Luận án Tiến sĩ Sinh thái học: Diễn thế nguyên sinh rừng ngập mặn ở cồn Ông Trang thuộc khu dự trữ sinh quyển mũi Cà Mau

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:232

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định được ranh giới và diện tích các khu vực của Cồn Ông Trang có thời gian hình thành khác nhau; phân tích được quá trình diễn thế nguyên sinh của rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang cũng như xây dựng được sơ đồ diễn thế nguyên sinh của khu vực.... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Sinh thái học: Diễn thế nguyên sinh rừng ngập mặn ở cồn Ông Trang thuộc khu dự trữ sinh quyển mũi Cà Mau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Lư Ngọc Trâm Anh DIỄN THẾ NGUYÊN SINH RỪNG NGẬP MẶN Ở CỒN ÔNG TRANG THUỘC KHU DỰ TRỮ SINH QUYỂN MŨI CÀ MAU LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH SINH THÁI HỌC TP. HỒ CHÍ MINH – Năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Lư Ngọc Trâm Anh DIỄN THẾ NGUYÊN SINH RỪNG NGẬP MẶN Ở CỒN ÔNG TRANG THUỘC KHU DỰ TRỮ SINH QUYỂN MŨI CÀ MAU Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 9.42.01.20 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH SINH THÁI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Viên Ngọc Nam 2. PGS.TS. Nguyễn Thị Phương Thảo TP. HỒ CHÍ MINH – Năm 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan các số liệu thu thập được cũng như việc xử lí và tổng hợp các dữ liệu trong luận án là do tôi thực hiện. Kết quả là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Người viết cam đoan Lư Ngọc Trâm Anh
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến tập thể Cán bộ hướng dẫn PGS.TS. Viên Ngọc Nam và PGS.TS. Nguyễn Thị Phương Thảo. Cảm ơn thầy, cô đã định hướng, tận tình hướng dẫn và có những ý kiến, góp ý quý báu cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô của Viện Sinh học Nhiệt đới, Học viện Khoa học và Công nghệ đã trực tiếp giảng dạy các chuyên đề trong chương trình đào tạo. Cảm ơn các Cán bộ của Viện Sinh học Nhiệt đới, Học viện Khoa học và Công nghệ đã giúp đỡ tôi hoàn thành các hồ sơ trong quá trình học tập, nghiên cứu. Chân thành cảm ơn các Cán bộ của Hạt Kiểm Lâm Mũi Cà Mau, Cán bộ Kiểm Lâm ở Trạm Kiểm Lâm Cồn Cát đã tạo điều kiện thuận lợi và nhiệt tình hỗ trợ chúng tôi trong quá trình thu thập số liệu ở Cồn Ông Trang. Chân thành cảm ơn các Cán bộ của Viện Khoa học Lâm nghiệp Nam Bộ đã hỗ trợ phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu. Chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Lãnh đạo Khoa Sư phạm Lý – Hóa – Sinh, Trường Đại học Đồng Tháp và Quý Thầy, Cô đã tạo điều kiện, hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, các em sinh viên đã động viên, giúp đỡ tôi về mọi mặt trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 Lư Ngọc Trâm Anh
iii MỤC LỤC Lời cam đoan ............................................................................................................. i Lời cảm ơn ................................................................................................................ ii Mục lục .................................................................................................................... iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................... vi Danh mục các bảng ............................................................................................... viii Danh mục các hình vẽ, đồ thị ................................................................................... x PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án ..................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án .......................................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 4 4. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án ......................................................... 4 5. Ý nghĩa của luận án ............................................................................................. 4 6. Tính mới của luận án ............................................................................................ 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Đa dạng loài thực vật ngập mặn và cấu trúc rừng ngập mặn ............................. 6 1.1.1. Khái quát về hệ sinh thái rừng ngập mặn........................................................ 6 1.1.2. Thành phần loài thực vật ngập mặn ................................................................ 7 1.1.3. Đa dạng sinh học rừng ngập mặn ................................................................... 11 1.1.4. Cấu trúc rừng ngập mặn ................................................................................. 14 1.2. Phân bố của thực vật ngập mặn......................................................................... 17 1.2.1. Phân bố của rừng ngập mặn trên thế giới....................................................... 17 1.2.2. Phân bố của rừng ngập mặn ở Việt Nam ....................................................... 18 1.2.3. Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái đến sự phân bố của thực vật ngập mặn ....18 1.2.4. Các kiểu phân bố của thực vật ngập mặn....................................................... 26 1.3. Khả năng tích tụ carbon của rừng ngập mặn..................................................... 27 1.4. Diễn thế rừng ngập mặn .................................................................................... 31 1.4.1. Diễn thế sinh thái ........................................................................................... 31 1.4.2. Diễn thế rừng ngập mặn ................................................................................. 35 1.4.2.1. Lý thuyết về diễn thế rừng ngập mặn.......................................................... 35 1.4.2.2. Những nghiên cứu trên thế giới .................................................................. 36 1.4.2.3. Những nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................... 37
iv 1.5. Những kết quả nghiên cứu về rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang ..................... 41 CHƯƠNG 2. ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Địa điểm nghiên cứu ........................................................................................ 43 2.2. Thời gian nghiên cứu ....................................................................................... 46 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 46 2.3.1. Phương pháp luận........................................................................................... 46 2.3.2. Diện tích khu vực theo từng giai đoạn hình thành của rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang ................................................................................................................ 46 2.3.3. Phương pháp điều tra ô tiêu chuẩn ................................................................. 49 2.3.4. Phương pháp định danh loài........................................................................... 51 2.3.5. Phương pháp khảo sát các thông số môi trường, thu mẫu đất và phân tích đặc tính thổ nhưỡng ........................................................................................................ 51 2.3.6. Xử lí số liệu .................................................................................................... 54 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Sự hình thành các cồn ở Cửa Ông Trang theo thời gian ................................... 59 3.2. Diễn thế nguyên sinh ở Cồn Trong ................................................................... 60 3.2.1. Đặc điểm thủy triều, thổ nhưỡng của Cồn Trong .......................................... 60 3.2.2. Đa dạng loài thực vật và cấu trúc rừng ngập mặn ở Cồn Trong .................... 62 3.2.3. Phân bố của các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Trong................................... 65 3.2.4. Ảnh hưởng của thủy triều và thổ nhưỡng đến phân bố của thực vật ngập mặn ở Cồn Trong ............................................................................................................. 67 3.2.5. Diễn thế về thành phần loài thực vật ở Cồn Trong ........................................ 71 3.2.6. Diễn thế về cấu trúc rừng ở Cồn Trong ......................................................... 72 3.2.7. Tích tụ carbon theo giai đoạn ở Cồn Trong ................................................... 73 3.2.8. Sơ đồ diễn thế nguyên sinh ở Cồn Trong....................................................... 75 3.3. Diễn thế nguyên sinh ở Cồn Ngoài ................................................................... 79 3.3.1. Đặc điểm thủy triều, thổ nhưỡng của Cồn Ngoài .......................................... 78 3.3.2. Đa dạng loài thực vật và cấu trúc rừng ngập mặn ở Cồn Ngoài .................... 80 3.3.3. Phân bố của các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Ngoài................................... 83 3.3.4. Ảnh hưởng của thủy triều và thổ nhưỡng đến phân bố của của thực vật ngập mặn ở Cồn Ngoài ..................................................................................................... 85 3.3.5. Diễn thế về thành phần loài thực vật ở Cồn Ngoài ........................................ 88
v 3.3.6. Diễn thế về cấu trúc rừng ở Cồn Ngoài ......................................................... 89 3.3.7. Tích tụ carbon theo giai đoạn ở Cồn Ngoài ................................................... 90 3.3.8. Sơ đồ diễn thế nguyên sinh ở Cồn Ngoài....................................................... 91 3.4. Diễn thế nguyên sinh ở Cồn Mới ...................................................................... 94 3.4.1. Đặc điểm thủy triều, thổ nhưỡng của Cồn Mới ............................................. 94 3.4.2. Đa dạng loài thực vật và cấu trúc rừng ngập mặn ở Cồn Mới ....................... 95 3.4.3. Phân bố của các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Mới...................................... 98 3.4.4. Ảnh hưởng của thủy triều và thổ nhưỡng đến phân bố của của thực vật ngập mặn ở Cồn Mới ....................................................................................................... 99 3.4.5. Trữ lượng carbon ở Cồn Mới ...................................................................... 103 3.5. Diễn thế nguyên sinh ở Cồn Ông Trang ........................................................ 105 3.5.1. Đặc điểm thủy triều, thổ nhưỡng của Cồn Ông Trang ................................ 105 3.5.2. Đa dạng loài thực vật và cấu trúc rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang ......... 111 3.5.3. Phân bố của các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Ông Trang ........................ 119 3.5.4. Ảnh hưởng của thủy triều và thổ nhưỡng đến phân bố của thực vật ngập mặn ở Cồn Ông Trang .................................................................................................. 122 3.5.5. Diễn thế về thành phần loài thực vật ở Cồn Ông Trang ............................. 128 3.5.6. Diễn thế về cấu trúc rừng ở Cồn Ông Trang ............................................... 132 3.5.7. Tích tụ carbon theo giai đoạn ở Cồn Ông Trang ........................................ 135 3.5.8. Sơ đồ diễn thế nguyên sinh ở Cồn Ông Trang ............................................ 144 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận ............................................................................................................. 150 2. Kiến nghị ........................................................................................................... 151 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................ 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 153 PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AGB Above-Ground Biomass (Sinh khối trên mặt đất) BA Basal Area (Tiết diện ngang thân cây) BGB Below-Ground Biomass (Sinh khối gỗ dưới mặt đất) CAGB Carbon trong sinh khối trên mặt đất CBGB Carbon trong sinh khối dưới mặt đất Dbh Đường kính ngang ngực (cm) F Tần suất xuất hiện gd Giai đoạn gd1 Giai đoạn 1 (từ năm 2004 đến năm 2016) gd2 Giai đoạn 2 (từ năm 1992 đến năm 2004) gd3 Giai đoạn 3 (từ năm 1979 đến năm 1992) gd4 Giai đoạn 4 (từ năm 1962 đến năm 1979) gd5 Giai đoạn 5 (trước năm 1962) H Chiều cao của cây (m) IVI Importance Value Index (Chỉ số giá trị quan trọng) K20 Hàm lượng (%) kali trong tầng đất 0 – 20 cm K60 Hàm lượng (%) kali trong tầng đất 20 – 60 cm lk Loài khác M Trữ lượng rừng (m3/ha) N Mật độ (cây/ha) N1 Nhóm 1 N2 Nhóm 2 N3 Nhóm 3 N4 Nhóm 4 N20 Hàm lượng (%) nitrogen trong tầng đất 0 – 20 cm N60 Hàm lượng (%) nitrogen trong tầng đất 20 – 60 cm OTC Ô tiêu chuẩn P20 Hàm lượng (%) phosphor trong tầng đất 0 – 20 cm P60 Hàm lượng (%) phosphor trong tầng đất 20 – 60 cm pH20 pH tầng đất 0 – 20 cm
vii pH60 pH tầng đất 20 – 60 cm RN Mật độ tương đối (%) RF Tần suất xuất hiện tương đối (%) RBA Tiết diện ngang tương đối (%) Sal20 Độ mặn tầng đất 0 – 20 cm (‰) Sal60 Độ mặn tầng đất 20 – 60 cm (‰) SD Standard Deviation (Độ lệch chuẩn) SE Standard Error (Sai số chuẩn) T0 – 20 Tầng đất từ bề mặt đến độ sâu 20 cm T20 – 60 Tầng đất ở độ sâu 20 cm đến 60 cm V Thể tích thân cây (m3) VQG Vườn Quốc Gia X Trung bình
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Quần xã ở Cồn Ngoài theo khoảng cách từ bờ biển vào nội địa ............ 22 Bảng 1.2. Thành phần loài trong các giai đoạn diễn thế ở một số khu vực ............. 38 Bảng 1.3. Loài ưu thế trong các giai đoạn hình thành rừng ngập mặn ở Việt Nam ..... 39 Bảng 2.1. Mực nước cao nhất và thấp nhất tháng qua các năm tại Trạm Năm Căn ...... 44 Bảng 2.2. Số lượng ô tiêu chuẩn và các tuyến điều tra .......................................... 49 Bảng 2.3. Số lượng ô tiêu chuẩn theo các khu vực đã số hóa ở Cồn Ông Trang .... 50 Bảng 2.4. Tỉ trọng gỗ của các loài ở khu vực nghiên cứu ....................................... 58 Bảng 3.1. Diện tích các cồn theo các năm nghiên cứu .......................................... 59 Bảng 3.2. Phân loại đất theo thành phần cơ giới ở Cồn Trong ................................ 61 Bảng 3.3. pH, độ mặn và hàm lượng NPK trong đất rừng ngập mặn ở Cồn Trong..... 61 Bảng 3.4. Thành phần loài thực vật ngập mặn ở Cồn Trong ................................... 62 Bảng 3.5. Chỉ số giá trị quan trọng của các loài ở Cồn Trong ................................. 63 Bảng 3.6. Các phương trình tương quan H – Dbh của Cồn Trong .......................... 64 Bảng 3.7. Các đặc trưng thống kê ở Cồn Trong ...................................................... 65 Bảng 3.8. Kiểu phân bố của các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Trong.................... 66 Bảng 3.9. IVI của các loài thực vật ngập mặn theo giai đoạn ở Cồn Trong ................ 72 Bảng 3.10. Các chỉ tiêu về cấu trúc theo các giai đoạn ở Cồn Trong ...................... 73 Bảng 3.11. Lượng carbon tích tụ trong sinh khối theo giai đoạn ở Cồn Trong ....... 75 Bảng 3.12. Một số chỉ tiêu môi trường ở Cồn Trong theo các giai đoạn ................ 76 Bảng 3.13. Đặc điểm thành phần loài và cấu trúc rừng ở Cồn Trong theo giai đoạn... 77 Bảng 3.14. Phân loại đất theo thành phần cơ giới ở Cồn Ngoài .............................. 79 Bảng 3.15. pH, độ mặn và hàm lượng NPK trong đất rừng ngập mặn ở Cồn Ngoài ...79 Bảng 3.16. Thành phần loài thực vật ngập mặn ở Cồn Ngoài ................................. 80 Bảng 3.17. Chỉ số giá trị quan trọng của các loài thực vật ở Cồn Ngoài ................. 81 Bảng 3.18. Các phương trình tương quan H – Dbh của Cồn Ngoài ........................ 82 Bảng 3.19. Các đặc trưng thống kê ở Cồn Ngoài .................................................... 83 Bảng 3.20. Kiểu phân bố các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Ngoài ........................ 83 Bảng 3.21. IVI của các loài theo giai đoạn ở Cồn Ngoài......................................... 89 Bảng 3.22. Các chỉ tiêu về cấu trúc theo các giai đoạn ở Cồn Ngoài ...................... 90 Bảng 3.23. Lượng carbon tích tụ trong sinh khối theo giai đoạn ở Cồn Ngoài ....... 91 Bảng 3.24. Các chỉ tiêu môi trường ở Cồn Ngoài theo các giai đoạn...................... 91
ix Bảng 3.25. Đặc điểm thành phần loài và cấu trúc rừng ở Cồn Ngoài theo giai đoạn ...92 Bảng 3.26. Phân loại đất theo thành phần cơ giới ở Cồn Mới ................................. 94 Bảng 3.27. pH, độ mặn và hàm lượng NPK trong đất rừng ngập mặn ở Cồn Mới ......95 Bảng 3.28. Thành phần loài thực vật ngập mặn ở Cồn Mới .................................... 95 Bảng 3.29. Chỉ số giá trị quan trọng của các loài ở Cồn Mới .................................. 96 Bảng 3.30. Các phương trình tương quan H – Dbh của Cồn Mới ........................... 97 Bảng 3.31. Các đặc trưng thống kê của các chỉ tiêu đo đếm ở Cồn Mới................. 98 Bảng 3.32. Kiểu phân bố các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Mới ........................... 98 Bảng 3.33. Tỉ lệ % số ô tiêu chuẩn theo chế độ ngập triều ở Cồn Ông Trang ..... 106 Bảng 3.34. Số lượng ô tiêu chuẩn theo thể nền ở Cồn Ông Trang ....................... 106 Bảng 3.35. Phân loại đất theo thành phần cơ giới ở Cồn Ông Trang ................... 107 Bảng 3.36. pH, độ mặn và hàm lượng (%) NPK trong đất rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang ............................................................................................................. 109 Bảng 3.37. Thành phần loài thực vật ngập mặn ở Cồn Ông Trang ...................... 111 Bảng 3.38. Chỉ số giá trị quan trọng của các loài ở Cồn Ông Trang .................... 114 Bảng 3.39. Các chỉ số đa dạng ở các địa điểm nghiên cứu ................................... 115 Bảng 3.40. Các đặc trưng thống kê của rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang .......... 116 Bảng 3.41. Các kiểu phân bố của thực vật ngập mặn ở khu vực nghiên cứu ....... 119 Bảng 3.42. Hệ số tương đồng giữa các loài ở khu vực nghiên cứu ...................... 120 Bảng 3.43. Thành phần loài ghi nhận được ở các cồn theo các giai đoạn ............ 129 Bảng 3.44. IVI của các loài theo giai đoạn ở Cồn Ông Trang .............................. 131 Bảng 3.45. Các chỉ tiêu về cấu trúc theo các giai đoạn ở Cồn Ông Trang ........... 132 Bảng 3.46. Sinh khối trên và dưới mặt đất ở khu vực nghiên cứu........................ 136 Bảng 3.47. Lượng carbon trong sinh khối gỗ trên mặt đất và dưới mặt đất ......... 137 Bảng 3.48. Hàm lượng carbon trong đất tầng 0 – 20 cm và 20 – 60 cm .............. 139 Bảng 3.49. So sánh trung bình hàm lượng carbon của 2 tầng đất ở khu vực nghiên cứu ............................................................................................................ 140 Bảng 3.50. Lượng carbon tích tụ trong đất tầng 0 – 60 cm theo khu vực ............ 141 Bảng 3.51. Tỉ lệ carbon trong các bể chứa của các khu vực nghiên cứu .............. 142 Bảng 3.52. Các chỉ tiêu về môi trường ở Cồn Ông Trang theo các giai đoạn ...... 145 Bảng 3.53. Đặc điểm thành phần loài và cấu trúc rừng ở Cồn Ông Trang theo giai đoạn ............................................................................................................... 145
x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Các bể carbon (trên mặt đất và dưới mặt đất) của một số hệ sinh thái .... 27 Hình 1.2. Vị trí một số nghiên cứu cổ điển về diễn thế nguyên sinh ....................... 33 Hình 2.1. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................ 43 Hình 2.2. Nhiệt độ và lượng mưa trung bình theo tháng ở tỉnh Cà Mau năm 2016 ....... 45 Hình 2.3. Các bản đồ và ảnh vệ tinh sử dụng trong nghiên cứu .............................. 47 Hình 2.4. Các khu vực nghiên cứu ở Cồn Ông Trang theo thời gian hình thành .... 48 Hình 2.5. Phân bố ô tiêu chuẩn theo từng khu vực ở Cồn Ông Trang ..................... 50 Hình 2.6. Thao tác lấy mẫu đất. ............................................................................... 52 Hình 2.7. Đặc điểm cơ giới đất theo tam giác đều phân loại của Mỹ ...................... 54 Hình 3.1. Diện tích tăng thêm ở Cồn Trong và Cồn Ngoài ..................................... 60 Hình 3.2. Phân bố loài theo ô đo đếm ở Cồn Trong ................................................ 63 Hình 3.3. Tương quan giữa H (m) với Dbh (cm) ở Cồn Trong ............................... 65 Hình 3.4. Sơ đồ nhánh (Cluster) các loài ở Cồn Trong ........................................... 67 Hình 3.5. Sơ đồ MDS của các loài theo chế độ ngập triều ở Cồn Trong ................. 68 Hình 3.6. Sơ đồ MDS của Mấm trắng (A. alba), Đước đôi (R. apiculata) theo thể nền ở Cồn Trong ..................................................................................................... 69 Hình 3.7. Đồ thị PCA quần xã theo các yếu tố thổ nhưỡng ở Cồn Trong ............... 70 Hình 3.8. Tỉ lệ (%) carbon tích lũy trung bình trong các bể chứa ở Cồn Trong ...... 75 Hình 3.9. Diễn thế nguyên sinh ở Cồn Trong .......................................................... 78 Hình 3.10. Phân bố loài theo ô đo đếm ở Cồn Ngoài .............................................. 81 Hình 3.11. Tương quan giữa H (m) với Dbh (cm) ở Cồn Ngoài ............................. 82 Hình 3.12. Sơ đồ nhánh (Cluster) các loài ở Cồn Ngoài ......................................... 84 Hình 3.13. Sơ đồ MDS của các loài theo chế độ ngập triều ở Cồn Ngoài............... 86 Hình 3.14. Sơ đồ MDS của Mấm trắng (A. alba) và Đước đôi (R. apiculata) theo thể nền ở Cồn Ngoài................................................................................................. 87 Hình 3.15. Đồ thị PCA quần xã theo các yếu tố thổ nhưỡng ở Cồn Ngoài ............. 88 Hình 3.16. Tỉ lệ (%) carbon tích lũy trung bình trong các bể chứa ở Cồn Ngoài .... 90 Hình 3.17. Diễn thế nguyên sinh ở Cồn Ngoài ........................................................ 93 Hình 3.18. Phân bố loài theo ô đo đếm tại Cồn Mới ............................................... 96 Hình 3.19. Tương quan giữa H (m) với Dbh (cm) ở Cồn Mới ................................ 97 Hình 3.20. Sơ đồ nhánh (Cluster) các loài ở Cồn Mới ............................................ 99
xi Hình 3.21. Sơ đồ MDS của các loài theo chế độ ngập triều ở Cồn Mới................ 100 Hình 3.22. Sơ đồ MDS của Mấm trắng (A. alba) và Đước đôi (R. apiculata) theo thể nền ở Cồn Mới .......................................................................................... 101 Hình 3.23. Đồ thị PCA quần xã theo các yếu tố thổ nhưỡng ở Cồn Mới .............. 102 Hình 3.24. Tỉ lệ (%) carbon tích lũy trung bình trong các bể chứa ở Cồn Mới ..... 104 Hình 3.25. Độ cao địa hình trung bình các tuyến ở ba cồn .................................... 105 Hình 3.26. Tỉ lệ đất sét và đất sét pha limon trong hai tầng đất ............................ 108 Hình 3.27. Giá trị trung bình các yếu tố thổ nhưỡng ở các cồn ............................. 110 Hình 3.28. Số lượng cây theo họ Đước, Ô rô ở Cồn Ông Trang ........................... 112 Hình 3.29. Phân bố loài theo ô đo đếm tại Cồn Ông Trang ................................... 113 Hình 3.30. Số lượng cá thể (cây/ha) theo cấp đường kính và cấp chiều cao ......... 118 Hình 3.31. Sơ đồ nhánh (Cluster) các loài ở Cồn Ông Trang ................................ 121 Hình 3.32. Sơ đồ MDS của các loài theo chế độ ngập triều ở Cồn Ông Trang ..... 123 Hình 3.33. Sơ đồ MDS của các loài theo thể nền ở Cồn Ông Trang ..................... 126 Hình 3.34. Đồ thị PCA quần xã với các yếu tố thổ nhưỡng ở Cồn Ông Trang ..... 127 Hình 3.35. Một số chỉ tiêu cấu trúc theo giai đoạn của khu vực nghiên cứu ......... 133 Hình 3.36. Số lượng cá thể (cây/ha) theo cấp đường kính của các giai đoạn ........ 134 Hình 3.37. Số lượng cá thể (cây/ha) theo cấp chiều cao của các giai đoạn ........... 135 Hình 3.38. Trung bình sinh khối trên và dưới mặt đất ở khu vực nghiên cứu ....... 137 Hình 3.39. Lượng carbon trung bình trong sinh khối trên mặt đất và dưới mặt đất ở các khu vực nghiên cứu ........................................................................................ 138 Hình 3.40. Hàm lượng (%) carbon trong đất rừng ngập mặn ở các khu vực nghiên cứu .......................................................................................................................... 140 Hình 3.41. Lượng carbon tích tụ trong các tầng đất ở các khu vực nghiên cứu .... 141 Hình 3.42. Lượng carbon tích lũy trong các bể chứa ở các cồn ............................ 143 Hình 3.43. Trữ lượng carbon trung bình theo các giai đoạn .................................. 144 Hình 3.44. Sơ đồ diễn thế nguyên sinh ở Cồn Ông Trang ..................................... 148
-1- PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Rừng ngập mặn có chức năng sinh thái, kinh tế và môi trường vô cùng quan trọng trong thích ứng và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu; trong việc bảo vệ đê biển, bảo vệ đất bồi, chống xói lở, hạn chế xâm nhập mặn, điều hòa tiểu khí hậu ở địa phương, bảo tồn đa dạng sinh học. Rễ cây ngập mặn chằng chịt cùng với những quần thể thực vật ngập mặn tiên phong mọc dày đặc có tác dụng làm giảm vận tốc dòng chảy, tạo điều kiện cho trầm tích bồi tụ nhanh hơn ở các vùng cửa sông ven biển [1]. Hệ sinh thái này cũng có vai trò quan trọng trong phát triển du lịch sinh thái, giáo dục môi trường [2], [3]. Hệ sinh thái rừng trở thành một giải pháp hai mặt trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu. Trước hết, rừng làm giảm nguyên nhân gây biến đổi khí hậu nhờ vào khả năng hấp thụ carbon. Các kết quả nghiên cứu của Murdiyarso và cộng sự (2009), Donato và cộng sự (2011) đã xác định được lượng carbon tích tụ trong rừng ngập mặn ở một số khu vực dao động từ khoảng 1,47 tấn/ha đến 1.023 tấn/ha tùy thuộc vào thành phần loài và tuổi rừng [4], [5]. Ngoài ra, hệ sinh thái rừng giúp xã hội thích ứng với biến đổi khí hậu. Rừng được duy trì có thể giúp chúng ta thích ứng thông qua việc cung cấp các dịch vụ sinh thái quý giá. Kết quả nghiên cứu của các tác giả Viên Ngọc Nam và cộng sự (2009; 2010; 2011), Wilson và cộng sự (2012), Lê Tấn Lợi và Lý Hằng Ni (2015) đã tính toán được lượng carbon tích lũy trong sinh khối của một số cây rừng ngập mặn ở khu vực phía Nam Việt Nam [6], [7], [8], [9], [10]. Rừng ngập mặn phân bố ở những khu vực chuyển tiếp giữa đất liền và biển, [11], [12], dọc theo bờ biển nhiệt đới và cận nhiệt đới trên khắp thế giới [13]. Do môi trường sống đặc thù như vậy nên sự tồn tại và phân bố của các loài thực vật ngập mặn chịu tác động của nhiều nhân tố môi trường khác nhau [14]. Tác động của các nhân tố như cao trình mặt đất, tần suất ngập triều, độ ngập triều đến hệ sinh thái rừng ngập mặn được nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu như Phan Nguyên Hồng và cộng sự (1999); Nguyễn Hoàng Trí (1999); Hoàng Văn Thơi (2010); Lê Tấn Lợi (2011); Nguyễn Văn Tú và Bùi Lai (2012); Duke (2012); Võ Ngươn Thảo và cộng sự (2013); Clough (2014); Van Loon và cộng sự (2016) [15],
-2- [14], [16], [17], [18], [19], [20], [21]. Cũng có những công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của tính chất vật lý, hóa học của đất đến thành phần loài và cấu trúc rừng ngập mặn; những công bố cho thấy đặc tính thổ nhưỡng có tác động lên sự hình thành và sinh trưởng của cây rừng ngập [22]. Các đặc tính của đất là một trong các yếu tố quan trọng nhất về môi trường kiểm soát cấu trúc và chức năng của rừng ngập mặn [17], [13]. Đặc tính thổ nhưỡng bao gồm những giá trị về độ mặn, pH, hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất rừng ngập mặn [22]. Rừng ngập mặn còn có vai trò quan trọng trong bảo tồn đa dạng sinh học, bảo vệ vùng ven biển và phục vụ cho các nhu cầu trong đời sống của người dân. Nghiên cứu, đánh giá đa dạng sinh học là vô cùng cần thiết nhằm cung cấp thông tin, dữ liệu cho các giải pháp bảo tồn, quản lí và phát triển bền vững tài nguyên, trong đó có nguồn tài nguyên rừng ngập mặn. Tuy nhiên, các hoạt động nghiên cứu phân tích định lượng đa dạng sinh học còn hạn chế ở Việt Nam [23], tập trung mô tả về thành phần loài, dạng sống, giá trị sử dụng [24]. Việt Nam có đường bờ biển kéo dài từ Bắc vào Nam với thảm thực vật rừng ngập mặn đa dạng, phong phú. Tổng diện tích rừng ngập mặn ở Việt Nam trước chiến tranh là 400.000 ha. Nhưng sau chiến tranh, 60% rừng ngập mặn bị phá hủy, có nơi bị tiêu hủy hoàn toàn (như rừng Sác Cần Giờ), đến năm 1983 chỉ còn 286.000 ha [25] và đến tháng 12 năm 1999 là 156.608 ha [26]. Theo Quyết định Công bố hiện trạng rừng đến ngày 31/12/2015 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Việt Nam có tổng diện tích rừng ngập mặn tự nhiên là 19.559 ha và rừng trồng là 37.652 ha (Quyết định số 3158/QĐ-BNN-TCLN ngày 27/7/2016). Cà Mau là tỉnh có hệ sinh thái rừng ngập mặn điển hình của Việt Nam và khu vực. Vườn Quốc gia Mũi Cà Mau được thành lập ngày 14/7/2003 với tổng diện tích tự nhiên là 41.862 ha bao gồm phần trên đất liền và phần ven biển. Ngày 26/5/2009, UNESCO đã công nhận Khu Dự trữ sinh quyển thế giới Mũi Cà Mau với tổng diện tích là 371.506 ha, bao gồm cả những khu vực rừng ngập mặn diễn thế nguyên sinh trên đất mới bồi tụ và các khu vực chuyển tiếp từ rừng ngập mặn sang rừng tràm. Trần Thị Vân và cộng sự (2015) đã xác định sự suy giảm diện tích rừng ngập mặn ở Cà Mau từ 71.345 ha (1953) xuống còn 33.083 ha (1992), sau đó diện tích rừng ngập mặn lại gia tăng, ước tính đến năm 2011 là 46.712 ha. Nguyên nhân suy giảm diện tích là do chất độc hóa học Mỹ rải xuống trong chiến tranh, tiếp đó là vấn đề chuyển
-3- đổi đất rừng sang đất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản [27]. Còn theo Cục thống kê Cà Mau (2017), tính đến 31/12/2016, diện tích rừng ngập mặn và rừng đặc dụng trên đảo chỉ còn 42.987 ha (Niên giám thống kê 2016). Như vậy, rừng ngập mặn tự nhiên ngày càng thu hẹp do nhiều nguyên nhân khác nhau; do đó, công tác bảo vệ rừng tự nhiên song song với công tác trồng rừng đang càng trở nên cấp thiết, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay đang diễn biến ngày càng phức tạp. Tuy nhiên, việc lựa chọn loài cây cho trồng rừng ngập mặn không chỉ căn cứ vào đặc điểm tự nhiên như khí hậu, thổ nhưỡng, thủy triều mà còn phải xem xét các loài có thể trồng hỗn giao với nhau. Hệ sinh thái rừng ngập mặn Mũi Cà Mau chủ yếu được hình thành từ phù sa sông [18]. Khu vực Cồn Ông Trang (thuộc Vườn Quốc gia Mũi Cà Mau) là vùng bồi tụ tự nhiên [28] bao gồm 3 cồn (Cồn Ngoài, Cồn Trong và Cồn Mới) được hình thành ở sông Cửa Lớn, cửa Ông Trang. Cồn cát là một đặc điểm phổ biến của vùng bờ biển và xuất hiện nhiều nhất trong khoảng 30° Bắc và Nam [29]. Đây là khu vực được hình thành theo diễn thế nguyên sinh, không có sự tác động của con người; là khu vực thuận lợi cho những nghiên cứu liên quan đến tác động của các điều kiện tự nhiên đến hệ sinh thái ngập mặn. Nghiên cứu về diễn thế của rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang sẽ bổ sung dữ liệu khoa học cho nghiên cứu rừng ngập mặn và là cơ sở khoa học cho quy hoạch, trồng và sử dụng hợp lí nguồn tài nguyên thực vật ngập mặn. Đồng thời còn có ý nghĩa quan trọng cho công tác bảo tồn và phát triển hệ sinh thái ngập mặn ở Cồn Ông Trang, khu vực được bảo vệ nghiêm ngặt của Vườn Quốc Gia Mũi Cà Mau. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Xác định được ranh giới và diện tích các khu vực của Cồn Ông Trang có thời gian hình thành khác nhau. Phân tích được quá trình diễn thế nguyên sinh của rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang cũng như xây dựng được sơ đồ diễn thế nguyên sinh của khu vực. Xác định được sự phân bố của các loài thực vật ngập mặn, cấu trúc, đa dạng sinh học và trữ lượng carbon của rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang, đồng thời phân tích được ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái cơ bản đến cấu trúc, đa dạng và phân bố thực vật ngập mặn theo không gian và thời gian.
-4- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là hệ sinh thái rừng ngập mặn tại 3 cồn ở sông Cửa Lớn bao gồm Cồn Trong và Cồn Ngoài và Cồn Mới (gọi chung là Cồn Ông Trang) thuộc Khu dự trữ sinh quyển Mũi Cà Mau. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Ông Trang; các chỉ tiêu môi trường như độ cao địa hình, độ ngập triều; đặc tính thổ nhưỡng như thể nền, thành phần cơ giới, pH, độ mặn, hàm lượng N, P, K, trữ lượng carbon đất. 4. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án 4.1. Nghiên cứu biến động về diện tích rừng ngập mặn Cồn Ông Trang từ lúc hình thành đến nay. 4.2. Điều tra thành phần loài, sự phân bố, cấu trúc và đa dạng thực vật ngập mặn ở Cồn Ông Trang dưới tác động của các nhân tố sinh thái, cụ thể là: - Điều tra thành phần, tổ thành thực vật, chỉ số giá trị quan trọng, kiểu phân bố của các loài cây ngập mặn. - Điều tra các nhân tố: Đường kính ngang ngực, chiều cao cây. - Ước tính sinh khối tươi, sinh khối khô và carbon tích lũy. - Thu thập số liệu địa hình của khu vực nghiên cứu; Theo dõi chế độ triều; Thu mẫu và phân tích các đặc tính thổ nhưỡng bao gồm pH, độ mặn, hàm lượng NPK, carbon đất, thành phần cơ giới đất. - Phân tích tác động của các nhân tố sinh thái đến sự phân bố và đa dạng của các loài thực vật ngập mặn ở Cồn Ông Trang. 4.3. Diễn thế nguyên sinh rừng ngập mặn Cồn Ông Trang. 5. Ý nghĩa của luận án 5.1. Ý nghĩa lý luận Sự biến động về cấu trúc và thành phần loài theo thời gian là cơ sở quan trọng để xác định sự diễn thế rừng ngập mặn ở khu vực. Luận án mô phỏng được quá trình diễn thế nguyên sinh rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang sẽ góp phần phát triển cơ sở lí luận về diễn thế nguyên sinh, đồng thời cung cấp những dữ liệu quan trọng cho các công trình nghiên cứu về rừng ngập mặn trong tương lai. Kết quả nghiên cứu sẽ đóng góp thêm dữ liệu về diễn thế nguyên sinh rừng ngập mặn, cấu trúc, đa dạng và phân bố của thực vật ngập mặn ở Cà Mau, đồng thời cũng là tài liệu giúp cho các nhà khoa học và quản lí có cơ sở hoạch định chính
-5- sách, kế hoạch và giải pháp trồng rừng cũng như quản lí có hiệu quả tài nguyên rừng ngập mặn. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của luận án là cơ sở khoa học giúp các nhà quản lí quy hoạch để trồng rừng, khoanh nuôi tái sinh tự nhiên rừng, bảo vệ và phát triển các vùng đất bồi tụ nhằm bảo tồn đa dạng sinh học theo từng giai đoạn của diễn thế rừng ngập mặn. Mỗi hệ sinh thái đều có một vài loài ưu thế thích nghi với điều kiện môi trường nhất định, khi môi trường thay đổi thì loài ưu thế cũng thay đổi. Do đó, vấn đề quy hoạch cần xác định ưu tiên loài ưu thế ở những nơi thích hợp nhất với nó. Luận án cung cấp các số liệu, cơ sở khoa học cho công tác lựa chọn thành phần loài cây trồng rừng thích hợp theo phương thức thuần loài hoặc hỗn giao các loài có mối quan hệ chặt chẽ với nhau theo các yếu tố sinh thái và theo các giai đoạn của diễn thế rừng ngập mặn. Số liệu về lượng carbon tích lũy trong rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang (Vườn Quốc gia Mũi Cà Mau) là cơ sở chi trả dịch vụ môi trường rừng cho rừng ngập mặn, đồng thời cũng là cơ sở đàm phán quốc tế về các chương trình cắt giảm khí nhà kính như REDD, REDD+. 6. Tính mới của luận án Luận án đã phân tích sự hình thành và các đặc điểm của rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang trong mối quan hệ với sinh cảnh như chế độ ngập triều, địa hình, đất đai; trên cơ sở đó mô phỏng được quá trình diễn thế nguyên sinh của rừng ngập mặn ở Cồn Ông Trang tương ứng với sự biến động của các nhân tố sinh thái. Luận án đã xác định được diện tích các khu vực của Cồn Ông Trang có thời gian hình thành khác nhau theo các giai đoạn của quá trình diễn thế. Luận án cung cấp thông tin về sự phân bố của thực vật ngập mặn theo các yếu tố thổ nhưỡng, thủy triều, địa hình; cũng như đánh giá sự đa dạng và cấu trúc của rừng ngập mặn ở cả 3 cồn theo giai đoạn hình thành khác nhau. Đồng thời cũng đã ước lượng trữ lượng, sinh khối và carbon của Cồn Ông Trang theo thời gian.
-6- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Đa dạng loài thực vật ngập mặn và cấu trúc rừng ngập mặn 1.1.1. Khái quát về hệ sinh thái rừng ngập mặn Từ “Mangrove” dùng để chỉ những loài thực vật của quần xã rừng nhiệt đới ở vùng triều hoặc dùng để chỉ chính quần xã này [30], [19]. Thực vật ngập mặn là một nhóm các loài cây nhiệt đới chủ yếu, đa dạng và phức tạp về mặc chức năng. Chúng cung cấp nơi cư trú và các cấu trúc cần thiết cho các loài sinh vật biển và sinh vật vùng triều. Các dạng sống của thực vật ngập mặn bao gồm cây thân gỗ, cây bụi, cây thân thảo và dạng dương xỉ [31]. Rừng ngập mặn là một trong số các hệ sinh thái hữu ích và sinh học quan trọng nhất trên thế giới [32]. Theo Phan Nguyên Hồng và cộng sự (1999), rừng ngập mặn là hệ sinh thái quan trọng có năng suất cao ở vùng cửa sông ven biển nhiệt đới nhưng rất nhạy cảm với các tác động của con người và thiên nhiên [15]. Nằm giữa đất liền và biển, hệ sinh thái rừng ngập mặn được xem là một vùng chuyển tiếp hết sức đặc biệt. Hệ sinh thái này bao gồm cả rừng và thủy vực với các quần xã sinh vật đến từ biển, nội địa và đặc hữu của vùng ven biển [14]. Rừng ngập mặn cũng được mô tả như là hệ cây rừng ven biển của vùng duyên hải nhiệt đới và cận nhiệt đới [33]. Nhìn chung, có nhiều định nghĩa khác nhau về rừng ngập mặn, tuy nhiên có thể xem rừng ngập mặn là một hệ sinh thái trong đó các loài cây thích nghi với môi trường ven biển, cửa sông có vai trò chủ yếu. Rừng ngập mặn tương đối khác biệt với các kiểu rừng trên cạn về thành phần và cấu trúc. Sự hiện diện của rễ chống và các rễ thở là một khác biệt rõ ràng nhất. Hơn nữa, thảm thực vật dưới tán và vật rụng dưới sàn rừng thường không phát triển thật tốt, bởi vì cua là những sinh vật tiêu thụ lá rụng cực kì hiệu quả nhất ở trong rừng ngập mặn [34]. Rừng ngập mặn được phân loại thành 4 kiểu chính có cấu trúc khác nhau liên quan đến đặc điểm vật lí, khí hậu và thủy văn của môi trường mà chúng tồn tại bao gồm: 1) Rừng ngập mặn ven biển; 2) Rừng ngập mặn ven sông hoặc cửa sông; 3) Rừng ngập mặn lưu vực; 4) Rừng ngập mặn thấp hoặc bụi rậm [34].
-7- 1.1.2. Thành phần loài thực vật ngập mặn 1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Thực vật ngập mặn thường được chia thành 2 nhóm: Nhóm các loài ngập mặn thực sự và đặc hữu; Nhóm các loài tham gia rừng ngập mặn. Tuy nhiên, hệ thống phân loại giữa hai nhóm này chưa rõ ràng và tùy thuộc vào các tác giả khác nhau sẽ đề xuất cách phân loại khác nhau [31]. Bất kỳ đặc tính khác nhau nào của quần xã thực vật ngập mặn (như đặc tính lý – hóa, chức năng, cấu trúc…) đều hữu ích trong phân loại các loài thực vật ngập mặn, việc lựa chọn đặc tính phù hợp sẽ phụ thuộc vào mục đích phân loại [35]. Tomlinson (1986) đã chia cây rừng ngập mặn thành 3 nhóm: Nhóm cây chính, nhóm cây phụ và nhóm cây gia nhập. Dây leo khá phổ biến, đặc biệt là bìa rừng nội địa của rừng ngập mặn. Thực vật bì sinh như các loài lan, dương xỉ và tầm gửi thì phổ biến ở rừng ngập mặn già hoặc trưởng thành, nhưng có thể hiếm hoặc không hiện diện ở rừng trẻ như rừng tái sinh, rừng phục hồi [30]. Tổng số loài ngập mặn chính thức được ghi nhận trên thế giới là 69 loài thuộc 27 chi, 20 họ [31]. Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy số lượng các loài thực vật ngập mặn chính thức dao động rất lớn giữa các khu vực nghiên cứu trong khoảng 10 – 47 loài. Tùy thuộc vào điều kiện địa lý, khí hậu và tác động khác nhau của con người thì số lượng và thành phần loài thực vật rừng ngập mặn cũng khác nhau. Tuy nhiên, các loài trong họ Mấm, Đước là chiếm ưu thế ở hầu hết các rừng ngập mặn trên thế giới. Theo Mandal và Naskar (2008) thì tổng số loài cây ngập mặn ghi nhận được ở các hệ sinh thái ngập mặn ở Ấn Độ là 82 loài thuộc 52 chi, 36 họ; trong đó có 30 loài là cây ngập mặn chính thức [36]. Thành phần loài của rừng ngập mặn ở Sri Lanka là 20 loài cây ngập mặn chính thức (chiếm 1/3 số loài thực vật ngập mặn chính thức trên thế giới) và nhiều loài ngập mặn tham gia [37]. Hossain và cộng sự (2015) đã nghiên cứu thành phần loài, độ phong phú, mật độ và phân bố của các loài cây leo trong quan hệ với độ mặn rừng ngập mặn Sundarbans của Bangladesh. Kết quả nghiên cứu được tổng cộng 53 loài thuộc 46 chi [22]. Đông Nam Á được xem là khu vực có thành phần loài thực vật ngập mặn đa dạng nhất với 44 loài ngập mặn thực sự đã xuất hiện trong các công trình đã công bố [31]. Còn theo một thống kê chung thì tổng cộng 268 loài thực vật đã được ghi nhận