Luận văn Đánh giá ảnh hưởng của loài mai dương (mimosa pigra l.) đến đa dạng thực vật ở vườn quốc gia Cát Tiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Từ Hoàng Thương ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA LOÀI MAI DƯƠNG (Mimosa pigra L.) ĐẾN ĐA DẠNG THỰC VẬT Ở VƯỜN QUỐC GIA CÁT TIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Từ Hoàng Thương ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA LOÀI MAI DƯƠNG (Mimosa pigra L.) ĐẾN ĐA DẠNG THỰC VẬT Ở VƯỜN QUỐC GIA CÁT TIÊN Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số : 60 42 01 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THỊ LAN THI Thành phố Hồ Chí Minh – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kì công trình này. Các trích dẫn về hình ảnh, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác, tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định. TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Từ Hoàng Thương LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Lan Thi - người đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Lê Anh Tuấn đã giúp đỡ tôi trong việc định danh các loài thực vật. Quý thầy cô thuộc bộ môn Thực vật và Sinh thái – Sinh học tiến hóa, khoa Sinh, trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM, quý thầy cô khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm TP. HCM đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Ban quản lý vườn quốc gia Cát Tiên, các nhân viên phòng Khoa học – Kỹ thuật đã giúp đỡ rất nhiều cho tôi trong chuyến thực địa. Qua đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Từ Hoàng Thương MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, biểu đồ MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 Chương 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về sinh vật ngoại lai ..................................................................... 3 1.1.1. Sự xâm lấn của sinh vật ngoại lai ở vùng nhiệt đới ............................... 3 1.1.2. Các yếu tố thành công của loài xâm lấn ................................................. 3 1.1.3. Ảnh hưởng của sự xâm lấn đến sinh thái và kinh tế xã hội ................... 5 1.1.4. Cỏ dại và cỏ dại môi trường ................................................................... 7 1.2. Đặc điểm sinh học của cây Mai dương (Mimosa pigra L.) ......................... 11 1.2.1. Hình thái ............................................................................................... 11 1.2.2. Phân bố địa lý ....................................................................................... 11 1.2.3. Nơi cư trú .............................................................................................. 12 1.2.4. Sinh trưởng và phát triển ...................................................................... 12 1.2.5. Sinh sản ................................................................................................ 13 1.2.6. Sự biến động quần thể .......................................................................... 13 1.2.7. Tác dụng ............................................................................................... 14 1.2.8. Ảnh hưởng của Mai dương (Mimosa pigra L.) đến đa dạng thực vật ...... 15 1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu có liên quan ..................................... 17 1.4. Tổng quan về vườn quốc gia Cát Tiên ........................................................ 22 1.4.1. Vị trí địa lý............................................................................................ 22 1.4.2. Địa hình ................................................................................................ 23 1.4.3. Địa chất - Thổ nhưỡng ......................................................................... 23 1.4.4. Khí hậu - Thủy văn ............................................................................... 24 1.4.5. Hệ thực vật ........................................................................................... 25 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................... 26 2.1. Tổng hợp tài liệu .......................................................................................... 26 2.2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của cỏ dại đến đa dạng thực vật ............ 26 2.3. Tiến hành thí nghiệm ................................................................................... 29 2.3.1. Thiết kế ô mẫu thí nghiệm .................................................................... 30 2.3.2. Xác định thành phần loài và mật độ ..................................................... 31 2.3.3. Thu sinh khối ........................................................................................ 31 2.3.4. Thiết lập ngân hàng hạt ........................................................................ 31 2.4. Quan sát thực trạng của cây Mai dương ...................................................... 33 2.5. Phân tích số liệu ........................................................................................... 33 2.6. Thời gian thực hiện ...................................................................................... 34 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 35 3.1. Một số đặc điểm sinh học của cây Mai dương ở vườn quốc gia Cát Tiên .. 35 3.1.1. Đặc điểm sinh học của cây Mai dương ở vườn quốc gia Cát Tiên ...... 35 3.1.2. Ảnh hưởng của cây Mai dương đến sinh thái và kinh tế xã hội của vườn quốc gia Cát Tiên .................................................................................. 35 3.1.3. Các chỉ số sinh học của cây Mai dương ở vườn quốc gia Cát Tiên ..... 37 3.2. Cây Mai dương (Mimosa pigra L.) và các loài thực vật trên mặt đất ......... 41 3.2.1. Thành phần loài thực vật trong các ô mẫu ........................................... 41 3.2.2. Phân tích kết quả khảo sát .................................................................... 47 3.3. Ngân hàng hạt trong đất ............................................................................... 51 3.3.1. Thành phần loài thực vật trong các ô mẫu ........................................... 51 3.3.2. Phân tích kết quả khảo sát .................................................................... 56 3.4. Thảo luận ..................................................................................................... 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 74 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thiệt hại về kinh tế do thực vật ngoại lai xâm hại. ............................... 7 Bảng 2.1. Một vài phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của cỏ dại đến đa dạng thực vật, những thuận lợi và khó khăn. ...................................... 27 Bảng 2.2. Một số kỹ thuật đa dạng để đánh giá ảnh hưởng của một loại cỏ dại đến đa dạng thực vật và những thuận lợi, khó khăn. ..................... 28 Bảng 3.1. Giá trị trung bình của một số chỉ số sinh học trên mặt đất của cây Mai dương. .......................................................................................... 37 Bảng 3.2. Giá trị trung bình số lượng hạt Mai dương (hạt/m2) của ngân hàng hạt. ....................................................................................................... 41 Bảng 3.3. Sinh khối khô trung bình (g/m 2) và thành phần loài trên mặt đất trong các ô mẫu mùa khô và mùa mưa. ............................................... 44 Bảng 3.4. Chỉ số tương đồng thành phần loài trên mặt đất giữa ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương vào mùa khô và mùa mưa. ............................................................................................. 50 Bảng 3.5. Số lượng hạt trung bình (hạt/m2) và thành phần loài ngân hàng hạt trong các ô mẫu mùa khô và mùa mưa. ............................................... 52 Bảng 3.6. Chỉ số tương đồng thành phần loài ngân hàng hạt giữa ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương trên mặt đất vào mùa khô. .............................................................................................. 59 Bảng 3.7. Chỉ số quan trọng IVI (Importance Value Index) của các loài thực vật ngân hàng hạt trên ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương vào mùa khô và mùa mưa. ........................................... 61 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Vị trí vườn quốc gia Cát Tiên và khu vực thu mẫu. ....................... 30 Hình 3.1. Cây Mai dương ở mật độ dày. ......................................................... 36 Hình 3.2. Cây Mai dương ở mật độ thưa. ....................................................... 36 Hình 3.3. Biểu đồ mật độ trung bình (cây/m2) của cây Mai dương trên mật độ dày và thưa vào mùa khô và mùa mưa. ............................... 37 Hình 3.4. Biểu đồ độ che phủ trung bình (%) của cây Mai dương trên mật độ dày và thưa vào mùa khô và mùa mưa. ...................................... 38 Hình 3.5. Biểu đồ số cây con trung bình (cây/m2) của cây Mai dương trên mật độ dày và thưa vào mùa khô và mùa mưa. ............................... 39 Hình 3.6. Biểu đồ sinh khối trung bình (g/m2) của cây Mai dương trên mật độ dày và thưa vào mùa khô và mùa mưa. ............................... 40 Hình 3.7. Số lượng hạt Mai dương trung bình (hạt/m2) trong ngân hàng hạt ở mật độ Mai dương dày và thưa vào mùa khô và mùa mưa. ... 41 Hình 3.8. Biểu đồ số loài trung bình/m2 trên mặt đất ở ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương vào mùa khô và mùa mưa. ................................................................................................. 47 Hình 3.9. Biểu đồ giá trị trung bình chỉ số H’ các loài trên mặt đất ở ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương vào mùa khô và mùa mưa. ............................................................................. 48 Hình 3.10. Biểu đồ giá trị trung bình chỉ số cân bằng trên mặt đất ở ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương vào mùa khô. .... 49 Hình 3.11. Biểu đồ số loài trung bình/m2 ngân hàng hạt ở ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương vào mùa khô và mùa mưa. ................................................................................................. 56 Hình 3.12. Biểu đồ giá trị trung bình chỉ số đa dạng sinh học các loài ngân hàng hạt ở ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương vào mùa khô và mùa mưa. ................................................... 57 Hình 3.13. Biểu đồ giá trị trung bình chỉ số cân bằng ngân hàng hạt ở ba mật độ Mai dương dày, thưa và không có Mai dương vào mùa khô và mùa mưa. ............................................................................. 58 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Sự suy giảm đa dạng sinh học đã và đang là mối lo chung của toàn nhân loại. Trong nhiều nguyên nhân gây tổn thất đa dạng sinh học thì các loài sinh vật ngoại lai xâm hại được coi là một trong những mối đe dọa nguy hiểm nhất. Chúng đang ngày càng mở rộng khu phân bố, cạnh tranh gay gắt đến mức hủy diệt các loài bản địa, làm mất cân bằng sinh thái tự nhiên. Các loài sinh vật ngoại lai xâm hại có mặt trong hầu hết các nhóm sinh vật, từ vi sinh vật, nấm, thực vật bậc cao đến các loài động vật. Trong các loài ngoại lai xâm hại thì thực vật ngoại lai là một trong những nhóm có mức nguy hại lớn do chúng có khả năng phát tán nhanh chóng và gây xâm lấn, hủy diệt các loài bản địa. Hiện nay, Việt Nam đang bị một số loài thực vật ngoại lai như Lục bình (Eichhornia crassipes Mart. Solms), Bèo cái (Pistia stratiotes L.)gây tác hại nghiêm trọng. Trong số đó, cây Mai dương (Mimosa pigra L.) là loại thực vật ngoại lai xâm lấn mạnh, đe dọa đến đa dạng sinh học của các vùng đất ngập nước của các khu bảo tồn như vườn quốc gia Tràm Chim, vườn quốc gia Cát Tiên, nhiều khu vực ở miền Đông Nam Bộ mà chưa có nhiều nghiên cứu về vấn đề này. Vì vậy, cần phải điều tra, đánh giá mức độ ảnh hưởng của loài thực vật xâm lấn này và hạn chế tác hại của loài này đến các loài thực vật bản địa. Với những lí do trên, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của loài Mai dương (Mimosa pigra L.) đến đa dạng thực vật ở vườn quốc gia Cát Tiên”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài hướng đến việc xác định thành phần các loài đồng thời đánh giá hiện trạng xâm lấn, tiềm năng xâm lấn của cây Mai dương tại vườn quốc gia Cát Tiên. 3. Nội dung nghiên cứu - Tiến hành khảo sát thành phần loài và mật độ tất cả các loài cây hiện diện trong ô mẫu ở ba sinh cảnh có mật độ cây Mai dương cao, thấp và không có ở hai mùa khô và mùa mưa. 2 - Tiến hành thu sinh khối khô trên mặt đất của tất cả các loài cây hiện diện trong ô mẫu ở ba sinh cảnh có mật độ cây Mai dương cao, thấp và không có ở hai mùa khô và mùa mưa. - Trong đất: Tiến hành khảo sát thành phần loài và mật độ tất cả hạt của các loài cây hiện diện trong mẫu đất ở tất cả các ô mẫu ở ba sinh cảnh có mật độ cây Mai dương cao, thấp và không có ở hai mùa khô và mùa mưa. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Cây Mai dương (Mimosa pigra L.) và các loài thực vật khác mọc chung với cây Mai dương ở một số khu vực thuộc vườn quốc gia Cát Tiên.  Phạm vi nghiên cứu: Đề tài giới hạn trong phạm vi mô tả hiện trạng cây Mai dương (Mimosa pigra L.) và các loài thực vật khác mọc chung với cây Mai dương ở một số khu vực thuộc vườn quốc gia Cát Tiên. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn Đề tài đánh giá sơ bộ ảnh hưởng của loài Mai dương (Mimosa pigra L.) đến đa dạng thực vật ở vùng đồng bằng ngập lũ theo mùa. 3 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về sinh vật ngoại lai 1.1.1. Sự xâm lấn của sinh vật ngoại lai ở vùng nhiệt đới Loài ngoại lai là loài được mang đến một vùng nằm ngoài vùng phân bố địa lý tự nhiên của chúng do vô tình hoặc có mục đích của con người. Sau khi xâm nhập vào môi trường mới, một số loài có khả năng mở rộng phạm vi phân bố và trở thành loài xâm lấn. Loài xâm lấn có mặt ở tất cả các nhóm của sinh giới từ virus, nấm, vi sinh vật, thực vật bậc thấp và bậc cao, đến động vật không xương và có xương. Phần lớn các loài xâm lấn được con người du nhập một cách có chủ đích để làm vật nuôi, cây trồng, thực phẩm, sinh vật cảnh và nguyên vật liệu trong sản xuất. Một số loài khác được nhập nội một cách vô tình cùng với sự vận chuyển của con người và hàng hóa. Khoảng 75% tổng số loài du nhập là những loài có phạm vi phân bố hẹp, 25% còn lại là loài phân bố rộng và có tiềm năng trở thành loài xâm lấn. Các vùng địa lý cách ly như trên đảo, vùng hồ, vùng núi cao thường dễ bị xâm lấn bởi các loài ngoại lai. Trong vùng nhiệt đới, các khu bảo tồn trên đảo thường có nhiều loài nhập nội hơn các khu bảo tồn trong đất liền [8, tr.7]. Loài bản địa là loài xuất phát từ quá trình tiến hóa và chọn lọc tự nhiên trong vùng. Ngược lại, loài xâm lấn hay loài xâm hại là những loài có khả năng bành trướng, lất át và trong nhiều trường hợp loại trừ các loài sinh vật bản địa trên khu vực chiếm cứ của chúng [8, tr.3]. Loài bản địa được coi là xâm lấn khi chúng lây lan vào môi trường sống nhân tạo như các trang trại hoặc vườn hoặc khi chúng làm tăng sự phong phú trong phạm vi hoặc những thay đổi mới, đặc biệt là những thay đổi do con người gây ra trong môi trường sống tự nhiên của chúng. Ví dụ, cỏ bản địa được cho là xâm lấn vùng đất hoang bản địa trong vùng miền bắc châu Âu do con người gây ra sự lắng đọng nitơ [10, tr.52]. 1.1.2. Các yếu tố thành công của loài xâm lấn Theo Saxena (1991), sự xâm lấn gồm có ba giai đoạn là pha nhập nội, pha phát tán mở rộng phạm vi phân bố và cuối cùng là pha trưởng thành khi phạm vi phân bố không mở rộng thêm. Nếu một trong các giai đoạn này không hoàn tất thì 4 sự xâm lấn sẽ thất bại. Từ pha nhập nội cho đến pha phát tán có một khoảng thời gian chờ. Thời gian chờ khác nhau tùy theo loài và điều kiện môi trường và có thể kéo dài khá lâu. Khả năng xâm lấn tùy thuộc vào nhiều yếu tố tương tác với nhau, các yếu tố này ảnh hưởng khác nhau đối với từng loài. Theo các yếu tố giúp cho loài xâm lấn thành công được xếp vào hai nhóm: điều kiện môi trường và khả năng của chính loài xâm lấn. Sự kết hợp của các yếu tố môi trường và sinh học cá thể tạo ra các điều kiện thuận lợi cho sự hình thành và tăng trưởng ban đầu của các loài xâm lấn trong môi trường mới [8, tr.7]. Một số yếu tố tương tác đóng góp vào thành công trong cuộc xâm lấn của các loài ngoại lai: Những nét tương đồng về khí hậu và thổ nhưỡng giữa các môi trường sống ban đầu của giống nhập ngoại và môi trường sống là yếu tố quan trọng. Vùng nhiệt đới ẩm châu Á và châu Phi với đất rửa trôi tương tự như ở Mỹ La tinh cho phép các loài Lantana camara L., Mikania micrantha Kunth và Eupatorium spp. xâm nhập và xâm chiếm các vị trí thích hợp trên hai châu lục này. Loài Eichhornia crassipes (Maret) Solm., một loài bản địa có nguồn gốc từ Mỹ Latinh đã lây lan rộng rãi vào các khu vực cận nhiệt đới của Mỹ, Bồ Đào Nha, khu vực nhiệt đới của châu Úc, châu Phi, châu Á, bất cứ nơi nào điều kiện khí hậu tương tự với nơi bản xứ [20, tr.1]. Một yêu cầu quan trọng đối với thành công của loài xâm lấn là môi trường mở giảm sự cạnh tranh khác loài được tạo ra bởi mức độ xáo trộn cao. Với mật độ dân số cao ở vùng nhiệt đới, nạn phá rừng và xử lý nước thải là hai nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng từ nguồn nước thải công nghiệp địa phương và phân bón bị rửa trôi của các hệ sinh thái nông nghiệp. Mitsch (1976) cho biết dòng dinh dưỡng giảm sẽ làm giảm sự phát triển của Lục bình (Eichhornia crassipes) trong nước ở hồ Alice, Florida, Mỹ. Mực nước giảm trong hồ do bùn đất rửa ra từ các khu vực lưu vực sẽ tăng cường tải chất dinh dưỡng và sẽ giúp nhanh chóng ép thành khối dày cho cỏ dại ngoại lai sinh sôi nảy nở nhanh chóng như Salvinia molesta D. S. Mitchell và tăng cường sự ổn định thảm [20, tr.2 – 4]. Ngoài các điều kiện môi trường nêu trên, một số đặc điểm sinh học của bản thân loài ngoại lai có thể giúp chúng trở thành loài xâm lấn: 5 - Có khả năng tăng trưởng và sinh sản nhanh chóng nhờ sử dụng hiệu quả chất dinh dưỡng ở trú quán mới. - Có khả năng lan rộng rất nhanh để ổn định quần thể. - Có thể sinh sản sinh dưỡng từ gốc hoặc thân bị chặt. - Sự vắng mặt các loài thiên địch. - Có biên độ sinh thái rộng đối với nhiều yếu tố môi trường. - Có khả năng tạo ra độc tố giúp lấn át loài bản địa [8, tr.7 – 8]. 1.1.3. Ảnh hưởng của sự xâm lấn đến sinh thái và kinh tế xã hội  Ảnh hưởng của sự xâm lấn đến hệ sinh thái Về mặt sinh thái, sự xâm lấn của loài ngoại lai có nguy cơ làm tuyệt chủng loài bản địa do đó làm giảm đa dạng sinh học. Sự bành trướng của các loài ngoại lai trên phạm vi rộng có thể dẫn đến nhiều thay đổi các quá trình địa mạo, chế độ thủy văn, chế độ lửa, thành phần dinh dưỡng trong đất, thành phần và độ phong phú của hệ động thực vật bản địa. Thực vật ngoại lai xâm lấn thay thế thảm thực vật bản địa, lấn át không cho thảm thực vật bản địa phục hồi, do đó làm giảm hoặc tuyệt chủng loài bản địa, làm giảm đa dạng sinh học. Theo sau sự thay đổi của quần xã thực vật bản địa, quần xã động vật cũng sẽ bị tác động. Ví dụ sự xâm lấn của cây Lục bình (Eichhornia