ĐẶT VẤN ĐỀ Vƣờn Quốc Gia VQG) Cúc Phƣơng có diện tích 22.000 ha, VQG đƣợc bao quanh bởi các dãy núi đá vôi có độ cao lên tới 648 m, có1924 loài thực vật bậc cao thuộc 990 chi và 229 họ Nguyen Nghia Thin, 1997). Nhiệt độ trung bình năm là 20,60C. Độ ẩm trung bình năm là 85%, lƣợng mƣa trung bình năm là 2138 mm, tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 10. Nhò vàng (Streblus macrophyllus) thuộc họ Dâu tằm Moraceae), là một loài cây phổ biến trong các trạng thái rừng thứ sinh phát triển trên núi đá vôi ở miền Bắc Việt Nam (Chinh N.
Ở Vƣờn quốc gia Cúc Phƣơng, Nhò vàng phân bố nhiều trên những thung lũng có độ ẩm cao của các dãy núi đá vôi. Cây Nhò vàng không có nhiều giá trị kinh tế nhƣng có vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ che phủ của rừng trên núi đá vôi. Mặc dù vậy, đặc điểm sinh thái của loài này còn ít đƣợc nghiên cứu Nguyễn Hồng Hải và các cộng sự 2015; Hai et al. Trong vài thập kỷ gần đây, nghiên cứu về mô hình không gian spatial pattern) trong sinh thái ngày càng nhận đƣợc nhiều sự quan tâm (Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016).
Mô hình không gian là sự sắp xếp của thực vật hoặc sinh vật trong không gian với một số lƣợng nhất định Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Mô hình không gian đã là một chủ đề quan trọng trong sinh thái nhiệt đới và các lý thuyết giải thích cho sự tồn tại của loài và mô hình không gian có liên hệ chặt chẽ với cấu trúc quần thể. Các nhà sinh thái học nghiên cứu mô hình không gian để phỏng đoán các quá trình cơ bản và phạm vi hoạt động trong không gian của chúng. Bởi vì phân bố hiện tại của loài trong không gian là kết quả của các quá trình sinh thái đã xảy ra trong quá khứ và cho phép dự báo các quá trình có thể xảy ra trong tƣơng lai.
Đối với hệ sinh thái rừng, cấu trúc rừng là yếu tố quan trọng để hiểu biết về nó. Một trong những thành phần quan trọng của cấu trúc rừng là mô hình không gian. Nghiên cứu mô hình không gian giúp cho việc giải thích các cơ chế sinh thái và các quá trình động thái để duy trì sự chung sống của các loài cây rừng. Với sự phát triển của các phƣơng pháp và phần mềm thống kê 2 không gian nhƣ hiện nay đã cho phép kiểm tra nhiều giả thuyết khác nhau về nguyên nhân dẫn đến mô hình phân bố hiện tại của các loài.
Trong nghiên cứu sinh thái rừng, một trong những khó khăn lớn là theo dõi biến động của quần thể cây rừng theo thời gian. Tuy nhiên, có thể sử dụng cách tiếp cận dựa vào đặc điểm phân bố và quan hệ không gian của cây rừng (Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Mô hình không gian của các cỡ đƣờng kính có thể phản ánh thời gian hay các quá trình lịch sử đã ảnh hƣởng đến quần thể. Vì thế, các quá trình sinh thái thực vật, nhƣ phát tán, cạnh tranh, sinh trƣởng và phát triển có thể đƣợc minh họa bởi những ứng dụng của thống kê không gian (Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016).
Việc ứng dụng kỹ thuật phân tích mô hình không gian để nghiên cứu cấu trúc rừng ở Việt Nam còn khá mới mẻ. Tìm hiểu sơ bộ, chúng tôi thấy loài cây Nhò vàng (Streblus macrophyllus) là loài cây dƣới tán, phân bố rộng rãi ở rừng thứ sinh miền núi phía bắc. Ở Vƣờn quốc gia Cúc Phƣơng, loài cây này chiếm ƣu thế ở những trạng thái rừng đã bị tác động mạnh nhƣng đặc điểm sinh thái của loài, đặc biệt là mô hình quan hệ không gian cùng loài và khác loài, vẫn chƣa có những nghiên cứu cụ thể Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Việc ứng dụng kỹ thuật phân tích mô hình không gian để nghiên cứu cấu trúc rừng ở Việt Nam còn khá mới mẻ.
Tìm hiểu sơ bộ, chúng tôi thấy loài cây Nhò vàng (Streblus macrophyllus) là loài cây dƣới tán, phân bố rộng rãi ở rừng thứ sinh miền núi phía bắc. Ở Vƣờn quốc gia Cúc Phƣơng, loài cây này chiếm ƣu thế ở những trạng thái rừng đã bị tác động mạnh nhƣng đặc điểm sinh thái của loài, đặc biệt là mô hình quan hệ không gian cùng loài và khác loài, vẫn chƣa có những nghiên cứu cụ thể Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Xuất phát từ những thực tế trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Phân tích mô hình không gian của loài cây Nhò vàng (Streblus macrophyllus) ở Vườn quốc gia Cúc Phương”. 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Trên thế giới Cấu trúc rừng là qui luật sắp xếp, tổ hợp các thành phần của quần xã thực vật rừng theo không gian và thời gian. Hệ sinh thái rừng, đặc biệt là các hệ sinh thái rừng tự nhiên nhiệt đới là những hệ sinh thái có cấu trúc cầu kỳ và phức tạp nhất trên trái đất. Bởi vậy, những nghiên cứu về cấu trúc rừng luôn là những thách thức đối với các nhà khoa học lâm nghiệp.N (1964), đã nghiên cứu về cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mƣa, tác giả đã đi sâu vào nghiên cứu các nhân tố cấu trúc rừng, các biện pháp kỹ thuật lâm sinh đƣợc áp dụng vào từng rừng mƣa tự nhiên. Nghiên cứu của Catinot R (1965), đã tìm hiểu những cấu trúc sinh thái thông qua viêc mô tả, phân loại và đƣa ra những khái niệm 13 về dạng sống, về tầng phiến.
Ngoài ra còn biểu diễn các đặc trƣng cấu trúc rừng mƣa và hình thái của chúng bằng những phẫu đồ rừng. Tóm lại, trên thế giới các công trình nghiên cứu về cấu trúc rừng nói chung và rừng nhiệt đới nói riêng rất phong phú, đa dạng, có nhiều công trình nghiên cứu công phu và đã đem lại hiệu quả cao trong kinh doanh rừng. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về cấu trúc rừng tự nhiên nhiệt đới còn rất ít nên cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật cho rừng tự nhiên nhiệt đới vẫn còn nhiều vấn đề chƣa đƣợc làm sáng tỏ. Phân tích mô hình điểm là một nhánh của thống kê không gian trong đó lƣợng hóa phân bố của các điểm trong không gian hai chiều bằng việc sử dụng các hàm thống kê nhƣ là Ripley’s K hay hàm tƣơng quan theo cặp.
Hiện nay, phân tích mô hình điểm không gian là một hƣớng tập trung hàng đầu trong nghiên cứu sinh thái thực vật (Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). 4 Các phƣơng pháp phân tích không gian của các mô hình điểm đã đƣợc thiết lập chuẩn Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Kỹ thuật này yêu cầu có dữ liệu về vị trí của cây và cho phép đánh giá quan hệ không gian cùng loài và khác loài cây theo cặp trong diện tích nghiên cứu. Đặc biệt hữu ích là thống kê bậc thứ 2 second-order statistics) nhƣ là hàm tƣơng quan theo cặp hoặc hàm Ripley’s K.
Các hàm này dựa vào phân bố khoảng cách của các cặp điểm Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016) và mô tả các tính chất của các mô hình điểm theo phạm vị của khoảng cách. Đây là thuộc tính quan trọng vì nó bộc lộ mốc phạm vi mà mô hình tìm đƣợc có ý nghĩa thống kê. Mô hình lý thuyết Null model) cũng quan trọng vì nó thể hiện giả thuyết 0 null hypothesis) về mô hình điểm đƣợc đối chiếu với dữ liệu quan sát Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Mô hình lý thuyết cho phép ta xác định khi nào giả thuyết có ý nghĩa và tại phạm vi nào.
Một cách tiếp cận để đánh giá khác biệt có ý nghĩa từ giả thuyết 0 là chạy mô phỏng Monte Carlo của một tập các điểm point process ) tƣơng ứng và xây dựng khoảng tin cậy simulation/confidence envelopes) cho một phép kiểm tra phù hợp Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Để giải thích cho mô hình không gian của thực vật trong tự nhiên, các nghiên cứu thƣờng đối chiếu mô hình đã quan sát đƣợc với các quá trình sinh thái. Từ dữ liệu không gian của một hoặc nhiều loài trong quần thể, sử dụng phân tích thống kê để mô tả mô hình của loài cần quan tâm. Sau đó, kết quả đƣợc xem xét và đối chiếu với các quá trình sinh thái đã đƣợc giả thuyết là có khả năng sinh ra mô hình.
Các lý thuyết đƣợc sử dụng nhiều nhất trong việc mô tả sự sống của loài trong quần thể là: khác biệt môi trƣờng sống Niche differences), ảnh hƣởng Janzen- Connell (Janzen- Connell effect), sự phụ thuộc mật độ chiều nghịch (negative density dependence) Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). 5 Khác biệt môi trƣờng sống có bằng chứng là các phân bố không ngẫu nhiên ở các tiểu vùng địa hình cận biên và sự cân bằng sống/chết trong quá trình tái sinh. Ảnh hƣởng Janzen- Connell giải thích rằng các loài gây hại ký sinh ở cây mẹ làm giảm tỷ lệ cây bổ xung xung quanh nó. Mật độ phụ thuộc chiều nghịch xuất hiện khá phổ biến trên phạm vi rộng của những cây chiếm ƣu thế và điều chỉnh quần thể của chúng.
Ngoài ra, lý thuyết trung lập Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016) giả thuyết rằng các loài có chức năng tƣơng tự nhau và có xu hƣớng phân bố ngẫu nhiên. Giả thuyết này gây ra rất nhiều tranh cãi trong các nhà sinh thái học Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Các quá trình sinh thái sản sinh ra mô hình không gian của thực vật trong tự nhiên có thể là: cạnh tranh cùng loài và khác loài, môi trƣờng sống không đồng nhất, phát tán hạt, tái sinh và tỷ lệ chết Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Kết quả của việc phân tích mô hình một biến số ví dụ, một loài cây) sẽ là phân bố cụm aggregated), ngẫu nhiên random), hoặc đều regular).
Phân tích mô hình hai biến số ví dụ, 2 loài cây khác nhau) cho kết quả là quan hệ trung lập independence), cạnh tranh repulsion) hoặc thúc đẩy/tƣơng hỗ (attraction). Phân bố đều thƣờng đƣợc giải thích là những dấu hiệu của cạnh tranh khắc nghiệt giữa thực vật trong điều kiện nguồn tài nguyên hạn chế Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Ngƣợc lại, phân bố cụm đƣợc giải thích là bằng chứng của quan hệ trung lập hay thúc đẩy Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016). Phân bố cụm còn đƣợc gắn liền với phân bố không đồng nhất môi trƣờng sống là tài nguyên đất độ ẩm, dinh dƣỡng đất), đây cũng là mô hình phổ biến trong các quần thể thực vật Phạm Văn Điển và Nguyễn Hồng Hải 2016).