Luận án tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La phục vụ quy hoạch, phát triển kinh tế - xã hội

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:162

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án: Phân loại được hệ thống STCQ tỉnh Sơn La và thành lập được bản đồ STCQ tỉnh Sơn La. Làm rõ được sự biến động STCQ tỉnh Sơn La theo thời gian (2005 - 2015). Xác lập được cơ sở khoa học dựa trên nghiên cứu STCQ phục vụ định hướng sử dụng hợp lý lãnh thổ trong nông, lâm nghiệp và bảo tồn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La phục vụ quy hoạch, phát triển kinh tế - xã hội

i g. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- DOÃN THỊ TRƯỜNG NHUNG NGHIÊN CỨU SINH THÁI CẢNH QUAN TỈNH SƠN LA PHỤC VỤ QUY HOẠCH, PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội - 2018
ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- DOÃN THỊ TRƯỜNG NHUNG NGHIÊN CỨU SINH THÁI CẢNH QUAN TỈNH SƠN LA PHỤC VỤ QUY HOẠCH, PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 9 42 01 20 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS. TSKH. Trần Đình Lý 2. TS. Hà Quý Quỳnh Hà Nội - 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, chưa từng được người khác công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả DOÃN THỊ TRƯỜNG NHUNG
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án “Nghiên cứu sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La phục vụ quy hoạch, phát triển kinh tế - xã hội”, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn là GS.TSKH. Trần Đình Lý và TS. Hà Quý Quỳnh. Tôi cũng đã nhận được sự động viên và giúp đỡ tận tình của PGS.TS. Nguyễn Văn Sinh, Viện trưởng Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, cùng sự giúp đỡ quý báu từ các nhà khoa học, cán bộ của Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, các bạn đồng nghiệp về sự giúp đỡ này. Tôi cũng xin cảm ơn Phòng Sinh thái Viễn thám, Phòng Thực vật, Phòng Động vật, Phòng Quản lý tổng hợp, Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật và toàn thể các đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thiện luận án. Xin cảm ơn Đề tài cấp Nhà nước thuộc chương trình KHCN Vũ trụ VT01/14-15 do TS Hà Quý Quỳnh làm chủ nhiệm, đã cho tôi tham gia thực hiện đề tài và sử dụng số liệu của đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ UBND tỉnh Sơn La, Sở KH&CN Sơn La, Chi cục Kiểm lâm Sơn La, bà con nhân dân đã cung cấp thông tin và hỗ trợ tôi trong thời gian thực hiện đề tài luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu và toàn thể Hội đồng Sư phạm Trường THPT Thái Phiên - thành phố Hải Phòng đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình, bố, mẹ, chồng, các con và các anh em đã động viên và tạo tất cả các điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Doãn Thị Trường Nhung
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................ii MỤC LỤC............................................................................................................... iii MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 2 3. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................... 2 4. Những điểm mới của luận án ................................................................................ 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ........................................................... 2 5.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................... 2 5.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................ 3 6. Bố cục của luận án ................................................................................................ 3 Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................................................................................... 4 1.1. Những lĩnh vực khoa học liên quan đến sinh thái cảnh quan ............................ 4 1.1.1. Sinh thái học ................................................................................................... 4 1.1.2. Hệ sinh thái ..................................................................................................... 6 1.1.2.1. Khái niệm hệ sinh thái ................................................................................. 6 1.1.2.2. Thành phần của hệ sinh thái......................................................................... 7 1.1.2.3. Cấu trúc của hệ sinh thái .............................................................................. 8 1.1.2.4. Chức năng của hệ sinh thái .......................................................................... 8 1.1.2.5. Tính chất của hệ sinh thái ............................................................................ 9 1.1.3. Cảnh quan học............................................................................................... 10 1.1.3.1. Khái niệm cảnh quan ................................................................................. 10 1.1.3.2. Nhân tố thành tạo cảnh quan ...................................................................... 11 1.1.3.3. Hệ thống phân loại cảnh quan .................................................................... 12 1.1.3.4. Cấu trúc, động lực cảnh quan .................................................................... 13 1.1.3.5. Chức năng cảnh quan ................................................................................. 15 1.1.4. Sinh địa quần học .......................................................................................... 16 1.2. Một số nghiên cứu về sinh thái cảnh quan ....................................................... 17 1.2.1. Khái niệm sinh thái cảnh quan ...................................................................... 17 1.2.1.1. Các định nghĩa về sinh thái cảnh quan chú trọng đến đặc trưng sinh thái học của cảnh quan ................................................................................................... 17
iv 1.2.1.2. Các định nghĩa chú trọng đến đặc trưng nhân văn của cảnh quan............. 19 1.2.1.3. Các định nghĩa về sinh thái cảnh quan của các nhà cảnh quan học Xô Viết và Việt Nam ............................................................................................................ 20 1.2.1.4. Các định nghĩa tích hợp về sinh thái cảnh quan ........................................ 21 1.2.2. Cấu trúc và chức năng của sinh thái cảnh quan ............................................ 22 1.2.3. Phân biệt khái niệm “Sinh thái cảnh quan” và “Cảnh quan sinh thái” ......... 24 1.2.3.1. Về “Sinh thái cảnh quan” ........................................................................... 24 1.2.3.2. Về “Cảnh quan sinh thái” .......................................................................... 25 1.2.4. Tình hình nghiên cứu sinh thái cảnh quan .................................................... 26 1.2.4.1. Trên thế giới ............................................................................................... 26 1.2.4.2. Ở Việt Nam ................................................................................................ 27 1.3. Các công trình nghiên cứu liên quan tới đề tài luận án tại tỉnh Sơn La ........... 30 1.4. Cơ sở lý luận .................................................................................................... 32 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, QUAN ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 35 2.2. Quan điểm nghiên cứu ..................................................................................... 35 2.2.1. Quan điểm hệ thống ...................................................................................... 35 2.2.2. Quan điểm tổng hợp ...................................................................................... 36 2.2.3. Quan điểm lãnh thổ ....................................................................................... 36 2.2.4. Quan điểm lịch sử ......................................................................................... 37 2.2.5. Quan điểm liên ngành và phát triển bền vững .............................................. 37 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 38 2.3.1. Phương pháp khảo sát ngoài thực địa ........................................................... 38 2.3.2. Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu ................................................. 39 2.3.3. Phương pháp Bản đồ và Hệ thông tin địa lí .................................................. 39 2.3.4. Phương pháp chuyên gia ............................................................................... 40 2.3.5. Nhóm phương pháp nghiên cứu, đánh giá sinh thái cảnh quan .................... 40 2.4. Các bước nghiên cứu ....................................................................................... 41 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ 42 3.1. Điều kiện tự nhiên, các yếu tố sinh thái nhân văn - nhân tố hình thành sinh thái cảnh quan ......................................................................................................... 42 3.1.1. Điều kiện tự nhiên ......................................................................................... 42 3.1.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................. 42 3.1.1.2. Địa chất - Địa hình ..................................................................................... 42
v 3.1.1.3. Khí hậu - thủy văn...................................................................................... 49 3.1.1.4. Thổ nhưỡng ................................................................................................ 56 3.1.1.5. Thảm thực vật ............................................................................................ 60 3.1.2. Các yếu tố sinh thái nhân văn ....................................................................... 69 3.1.2.1. Về dân số, dân tộc ...................................................................................... 69 3.1.2.2. Về tình hình xóa đói giảm nghèo và giải quyết việc làm .......................... 70 3.1.2.3. Về cơ cấu kinh tế ....................................................................................... 70 3.1.2.4. Các tác động nhân sinh đến môi trường tự nhiên ...................................... 71 3.2. Phân loại hệ thống sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La ........................................ 74 3.3. Biến động sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La theo thời gian ............................ 111 3.3.1. Bản đồ sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2005 .................................... 112 3.3.2. Bản đồ sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2015 .................................... 115 3.3.3. Biến động sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La theo thời gian ......................... 118 3.4. Định hướng khai thác, sử dụng hợp lý lãnh thổ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội.......................................................................................................................... 121 3.4.1. Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Sơn La ................. 121 3.4.2. Định hướng không gian các đơn vị sinh thái cảnh quan cho bảo tồn, sử dụng hợp lý tài nguyên ................................................................................................... 123 3.4.2.1. Ngành nông nghiệp .................................................................................. 124 3.4.2.2. Ngành lâm nghiệp .................................................................................... 125 3.4.2.3. Phát triển các khu bảo tồn ........................................................................ 127 3.4.2.4. Ngành công nghiệp .................................................................................. 130 3.4.2.5. Ngành du lịch, thương mại, dịch vụ......................................................... 131 3.4.2.6. Phát triển đô thị ........................................................................................ 133 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 139 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 139 KIẾN NGHỊ .......................................................................................................... 140 CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN ................. 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 104 PHỤ LỤC
vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Hệ thống phân vị và chỉ tiêu phân loại cảnh quan áp dụng cho tỉnh Sơn La ..................................................................................................................... 33 Bảng 3. 1 Bảng phân loại đất tỉnh Sơn La ............................................................. 56 Bảng 3.2. Thống kê các đơn vị Sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La ......................... 104 Bảng 3.3. Diện tích các loại sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2005 ............. 112 Bảng 3.4. Diện tích các loại sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2015 ............. 115 Bảng 3.5. Biến động diện tích các đơn vị sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La theo thời gian ................................................................................................................ 118 Bảng 3.6. Hiện trạng và định hướng sử dụng lãnh thổ tỉnh Sơn La ..................... 133
vii DANH MỤC HÌNH Hình 3.1. Bản đồ mô hình số độ cao tỉnh Sơn La ................................... sau trang 47 Hình 3.2. Bản đồ địa hình tỉnh Sơn La ................................................... sau trang 47 Hình 3.3. Bản đồ sinh khí hậu tỉnh Sơn La ............................................. sau trang 49 Hình 3.4. Bản đồ đất tỉnh Sơn La ............................................................ sau trang 56 Hình 3.5. Bản đồ thảm thực vật tỉnh Sơn La............................................ sau trang 61 Hình 3.6. Loại sinh thái cảnh quan rừng cây lá rộng ..............................................97 Hình 3.7. Loại STCQ rừng hỗn giao cây lá rộng, lá kim........................................98 Hình 3.8. Loại sinh thái cảnh quan rừng cây lá rộng trên núi đá vôi......................98 Hình 3.9. Loại sinh thái cảnh quan rừng hỗn giao tre, nứa.....................................99 Hình 3.10. Loại sinh thái cảnh quan rừng trồng, rừng cây lá kim ..........................99 Hình 3.11. Loại sinh thái cảnh quan cây bụi.........................................................100 Hình 3.12. Loại sinh thái cảnh quan thảm cây trồng gồm nhiều loại khác nhau ..100 Hình 3.13. Loại sinh thái cảnh quan thổ cư ..........................................................101 Hình 3.14. Loại STCQ thuỷ văn ...........................................................................101 Hình 3.15. Sơ đồ phân loại hệ thống STCQ tỉnh Sơn La .....................................103 Hình 3.16. Bản đồ sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2005 ............ sau trang 111 Hình 3.17. Biểu đồ diện tích các loại sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2005 ...............................................................................................................................114 Hình 3.18. Bản đồ sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2015 ............ sau trang 114 Hình 3.19. Biểu đồ diện tích các loại sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La năm 2015 ...............................................................................................................................117 Hình 3.20. Biểu đồ biến động diện tích các loại sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La theo thời gian ................................................................................................................. 120 Hình 3.21. Bản đồ hiện trạng và định hướng sử dụng lãnh thổ tỉnh Sơn La sau trang ...................................................................................................................... 125
viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CQ Cảnh quan ĐDSH Đa dạng sinh học GIS Geographic Information System HST Hệ sinh thái KT - XH Kinh tế - xã hội NCS Nghiên cứu sinh PTBV Phát triển bền vững STCQ Sinh thái cảnh quan
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Tỉnh Sơn La thuộc vùng Tây Bắc, có vị trí địa lí quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội (KT - XH), an ninh quốc phòng cấp vùng và Quốc gia. Đồng thời, với vị trí đầu nguồn của Sông Đà và Sông Mã, đây là địa bàn phòng hộ xung yếu cho vùng đồng bằng Bắc Bộ và 2 công trình thủy điện lớn nhất Việt Nam. Với địa hình núi thấp, cao nguyên và thung lũng chiếm ưu thế, tài nguyên đất, khí hậu phong phú, kho tàng tri thức bản địa đặc sắc…Tỉnh Sơn La có nhiều triển vọng để phát triển kinh tế nông, lâm nghiệp, thương mại và du lịch, đem lại hiệu quả về KT - XH và môi trường. Tuy nhiên, công tác bảo vệ nguồn tài nguyên ở Sơn La còn thấp, ảnh hưởng rất lớn đến các địa phương khác thuộc vùng hạ du Sông Đà và Sông Mã. Trong 10 năm qua, những biến đổi trong sử dụng đất và chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở Sơn La diễn ra mạnh mẽ. Trên địa bàn tỉnh, thoái hóa đất ngày càng trầm trọng, tài nguyên nước suy giảm, ô nhiễm do mất rừng và sử dụng hóa chất nông nghiệp, tai biến thiên nhiên xảy ra nhiều hơn, gây thiệt hại ngày càng nặng nề [84]. Vì vậy, chiến lược phát triển KT - XH lâu dài của tỉnh cần xem xét theo chức năng từng vùng lãnh thổ, theo hướng nhanh và bền vững. Nghiên cứu sinh thái cảnh quan (STCQ) là phương pháp tiếp cận tổng hợp và đa ngành, từ nghiên cứu thành phần loài sinh vật, đặc điểm môi trường sống, điều kiện sinh thái, địa lý và vùng phân bố. Nghiên cứu STCQ nhằm hiểu rõ các nguồn tài nguyên và điều kiện tự nhiên; mối quan hệ tác động qua lại giữa các thành phần tự nhiên; đặc điểm và chức năng của từng đơn vị lãnh thổ... làm cơ sở cho việc đề xuất những biện pháp khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên bền vững. Vì vậy, việc nghiên cứu STCQ tỉnh Sơn La nhằm định hướng khai thác, cải tạo và phục hồi chức năng sinh thái của lãnh thổ tại tỉnh Sơn La là cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Đứng trước thực tế đó nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Nghiên cứu sinh thái cảnh quan tỉnh Sơn La phục vụ quy hoạch, phát triển kinh tế - xã hội”, góp phần phát triển bền vững kinh tế - xã hội tỉnh Sơn La.
2 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục tiêu nghiên cứu của luận án: 2.1. Phân loại được hệ thống STCQ tỉnh Sơn La và thành lập được bản đồ STCQ tỉnh Sơn La. 2.2. Làm rõ được sự biến động STCQ tỉnh Sơn La theo thời gian (2005 - 2015). 2.3. Xác lập được cơ sở khoa học dựa trên nghiên cứu STCQ phục vụ định hướng sử dụng hợp lý lãnh thổ trong nông, lâm nghiệp và bảo tồn. 3. Phạm vi nghiên cứu - Ranh giới lãnh thổ nghiên cứu được xác định trên cơ sở Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 và Bản đồ hành chính năm 2015 của Bộ Tài nguyên và Môi trường. - Lãnh thổ nghiên cứu là toàn bộ tỉnh Sơn La có diện tích tự nhiên 14.125,0 km², tọa độ địa lý: 20°39’ - 22°02’ vĩ độ Bắc và 103°11’ - 105°02’ kinh độ Đông. Tính đến năm 2015, tỉnh Sơn La có 12 đơn vị hành chính cấp huyện và 204 đơn vị hành chính cấp xã [20]. - Nghiên cứu cơ sở khoa học về STCQ và phân loại STCQ, định hướng không gian các đơn vị STCQ cho bảo tồn và sử dụng hợp lý tài nguyên. 4. Những điểm mới của luận án - Đã xây dựng được hệ thống phân loại STCQ tỉnh Sơn La trên cơ sở kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu của cảnh quan học và sinh thái học. - Xây dựng được bản đồ STCQ tỉnh Sơn La tỷ lệ 1:100.000. - Bước đầu làm rõ giá trị dịch vụ của các đơn vị STCQ là cơ sở cho đề xuất không gian bảo tồn và sử dụng hợp lý tài nguyên. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5.1. Ý nghĩa khoa học - Các kết quả nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung về lý thuyết nghiên cứu STCQ phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ thiên nhiên.
3 5.2. Ý nghĩa thực tiễn - Luận án là tài liệu tham khảo có cơ sở khoa học trong công tác nghiên cứu, giảng dạy và học tập liên quan đến nội dung STCQ. - Các kết quả nghiên cứu của luận án là các dữ liệu tham khảo quan trọng như các căn cứ khoa học cho các cơ quan chức năng liên quan, các nhà quản lý tham khảo khi tiến hành quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên tỉnh Sơn La. 6. Bố cục của luận án Luận án ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, có 3 chương chính: Chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học về vấn đề nghiên cứu (32 trang) Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu (09 trang). Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (100 trang).
4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Những lĩnh vực khoa học liên quan đến sinh thái cảnh quan 1.1.1. Sinh thái học Sinh thái học (Ecology) bắt nguồn từ ngôn ngữ Hy Lạp “Oikos” có nghĩa là nơi sống, nhà ở, “Logos” là môn học, khoa học. Theo nghĩa này, sinh thái học có nghĩa là khoa học về nơi ở của sinh vật. Cho đến nay, nhiều định nghĩa về sinh thái học ra đời, nhưng đều thống nhất rằng: Sinh thái học là khoa học chuyên ngành sinh học nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa các sinh vật với môi trường. Sinh thái học được nghiên cứu ở các cấp độ khác nhau từ cá thể, quần thể, quần xã, cho đến các hệ sinh thái và sinh quyển [42]. Do tập trung vào mối tương tác giữa sinh vật với môi trường của chúng, sinh thái học được coi là khoa học tổng hợp và đa ngành, bao gồm nhiều mảng kiến thức của địa lý học, địa chất học, khí tượng học, thổ nhưỡng học, di truyền học, hóa học, vật lý, toán học và khoa học thống kê [42]. Ernst Haeckel (1866) đã đưa ra định nghĩa đầu tiên về sinh thái học là “khoa học bao hàm nhiều khái niệm về mối quan hệ giữa sinh vật với môi trường”. Warming (1895) lần đầu tiên xuất bản cuốn “Sinh thái học thực vật” và lập giáo trình đại học đầu tiên về sinh thái học thực vật [51, 52, 63, 72]. Mặc dù được công nhận phát triển vào nửa sau thế kỷ XIX, tuy nhiên, nhiều nghiên cứu về sinh thái học tổng hợp đã xuất hiện ở thời cổ đại. Aristot và Theophrastus đã thực hiện các quan sát về dòng di cư của động vật và thực vật, hiện nay còn lưu lại những dẫn liệu mang tính chất sinh thái học khá rõ nét. Ở Châu Âu, từ thế kỷ XVIII - XIX, được xem là thời kỳ “phục hưng sinh học”, tuy chưa chính thức dùng tên gọi “sinh thái học”, nhưng nhiều nhà khoa học đã có nhiều công bố đáng kể về sinh thái học. Đầu thế kỷ XVIII, nhà vi sinh vật học Hà Lan là Leeuvenhoek đã nghiên cứu chuỗi thức ăn và quy luật điều chỉnh số lượng quần thể. Các nhà khoa học của thế kỷ thứ XIX là Alexander von Humboldt (1769 - 1859), Charles Darwin (1809 - 1882), Alfred Russel Wallace (1823 - 1913) và Karl Möbius (1825 - 1908) đã có những đóng góp quan trọng trong nghiên cứu và giải thích về mối quan hệ giữa các nhóm sinh vật với môi trường. Các nhà tự nhiên học
5 người Đức đóng vai trò tiên phong sáng lập, còn các nhà động vật và thực vật học người Anh và Hoa Kỳ đóng vai trò kế cận, phát triển và hoàn thiện lý luận sinh thái học [72]. Trong thời kì phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới, vấn đề “không gian sinh thái” được coi là hạn chế lớn nhất của sinh thái học. Lịch sử phát triển của sinh thái học chỉ ra rằng, hầu hết các nguyên lý sinh thái đều có tính chất phi không gian. Ví dụ, quan hệ vật ăn thịt - con mồi là quan hệ sinh học thuần túy với điều kiện giả thiết xảy ra trong một không gian bất kỳ, thuyết diễn thế sinh thái được xây dựng cho một hệ sinh thái đồng nhất. Tuy nhiên, nếu xem xét sâu hơn, ảnh hưởng không gian luôn là yếu tố khách quan, do đó, tiếp cận không gian là việc cần thiết trong các nghiên cứu sinh thái học [72]. Đầu thế kỷ thứ XX, đánh dấu sự kiện các công trình nghiên cứu sinh thái học, đã tích hợp các vấn đề địa lý học và sinh học: Cowles (1899) đã nghiên cứu về diễn thế thực vật trên dải cồn cát ven hồ Michigan (Hoa Kỳ); Clements (1916) đã nghiên cứu về quy luật phát triển của sinh vật quần lạc trong mối quan hệ với nhân tố thổ nhưỡng...Đây được xem là những nghiên cứu sinh thái đầu tiên tiếp cận không gian. Gause (1934) đã khẳng định mối quan hệ cạnh tranh khác loài là một nguyên nhân gây ra sự phân hóa không gian. Khái niệm hệ sinh thái ra đời có ảnh hưởng quyết định đến việc hình thành STCQ. Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học là các hệ sinh thái, theo Tansley (1935), sinh thái học là một tập hợp các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) và môi trường phi sinh học nơi chúng sinh sống (khí hậu, đất) [72]. Phần lớn các nhà STCQ trên thế giới đều khẳng định STCQ lý thuyết có nguồn gốc từ sinh thái học truyền thống và hiện nay, sinh thái học hiện đại đang có ảnh hưởng rất lớn đến định hướng nghiên cứu STCQ ứng dụng. Trong đó, hai đóng góp quan trọng nhất của sinh thái học là: - Định nghĩa về hệ sinh thái đã tạo ra mối liên kết giữa các yếu tố phi sinh học (đối tượng nghiên cứu của các nhà địa lý) và các yếu tố sinh học (đối tượng nghiên cứu của các nhà sinh thái học). Các nhà sinh thái học Xô Viết và Đông Âu trước đây thường sử dụng khái niệm sinh địa quần lạc trong nghiên cứu sinh thái học. Trong khi đó, các nhà sinh thái học Tây Âu và Bắc Mỹ chấp nhận hệ sinh thái
6 là đối tượng nghiên cứu, đồng thời kế thừa và tiếp tục phát triển: “Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm các quá trình vật lý, hóa học, sinh học hoạt động trong một không gian và thời gian nào đó” (Linderman, 1942) [115]; “…Là một đơn vị bất kỳ bao gồm tất cả các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) trong một khu vực nhất định có sự tương tác với môi trường vật lý bằng các dòng năng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng xác định, sự đa dạng về loài và chu trình tuần hoàn vật chất” (Odum, 1953); “…Là một hệ thống chức năng bao gồm tập hợp các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) và môi trường tự nhiên (khí hậu, đất) tương tác qua lại” (Whittaker, 1975) [72]. Chính quan điểm về hệ sinh thái của Tansley (1935), Troll đã sáng tạo thuật ngữ STCQ vào năm 1939 [72]. - Xét về khía cạnh ứng dụng, những bài toán ứng dụng của sinh thái học là nền tảng để phát triển các nghiên cứu STCQ ứng dụng trong nghiên cứu STCQ tự nhiên, đặc biệt phổ biến ở Bắc Mỹ. Sinh thái học, xét về bản chất cũng là một ngành khoa học ứng dụng cao, chú trọng tới các vấn đề quản lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. Các hướng nghiên cứu ứng dụng cụ thể bao gồm, bảo tồn thiên nhiên, quản lý nơi sống của sinh vật, giảm thiểu các tác động sinh thái do ô nhiễm môi trường, phục hồi hệ sinh thái, tái tạo loài, sinh thái học biển, quản lý rừng (là những ứng dụng trực tiếp của sinh thái); phát triển đô thị, các vấn đề nông nghiệp, sức khỏe cộng đồng (là những ý tưởng và phân tích sinh thái học). Kế thừa các nguyên lý cơ bản và các bài toán ứng dụng của sinh thái học, STCQ tập trung nghiên cứu tương tác giữa cấu trúc không gian và các quá trình hệ sinh thái, bao gồm các nguyên nhân và hệ quả sinh thái học do phân hóa cảnh quan ở các tỷ lệ khác nhau. Điều đó tạo ra hai đặc trưng quan trọng của STCQ, phân biệt với sinh thái học và cảnh quan học: - Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc cảnh quan tới các quá trình HST; - Nghiên cứu sinh thái học trên các đơn vị không gian có quy mô thường lớn hơn so với các nghiên cứu sinh thái học truyền thống trước đây [72]. 1.1.2. Hệ sinh thái 1.1.2.1. Khái niệm hệ sinh thái
7 Hệ sinh thái (HST) là một khái niệm tương đối rộng. HST coi các đơn vị sinh thái là một tổ hợp các yếu tố có quan hệ với nhau theo các chức năng thống nhất. Vì vậy, quy mô của HST có thể rất khác nhau, từ một cái ao, một thửa ruộng, một khu rừng đến một vùng rộng lớn hay cả sinh quyển. Khái niệm HST đã đưa thế giới sinh học và vật lý vào một thể thống nhất, con người có thể mô tả, đánh giá và quản lý hệ này. HST là nơi mà các dạng sống và môi trường xung quanh có tác động qua lại với nhau; nó đóng vai trò như một đơn vị thể tích của Trái đất với sự biến động theo không gian, thời gian và mức độ. Các HST bao gồm các thành phần hữu sinh và vô sinh, phân biệt nhờ cấu trúc và chức năng khác nhau của chúng. Vũ Trung Tạng (2000) [63] đã định nghĩa hệ sinh thái như sau: “Hệ sinh thái là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã ở đó tồn tại, trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hoá năng lượng”. 1.1.2.2. Thành phần của hệ sinh thái Hệ sinh thái gồm hai hợp phần căn bản là quần xã sinh vật và môi trường mà sinh vật tồn tại. Một HST hoàn chỉnh có các thành phần chính sau đây: - Những chất vô cơ (C, N, CO2, H2O,…) tham gia vào chu trình tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái; - Những chất hữu cơ (protein, gluxit, lipid, các chất mùn…); - Khí hậu, bao gồm nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm và các yếu tố vật lý khác; - Đất, bao gồm thành phần đất, các đặc tính lý hóa học của đất; - Các sinh vật, đây là thành phần sống của HST. Bao gồm 3 nhóm: Nhóm sinh vật sản xuất: Gồm các sinh vật tự dưỡng, chủ yếu là cây xanh và các vi khuẩn hóa tổng hợp. Chúng có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ quang hợp hoặc hóa tổng hợp. Sinh vật tiêu thụ: Gồm các sinh vật dị dưỡng, chủ yếu là các động vật. Chúng sử dụng chất hữu cơ được tạo thành nhờ sinh vật sản xuất. Động vật ăn trực tiếp
8 thực vật là sinh vật tiêu thụ bậc I. Động vật ăn thịt các động vật tiêu thụ bậc I là sinh vật tiêu thụ bậc II. Quá trình tương tự sẽ có các sinh vật tiêu thụ bậc III. Sinh vật phân hủy: Gồm các sinh vật dị dưỡng như vi khuẩn, nấm. Chúng phân hủy chất thải và xác chết của các sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, biến đổi các chất hữu cơ. 1.1.2.3. Cấu trúc của hệ sinh thái Hai hợp phần căn bản của HST là quần xã sinh vật và môi trường sống của nó cùng các mối quan hệ tác động qua lại lẫn nhau giữa sinh vật với sinh vật, giữa sinh vật với môi trường và tác động của môi trường lên sinh vật. Các yếu tố cấu thành HST rất khác nhau, mối quan hệ tác động qua lại giữa các yếu tố cũng phức tạp, do đó cấu trúc HST cũng khác nhau. Có thể nghiên cứu các HST theo các kiểu cấu trúc như: Cấu trúc không gian (theo chiều ngang và chiều thẳng đứng, theo tầng và theo phiến), cấu trúc chu kỳ, cấu trúc mạng lưới dinh dưỡng, cấu trúc đặc tính sinh sản, cấu trúc quần tụ (sống theo đàn, theo đám), cấu trúc do hoạt động cạnh tranh… 1.1.2.4. Chức năng của hệ sinh thái Chức năng cơ bản của HST là thực hiện vòng tuần hoàn vật chất, trao đổi năng lượng và trao đổi thông tin để tái tổ hợp các quần xã sinh vật thích nghi với điều kiện môi trường tạo thế cân bằng động trong quá trình phát triển. Cần nhấn mạnh một số điểm như sau: - Tuần hoàn vật chất là vòng cơ sở: Trong HST thường xuyên có sự trao đổi vật chất đi từ môi trường vô sinh đi vào cơ thể sinh vật, rồi từ cơ thể sinh vật này qua sinh vật khác theo chuỗi thức ăn, rồi từ cơ thể sinh vật đi trở lại môi trường. Người ta gọi đó là vòng sinh địa hóa. Có rất nhiều loại vòng tuần hoàn vật chất khác nhau nhưng nhìn chung đều gồm các khâu quan trọng là: tổng hợp chất hữu cơ, sử dụng chất hữu cơ và phân giải chất hữu cơ. - Thực vật xanh sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời để tổng hợp chất vô cơ thành chất hữu cơ - nguồn chất sống cơ bản. Ta gọi đó là quá trình quang hợp. Nguồn năng lượng để thực hiện quá trình biến đổi chất vô cơ thành chất hữu cơ
9 nhận được từ các phản ứng oxi hóa các chất vô cơ vi khuẩn thực hiện gọi là quá trình hóa tổng hợp. - Dòng tuần hoàn vật chất khác với dòng tuần hoàn năng lượng là vật chất được HST sử dụng lại còn năng lượng thì không được sử dụng lại mà nó phát tán và mất đi dưới dạng nhiệt vào vũ trụ. Vì vậy, dòng tuần hoàn vật chất là vòng kín còn dòng tuần hoàn năng lượng là vòng hở. 1.1.2.5. Tính chất của hệ sinh thái Hệ sinh thái có nhiều tính chất. Phần này muốn đề cập đến ba tính chất quan trọng nhất là: 1) HST là một hệ thống luôn luôn vận động và biến đổi không ngừng, trạng thái tĩnh chỉ là tương đối và tạm thời. HST gồm hai phần cơ bản là quần xã sinh vật, môi trường và các mối quan hệ tác động qua lại giữa các yếu tố cấu thành của HST. Một HST có hai mặt: mặt tĩnh và mặt động. Mặt tĩnh là tương đối và tạm thời. Mặt động là liên tục và không ngừng. Mặt tĩnh tương đối của HST là các yếu tố vật chất cấu thành hệ thống như động vật, thực vật, vi sinh vật, các chất hữu cơ và vô cơ ở môi trường. Mối tác động qua lại giữa các thành phần của hệ thường xuyên, liên tục là mặt động. Các mối tác động qua lại đó thể hiện trong dòng tuần hoàn vật chất, dòng năng lượng, dòng thông tin. Kết quả quá trình vận động của ba dòng trên dẫn đến tái tổ hợp lại các quần xã sinh vật mới, làm thay đổi cấu trúc và chức năng của hệ cũ, tạo lập hệ mới. 2) HST là một hệ thống cân bằng động có khả năng tự điều chỉnh. Mặc dù, HST luôn luôn vận động và biến đổi không ngừng nhưng nó cũng có khả năng tự điều chỉnh để tái lập thế cân bằng khi bị tác động của một hay nhiều nhân tố nào đó. Chúng ta biết rằng trong HST có nhiều thành phần đi vào như ánh sáng mặt trời, nước, không khí, các chất khoáng, các sinh vật du nhập và các thành phần đi ra như nhiệt, các khí như: CO2, O2, H2O, các khí thải, chất mùn, chất hữu cơ vụn nát, các loài cây gỗ bị khai thác, các động vật bị săn bắt hay di cư đi nơi khác. Ở một thời điểm nhất định các mối tác động qua lại giữa các yếu tố đi ra và các yếu tố đi vào hệ sinh thái đạt được sự cân bằng. Nếu có tác động của một hay nhiều nhân tố nào đó vào hệ sinh thái dẫn đến mất cân bằng thì hệ tự điều chỉnh để duy trì trạng thái ổn
10 định của hệ để hệ có thể tồn tại và phát triển đi lên, người ta gọi đó là trạng thái nội cân bằng động của HST. Ở trạng thái này thì sản xuất entropi là cực tiểu. Nếu HST ở thế càng mất cân bằng thì entropi càng lớn. Đặc tính tự điều chỉnh cân bằng của HST được thể hiện ở khả năng thích nghi của HST. 3) Một HST có tính đa dạng càng cao thì tính bền vững càng lớn. Tính đa dạng của HST thể hiện ở nhiều mặt như hình thái, cấu trúc và chức năng vận chuyển vật chất và năng lượng…Nhưng rõ nhất mà ta có thể tính toán được là tính đa dạng loài trong quần xã sinh vật. Như chúng ta đã biết trong một quần xã sinh vật tự nhiên nếu điều kiện môi trường thuận lợi và đa dạng thì số lượng loài lớn, số cá thể trong mỗi loài nhỏ, hệ số đa dạng cao. Khi điều kiện không thuận lợi hay ở môi trường có tính chất cực đoan thì số lượng loài trong quần xã ít nhưng số lượng cá thể của từng loài có thể cao và hệ số đa dạng thấp, sản xuất entropi tăng. Một quần xã sinh vật có nhiều loài thì mạng lưới thức ăn càng phức tạp và tạo ra mối quan hệ tương hỗ có tính bền vững trong hệ sinh thái. Vì vậy, sự đa dạng về loài trong quần xã đó có quan hệ trực tiếp dẫn đến tính ổn định và bền vững động của HST. 1.1.3. Cảnh quan học 1.1.3.1. Khái niệm cảnh quan Khái niệm cảnh quan (CQ) được sử dụng lần đầu tiên vào đầu thế kỉ XX. Hiện nay, ở Nga và các nước khác thuộc Liên Xô trước đây, trong khoa học địa lí tồn tại 3 quan niệm về CQ tùy theo ý và nội dung người ta muốn diễn đạt: cảnh quan là khái niệm chung (Minkov, Armand,...), đồng nghĩa với tổng thể địa lí thuộc các đơn vị khác nhau; là khái niệm loại hình (Polunov, Gvozdetxki,...); là khái niệm cá thể (Xontxev, Ixatsenko, Vũ Tự Lập) [72]. Dù theo khía cạnh nào thì CQ vẫn được xem là tổng thể tự nhiên, còn sự khác biệt của các quan niệm trên ở chỗ coi CQ là đơn vị thuộc cấp phân vị nào, CQ được xác định và thể hiện trên bản đồ theo cách thức nào, theo cách quy nạp hay diễn giải [32]. Tại Việt Nam, có nhiều nhà khoa học có quan điểm cảnh quan là khái niệm loại hình. Tiêu biểu như Phạm Hoàng Hải và nnk. (1997) [26]; Nguyễn Cao Huần (2005) [32]; Nguyễn An Thịnh (2014) [73]. Trong quan niệm loại hình, đơn vị phân loại CQ thể hiện được rõ nét cả 2 quy luật địa đới và phi địa đới, đồng thời là địa hệ tự nhiên cấp cơ sở có cấu trúc