Ứng dụng mô hình sinh cảnh trong xác định khu vực ưu tiên trồng bảo tồn loài thông đỏ bắc (taxus chinensis (pilg ) rehder) tại miền bắc việt nam

ii LỜI CẢM ƠN Được sự nhất trí của Ban lãnh đạo Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trường, em đã tiến hành thực hiện đề tài khóa luận: “Ứng dụng mô hình sinh cảnh trong xác định khu v

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SINH CẢNH TRONG XÁC ĐỊNH KHU VỰC ƯU TIÊN TRỒNG BẢO TỒN

LOÀI THÔNG ĐỎ BẮC (TAXUS CHINENSIS (PILG.) REHDER)

TẠI MIỀN BẮC VIỆT NAM

NGÀNH: Quản lý tài nguyên thiên nhiên (Chuẩn)

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SINH CẢNH TRONG XÁC ĐỊNH KHU VỰC ƯU TIÊN TRỒNG BẢO TỒN

LOÀI THÔNG ĐỎ BẮC (TAXUS CHINENSIS (PILG.) REHDER)

TẠI MIỀN BẮC VIỆT NAM

NGÀNH: Quản lý tài nguyên thiên nhiên (Chuẩn)

MÃ SỐ: 72908532

Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Thái Sơn Sinh viên thực hiện: Đinh Mạnh Trí

Hà Nội, 2021

i

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em Các số liệu ngoài hiện trường cho đến kết quả đã nêu trong khóa luận là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Các thông tin trích dẫn trong khóa luận đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan trên

Đại học Lâm nghiệp, ngày 21 tháng 05 năm 2021

Sinh viên

Đinh Mạnh Trí

ii

LỜI CẢM ƠN

Được sự nhất trí của Ban lãnh đạo Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi

trường, em đã tiến hành thực hiện đề tài khóa luận: “Ứng dụng mô hình sinh

cảnh trong xác định khu vực ưu tiên trồng bảo tồn loài Thông đỏ bắc (Taxus chinensis (Pilg.) Rehder) tại miền Bắc Việt Nam” dưới sự hướng dẫn của Ths

Lê Thái Sơn Đề tài khóa luận đã được hoàn thành tại Trường đại học Lâm nghiệp

- Xuân Mai, Chương Mỹ, Hà Nội theo chương trình đào tạo đại học chính quy, chuyên ngành Quản lý tài nguyên thiên nhiên, khóa 62 (2017-2021)

Trong quá trình học tập và thực hiện khóa luận, em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của Ban giám hiệu, lãnh đạo Khoa Quản lý tài nguyên rừng và Môi trường, các thầy, cô giáo Trường đại học Lâm nghiệp, gia đình và bạn bè Cùng với đó là sự hỗ trợ không nhỏ từ Ban quản lý Khu bảo tồn thiên nhiên Hang Kia

- Pà Cò, cán bộ và nhân dân địa phương các xã: Hang Kia, Pà Cò, Tân Sơn, huyện Mai Châu, tỉnh Hòa Bình- nơi em thực hiện đề tài Nhân dịp này em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước những sự quan tâm và giúp đỡ quý báu đó

Đặc biệt, em bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới ThS Lê Thái Sơn, người thầy đã hướng dẫn tận tình, truyền đạt những kinh nghiệm, ý tưởng mới trong nghiên cứu khoa học, giúp em hoàn thành khóa luận

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, với tinh thần nỗ lực trong nghiên cứu nhưng

do bản thân còn ít kinh nghiệm và thời gian thực hiện khóa luận có hạn, nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến góp

ý của các thầy, cô giáo và bạn bè để khóa luận được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Đinh Mạnh Trí

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 3

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu về ngành Thông và loài Thông đỏ bắc 3

1.1.1 Một số nghiên cứu trên thế giới 3

1.1.2 Những nghiên cứu ở Việt Nam 5

1.2 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý – lịch sử phát triển và ứng dụng trong Quản lý tài nguyên và môi trường 9

1.2.1 Khái niệm Hệ thống thông tin địa lý 9

1.2.2 Lịch sử phát triển và những ứng dụng của GIS trong Quản lý tài nguyên và môi trường 10

1.3 Tổng quan về mô hình hóa sinh cảnh 17

1.3.1 Mô hình hóa sinh cảnh 17

1.3.2 Mô hình hóa sinh cảnh theo phương pháp sử dụng khoảng cách Mahalanobis18 1.4 Những điểm mới của đề tài 19

Chương 2 21

ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Đối tượng nghiên cứu 21

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 21

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 22

2.2.1 Mục tiêu chung 22

2.2.2 Mục tiêu cụ thể 22

2.3 Nội dung nghiên cứu 23

2.4 Phương pháp nghiên cứu 23

2.4.1 Mô hình hóa sinh cảnh trong hệ thống thông tin địa lý 23

2.4.2 Phương pháp kế thừa số liệu 24

iv

2.4.3 Phương pháp điều tra ngoại nghiệp 25

2.4.4 Phương pháp xử lý nội nghiệp 26

Chương 3 29

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 29

3.1 Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên 29

3.1.1 Vị trí địa lý, diện tích và ranh giới 29

3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa thế 30

3.1.3 Địa chất, đất đai 30

3.1.4 Khí hậu, thủy văn 31

3.1.5 Hiện trạng rừng và sử dụng đất 31

3.1.6 Hệ động - thực vật và phân bố của các loài quý hiếm 33

3.2 Đặc điểm kinh tế, văn hoá và xã hội 35

3.2.1 Dân tộc, dân số, lao động và phân bố dân cư 35

3.2.2 Các hoạt động kinh tế chủ yếu 35

3.2.3 Cơ sở hạ tầng 36

3.2.4 Văn hoá, y tế, giáo dục 36

Chương 4 38

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38

4.1 Đặc tính sinh học, sinh thái học của loài Thông đỏ Bắc 38

4.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm hình thái 38

4.1.2 Đặc điểm sinh học và sinh thái học 39

4.2 Hiện trạng loài Thông đỏ bắc tại KBTTN Hang Kia – Pà Cò 39

4.2.1 Hiện trạng loài Thông đỏ bắc tại khu vực nghiên cứu 39

4.2.2 Các nhân tố nguy hại đến sự phát triển của loài Thông đỏ bắc tại KBT 42

4.3 Kết quả xây dựng và phân tích mô hình sinh cảnh 46

4.4 Một số giải pháp bảo tồn và phát triển loài Thông đỏ bắc tại KBTTN Hang Kia – Pà Cò và miền Bắc Việt Nam 51

4.4.1 Giải pháp về tổ chức quản lý 51

4.4.2 Giải pháp kinh tế - xã hội 52

4.4.3 Giải pháp kỹ thuật 53

Chương 5 54

KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.2 Tồn tại 56

5.3 Khuyến nghị 56

v TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nguyên nghĩa

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Thông đỏ bắc - Taxus chinensis (Pilg.) Rehder là một loài thuộc chi Thông

đỏ - Taxus, họ Thông đỏ (Taxaceae), phân bố ở các tỉnh như Lào Cai, Sơn La, Hà

Giang, Tuyên Quang, Cao Bằng, Hoà Bình và Thanh Hoá với các quần thể nhỏ, chia cắt, khả năng tái sinh bằng hạt kém, đi liền với những đe doạ bị chặt hạ, đẽo

vỏ, rừng bị chia cắt, nơi sống bị suy giảm và cháy rừng (Nguyễn Tiến Hiệp và cs, 2004) Loài này thuộc phụ lục II của Công ước quốc tế về buôn bán các loài động vật, thực vật hoang dã - CITES, thuộc nhóm Nguy cấp (EN) trong Danh lục đỏ của IUCN 2017, được đưa vào Sách Đỏ Việt Nam với bậc Sẽ nguy cấp (VU) và nằm trong nhóm IIA: Thực vật rừng hạn chế khai thác, sử dụng vì mục đích thương mại của Nghị định số 32/2006/NĐ-CP ngày 30 tháng 3 năm 2006 của Chính phủ về quản lý thực vật rừng, động vật rừng nguy cấp, quý, hiếm

Ngoài giá trị sử dụng về gỗ như làm hàng mỹ nghệ, đóng đồ dùng gia đình, làm nhà, chế tạo công cụ sản xuất và làm guồng lấy nước, Thông đỏ bắc được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất thuốc trị bệnh ung thư vì có chứa các hoạt chất quan trọng để sản xuất taxol như 7-xylosyl-10-deacetylbaccatine III

và 10-deacetylbaccatine III, đã được phân lập và mô tả từ vỏ và lá cây ở Hòa Bình (Trinh Thi Thuy et al., 2005)

Khu bảo tồn thiên nhiên (KBTTN) Hang Kia – Pà Cò nằm ở phía Bắc huyện Mai Châu, tỉnh Hoà Bình, giáp ranh với tỉnh Sơn La, là khu vực có tính đa dạng sinh học quan trọng, với 750 loài thực vật, trong đó đã phát hiện được 41 loài đang bị đe doạ tuyệt chủng Điển hình là một số loài cây lá kim quý hiếm như

Thông Pà Cò (Pinus kwangtungensis), Thông đỏ bắc (Taxus chinensis), Pơ mu (Fokienia hodginsii), Dẻ tùng (Amentotaxus argotaenia), Thông tre (Podocarpus

spp.) (Phùng Văn Phê và Nguyễn Văn Lý, 2009) KBTTN Hang Kia – Pà Cò được

đặc trưng bởi kiểu rừng kín lá rộng thường xanh á nhiệt đới núi thấp, trong đó kiểu phụ rừng trên núi đá vôi chiếm diện tích lớn nhất, có ý nghĩa đặc biệt đối với công tác bảo tồn, cũng chính là môi trường sống lý tưởng của loài Thông đỏ bắc (Phùng Văn Phê và cs, 2013)

2

Thông đỏ bắc phân bố rải rác ở một số điểm thuộc xã Pà Cò và xã Hang Kia, trên đỉnh hoặc sườn núi đá vôi Hiện tại, số lượng cá thể Thông đỏ bắc không nhiều và khả năng tái sinh thấp Nếu không được bảo vệ hữu hiệu, rất có thể loài Thông đỏ bắc ở KBTTN sẽ bị tuyệt chủng trong tương lai không xa Vì vậy, nghiên cứu bảo tồn loài thông này là vấn đề cấp bách

Một số nghiên cứu về loài Thông đỏ bắc đã được thực hiện, tuy nhiên chưa

có nhiều đề tài nghiên cứu sâu về loài này tại KBTTN Hang Kia – Pà Cò, đặc biệt

là chưa có nghiên cứu về vấn đề phân vùng ưu tiên bảo tồn, phục vụ công tác bảo tồn loài trên quy mô lớn Vì vậy, để góp phần cung cấp thêm cơ sở khoa học cho

việc bảo tồn loài Thông đỏ bắc, đề tài “Ứng dụng mô hình sinh cảnh trong xác

định khu vực ưu tiên trồng bảo tồn loài Thông đỏ bắc (Taxus chinensis (Pilg.) Rehder) tại miền Bắc Việt Nam” đã được thực hiện.

3

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu về ngành Thông và loài Thông đỏ bắc

1.1.1 Một số nghiên cứu trên thế giới

Ngành Thông (Pinophyta) còn gọi là ngành Hạt trần (Gymnospermae), gồm các loài cây thân gỗ lớn hoặc nhỡ; ít khi là cây bụi hoặc dây leo thân gỗ Lá hình vảy, hình kim, hình dải; ít khi hình quạt, hình trái xoan hoặc hình lông chim Cơ quan sinh sản thường đơn tính, có cấu tạo nón khác với cấu tạo hoa, gồm các lá bào tử xếp xoắn ốc hoặc xếp vòng trên một trục ngắn có dạng nón Gỗ tương đối mềm, chỉ có quản bào chưa có mạch gỗ và sợi gỗ (Trung tâm dữ liệu thực vật Việt

Nam)

Theo nhiều quan điểm phân loại khác nhau, ngành Thông có khoảng 6-8

họ với khoảng 65-70 chi và 600-650 loài (Lott J et al, 2002) Trong ngành Thông trước đây người ta phân thành 7 bộ, nhưng qua kiểm tra gen, các bộ Taxales,

Araucariales và Cupressales được xếp vào bộ Thông (Nizam Khan U et al, 1971)

Việc phân loại của Thông do Little và Critchfield tiến hành sau đó được thay đổi và bổ sung bởi Michael Frankis, Jesse P Perry, Keith Rushforth, David Richardson Nói chung, các phân loại đó đều dựa vào đặc tính của hạt, nón và lá

(Michael Frankis 1999, 2002, Richardson D M (ed.), 2000)

Theo Richardson D M (ed.) (2000), Taxus là một chi của phân loại thực

vật họ Taxaceae, thường được gọi là Thông đỏ hay Thủy tùng Trên thế giới chi

Taxus chỉ bao gồm 24 loài

Theo Farjon A and Page C N (1999), một trong những loài đầu tiên thuộc

chi Taxus được tìm thấy có tên là Taxus baccata hay Thủy tùng châu Âu Carl

Thunberg, một sinh viên của trường Linnaeus đã phát hiện ra nó tại Nhật Bản năm

1775 - 1776 Sau đó, Thông đỏ tiếp tục được tìm thấy trong dãy Himalaya, ở Nepal - bởi Wallich năm 1822 Tại Afghanistan, Bhutan và Đông Bắc Ấn Độ, William Griffith đã tìm thấy chi này trong thời gian 1835 - 1841 Ở Tây Bắc Thái

4

Bình Dương, chi Thông đỏ được phát hiện bởi David Douglas năm 1825 Những

khám phá sau này đã dẫn đến những loài mới trong chi Taxus như T cuspidate và

T wallichiana được mô tả bởi Joseph Zuccarini và Philipp Franz von Siebold, tìm

thấy ở Nhật Bản; T brevifolia được mô tả bởi Thomas Nuttall và được tìm thấy

năm 1851 ở vùng Tây Bắc Thái Bình Dương

Taxus chinensis, được mô tả vào năm 1919 bởi Robert Knud Friedrich

Pilger (1876–1953) và Alfred Rehder (1863–1949), trong Tạp chí Vườn ươm Arnold, thường được gọi là Thủy tùng Trung Quốc, 紅豆杉 (hong dou shan) bằng tiếng Trung và Thông đỏ bắc bằng tiếng Việt Tính ngữ “chinensis” đề cập đến Trung Quốc, nơi loài này được khoa học phát hiện vào năm 1885 và 1886 bởi nhà sưu tập tài ba người Scotland Augustine Henry (1857-1930) (Farjon A and Page

C N., 1999)

Thông đỏ bắc được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất thuốc trị bệnh ung thư vì có chứa các hoạt chất quan trọng để sản xuất taxol như 7-xylosyl-10-deacetylbaccatine III và 10-deacetylbaccatine III Trinh Thi Thuy et

al (2005) đã tiến hành phân lập và mô tả các hợp chất này từ vỏ và lá cây Thông

đỏ bắc ở Hòa Bình

Theo Farjon (2001), trên thế giới có 630 loài Thông thuộc 69 chi Kế hoạch hành động Thông quốc tế của IUCN (Farjon & Page, 1999) đã xác định các điểm nóng Thông là các vùng có tính đa dạng sinh học cao với số lượng các loài bị đe dọa tuyệt chủng cao, trên 2% so với tổng số loài bị đe dọa tuyệt chủng ở mức quốc

tế Danh lục đỏ các loài bị đe dọa tuyệt chủng của IUCN (2003), liệt kê 291 loài thông (gần một nửa số loài Thông trên thế giới) được đánh giá bị đe dọa tuyệt chủng ở mức quốc tế

Có nhiều loài Thông được xếp là bị đe dọa tuyệt chủng ở mức toàn thế giới, rất nhiều loài khác bị đe dọa trong một phần phân bố tự nhiên của loài, những đe dọa hay gặp nhất là việc khai thác quá mức lấy gỗ hay các sản phẩm khác, phá rừng làm bãi chăn thả gia súc, trồng trọt và làm nơi sinh sống cho con người cùng với sự gia tăng tần suất của các đám cháy rừng Đối với nhiều loài nguy cơ tuyệt

5

chủng tăng lên do các quần thể thường nhỏ và có phân bố hạn chế Một số những

đe dọa gián tiếp mà nhiều loài cũng gặp phải như việc khai thác có chọn lọc hay khai thác chỉ trong một phần nhất định của loài có thể dẫn đến hao kiệt nguồn gen

và làm mất đi những quần thể có tính thích nghi riêng biệt ở địa phương Quá trình này còn kèm theo các quá trình diễn thế tự nhiên trong hệ sinh thái rừng dẫn đến những thay đổi thành phần loài của rừng Việc chặt hạ các khu rừng xung quanh cũng có thể dẫn đến những thay đổi khí hậu tại địa phương hay trong vùng, điều này sẽ ảnh hưởng xấu tới các rừng Thông (Farjon, 2001)

Trieu Thanh Cong et al (2013) đã cho rằng tính ổn định của quần thể Thông phụ thuộc hoàn toàn vào sự liên tục của các thế hệ cây tái sinh Khả năng tái sinh phụ thuộc lớn vào độ tàn che của tầng cây cao Nếu độ tàn che ở mức trung bình (0,6-0,7) dưới tán rừng số lượng cây mầm, cây mạ, cây con nhiều Nếu độ tàn che cao, ánh sáng lọt xuống tầng mặt đất rất ít, làm ảnh hưởng không tốt đến sức sống của cây con Ngược lại nếu độ tàn che thấp cỏ dại, cây bụi sẽ phát triển mạnh, tầng thảm khô dày, làm cho hạt rụng sẽ rất khó tiếp xúc được với đất

Singh S P (2006) khi nghiên cứu về ảnh hưởng của hoocmôn sinh trưởng

tới nhân giống bằng cành hom của loài Thông đỏ himalaya – Taxus baccata L đã

cho biết trong số 4 chất kích thích ra rễ: Indole -3-Acetic Acid (IAA), Indole Butyric Acid (IBA), Gibberelic Acid (GA3) và Naphthalene Acetic Acid (NAA) đem thí nghiệm ở 5 loại nồng độ khác nhau cho mỗi chất tương ứng là 1.000 ppm, 2.500 ppm, 5.000 ppm, 10.000 ppm và 12.500 ppm, thấy rằng chất kích thích ra

rễ IBA cho tỷ lệ ra rễ tốt nhất nếu so với các chất còn lại, mặt khác kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng chất kích thích IBA có nồng độ 10.000 ppm cho tỷ lệ ra rễ cao nhất là 60,01% và 76,68%

1.1.2 Những nghiên cứu ở Việt Nam

Theo Lê Trần Chấn và cs (1999), về một số đặc điểm cơ bản của hệ thực vật Việt Nam, phần 2 có đề cập đến danh lục các loài thực vật Việt Nam Trong

đó ngành Thông (Pinophyta) có 8 họ gồm: Cephalotaxaceae, Cupressaceae, Cycadaceae, Gnetaceae, Pinaceae, Podocarpaceae, Taxaceae và Taxodiaceae

6

Theo Trần Hợp (2002), ngành Thông (Pinophyta) gồm có các bộ sau: Bộ Phỉ (Cephalotaxales), bộ Kim giao (Podocarpales), bộ Thông đỏ (Taxales), bộ Bách tán (Araucariales), bộ Thông (Pinales), bộ Hoàng đàn (Cupressales) Trần Hợp đã mô tả đặc điểm hình thái của các loài thực vật thuộc ngành Thông

(Pinophyta): Vân sam (Abies delavayi), Du sam (Keteleeria evelyniana), Thông Caribe (Pinus caribaea), Thông năm lá (Pinus dalatensis), Thông lá dẹp (Pinus

krempfii), Thông ba lá (Pinus kesiya), Thông Pà Cò (Pinus kwangtungensis),

Thông đỏ bắc (Taxus chinensis), Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana), Thông nhựa (Pinus merkusii), Sam sắt (Tsuga sinensis), Thiết sam Vân Nam (Tsuga

yunnanensis)

Nghiên cứu của Nguyễn Đức Tố Lưu và Thomas (2004), Nguyễn Tiến Hiệp

và cs (2004) đã liệt kê ở Việt Nam có 29-33 loài Thông bản địa thuộc 19 chi, 5

họ So sánh ngành Thông Việt Nam với thế giới thấy rằng số loài Thông của Việt Nam có 33 loài chiếm 5% số loài Thông đã được biết trên toàn thế giới (630 loài)

và số chi bằng gần một phần ba

Theo Phan Kế Lộc và cs (2017), nhóm thông bản địa của Việt Nam gồm

33 loài, 2 phụ loài và 5 thứ loài thuộc 5 họ và 19 chi Họ lớn nhất là họ Thông (Pinaceae) với 5 chi và 13 loài Tiếp theo là họ Hoàng đàn hay còn gọi là họ Bách (Cupressaceae) với 7 chi và 7 loài, họ Thông tre (Podocarpaceae) với 4 chi và 7 loài, họ Thủy tùng còn gọi là Thông đỏ (Taxaceae) với 2 chi và 5 loài và họ Đỉnh tùng (Cephalotaxaceae) có 1 chi 1 loài

Trần Vinh (2011) đã nghiên cứu khá toàn diện về loài Thủy tùng: Đặc điểm sinh học, sinh thái, nhân giống và bảo tồn loài Thủy tùng ở Việt Nam

Trong các nghiên cứu này các tác giả đã nêu đặc điểm hình thái của loài, đặc điểm vật hậu, phân bố và tình trạng của loài Đặc điểm chung của các loài này đều là những loài quý hiếm, thường sống trên sườn, đỉnh núi đá vôi với những quần thể nhỏ, khả năng tái sinh tự nhiên kém

7

Theo Nguyễn Tiến Hiệp và cs (2004), Thông Việt Nam phân bố ở 4 vùng chính như sau: (1) Vùng Bắc và Đông Bắc Việt Nam (2) Dãy Hoàng Liên Sơn (chủ yếu ở các tỉnh Lào Cai, Yên Bái) (3) Vùng Tây Bắc (4) Vùng Tây Nguyên

Nguyễn Tiến Hiệp và cs (2004, 2013) cho biết Thông đỏ bắc – Taxus

chinensis phân bố ở các tỉnh như Lào Cai, Sơn La, Hà Giang, Tuyên Quang, Cao

Bằng, Hoà Bình và Thanh Hoá với các quần thể nhỏ, chia cắt, khả năng tái sinh bằng hạt kém, đi liền với những đe doạ bị chặt hạ, đẽo vỏ, rừng bị chia cắt, nơi sống bị suy giảm và cháy rừng

Phan Văn Thăng và cs (2013), đã mô tả đặc điểm sinh học, sinh thái học và môi trường sống của các loài Thông ở vùng núi Mai Châu, tỉnh Hòa Bình và Mộc

Châu, tỉnh Sơn La, trong đó có loài Thông đỏ bắc (Taxus chinensis)

Nguyễn Thành Lương (2018), khi nghiên cứu bảo tồn lâm sản ngoài gỗ tại

KBTTN Hang Kia – Pà Cò, đã liệt kê Thông đỏ bắc (Taxus chinensis) vào nhóm

cây thuốc Theo Nguyễn Thành Lương, Thông đỏ bắc không chỉ cho gỗ mà vỏ và

lá cây còn có thể chiết suất một số hợp chất có tác dụng điều trị bệnh ung thư

Lê Đình Khả và cs (2003) tiến hành giâm hom cây Thông đỏ bắc (Taxus

chinensis) ở xã Pà Cò, huyện Mai Châu và giâm tại Trại thực nghiệm giống Ba

Vì - Trung tâm nghiên cứu giống cây rừng: Chất kích thích ra rễ thí nghiệm ở Ba

Vì là dung dịch chất IBA có nồng độ 500 ppm, 1000 ppm, và 2000 ppm cho kết

quả giâm hom với tỷ lệ ra rễ lần lượt là 70%; 60%; 56,7%

Nguyễn Sinh Khang và cs (2011), nghiên cứu nhân giống Thông đỏ bắc

(Taxus chinensis) bằng hom tại KBTTN Bát Đại Sơn, huyện Quản Bạ, tỉnh Hà

Giang đã sử dụng chất kích thích ra rễ (IBA) dạng bột với nồng độ 500 ppm, 1.000 ppm và 1.500 ppm cho tỷ lệ ra rễ lần lượt là 66,67%; 70,56% và 83,59%

Kết quả của Dự án VN/06/011 (2007-2009) về bảo tồn và phát triển nguồn gen cây quý hiếm của hệ sinh thái núi đá ở xã Thài Phìn Tủng, huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang, đã nhân giống bằng hom 9 loài lá kim quý hiếm là: Thông đỏ bắc, Đỉnh tùng, Thông tre lá ngắn, Hoàng đàn rủ, Dẻ tùng sọc nâu, Thiết sam giả lá ngắn, Thiết sam núi đá Đông Bắc, Thông 5 lá Pà Cò, Du sam đá vôi Kết quả cho

8

thấy, tỉ lệ của các loài ra rễ sau 3-5 tháng là rất khác nhau Sau 3 tháng Thông tre

lá ngắn có 18% ra rễ, Đỉnh tùng 12%, Thông đỏ 9%, còn lại là chưa ra ra rễ

Lê Trần Chấn và cs (2010), trong Dự án “Bảo tồn và Phát triển nguồn gen cây quý hiếm của hệ sinh thái núi đá vôi ở xã Thài Phìn Tủng, huyện Đồng Văn,

tỉnh Hà Giang” thì tỷ lệ ra rễ của Thông đỏ bắc - Taxus chinensis được giâm hom

tại xã Thài Phìn Tủng là 61%

Những đe dọa chính cho những loài Thông, đã được Nguyễn Tiến Hiệp và

cs (2004), nêu ra là: Khai thác thương mại, sử dụng cho đời sống tại địa phương, lựa chọn loài trồng rừng không phù hợp, sử dụng sản phẩm ngoài gỗ, phát triển đất nông nghiệp, xây dựng cơ sở hạ tầng, cháy rừng, các quần thể nhỏ bị chia cắt, sinh học, sinh sản, các vấn đề di truyền

Việt Nam là một trong những điểm nóng về Thông của thế giới Tỷ lệ rất cao của các loài bị đe dọa tuyệt chủng là kết quả của nhiều yếu tố, phần lớn tất cả các loài đều cho gỗ và sản phẩm ngoài gỗ có giá trị như nhựa hoặc tinh dầu Do vậy nhu cầu về Thông rất lớn và nhiều loài đã bị khai thác quá mức Các loài trong ngành Thông khác ở Việt Nam hoặc là loài đặc hữu hẹp hoặc phân bố hạn chế ở những nơi sống đặc biệt, nhất là trên các khu vực núi đá vôi – Nguyễn Tiến Hiệp

và cs (2004)

Phan Kế Lộc và cs (2017) khi nghiên cứu tổng quan các loài Thông bản địa

tự nhiên Việt Nam cho biết 30 trong tổng số 33 (tương đương 90%) loài Thông bản địa Việt Nam đang nằm trong danh sách loài bị đe doạ cấp quốc gia, trong đó

loài Thông đỏ bắc (Taxus chinensis) thuộc nhóm Sẽ nguy cấp (VU)

Trước thực trạng các loài Thông bị đe dọa nghiêm trọng bởi những tác động của con người, có nhiều nghiên cứu đã được tiến hành như: Nghiên cứu của Phan

Kế Lộc và cs (2003) ở VQG Ba Bể, KBTTN Na Hang và một số vùng lân cận đã thống kê được có 7 loài Thông chỉ mới gặp trên núi đá vôi, đưa ra một số dẫn liệu

về những loài này và đánh giá mức độ đe dọa cho Danh lục đỏ, trong đó có loài

Thông đỏ bắc (Taxus chinensis)

9

Thông tin của Nguyễn Hương (2011) về Thông đỏ bắc (Taxus chinensis) -

là loài thực vật lá kim quý hiếm của Việt Nam, thuộc nhóm sẽ nguy cấp (VU) trong Sách đỏ Việt Nam 2007

Đã có một số nghiên cứu về các nhân tố ảnh hưởng cũng như tình trạng của

các loài trong họ Thông như: Nghiên cứu hiện trạng bảo tồn Thông Pà Cò (Pinus

kwangtungensis Chun ex Tsiang) tại khu bảo tồn Hang Kia - Pà Cò, tỉnh Hòa Bình

của Nguyễn Đức Tố Lưu và cs (2012), quần thể này hiện đang bị đe dọa khá lớn bởi nạn chặt phá lấy gỗ của người dân địa phương

Nguyễn Hoàng Nghĩa (1996, 1997) đã đưa ra định hướng chiến lược bảo

tồn cho các loài Thông quý hiếm sau: Thông nước (Glyptostrobus pensilis), Thông hai lá dẹt (Pinus ducampo), Thông năm lá Đà Lạt (Pinus dalatensis), Thông Pà

Cò (Pinus kwagtungensis), Thông đỏ bắc (Taxus chinensis)

Đoàn Văn Công (2017), đã nghiên cứu bảo tồn loài Thông Pà Cò (Pinus

kwangtungensis Chun ex Tsiang) và Thông đỏ bắc (Taxus chinensis (Pilg.)

Rehder) tại KBTTN Pù Luông, tỉnh Thanh Hóa Sau đó, dự án “Bảo tồn và phát triển các loài thực vật nguy cấp, quý hiếm Thông Pà Cò và Thông Đỏ Bắc tại Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông (giai đoạn 2017-2020)” đã được tiến hành Đến tháng 6/2020, dự án đã trồng bổ sung được 280 cây giống Thông Pà Cò và 215 cây giống Thông Đỏ Bắc, điều chỉnh vị trí 11 cây Thông Pà Cò tái sinh và 3 cây Thông Đỏ Bắc tái sinh tại khu vực phân bố của loài

1.2 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý – lịch sử phát triển và ứng dụng trong Quản lý tài nguyên và môi trường

1.2.1 Khái niệm Hệ thống thông tin địa lý

Có nhiều định nghĩa về Hệ thống thông tin địa lý (Geographic

Information System - gọi tắt là GIS), nhưng nói chung đã thống nhất quan niệm chung: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý nhằm phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định

- Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như

là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý

- Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia

1.2.2 Lịch sử phát triển và những ứng dụng của GIS trong Quản lý tài

nguyên và môi trường

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ là công cụ khá hiệu quả trong lưu giữ

và trao đổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác Nhờ khả năng

xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với

11

các nhiệm vụ quản lý tài nguyên môi trường Các mô hình phức tạp cũng có thể

dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS

GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc

GIS được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong

10 năm lại đây Ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó với thảm hoạ thiên tai,

Trong những năm 70 của thế kỷ XX ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo vệ môi trường và phát triển GIS Thời kỳ này, hàng loạt thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của hệ thống thông tin địa lý, đặc biệt là sự gia tăng ứng dụng của máy tính với kích thước bộ nhớ và tốc độ lớn Chính những thuận lợi này mà GIS dần dần được thương mại hóa Vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS-1(Earth Reosourcer Technology Satellite) được phóng lên quỹ đạo trái đất vào năm 1972 Sau vệ tinh này đổi tên là Landsat 1, rồi các vệ tinh thế hệ mới hơn

là Landsat 2, Landsat 3, Landsat 4 và Landsat 5 Ngay từ đầu ERTS-1 mang theo

bộ cảm MSS (máy quét đa phổ) với bốn kênh phổ khác nhau và bộ cảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau Ngoài Landsat 2, Landsat3 còn có các vệ tinh khác như SKYLAB (1973) và HCMM (1978)

Thập kỷ 80 của thế kỷ XX được đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng GIS ngày càng tăng với các quy mô khác nhau Từ 1982 là các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các các vệ tinh Landsat TM 4 và Landsat TM 5 với 7 kênh phổ khác nhau từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt Điều này cho phép nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau Đồng thời với việc phát triển của các ảnh vệ tinh Landsat, các ảnh vệ tinh của Pháp là vệ tinh SPOT (1986) đã đưa ra sản phẩm ảnh số thuộc hai kiểu ảnh đơn kênh với độ phân giải không gian 10m và ảnh đa kênh SPOT-XS với ba kênh (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênh thuộc

12

dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20m Đặc tính của ảnh vệ tinh SPOT là cho ra các cặp ảnh nổi Stereo cung cấp một khả năng tạo ảnh nổi ba chiều Điều này giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất đạt kết quả cao, nhất là việc nghiên cứu bề mặt địa hình Năm 1982, ARC/INFO chạy trên máy tính mini được phát hành và vào năm 1986, PC ARC/INFO đã được giới thiệu chạy trên các máy tính chạy bộ vi xử lý của Intel

Những năm 1990 - 2010 là thời kỳ quan trọng đánh dấu sự cất cánh thực

sự của GIS Gần đây nhất là sự ra đời của ảnh vệ tinh IKONOS của Mỹ Các ảnh IKONOS có độ phân giải đặc biệt cao so với các loại ảnh trước đây Hiện tại các ảnh IKONOS đã đạt tới độ phân giải 1m, trong thời gian sắp tới sẽ có các ảnh IKONOS độ phân giải 0,5m Ảnh IKONOS có thể được sử dụng để cập nhật và hiệu chỉnh các bản đồ tỷ lệ trung bình hay làm bản đồ ảnh về hiện trạng sử dụng đất rất tốt GIS đã được giới thiệu đến các lớp học và các công ty Phần mềm đã

có thể xử lý cả dữ liệu vector và raster Có nhiều vệ tinh được phóng lên quỹ đạo,

dữ liệu được thu thập từ không gian có thể được sử dụng trong GIS Cùng với sự kết hợp của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đem lại cho người sử dụng nhiều công cụ hơn so với trước đây GPS đã dẫn đường cho các sản phẩm sáng tạo vĩ đại như hệ thống định vị xe hơi và máy bay không người lái

Từ năm 2010 đến nay, sự bùng nổ phần mềm nguồn mở Cánh cửa cho GIS

và GPS phát triển đã bắt đầu mở Điều này đưa chúng ta đến giai đoạn phát triển tiếp theo trong lịch sử của GIS: sự bùng nổ phần mềm nguồn mở Bộ vi xử lý hiện nay có tốc độ hàng GHz Card đồ họa mạnh hơn rất nhiều so với trước đây Bây giờ chúng ta nghĩ về GIS lưu trữ dữ liệu trong TeraBytes, chứ không còn MegaBytes Dữ liệu GIS đã trở nên phổ biến hơn Dữ liệu TIGER, hình ảnh vệ tinh Landsat và thậm chí cả dữ liệu LiDAR có thể tải về miễn phí Kho trực tuyến như ArcGIS Online với khối lượng rất lớn các dữ liệu không gian Ưu điểm lớn nhất là người sử dụng được dùng miễn phí Nguồn mở đang trở thành xu hướng chủ đạo ngày nay

có thể định vị và tiến hành xử lý các dữ liệu bề mặt một cách dễ dàng, cách xa vùng nhạy cảm mà vẫn đảm bảo đạt được những yêu cầu chuyên môn có giá trị của vùng dưới mặt đất

* Tài nguyên nước

GIS có thể hỗ trợ đánh giá mực nước ngầm, mô phỏng hệ thống sông hồ và nhiều ứng dụng liên quan đến quản lý tài nguyên nước khác ứng dụng GIS trong kiểm soát mức nước ngầm, duy trì mực nước ngầm thích hợp trong các vùng khai khoáng Trường Đại học Kỹ thuật Aachen, Đức đã sử dụng GIS để kiểm soát mực nước ngầm cho các vùng khai thác than, tạo các bản đồ mực nước ngầm, kết hợp với các dữ liệu khác như thổ nhưỡng, địa hình, quy mô khai thác mỏ, công nghệ

kỹ thuật được sử dụng, cung cấp công cụ đắc lực cho các nhà phân tích Kiểm soát sự phục hồi mực nước ngầm có sự hỗ trợ của công nghệ GIS sẽ trở nên dễ dàng hơn

Umlandverband Frankfurt, Đức, đã dùng GIS để xây dựng các lớp bản đồ cho mỗi tính toán về sự phục hồi mực nước ngầm Những lớp này sau đó được kết hợp lại để tạo nên một bản đồ cuối cùng biểu diễn sự phục hồi của mỗi vùng GIS giúp cho các nhà nghiên cứu dễ dàng tính toán và mô phỏng đồng thời tốc độ phục hồi mực nước ngầm của các vùng khác nhau

Viện địa chất ở Zagreb, Croatia, đã sử dụng GIS để phân tích hệ thống sông cũng như toàn bộ vùng lưu vực sông Drava Với công nghệ GIS có thể xây dựng

mô phỏng mạng lưới sông ngòi của khu vực cùng các thông số đặc trưng cho mỗi

14

dòng chảy và phân tích những ảnh hưởng mà chúng có thể chịu tác động Lưu vực sông là một hệ thống nhạy cảm và phức tạp Quản lý lưu vực sông đòi hỏi lưu lượng nước đầy đủ, duy trì sự ổn định của các hệ sinh thái, kiểm soát lũ

Công ty Quản lý Chất thải và Năng lượng Hạt nhân Thuỵ Điển và Nespak, Pakistan phối hợp sử dụng GIS hỗ trợ quản lý vùng lưu vực sông Torrent ở Pakistan GIS được sử dụng để mô hình hoá sự cân bằng nước, quá trình xói mòn

và kiểm soát lũ cho khu vực

Hammon, Jensen, Wallen & Associates dùng GIS để kiểm soát vùng lưu vực sông Santa Lucia Preserve Mô hình không gian ba chiều được xây dựng nhờ công nghệ GIS, đã giúp các nhà nghiên cứu tiếp cận chính xác về địa hình và thổ nhưỡng của khu vực, từ đó xây dựng những quy luật diễn biến quan trọng cho toàn bộ vùng lưu vực sông

Tại Mỹ, GIS được dùng để quản lý sự phân bố của các nguồn nước, nhờ đó các nhà khoa học có thể dễ dàng xác định vị trí các nguồn nước này trong toàn bộ

hệ thống

* Tài nguyên sinh vật

Kiểm soát các khu bảo tồn: Tổ chức Bảo tồn quốc tế và Chính phủ Malagasy đã sử dụng GIS để kiểm soát sự phân bố của các loài thực vật ở Madagascar Bản đồ này biểu diễn các loài thực vật của miền nam Madagascar bằng các màu khác nhau và biểu diễn các khu bảo tồn bằng nền chéo Với những thông tin này, có thể dễ dàng xác định các vùng cần được bảo vệ hoặc các vùng hiện được bảo vệ có khả năng bị xâm hại

Kiểm soát đa dạng sinh học: Một số tổ chức đã sử dụng GIS để phân tích

sự phân bố và mức độ bảo tồn đối với một số thành phần của đa dạng sinh học GIS giúp các nhà nghiên cứu xác định các loài có khả năng hiện diện trong vùng quản lý hay không (vùng gián đoạn) Những loài này được dùng làm chỉ thị cho

đa dạng sinh học hoặc cho sự vắng mặt, đối với một vùng cụ thể

Bảo tồn những loài đang bị đe doạ: Hiện nay ô nhiễm môi trường đang đe doạ sự tồn tại của nhiều loài sinh vật, trong đó có nhiều loài cá GIS đã hỗ trợ tích

15

cực trong công việc bảo tồn Phần mềm ARC /INFO đã được sử dụng để nhập dữ liệu vào một cơ sở dữ liệu gồm 250 lớp thông tin bao phủ toàn bộ vùng châu thổ sông Colombia Các chuyên gia ở Corvallis, Oregon đã sử dụng dữ liệu GIS để phát triển chiến lược bảo tồn loài cá hồi Coho, một loài cá hồi màu hồng bạc được tìm thấy chủ yếu ở vùng cửa sông của Oregon và Washington Trong nghiên cứu này, vùng châu thổ sông Umpqua đã được lựa chọn, đây là vùng trước đây rất nhiều cá hồi Coho, nhưng nay do khai thác gỗ, xây dựng, nắn thẳng dòng chảy sông suối, đã phá huỷ nơi sống của loài cá này, làm số lượng của chúng giảm sút nghiêm trọng, chỉ khoảng 3% so với trước kia GIS được sử dụng để hiển thị và phân tích thông tin về điều kiện sống của loài

* Quản lý tài nguyên rừng

Ngày nay, công việc quản lý tài nguyên rừng đang là một thách thức lớn Với GIS các nhà quản lý có thể thực hiện nhiệm vụ này dễ dàng hơn

Kiểm kê trạng thái rừng hiện tại: Với GIS có thể kiểm kê trạng thái gỗ, thuỷ

hệ, đường giao thông, đường tàu hoả và các hệ sinh thái và sử dụng những thông tin này để đánh giá về mùa vụ, chi phí vận chuyển, hoặc điều kiện sống của các động vật hoang dã đang bị đe doạ Kết quả theo dõi từ năm 1972 đến năm 1991 nhờ ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá biến động rừng và độ che phủ rừng cho thấy diện tích rừng của Ấn Độ giảm từ 14,12 triệu ha xuống còn 11,72 triệu ha giảm mất 2,4 triệu ha Từ kết quả đó Ấn Độ đã xây dựng hệ thống bản đồ hiện trạng với chu kỳ 2 năm để quản lý, bảo vệ và phát triển rừng hiệu quả (Dutt, Udayalakshmt, 1994)

Hỗ trợ phát triển chiến lược quản lý: Với GIS có thể đánh giá các đặc điểm của một khu rừng dựa trên các điều kiện quản lý khác nhau Trên cơ sở các dự báo này, có thể quan sát tương tai của khu rừng dưới dạng bản đồ và số liệu phân tích, từ đó vạch ra chiến lược quản lý và phát triển các nguồn tài nguyên rừng sao cho đạt được hiệu quả cao

16

1.2.2.2 Tại Việt Nam

Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm và phát triển trong vòng 15 năm trở lại, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông- lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lí đô thị, Tuy nhiên các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản đồ bằng công nghệ GIS Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tư mới có thể đưa vào ứng dụng chính thức

Trần Anh Tuấn (2007) với đề tài Đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu bằng công nghệ viễn thám và GIS

Hà Quý Quỳnh (2011) sử dụng phần mềm ARCGIS 9.2 và ảnh vệ tinh Landsat để xây dựng bản đồ sinh cảnh phục vụ nghiên cứu ĐDSH tại KBTTN Cô Pia, tỉnh Sơn La Sử dụng các hàm số trong ARCGIS để cập nhật thông tin thuộc tính sinh cảnh, tính diện tích các lô, các khoảnh

Nguyễn Hữu Huỳnh (2013) sử dụng GIS và viễn thám phân vùng bảo tồn thích nghi ĐDSH tại VQG Xuân Thủy, tỉnh Nam Định

17

Trong những năm gần đây việc ứng dụng GIS cũng đã được phổ biến hơn tại KBTTN Hang Kia – Pà Cò nhằm quản lý hiện trạng sử dụng đất và rừng Điều này đã giúp BQL lưu trữ thông tin một cách tốt nhất, dễ dàng và nhanh chóng Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp truyền thống, qua đó giúp cho công tác giám sát quản lý tài nguyên thiên nhiên được chặt chẽ

và đưa ra được nhiều phương án bảo vệ tốt hơn

1.3 Tổng quan về mô hình hóa sinh cảnh

1.3.1 Mô hình hóa sinh cảnh

Mô hình hóa sinh cảnh là một dạng trừu tượng hóa của một hệ thống sinh cảnh thực Hay nói cách khác, mô hình hóa sinh cảnh là hình ảnh biểu diễn của một sinh cảnh thực, trong đó các biến của mô hình chính là các yếu tố liên quan mật thiết đến sinh cảnh thực Vì vậy, mô hình hóa sinh cảnh là một giải pháp hữu dụng giúp quản lý phân bố loài

Mô hình hóa sinh cảnh đã trở nên rất phổ biến trên thế giới, nổi bật là phương pháp ứng dụng Maximum Entropy (MaxEnt)

Steven J Phillips và cộng sự (2006) đã sử dụng mô hình MaxEnt đưa ra dự đoán trên 10 tập hợp con ngẫu nhiên được ghi chép của 2 loài và sau đó sử dụng

ở các địa phương để thử nghiệm Thuật toán đã ước tính hợp lý về phạm vi các loài vượt trội hơn nhiều so với bản đồ phác họa bóng mờ có sẵn trong các hướng dẫn thực địa Họ cho rằng mô hình MaxEnt có thể sử dụng ở dạng hiện tại cho nhiều ứng dụng với bộ dữ liệu các biến thích hợp với đối tượng nghiên cứu

Tại Việt Nam, phương pháp này cũng đã được ứng dụng trong quản lý và bảo tồn các loài quý hiếm Trần Thị Phương Hoa (2018) đã sử dụng mô hình MaxEnt để xây dựng bản đồ phân bố của loài Chà vá chân xám và so sánh với bản đồ phân bố của IUCN Đề tài cũng đã đưa ra các nhân tố ảnh hưởng tới vùng phân bố của loài

Các kỹ thuật thống kê đơn biến đơn giản có thể không đánh giá đầy đủ tính chất đa chiều của môi trường sống của một loài thực vật hoặc động vật Do đó, phương pháp này dùng nhiều biến để mô hình hóa tiềm năng của môi trường sống bằng cách sử dụng một tập hợp các vị trí điểm của sinh vật và dữ liệu về sinh cảnh của loài đó bao gồm: Độ cao, độ dốc, chỉ số thực vật, nhiệt độ, ánh sáng, lượng mưa…

Mô hình hóa sinh cảnh sử dụng Mahalanobis Distance là một công cụ phổ biến để quản lý sự phân bố của thực vật xâm hại Rouget et al (2002) sử dụng GIS để chồng xếp các lớp bản đồ điều kiện môi trường bao gồm khí hậu, địa hình, địa chất, hiện trạng sử dụng đất và lớp phủ thực vật để tìm ra các khu vực thích hợp cho sự phát sinh của các đối tượng xâm lấn là Pinus spp và Acacia mearnsii

Liang et al (2014) đã áp dụng phân tích không gian để mô phỏng môi trường – các yếu tố xung quanh sự phát sinh của thực vật xâm hại tại khu vực nghiên cứu Sau đó, nghiên cứu đã sử dụng các thuật toán và mô hình toán học để chỉ ra các vị trí trong khu vực nghiên cứu có điều kiện tương đồng với các điểm

đã phát sinh thực vật Cách tiếp cận này có tính logic cao và hoàn toàn có thể áp dụng rộng rãi ở các khu vực khác nhau trên thế giới

Phương pháp này ở Việt Nam cũng đã đư tiếp cận trong thời gian gần đây

Lê Thái Sơn và cs (2019), đã sử dụng mô hình GIS phân tích nguy cơ phát sinh của cây Mai dương tại Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa, thành phố Đà Nẵng Đề tài đã xây dựng thành công mô hình sinh cảnh của cây Mai dương tại khu vực nghiên cứu bao gồm 07 biến điều kiện môi trường Đồng thời, việc phân tích mô hình sử dụng phép đo Khoảng cách Mahalanobis đã đưa ra được các vùng

có nguy cơ cao xảy ra phát sinh loài Mai dương (chiếm 143 km2, tương đương

19

20,3% diện tích khu vực nghiên cứu) tập trung ở khu vực phía Đông và Đông Nam của huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng

Có thể thấy rằng, mặc dù đã có những bước phát triển vượt bậc trên thế giới

và cũng đã được tiếp cận ở Việt Nam, phương pháp mô hình hóa sinh cảnh sử dụng khoảng cách Mahalanobis mới được áp dụng chủ yếu trong quản lý sinh vật xâm hại Việc áp dụng mô hình khoảng cách Mahalanobis trong bảo tồn sinh vật vẫn còn là một hướng đi rất mới, đặc biệt tại Việt Nam

1.4 Những điểm mới của đề tài

Như vậy, nghiên cứu về các đặc điểm sinh học, sinh thái học, khả năng tái sinh và nhân giống, bảo tồn các loài thuộc họ Thông có ý nghĩa rất quan trọng Tuy nhiên, có thể thấy nội dung chủ yếu của các nghiên cứu đã công bố ở Việt Nam hầu hết chỉ bao gồm việc đánh giá đặc điểm và tình trạng của các loài Thông (trong đó có loài Thông đỏ bắc) nhằm đưa ra các biện pháp quản lý tại những KBT và VQG, hay các hệ sinh thái nhạy cảm Ngoài ra, một số nghiên cứu cũng

đã tiến hành giâm hom nhân giống và trồng bảo tồn thành công loài này trên quy

mô nhỏ

Thông đỏ bắc là loài có giá trị khoa học, thực tiễn cao nhưng đang đối diện với nguy cơ tuyệt chủng Việc nghiên cứu bảo tồn loài này là yêu cầu cấp thiết Tuy nhiên, còn thiếu những nghiên cứu sâu, mang tính dự báo về loài này tại khu vực KBTTN Hang Kia – Pà Cò, đặc biệt là chưa có nghiên cứu về việc phân vùng bảo tồn, nhằm phục vụ cho công tác bảo tồn ngoại vi quy mô lớn

GIS là một công cụ mới, mang lại nhiều ưu việt hơn so với các phương pháp quản lý truyền thống Tuy nhiên, tại Việt Nam và đặc biệt là trong khu vực nghiên cứu, công nghệ này chưa được khai thác nhiều thế mạnh để có thể áp dụng rộng rãi, các công trình nghiên cứu phần lớn chỉ dừng lại ở việc kiểm kê rừng, bảo tồn ĐDSH,…thiếu đi các nghiên cứu tập trung vào loài cụ thể

Phương pháp mô hình hóa sinh cảnh sử dụng khoảng cách Mahalanobis đã phổ biến trên thế giới và được tiếp cận tại Việt Nam trong thời gian gần đây Tuy nhiên, phương pháp này mới chỉ được áp dụng chủ yếu trong quản lý sinh vật xâm

áp dụng trên quy mô lớn, diện tích rộng và áp dụng cho nhiều khu vực trong cả nước

21

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

KBTTN Hang Kia - Pà Cò nằm ở phía Bắc huyện Mai Châu, tỉnh Hòa Bình, trong địa giới hành chính của 07 xã (Hang Kia, Pà Cò, Tân Sơn, Bao La, Piềng

Vế, Cun Pheo, Nà Mèo) của huyện Mai Châu

Hình 2.1 Vị trí địa lý KBTTN Hang Kia – Pà Cò

22

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng được đề tài nhắm đến là loài Thông đỏ bắc (Taxus chinensis

(Pilg.) Rehder) - một trong 10 loài Thông được ưu tiên bảo tồn ở Việt Nam (Nguyễn Tiến Hiệp và cs, 2004)

Đây là loài có giá trị cao về gỗ và dược liệu Gỗ màu hồng thẫm, thớ mịn, chịu nước Vỏ và là cây có chứa các hợp chất quan trọng để sản xuất thuốc trị bệnh ung thư Loài phân bố không rộng và cũng bị đe doạ như các loài Thông

khác do con người khai thác gỗ để sử dụng và môi trường núi đá vôi bị xâm hại

2.2 Mục tiêu nghiên cứu

2.2.1 Mục tiêu chung

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc đưa ra các phương án trồng bảo tồn loài Thông đỏ bắc tại huyện Mai Châu, tỉnh Hòa Bình nói riêng và cho Việt Nam nói chung

2.2.2 Mục tiêu cụ thể

- Đánh giá được các đặc tính sinh học, sinh thái học của loài Thông đỏ bắc

- Xác định được các khu vực ưu tiên trồng bảo tồn loài Thông đỏ bắc

- Đề xuất các giải pháp bảo tồn loài Thông đỏ bắc tại miền bắc Việt Nam

Hình 2.2 Loài Thông đỏ bắc

23

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu các đặc tính sinh học, sinh thái học của loài Thông đỏ bắc

- Đánh giá hiện trạng của loài Thông đỏ bắc ở khu vực nghiên cứu

- Xây dựng mô hình sinh cảnh của loài Thông đỏ bắc trên nền tảng GIS

- Phân cấp ưu tiên trồng bảo tồn loài thông đỏ bắc dựa vào mô hình sinh cảnh

- Đề xuất giải pháp nhằm trồng bảo tồn loài Thông đỏ bắc tại miền bắc Việt Nam

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Mô hình hóa sinh cảnh trong hệ thống thông tin địa lý

Sinh cảnh, hay môi trường sống, của một loài nhất định được cấu thành bởi nhiều yếu tố môi trường khác nhau cùng có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của loài Cách tiếp cận phổ biến nhất để mô hình hóa sinh cảnh của một loài nào đó là coi sinh cảnh của chúng như một thực thể được cấu tạo từ nhiều thành phần Những thành phần này là những yếu tố môi trường, ví dụ như đất, nước, không khí, nhiệt độ… và bằng cách mô tả những yếu tố này, chúng ta có thể làm sáng tỏ các đặc điểm, tính chất và sự tương tác của sinh cảnh và đối tượng loài cụ thể

GIS có khả năng lưu trữ, phân tích và phân loại thông tin thành các lớp dữ liệu riêng biệt, mỗi lớp phản ánh một loại thông tin hay một khía cạnh của các đối tượng trong không gian Do đó, việc mô hình hóa sinh cảnh dựa trên GIS có nhiều tiềm năng và lợi thế Cách tiếp cận này dựa trên quá trình biểu diễn các thành phần của một sinh cảnh cụ thể bằng các lớp thông tin phản ánh các yếu tố môi trường và gắn kết các lớp này lại với nhau thành một thể thống nhất (Ferrier et al., 2002; Store & Jokimaki, 2003; Hirzel et al., 2006), được minh họa cụ thể như ở Hình 2.3

24

Mô hình sinh cảnh chứa càng nhiều thành phần thì đặc điểm của sinh cảnh càng được bộc lộ rõ nét (Elith et al., 2006) Tuy nhiên, số lượng lớp dữ liệu trong mỗi mô hình sinh cảnh phụ thuộc vào sự sẵn có về dữ liệu có liên quan đến đối tượng sinh cảnh đang được quan tâm (Browning et al 2005; Comte and Grenouille 2013; Liang et al 2014)

Mỗi loài thực vật có một sinh cảnh riêng phù hợp với sự phát sinh, phát triển của loài Các điều kiện sống ở vị trí loài đó sống trong tự nhiên chính là tiêu biểu cho sinh cảnh của nó Đề tài sử dụng mô hình hóa khái quát sinh cảnh từ các điểm ghi nhận xuất hiện loài Thông đỏ bắc và chỉ ra các khu vực khác có sinh cảnh giống như vậy, đây chính là các khu vực ưu tiên cho trồng bảo tồn loài

2.4.2 Phương pháp kế thừa số liệu

- Đề tài sử dụng một số thông tin về đặc điểm sinh học, sinh thái học của cây Thông đỏ bắc từ các nghiên cứu trước đây đã có ở Việt Nam và trên thế giới

- Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu được lấy từ Ban quản lý KBTTN Hang Kia- Pà Cò và UBND huyện Mai Châu, tỉnh Hòa Bình

- Đề tài kế thừa mô hình số độ cao (DEM) của khu vực

Hình 2.3 Mô hình hóa sinh cảnh trong hệ thống thông tin địa lý

2.4.3 Phương pháp điều tra ngoại nghiệp

- Điều tra tình hình phân bố của loài tại khu vực nghiên cứu

Việc điều tra cụ thể để xác nhận vị trí có cây Thông đỏ bắc được thực hiện bằng máy GPS khi điều tra thực địa

Đề tài tiến hành điều tra theo 4 tuyến: (1) Tuyến đồi Hang Dơi; (2) Tuyến Đỉnh Hang Kia; (3) Tuyến Khu đồi sau bể nước xã Hang Kia; và (4) Tuyến Khu đồi thuộc xã Pà Cò nhằm ghi lại thông tin về vị trí phân bố, đặc điểm sinh học, sinh thái học, sinh cảnh sống và các mối nguy hại đối với loài Thông đỏ bắc

- Phỏng vấn cán bộ kiểm lâm và người dân địa phương về hiện trạng của loài tại khu vực nghiên cứu

Hình 2.4 Sơ đồ tuyến điều tra

26

2.4.4 Phương pháp xử lý nội nghiệp

2.4.4.1 Phương pháp tiền xử lý dữ liệu

07 lớp thông tin môi trường phản ánh các yếu tố có liên quan đến sự tồn tại cây Thông đỏ bắc tại khu vực nghiên cứu đã được sử dụng như những biến trong

mô hình (Bảng 2.1)

Tất cả các lớp thông tin được chuyển đổi về dạng raster với độ phân giải

30x30 m và hệ quy chiếu WGS 1984 UTM Zone 48N Trong đó, các biến Slope,

Aspect, Solar Insolation được tính toán từ mô hình số độ cao (DEM) Biến NVDI được tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8 chụp ngày 28/06/2020 (số hiệu ảnh LC08_L1TP_127046_20200628_20200824_02_T1)

Biến Mô tả Nguồn cung cấp

Elevation

Mô hình số độ cao (DEM) độ phân giải 30x30m

Cơ sở dữ liệu Bản đồ lâm nghiệp (Bandolamnghiep.com)

Rainfall

Lượng mưa trung bình năm (mm)

Cơ sở dữ liệu khí hậu WorldClim.org

Aspect

Hướng dốc (theo chiều kim đồng hồ 0-360°)

Tính toán từ mô hình DEM

Bảng 2.1 Các biến được sử dụng trong mô hình

Tính toán từ mô hình DEM

NVDI

Chỉ số thể hiện

sự che phủ của thực vật

Tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8

2.4.4.2 Phương pháp xây dựng phân tích mô hình Mahalanobis (D 2 )

Mô hình sinh cảnh được phân tích sử dụng hàm thống kê Khoảng cách

phép đo trong không gian đa chiều về sự khác nhau giữa một quan sát, ví dụ như một điểm trong không gian, với một giá trị trung bình của một tập hợp điểm trong cùng hệ quy chiếu (Clark et al., 1993; van Manen et al., 2002; Rotenberry et al., 2006; Thompson et al.,2006) Phương pháp này thường được sử dụng để xây dựng bản đồ thể hiện khả năng tồn tại của một loài tại một khu vực bằng cách so sánh điều kiện môi trường của khu vực đó với sinh cảnh đã được xác nhận của loài (Rotenberry et al., 2006; Thompson et al.,2006; Tsoar et al., 2007; Liang et al.,

tính toán từ các biến của mô hình (mỗi biến tương ứng với một chiều không gian) theo công thức (Jenness 2009):

của các biến trong mô hình sinh cảnh; m = véc-tơ gồm các giá trị trung bình của

28

sinh cảnh thực tế lấy từ các điểm ghi nhận xuất hiện loài Thông đỏ bắc (dữ liệu

biến độc lập, cũng lấy từ các điểm ghi nhận xuất hiện loài Thông đỏ bắc; T = ký hiệu ma trận chuyển vị

Giá trị Khoảng cách Mahalanobis được sử dụng như một chỉ số đánh giá phản ánh khả năng tồn tại của loài Thông đỏ bắc bằng cách so sánh điều kiện môi trường tại khu vực nghiên cứu với điều kiện sinh cảnh của loài được đại diện bởi cách điểm xuất hiện đã ghi nhận trong kết thực tế

trường tại điểm được đánh giá đối với điều kiện trung bình của các điểm xuất hiện

đã ghi nhận, đồng thời phản ánh khả năng tồn tại của loài Thông đỏ bắc ở các điểm đánh giá càng cao

Việc tính toán khoảng cách Mahalanobis được thực hiện bằng công cụ Land Facet Corridor Tools (Jenness et al 2013) Để có sự thể hiện trực quan hơn, các

phối khi bình phương (square distribution – p-value) sử dụng chức năng square raster transform function trên công cụ Land Facet Corridor Tools (Jenness

chính là khả năng tồn tại loài cao nhất tại khu vực điều tra

Để xác định khu vực ưu tiên trồng bảo tồn loài Thông đỏ bắc, đề tài sử dụng

công cụ Reclassify phân cấp giá trị p-value theo 3 ngưỡng giá trị tương ứng với 3

cấp theo phương pháp Natural Break – Jenks