component) và vô sinh (Abiotic component) tác động tương hỗ với nhau và giữa chúng luôn xảy ra quá trình trao đổi năng lượng, vật chất và thông tin. Cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái Nếu xét theo cấu trúc thành phần thì một HST điển hình được cấu trúc bởi các thành phần sau đây [3], [13], [16], [27]: - Sinh vật sản xuất (producer).
- Sinh vật tiêu thụ (consumer). - Sinh vật phân hủy (decomposer). - Các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lượng mưa…). 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thực chất, ba thành phần đầu chính là quần xã sinh vật, còn ba thành phần sau là môi trường vật lý và hóa học mà quần xã đó sử dụng để tồn tại và phát triển.
Ngoài cấu trúc theo thành phần, HST còn có kiểu cấu trúc theo chức năng.Odum (1983), cấu trúc của hệ gồm các phạm trù sau: - Quá trình chuyển hóa năng lượng của hệ. - Xích thức ăn, lưới thức ăn. - Các chu trình sinh địa hóa diễn ra trong hệ. - Sự phân hóa trong không gian và theo thời gian.
- Các quá trình phát triển và tiến hóa. - Các quá trình tự điều chỉnh. Các cấu trúc chức năng này hình thành nên 2 chức năng của HST: vòng tuần hoàn vật chất (2 loại: vòng kín hoàn toàn và vòng kín không hoàn toàn) và dòng năng lượng. Một HST ổn định là một hệ mà trong đó 4 yếu tố đầu đạt được trạng thái cân bằng động với nhau.
Trạng thái cân bằng được xác lập là do cơ chế tự điều chỉnh, tức là xác lập các mối liên hệ ngược trong khuôn khổ của chu trình vật chất, dòng năng lượng chung, xích thức ăn và sự phân hóa về cấu trúc. KHÁI NIỆM CẢNH QUAN VÀ SINH THÁI CẢNH QUAN 1. Khái niệm cảnh quan [5], [6], [11], [17], [23]: Từ “cảnh quan” là tên gọi khá cổ của một nghành khoa học Địa lý hoàn chỉnh, được sử dụng để biểu thị tư tưởng chung về một tập hợp quan hệ tương hỗ của các hiện tượng khác nhau trên bề mặt Trái đất. Nền móng của cảnh quan học đã được xây dựng từ cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX trong các công trình nghiên cứu, sự phân chia địa lý tự nhiên bề mặt Trái đất của các nhà địa lý kinh điển Nga: V.
Gerbertson; và các nhà Địa lý Mỹ, Pháp,… 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Quá trình phát triển đó thể hiện trong sự xác định khái niệm cảnh quan trong các định nghĩa của các tác giả ở các thời gian khác nhau - đánh dấu mỗi thời điểm phát triển của khái niệm cũng như của học thuyết cảnh quan có những định nghĩa cảnh quan của nhiều tác giả như: L.Ixatxenko, 1965… Khi nghiên cứu cảnh quan địa lý miền Bắc Việt Nam, Vũ Tự Lập có định nghĩa: “Cảnh quan địa lý là một địa tổng thể được phân hóa trong phạm vi một đới ngang ở đồng bằng và một đai cao ở miền núi, có một cấu trúc thẳng đứng đồng nhất về nền địa chất, về kiểu địa hình, kiểu khí hậu, kiểu thủy văn, về đại tổ hợp thổ nhưỡng và đại tổ hợp thực vật, và bao gồm một tập hợp có quy luật của những dạng địa lý và những đơn vị cấu tạo nhỏ khác theo một cấu trúc ngang đồng nhất” (Vũ Tự Lập 1976) và cũng như N. Xolsev, các cá thể cảnh quan của ông không lặp lại ở bất kỳ lãnh thổ khác. Ixatrenko lại đưa ra một định nghĩa ngắn gọn hơn “Cảnh quan là một địa hệ thống nhất về mặt phát sinh, đồng nhất về các dấu hiệu địa đới và phi địa đới, bao gồm một tập hợp đặc trưng của các địa hệ liên kết bậc thấp” (1991). Phân tích các định nghĩa trên cho thấy 3 quan niệm về cảnh quan mà sau đó được áp dụng để chỉ các hình thức cảnh quan khác nhau phụ thuộc vào các quan niệm của người nghiên cứu (Từ điển Bách khoa Địa lý 1988).
Cảnh quan biểu thị tổng hợp thể tự nhiên lãnh thổ của một cấp bất kỳ, đồng nghĩa với tổng thể tự nhiên – lãnh thổ, địa tổng thể tự nhiên hay địa hệ tự nhiên (quan niệm chung). Cảnh quan là một đơn vị phân loại trong hệ phân vị tổng thể tự nhiên, trong đó cảnh quan là đơn vị chủ yếu được xem xét đến những biến đổi do tác động của con người (quan niệm kiểu loại). Cảnh quan để chỉ một phần lãnh thổ nào đó riêng biệt của lớp vỏ địa lý, trong đó có những đặc tính chung nhất (quan niệm cá thể). 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Dù xem cảnh quan theo khía cạnh nào thì cảnh quan vẫn được xem là một tổng thể tự nhiên, còn sự khác biệt của các quan niệm trên ở chỗ coi cảnh quan là đơn vị thuộc cấp phân vị nào, cảnh quan được xác định và thể hiện trên bản đồ theo cách thức nào, theo cách quy nạp hay diễn giải (Nguyễn Thành Long và nnk, 1993).
Khái niệm sinh thái cảnh quan [5], [11], [18]: STCQ là một bộ phận của sinh thái học. Nó nghiên cứu cấu trúc cảnh quan ảnh hưởng như thế nào đến sự đa dạng và sự phân bố của các quần thể sinh vật. Theo Turner (1989), “STCQ là sự nghiên cứu cấu trúc cảnh quan có ảnh hưởng như thế nào đến sự đa dạng và sự phân bố của các quần thể sinh vật”. Nguyễn Thế Thôn (1994) đã đưa ra định nghĩa về STCQ: “STCQ là tổng thể hiện tại, có cấu trúc cảnh quan địa lý và có chức năng sinh thái của các HST đang tồn tại và phát triển trên tổng thể lãnh thổ đó.
STCQ được phân biệt theo cấu trúc cảnh quan và theo chức năng HST khác nhau trên các phần lãnh thổ khác nhau”. Như vậy, STCQ có hai khía cạnh nội dung cơ bản trong một nội dung thống nhất đó là: lãnh thổ cảnh quan và HST của cảnh quan. Hai khía cạnh này độc lập với nhau nhưng liên kết chặt chẽ với nhau trong cùng lãnh thổ thống nhất. Những vấn đề lý thuyết STCQ cũng chính là sự thống nhất các lý thuyết cảnh quan và lý thuyết HST [5], [11], [23], [25].
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SINH THÁI CẢNH QUAN Ở VIỆT NAM Ở Việt Nam, các nhà nghiên cứu cảnh quan tập trung giải quyết mối quan hệ giữa con người và tự nhiên dưới nhiều hình thức dựa trên nguyên lý sinh thái. Cảnh quan được áp dụng và triển khai nghiên cứu bước đầu như các công trình “Tài nguyên môi trường và phát triển bền vững”, “Sinh thái môi trường ứng dụng”, “Thiên nhiên Việt Nam” và "Việt Nam lãnh thổ và các vùng địa lý” [18]. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các công trình của các nhóm tác giả khác nhau đều là sự hội tụ và bổ sung cho nhau của hai nghành Địa lý và Sinh học. Sở dĩ có sự hội tụ này là vì các nhà Địa lý đi từ giới vô cơ dẫn đến giới hữu cơ và cuối cùng thấy sinh vật có vai trò chủ đạo trong HST tự nhiên và HST tự nhiên hoạt động tốt nhất là HST có năng suất sinh học cao nhất.
Do vậy, cải tạo hệ tự nhiên phải bắt đầu từ cải tạo hệ thực vật. Còn các nhà sinh thái học trong khi tìm hiểu giới sinh vật không thể không đề cập đến môi trường vô cơ như là đất, nước, không khí. Cả hai đều phát sinh, phát triển trong mối quan hệ tương tác và thống nhất với nhau thành một hệ tự nhiên. Các nhà địa lý giúp cho các nhà sinh học có được sự nhìn nhận tổng hợp của sự phân hóa lãnh thổ trong việc nghiên cứu tuần hoàn nước, tuần hoàn địa hóa, xác định chuỗi thức ăn và tuần hoàn sinh vật [11].
Bên cạnh đó, một số nhóm tác giả của Khoa Địa lý và Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Viện sinh thái và tài nguyên sinh vật, Viện Địa lý đi sâu nghiên cứu cảnh quan ở mức sâu hơn, với một số công trình đã được ứng dụng vào thực tế sản xuất, đem lại hiệu quả về kinh tế và môi trường. Nổi bật có các công trình “Cảnh quan địa lý Miền Bắc Việt Nam”, "Nghiên cứu xây dựng bản đồ cảnh quan các tỷ lệ trên lãnh thổ Việt Nam”, “Quy hoạch không gian để bảo tồn thiên nhiên ở khu bảo tồn thiên nhiên Vũ Quang - Một phương thức tiếp cận sinh thái cảnh quan",…. Mặt khác, cảnh quan còn được nghiên cứu lồng ghép trong các nghiên cứu về sinh thái học của sinh học. Chiều hướng này được áp dụng rộng rãi, là cơ sở khoa học cho nhiều luận chứng phát triển kinh tế tại các vùng đệm của các khu bảo tồn thiên nhiên ở Việt Nam.
Nhìn chung các nghiên cứu trên chủ yếu chỉ đang ở mức nghiên cứu về cảnh quan, địa lý, sinh học hoặc sinh thái học thuần tuý chứ không phải nghiên cứu STCQ thực sự. Các nghiên cứu này, nếu được đặt trong phạm trù 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiên cứu STCQ, chắc chắn sẽ giúp cho nhiều nhà quản lý, khoa học có được sự giải thích hợp lý hơn sự biến động các quá trình diễn ra trong hệ sinh thái theo không gian và thời gian, nhằm đưa ra những giải pháp quản lý các HST hiệu quả và bền vững [18]. ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU SINH THÁI HỌC 1. Hệ thống thông tin địa lý - GIS Hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographical Information System) và Viễn thám (Remote sensing) thuộc nhóm những công nghệ phát triển nhanh nhất hiện nay.
Bất cứ sự vật hiện tượng nào trên trái đất có thể bản đồ hoá thì có thể ứng dụng GIS.