Luận án Nghiên cứu sự phân bố và đa dạng thực vật bậc cao trên các vùng sinh thái khác nhau tại tỉnh An Giang

Nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu sự phân bố và đa dạng thực vật bậc cao trên các vùng sinh thái khác nhau tại tỉnh An Giang

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ÐÀO TẠO TRƯỜNG ÐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN THỊ HẢI LÝ NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ ĐA DẠNG THỰC VẬT BẬC CAO TRÊN CÁC VÙNG SINH THÁI KHÁC NHAU TẠI TỈNH AN GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH MÔI TRUỜNG ÐẤT VÀ NUỚC 2019
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ÐÀO TẠO TRƯỜNG ÐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN THỊ HẢI LÝ NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ ĐA DẠNG THỰC VẬT BẬC CAO TRÊN CÁC VÙNG SINH THÁI KHÁC NHAU TẠI TỈNH AN GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH MÔI TRUỜNG ÐẤT VÀ NUỚC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN HỮU CHIẾM 2019
3. LỜI CẢM ƠN Tác giả xin được chân thành tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn khoa học là Phó Giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Hữu Chiếm, Khoa Môi Trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ đã tận tình hướng dẫn, động viên và góp ý về chuyên môn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án tiến sĩ. Tác giả cũng xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả quý thầy cô đã và đang giảng dạy, hỗ trợ và hướng dẫn học thuật cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn sinh viên, học viên đã hỗ trợ cho tôi trong quá trình thực hiện các nghiên cứu. Tác giả xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và các em sinh viên Khoa Tài Nguyên và Môi trường, Trung tâm Phân tích Hóa học – Trường Đại học Đồng Tháp đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian khảo sát và phân tích mẫu. Cảm ơn Ban lãnh đạo và bạn bè ở Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh An Giang, Chi cục kiểm lâm Tỉnh An Giang, Hạt kiểm lâm Tri Tôn và Tịnh Biên. Cám ơn gia đình chú Bảy (Núi Cấm) và cộng đồng người dân địa phương đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình khảo sát. Xin chân thành cảm ơn chồng và gia đình cha mẹ hai bên đã hết lòng thương yêu, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Nguyễn Thị Hải Lý i
4. TÓM TẮT Nghiên cứu sự phân bố và đa dạng thực vật bậc cao có mạch trên các vùng sinh thái khác nhau của tỉnh An Giang đã được thực hiện từ năm 2015 đến năm 2017 với 460 OTC (100 m2). Dựa vào bản đồ phân vùng sinh thái nông nghiệp và bản đồ phân bố đất, nghiên cứu bố trí các OTC khảo sát thực vật thân gỗ (10m x 10m) và thân thảo (1m x 1m) ở từng nhóm đất của vùng đồi núi, vùng đồng lụt ven sông và vùng đồng lụt hở. Tại mỗi OTC thu thập số lượng loài, số lượng cá thể và D1,3, giá trị sử dụng và tác động của người dân, mẫu thực vật và đất. Xác định tên loài bằng phương pháp so sánh hình thái và các thông số hóa lý của đất được phân tích trong phòng thí nghiệm. Số liệu được xử lý bằng các phương pháp thống kê là ANOVA, Regression, PCA, CCA và RDA. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở vùng đồng lụt ven sông, đất có lượng thịt và độ xốp cao, chua ít với giá trị pHKCl là 5,62±0,06 (tầng 0-20 cm) và 5,67±0,06 (tầng 20- 50 cm) (p<0,05), lượng CHC, nitơ và kali trong đất ở vùng này cao hơn trong đất của hai vùng sinh thái còn lại. Đất ở vùng đồi núi có lượng cát cao từ 60,29±1,07 (tầng 0-20 cm) đến 66,78±1,56 (tầng 20-50 cm) (p<0,05), có tính chua vừa với pHKCl là 5,32±0,05 (tầng 0-20 cm) và 5,30±0,05 (tầng 20-50 cm) (p<0,05), nghèo về CHC, nitơ và kali nhưng lại giàu về phosphor tổng, Ca2+ và Mg2+. Ở vùng đồng lụt hở, đất chứa nhiều sét, chua nhiều với pHKCl là 4,26±0,08 (tầng 0-20 cm) và 4,16±0,06 (tầng 20-50 cm) (p<0,05), EC và CHC cao nhưng nghèo phosphor tổng và kali tổng trong đất. Vùng đồi núi có số loài phân bố cao nhất với 444 loài, thuộc 329 chi của 115 họ, trong đó có 364 loài tự nhiên và 79 loài được trồng. Họ Fabaceae, Asteraceae, Zingiberaceae và Euphorbiaceae có nhiều loài phân bố phổ biến. Nghiên cứu xác định 12 loài quý hiếm và hai giống bản địa cần được bảo tồn là Giáng hương trái to (Pterocarpus macrocarpus), Gió bầu (Aquilaria crassna), Sâm cau lá rộng (Curculigo orchioides), Mạc nưa (Diospyros mollis), Từ mỏng (Dioscorea membranacea), Ngải tượng (Stephania rotunda), xoài Thanh ca (Mangifera mekongensis) và giống lúa Nàng Nhen. Vùng này có 24 loài thân gỗ và 29 loài thân thảo ưu thế, điển hình là xoài Thanh ca (M. mekongensis), Keo lá tràm (Acacia auriculiformis), Sao (Hopea odorata), Thốt nốt (Borassus flabellifer), Nghệ (Curcuma domestica), Gừng gió (Zingiber zerumbert), Cẩm địa la (Boesenbergia rotunda) và Cỏ hôi (Ageratum conyzoides) (IVI>5%). Vùng đồng lụt ven sông có số loài phân bố cao thứ hai (230 loài, 173 chi, 73 họ) với 80 loài tự nhiên và 150 loài được trồng. Họ Fabaceae, Poaceae, Asteraceae và Cucurbitaceae có nhiều loài phân bố phổ biến. Số loài ưu thế thân gỗ là 15 loài và thân thảo là 13 loài, điển hình là Xoài, Bạch đàn, Lúa và Nếp. Các giống loài cần bảo tồn là Nếp Phú Tân, Xoài Thơm Vĩnh Hòa và loài nguy cấp Mặc nưa (D. mollis). Ở vùng đồng lụt hở, số loài phân bố là thấp nhất (142 loài, thuộc 120 chi và 58 họ), trong đó có 74 loài tự nhiên và 68 loài cây trồng. Các họ có sự đa dạng về loài là Poaceae, Fabaceae và Cucurbitaceae. ii
5. Các loài cần bảo tồn là giống Lúa mùa nổi ở huyện Tri Tôn, Lúa ma (Oryza rufipogon) và Cà na (Elaeocarpus hygrophilus). Các loài Tràm (Melaleuca), Cà na (E. hygrophilus), Mua (Melastoma affine) và Năng (Eleocharis) là các loài ưu thế và chỉ thị cho khu vực đất bị nhiễm phèn. Về đa dạng, vùng đồi núi đa dạng về taxon, các loài quý hiếm và nhóm giá trị sử dụng, trong đó đa dạng nhất là nhóm cây làm thuốc (429 loài), nhóm cây ăn được (135 loài) và nhóm cây lấy gỗ (23 loài). Vùng đồng lụt ven sông có nhóm cây ăn được với các loài ăn trái, lúa và rau màu đa dạng loài cao (136 loài), trong khi vùng đồng lụt hở kém đa dạng hơn ở các nhóm giá trị này. Đánh giá định lượng qua các chỉ số đa dạng cho thấy cây thân gỗ và thân thảo đa dạng cao ở vùng đồng lụt ven sông, nhưng ưu thế cao ở vùng đồng lụt hở. Do đặc điểm khí hậu giống nhau nên đất và con người là hai nhân tố ảnh hưởng đến sự khác nhau về phân bố và đa dạng thực vật ở từng vùng sinh thái. Ở vùng đồi núi, đất giải thích 45,6% sự đa dạng và là yếu tố chính quyết định đến sự phân bố và đa dạng của thực vật. Thịt+phosphor, độ xốp+kali, cát+nitơ hữu dụng+Ca2++Mg2+ ảnh hưởng đến sự phân bố và đa dạng của thực vật lần lượt ở đất vàng macma, đất xói mòn và đất xám macma. Ở vùng đồng lụt ven sông, vai trò của đất và tác động của người dân đến sự phân bố và đa dạng của thực vật là như nhau với 7,0% (do đất) và 6,1% (do con người). Độ xốp+thịt ảnh hưởng đến sự phân bố của thực vật ở đất phù sa bồi và không bồi, trong khi sét ảnh hưởng đến thực vật ở đất phù sa gley và phù sa có tầng loang lỗ. Ở vùng đồng lụt hở, sự kết hợp của tác động con người và yếu tố đất đã giải thích được 20,8% sự đa dạng của thực vật. Sa cấu và pHKCl là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự phân bố và đa dạng thực vật ở đất phèn hoạt động nông và đất phèn hoạt động sâu, trong khi ở đất than bùn phèn lại là độ xốp. Tập quán canh tác và sở thích trồng của người dân đã ảnh hưởng tích cực đến sự phân bố và đa dạng cây thân gỗ, trong khi kiểm soát cỏ dại và làm đất ảnh hưởng tiêu cực đến cây thân thảo. Dựa trên kết quả nghiên cứu, bản đồ phân bố các loài thực vật ưu thế và quý hiếm ở ba vùng sinh thái tại tỉnh An Giang đã được xây dựng. Cần ưu tiên bảo tồn và phát triển bền vững các sinh cảnh đặc trưng cho từng vùng sinh thái, các loài quý, hiếm có trong Sách đỏ và Nghị định 32 của Chính phủ, các loài đặc hữu và loài bản địa cho từng vùng sinh thái. Từ khóa: Sự phân bố, sự đa dạng, thực vật bậc cao có mạch, vùng đồng lụt hở, vùng đồng lụt ven sông, vùng đồi núi, vùng sinh thái tỉnh An Giang. iii
6. ABSTRACT Study of the distribution and diversity of vascular plants in different ecological areas of An Giang province was conducted from 2015 to 2017 with 460 quadrats (100 m2). Based on the agro-ecological zones map and the soil distribution map, sampling design was taken in types of soil in the mountainous area, fluvial plain area and opened depression of floodplain area by quadrat (100m2) for trees and shrubs, and quadrat (1 m2) for herbs. Within quadrat, the data was recorded including species, individual, useful value and local human impacts. The morphological comparison method was applied to determine the species’s scientific name. The physico-chemical parameters of soil were analyzed in the laboratory. The data were analyzed by the statistical methods as ANOVA, Regression, PCA, CCA and RDA. The results of the study showed that the soil in three ecological areas was the difference of physico-chemical characteristics. In the fluvial plain, the soil properties were characterized by the main silty component (more than 50% of the mineral fragments), little acidity (ranging pHKCl from 5.62±0.06 in layer 0-20 cm to 5.67±0.06 in layer 20-50 cm) (p<0.05) and rich nutrients as organic matter (OM), nitrogen and potassium. The soil of mountainous area has been a sandy component that was higher than silt and clay component (more than 60% of the mineral fragments) (p<0.05). In addition, the soil were moderate acidity that pHKCl ranged from 5.32±0.05 to 5.30±0.05 (p<0.05). The soil was poor nutrients (OM, nitrogen and potassium), except for total phosphorus (0.21%P2O5 in layer 0-20 cm). In the opened depression of floodplain, soil characteristics were primarily clay composition, high EC and OM, low total phosphorus and total potassium, and acidic (pHKCl from 4.26±0.08 in layer 0-20 cm to 4.16±0.06 in layer 20-50 cm) (p<0.05). The flora of mountainous area was recorded 444 species, belonging to 329 genera of 115 families which distributed in this area. These species included 364 wild species and 79 planted species. The most diverse families were Fabaceae, followed by Asteraceae, Zingiberaceae and Euphorbiaceae. The endangered and rare species that must be conserved such as Pterocarpus macrocarpus, Aquilaria crassna, Curculigo orchioides, Diospyros mollis, Dioscorea membranacea, Stephania rotunda, Mangifera mekongensis and Nang Nhen rice. Especially, there were 24 tree and 29 herb species which dominated as M. mekongensis, Acacia auriculiformis, Hopea odorata, Borassus flabellifer, Curcuma domestica, Zingiber zerumbert, Boesenbergia rotunda and Ageratum conyzoides (IVI>5%). The flora of fluvial plain was more abundant than in the opened depression of floodplain. They were identified 230 species, 173 genera of 73 families, of which 80 wild species and 150 planted species. The family of Fabaceae, Poaceae, Asteraceae and Cucurbitaceae were the higher diversity families. The fruit trees, rice and vegetable crops were species diversity and distributed mainly in alluvial soil. Oryza sativa var. japonica, M. odorata and D. mollis should be protected. The flora of opened depression of iv
7. floodplain was identified as the least diversity species, only 142 species, and 120 genera of 58 families. They included 74 wild species and 68 planted species. The most diversity families were Poaceae, Fabaceae and Cucurbitaceae. O. rufipogon, Elaeocarpus hygrophilus and the floating rice were some rare species that should be conserved. Melaleuca, E. hygrophilus, Melastoma affine, Eleocharis were some dominant species that indicated the acid sulfate soil. In teams of diversity, the vascular plants of mountainous area diversified taxa, rare species and the group of useful value. There were 429 medicinal species, 135 edible species and 23 timber species while the fluvial plain was 136 species in edible plants group, mainly of fruit trees, rice and vegetables. In the opened depression of floodplain, plants were less diverse species than in these useful groups. Quatitative assessment by diversity indexes showed that the woody and herbaceous plants diversified in the fluvial plain area while they dominated in the opened depression of floodplain. Because of climatic similarity, the soil or human activities were factors that differently affected the distribution and diversity status of flora in each ecological. In mountainous areas, soil that was the main element explained 45.6% of plant diversity data. The silt and phosphor, porosity and potassium affected the distribution and diversity of plants in Ferralsols and Leptosols while sand, available nitrogen, Ca2+ and Mg2+ affected to them in Acrisols. In the fluvial plain, both soil and local people showed an equal role on the diversity status of plants, belonging to 7.0% (land) and 6.1% (human). The porosity and silt affected to flora in Anofluvic and Orthofluvic fluvisols while clay affected to them in Gleyic and Cambic fluvisols. In the opened depression of floodplain, the combination of human impacts and soil explained 20.8% the data of plant diversity. The texture and pHKCl were two soil elements that affected to the status of flora in active acid sulfate soil with sulfuric materials present near layer (0-50 cm) and depth in soil (>50 cm), while the flora of acid sulfidicpeat soil was strongly influenced by porosity. Although the planting habits and hobbies of the local people positively affected to the diversity status of woods, weed control and tillage practices also caused a decrease in herbaceous diversity in agricultural ecosystems. Three maps of the distribution of flora and rare species for each ecological zone was built in the research. Finally, priority should be given to the conservation and sustainable development of specific habitats, rare species that were listed in the Red Book and the Government's Decree 32, endemic and local species for each ecological region. Keywords: An Giang ecological area, distribution, diversity, fluvial plain, mountainous area, opened depression of floodplain, vascular plant. v
8. MỤC LỤC CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU .................................................................................. 1 1.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu ........................................................................................................ 3 1.2.1 Mục tiêu tổng quát ...................................................................................... 3 1.2.2 Mục tiêu cụ thể ........................................................................................... 3 1.3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 3 1.4. Ý nghĩa của luận án ...................................................................................... 3 1.4.1 Ý nghĩa khoa học ........................................................................................ 3 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn. ........................................................................................ 3 1.5. Những luận điểm mới của luận án ................................................................ 4 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................... 4 1.6.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 4 1.6.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 4 1.6.3. Giới hạn nghiên cứu ................................................................................... 5 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 6 2.1. Tổng quan về thực vật bậc cao có mạch ....................................................... 6 2.2. Khái niệm về cây hoang dã và cây trồng ...................................................... 7 2.3. Sự phân bố của thực vật ................................................................................ 8 2.4. Tổng quan về đa dạng sinh học ..................................................................... 8 2.5. Đa dạng các loài thực vật quý hiếm .............................................................. 10 2.5.1. Phân hạng tình trạng đe dọa của các loài thực vật ..................................... 10 2.5.2. Đánh giá sự quý hiếm ................................................................................ 11 2.6. Đánh giá đa dạng thực vật ............................................................................. 12 2.6.1. Đánh giá đa dạng thành phần loài .............................................................. 12 2.6.2. Đa dạng về công dụng ................................................................................ 12 2.7. Định lượng sự đa dạng sinh học ................................................................... 13 2.7.1. Đa dạng alpha (Alpha diversity) ................................................................ 13 2.7.2. Đa dạng beta (Beta diversity) .................................................................... 15 2.7.3. Đa dạng gamma (Gamma diversity) .......................................................... 15 2.8. Khái quát về tỉnh An Giang .......................................................................... 15 2.8.1. Điều kiện tự nhiên ...................................................................................... 15 2.8.2. Các vùng sinh thái của tỉnh An Giang ....................................................... 19 2.8.2.1. Đặc điểm về khí hậu....................................................................... 20 2.8.2.2. Đặc điểm về địa hình và thổ nhưỡng ............................................. 21 2.9. Hiện trạng phát triển nông lâm nghiệp ở tỉnh An Giang .............................. 28 2.10. Cơ sở khoa học về phương pháp chọn số lượng OTC ................................ 29 vii
9. 2.11. Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước ......................................... 31 2.11.1. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đất đến sự phân bố và đa dạng các loài thực vật bậc cao ............................................................................. 31 2.11.1.1. Các yếu tố vật lý của môi trường đất ........................................... 32 2.11.1.2. Các yếu tố dinh dưỡng của môi trường đất .................................. 33 2.11.2. Các nghiên cứu về sự phân bố và đa dạng thực vật theo các loại đất ở ĐBSCL ........................................................................................................ 42 2.12. Cơ sở lý luận cho việc xây dựng bản đồ ..................................................... 44 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ................................................ 46 3.1. Phương pháp điều tra và đánh giá đa dạng thực vật ..................................... 46 3.1.1. Xác định vị trí nghiên cứu ......................................................................... 46 3.1.2. Phương pháp chọn số lượng OTC ............................................................. 48 3.1.3 Phương pháp khảo sát thực vật ................................................................... 48 3.1.3.1. Nội dung 1: Khảo sát thực vật vùng đồi núi thấp .......................... 48 3.1.3.2. Nội dung 2: Khảo sát thực vật vùng đồng lụt hở ........................... 49 3.1.3.3. Nội dung 3: Khảo sát thực vật vùng đồng lụt ven sông ................. 50 3.1.4. Phương pháp thu và bảo quản mẫu thực vật .............................................. 53 3.1.5. Xác định tên loài và xây dựng bảng danh lục thực vật .............................. 53 3.1.6. Phương pháp đánh giá sự đa dạng ............................................................. 54 3.1.6.1. Phương pháp đánh giá sự quý hiếm ............................................... 54 3.1.6.2. Đánh giá độ thường gặp ................................................................. 54 3.1.6.3. Đánh giá mức độ gần gũi của hệ thực vật ...................................... 54 3.1.6.4. Đánh giá sự đa dạng α .................................................................... 55 3.1.7. Chỉ số giá trị quan trọng ............................................................................ 55 3.1.8. Phương pháp xác định diện tích tiết diện thân........................................... 56 3.1.8.1. Phương pháp đo đường kính ngang ngực ...................................... 56 3.1.8.2 Tính tiết diện ngang thân cây .......................................................... 57 3.1.9. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu về đa dạng ................................... 57 3.2. Phương pháp khảo sát và đánh giá tính chất đất........................................... 57 3.2.1. Thu và xử lý mẫu đất ................................................................................. 57 3.2.2. Phân tích mẫu đất ....................................................................................... 58 3.2.3. Phương pháp xử lý số liệu đất ................................................................... 58 3.3. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố đất và con người đến sự phân bố và đa dạng của thực vật .......................................................................... 59 3.3.1. Mối quan hệ giữa yếu tố đất và thực vật.................................................... 59 3.3.2. Mối quan hệ giữa yếu tố con người và thực vật ........................................ 60 3.3.3. Định lượng sự đóng góp của yếu tố đất và con người đến sự đa dạng ...... 60 3.4. Phương pháp xây dựng bản đồ hiện trạng về phân bố các loài ưu thế ......... 61 viii