Xác lập một số chỉ số đa dạng về loài thực vật ở vườn quốc gia bạch mã

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 21, 2004 XÁC LẬP MỘT SỐ CHỈ SỐ ĐA DẠNG VỀ LOÀI THỰC VẬT Ở VƯỜN QUỐC GIA BẠCH MÃ Lê Thị Diên Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế Lê Doãn Anh Vườn Quốc gia Bạch Mã ĐẶT VẤN ĐỀ Nằm trong hệ thống rừng đặc dụng, Vườn Quốc gia Bạch Mã có giá trị lớn không chỉ về mặt văn hóa, du lịch, cảnh quan, mà còn có tác dụng phòng hộ, bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nước, chống xói mòn. Đặc biệt tài nguyên sinh vật ở đây rất đa dạng và phong phú, là nơi giao lưu hội tụ của nhiều luồng động thực vật thuộc các vùng địa lý khác nhau. Mặc dù chưa thống kê đầy đủ về danh lục động thực vật nhưng trong 88 loài có nguy cơ bị tuyệt chủng được ghi vào sách đỏ thế giới thì Vườn Quốc gia Bạch Mã có 20 loài, chiếm 23%. Có thể nói Bạch Mã là một kho tài nguyên sinh vật sống vô cùng quý giá mà chúng ta cần tập trung đầu tư nghiên cứu, giữ gìn, bảo tồn và phát triển. Trong những năm qua, Vườn Quốc gia Bạch Mã đã có một số công trình nghiên cứu về rừng, nhưng phần lớn các công trình này mới chỉ tập trung vào việc thống kê, phát hiện các loài hiện có, mà ít có công trình nào tiếp cận nghiên cứu các đối tượng rừng theo xu thế hiện đại, nhất là nghiên cứu về đa dạng sinh học theo phương pháp toán sinh học. Để đánh giá được mức độ đa dạng, phong phú của hệ động thực vật tại Bạch Mã nói chung, nguồn tài nguyên thực vật nói riêng cần phải có những nguồn thông tin khoa học và chính xác về chúng, đặc biệt là các thông tin định lượng trong nghiên cứu đa dạng sinh học để làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp bảo tồn. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu: Những loài cây gỗ ở các trạng thái rừng non (IIA, IIB), rừng nghèo (IIIA1), rừng trung bình (IIIA2) và rừng giàu (IIIA3, IIIB, IV) tại Vườn quốc gia Bạch Mã. 2. Phương pháp nghiên cứu: Số liệu được thu thập tại các ô tiêu chuẩn điển hình tạm thời trên hệ thống tuyến song song cách đều đi qua các trạng thái rừng có trong khu vực. Mỗi trạng thái rừng lập 2 ô tiêu chuẩn, diện tích mỗi ô 2000m2. Chỉ số Simpson, định lượng đa dạng sinh học bằng lý thuyết thông tin (H), hàm số liên kết Shannon - Weaver (H') và chỉ số hợp lý được sử dụng để đánh giá mức độ đa dạng loài thực vật tại Vườn Quốc gia Bạch Mã. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong tự nhiên mối quan hệ giữa các loài là vấn đề rất phức tạp. Có những loài trong suốt quá trình sống luôn dựa vào các loài khác và sự tồn tại của loài này có thể là nguyên nhân cơ bản cho sự sinh trưởng và phát triển của loài khác. Trong rừng tự nhiên hỗn loài, sự đa dạng làm phong phú thêm về cơ cấu mạng lưới thức ăn. Một số tác giả sau khi nghiên cứu đã đi đến kết luận rằng, sự phong phú của loài đã làm tăng tính ổn định về mặt sinh thái cho quần xã sinh vật sinh trưởng, phát triển và lúc đó lượng sinh khối trên một đơn vị diện tích là tối đa. Trước đây, khi nghiên cứu sự phong phú về loài, các nhà khoa học chỉ mới dừng lại ở mức độ định tính, mô tả. Các nghiên cứu mới đây nhất đã sử dụng một số chỉ số nhằm đánh giá mức độ phong phú đa dạng của tổ thành thực vật. Bài báo này dùng một số chỉ số dễ sử dụng trong lâm nghiệp như chỉ số Simpson, lý thuyết thông tin, hàm số liên kết Shannon - Weaver và chỉ số hợp lý để định lượng mức độ đa dạng sinh học loài cây gỗ cho các trạng thái rừng. 1. Chỉ số Simpson: Đây là chỉ tiêu đầu tiên khi nghiên cứu đa dạng sinh học được Simpson đề xuất năm 1949. Chỉ số Simpson được dùng để đánh giá sự đa dạng về số lượng loài của một quần cư. Tuy nhiên, chỉ số này bị phụ thuộc vào kích thước mẫu thu thập và số cá thể của mỗi mẫu. Để giảm bớt sự ảnh hưởng của kích thước lấy mẫu tới kết quả, người ta thường sử dụng công thức của Poelou (1977) để hiệu đính kích thước mẫu lấy. Kết quả tính toán cho ra các giá trị D1 và D2, trong đó D1 và D2 lấy các giá trị từ 0 đến 1. Nếu D1, D2 = 0 thì quần cư chỉ có một loài duy nhất, lúc đó sự đa dạng về số lượng loài là thấp nhất. Ngược lại, nếu D1, D2 càng gần bằng 1 thì quần cư rất đông đúc về số lượng loài và mức độ đồng đều về số lượng cá thể trong mỗi loài càng cao. Bảng 1: Kết quả định lượng đa dạng loài thực vật bằng chỉ số Simpson Trạng thái rừng Chỉ tiêu Á nhiệt đới Nhiệt đới IIa IIb IIIA1 IIIA2 IIb IIIA1 IIIA2 IIIA3 IIIB IV N 171 357 208 202 207 201 161 152 164 145 D1 0,9689 0,9364 0,9556 0,9341 0,9712 0,9424 0,9634 0,9411 0,9159 0,8919 D2 0,9747 0,9391 0,9602 0,9388 0,9759 0,9471 0,9694 0,9473 0,9216 0,8982 (Nguồn: Tổng hợp kết quả điều tra ngoài thực địa) Trong đó: N là số lượng cây gỗ lớn trên ô tiêu chuẩn, D1 là chỉ số Simpson, D2 là chỉ số Simpson sau khi hiệu đính cho kích thước mẫu lấy. Từ kết quả nghiên cứu ở bảng trên có thể nhận thấy giá trị D2 bao giờ cũng cao hơn D1 ở tất cả các trạng thái rừng do công thức tính D2 đã được hiệu chỉnh cho kích thước mẫu chọn. Kết quả thu được cho thấy chỉ số Simpson cao nhất ở các trạng thái rừng non, điều đó chứng tỏ rằng số lượng loài ở các trạng thái rừng này rất lớn và độ đồng đều giữa các cá thể trong một loài rất cao. Kết quả thấp nhất thu được ở trạng thái rừng IV (D1 = 0,8919; D2 = 0,8982), điều này phù hợp với thực tế khu vực nghiên cứu do rừng ở đây đã tương đối ổn định, số lượng loài thấp và sự phân hóa về số lượng cá thể trong cùng một loài cao. 2. Định lượng đa dạng sinh học bằng lý thuyết thông tin (H): Định lượng sự đa dạng sinh học bằng lý thuyết thông tin theo công thức của Brillouin được áp dụng khi tất cả số cá thể trong quần cư được thẩm định và đếm được. Công thức này chỉ áp dụng cho các ô đo đếm điển hình. Bảng 2: Kết quả định lượng đa dạng loài thực vật bằng hàm lý thuyết thông tin Trạng thái rừng Chỉ tiêu Á nhiệt đới Nhiệt đới IIa IIb IIIA1 IIIA2 IIb IIIA1 IIIA2 IIIA3 IIIB IV N 171 357 208 202 207 201 161 152 164 145 H 3,2547 3,0177 3,1464 2,8463 3,4166 2,9854 3,1747 2,8457 2,5934 2,3377 (Nguồn: Tổng hợp kết quả điều tra ngoài thực địa) Trong đó: N là số lượng cây gỗ lớn trên ô tiêu chuẩn, H là chỉ số đa dạng tuyệt đối. Kết quả tính theo phương pháp này mang lại kết luận tương tự như cách tính theo chỉ số Simpson, tức là các giá trị H tính toán được cũng cao nhất ở trạng thái rừng non và thấp nhất ở trạng thái rừng già. Tuy nhiên, ở đây có thể nhận thấy sự tác động rõ của độ ưu thế của một loài nào đó trong quần cư đã được thể hiện rõ ở các kiểu rừng trung bình và giàu. Nếu trong quần cư không xuất hiện loài ưu thế thì công thức phản ánh độ đa dạng tuyệt đối sẽ chính xác hơn. 3. Hàm số liên kết Shannon - Weaver (H'): Hàm số liên kết Shannon - Weaver là chỉ tiêu định lượng độ đa dạng tương đối của quần cư. Tương tự công thức Brillouin, H' = 0 khi quần cư chỉ có một loài duy nhất và H' đạt cực đại khi số loài trong quần cư lớn nhất và mỗi loài chỉ có 1 cá thể. Từ đây có thể nhận thấy nhược điểm của cách định lượng này khi trong quần cư tuy có số lượng loài cao nhưng có một số loài có số lượng cá thể ưu thế hơn hẳn các loài khác. Bảng 3: Kết quả định lượng đa dạng loài thực vật bằng hàm số liên kết Shannon - Weaver Trạng thái rừng Chỉ tiêu Á nhiệt đới Nhiệt đới IIa IIb IIIA1 IIIA2 IIb IIIA1 IIIA2 IIIA3 IIIB IV N 171 357 208 202 207 201 161 152 164 145 H' 3,6467 3,2281 3,4867 3,1354 3,8233 3,2881 3,5840 3,1785 2,8637 2,5575 (Nguồn: Tổng hợp kết quả điều tra ngoài thực địa) Trong đó: N là số lượng cây gỗ lớn trên ô tiêu chuẩn, H' là chỉ số đa dạng tương đối. Với kết quả thu được qua bảng trên có thể nhận thấy số lượng loài nhiều nhất và đồng đều nhất ở các trạng thái rừng non, điều này cũng phù hợp với kết quả tính toán của các chỉ số trên. 4. Chỉ số hợp lý: Chỉ số hợp lý dùng để đánh giá khả năng phong phú của mỗi loài xuất hiện trong quần cư hay để đánh giá mức độ đồng đều về số lượng cá thể mỗi loài. Hai chỉ số tính được là J và J' nhận giá trị từ 0 đến 1. J và J' = 0 khi quần cư chỉ có 1 loài duy nhất và đạt cực đại khi quần cư có số loài cao nhất với số lượng cá thể trong mỗi loài bằng nhau, lúc này quần cư có sự cân bằng tương đối về mặt số lượng. Bảng 4: Kết quả định lượng đa dạng loài thực vật bằng chỉ số hợp lý Trạng thái rừng Chỉ tiêu Á nhiệt đới Nhiệt đới IIa IIb IIIA1 IIIA2 IIb IIIA1 IIIA2 IIIA3 IIIB IV N 171 357 208 202 207 201 161 152 164 145 J 0,9953 0,8064 0,8838 0,8669 0,8959 0,8990 0,8952 0,8695 0,8213 0,7787 J' 0,9420 0,8339 0,8824 0,8286 0,9264 0,8797 0,9162 0,8802 0,8190 0,8274 (Nguồn: Tổng hợp kết quả điều tra ngoài thực địa) Trong đó: N là số lượng cây gỗ lớn trên ô tiêu chuẩn, J là chỉ số hợp lý tuyệt đối, J' là chỉ số hợp lý tương đối. Từ kết quả tính toán trên có thể nhận thấy rằng độ đồng đều về số lượng cá thể cao nhất vẫn là ở các quần thể rừng non, có thể là do tại thời điểm này rừng đang phục hồi và các loài cây tiên phong ưa sáng phát triển mạnh. Lúc này rừng chưa có sự phân hóa mạnh, sự đồng đều về loài và số lượng cá thể trong loài cho thấy trong cấu trúc quần xã các loài đều có vai trò như nhau, không có loài nào đóng vai trò chủ yếu hay trong quần xã không có sự phân cấp về chất lượng. Trạng thái rừng IV có chỉ số đa dạng thấp nhất, điều này phù hợp với quy luật thực tế tự nhiên, trong các rừng giàu, các quần xã tồn tại tương đối lâu dài và có các loài đóng vai trò chủ yếu, vì vậy trong quần xã có sự phân cấp về cấu trúc. Theo chiều hướng phân bố, vào lúc mới bắt đầu của giai đoạn phát triển thì thành phần loài cây tái sinh trong quần xã rất phong phú. Ở các giai đoạn tiếp theo, do sự đấu tranh sinh tồn và đặc điểm sinh vật học của các loài thực vật, trong lâm phần chỉ có từ 8-10 loài có khả năng tích tụ năng lượng, đây là những loài cây chủ đạo trong lâm phần. Các loài khác dần bị mất đi nên mức độ phong phú về loài cũng giảm dần cho đến khi cấu trúc rừng tương đối ổn định. KẾT LUẬN Qua những kết quả nghiên cứu đã đạt được, có thể rút ra một số kết luận sau: 1. Kết quả định lượng bằng các chỉ số trên cho thấy sự đa dạng về loài và sự đồng đều về số lượng cá thể trong loài lớn nhất ở các trạng thái rừng II và thấp nhất ở trạng thái rừng IV; 2. Các quần xã ở giai đoạn đầu của sự phát triển (IIA, IIB) thì sự đa dạng loài là lớn nhất. Tại giai đoạn này tính đa dạng cao sẽ tạo nên sự ổn định tạm thời, tạo điều kiện cho sự phát triển quần thể sau này. Lúc quần xã đã có sự cân bằng tương đối lâu dài phù hợp với điều kiện môi trường tương ứng sẽ có một số loài đóng vai trò chủ yếu. Các loài này đóng vai trò biến đổi và tích lũy năng lượng chủ đạo trong quần xã, vì vậy chỉ số đa dạng sinh học ở các quần xã này sẽ thấp hơn. Hiện nay, đa dạng sinh học có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển bền vững. Nghiên cứu đa dạng sinh học sẽ cung cấp các số liệu định lượng cơ bản để phục vụ cho công tác bảo tồn và nhất là phục hồi lại tính đa dạng sinh học ở những khu vực đã bị tác động mạnh. TÀI LIỆU THAM KHẢO Biodiversity action plan for Vietnam - By BAP planning team Hanoi. Nguyễn Hải Tuất. Một số phương pháp định lượng để nghiên cứu đa dạng sinh học. Chuyên đề. Đại học Lâm nghiệp (1997). Võ Quý. Bảo tồn tính đa dạng sinh học và tài nguyên rừng Việt Nam. Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội (1993). Nguyễn Nghĩa Thìn. Cẩm nang nghiên cứu đa dạng sinh học. NXB Nông nghiệp, Hà Nội (1997). ESTABLISHING SOME INDICES OF THE SPECIES DIVERSITY OF PLANTS AT BACH MA NATIONAL PARK Le Thi Dien Hue University of Agriculture and Forestry Le Doan Anh Bach Ma National Park SUMMARY Indices have been chose to determine the amount of flora diversity in Bachma National Park: Simpson index (D), Information theory of function (H), Shannon - Weaver associate function (H’), sensible index (j, j’). Research result on the first stage of development (Forest status IIa, IIb) species diversity are the most large and among the number of individual are relative equal. When the community has been had relative balance (forest status IV) then species diversity are the most low because some species have main role and decisive hoard on community.