Khoa học Nông nghiệp Liên hệ lượng mưa với số tiêu hóa lý vịng năm Pơ mu Lào Cai Hà Huy Bắc1, Nguyễn Thị Thu Hồng2, Phí Thị Hằng3, Dương Thị Kim Thư3, Đinh Việt Hưng4* Trường Đại học Lâm nghiệp Ban quản lý Dự án JICA tỉnh Quảng Bình Viện Nước, Tưới tiêu Môi trường Viện Môi trường nông nghiệp Ngày nhận 1/8/2016, ngày chuyển phản biện 3/8/2016, ngày nhận phản biện 21/8/2016, ngày chấp nhận đăng 8/9/2016 Tóm tắt: Vịng năm rừng lâu năm phát sở liệu đặc biệt thể thay đổi môi trường khí (thời tiết, chất lượng khơng khí…) nhiều nhà khoa học giới sử dụng công cụ để nghiên cứu đánh giá biến đổi khí hậu Bài báo trình bày kết nghiên cứu mối tương quan lượng mưa với độ rộng vòng năm, tỷ trọng tổng đạm vòng năm Pơ mu khu vực Lào Cai có độ tuổi 400 năm Kết nghiên cứu cho thấy, lượng mưa độ rộng có mối tương quan thuận, hệ số tương quan R2 = 0,62 với mức ý nghĩa 0,04 Giữa lượng mưa với tỷ trọng lượng mưa với tổng đạm tồn mối tương quan nghịch có hệ số tương quan R2 = 0,79 (với mức ý nghĩa 0,04) 0,81 (với mức ý nghĩa 0,04) Như vậy, thấy rằng, lượng mưa với yếu tố hóa lý vịng năm rừng có mối liên hệ đặc biệt vịng năm rừng phản ánh thay đổi lượng mưa Từ xây dựng phương trình tương quan lượng mưa với yếu tố hóa lý vịng năm Pơ mu, phương trình tồn với mức ý nghĩa 0,05 Từ khóa: biến đổi khí hậu, Pơ mu, lượng mưa năm, vòng năm Chỉ số phân loại: 4.4 Đặt vấn đề Vòng năm rừng sở liệu đặc biệt thể thay đổi môi trường ô nhiễm khí quyển, lượng mưa… vịng sinh trưởng rừng chứa thông tin điều kiện sinh trưởng theo năm định dạng vòng đặc biệt [1] Vì vậy, việc xác đinh mối tương quan sở liệu khí tượng thủy văn, lượng mưa năm cấu trúc vòng năm việc cần thiết nên làm sớm tốt Trên giới có nhiều nghiên cứu mối quan hệ tiêu hóa học vật lý vịng năm Thơng, Sồi với yếu tố khí tượng thủy văn mưa, nhiệt độ, bốc hơi, hay đơn giản mưa axit, CO2 khơng khí, đạm lân đất dịng chảy… [1, 2] Chính vậy, phương pháp khoa học đáng tin cậy để có sở liệu đầy đủ khí tượng thủy văn mà khứ nguyên nhân chưa đo đạc Nhóm triển khai đề tài mong muốn có sở liệu đầy đủ tổng lượng mưa năm lịch sử Lào Cai Mục tiêu đề tài làm rõ mối tương quan tiêu vòng năm (độ rộng, diện tích, tiêu hóa học vịng năm cây) số liệu khí tượng thủy văn có, đặc biệt lượng mưa năm Từ đó, suy ngược lại, từ vịng năm rừng ta có sở liệu lượng mưa cách đầy đủ lịch sử Việt Nam Áp dụng mơ hình Cdendro (Cybis Electronik & Data AB, * Lars-Ake Larsson, Thụy Điển) phần mềm SPSS (SPSS Inc., 1989-2007, Polar Engineering and consulting, IBM, Mỹ) cho phép xây dựng phương trình hồi quy tương quan Sau lấy làm phương trình để suy ngược yếu tố khí tượng thủy văn, đặc biệt tổng lượng mưa năm [3] Vật liệu phương pháp nghiên cứu Vật liệu nghiên cứu Nghiên cứu thực thớt gỗ lấy từ Pơ mu 400 năm tuổi xã Văn Bàn, huyện Văn Bàn, tỉnh Lào Cai Vị trí lấy mẫu đỉnh núi cao, địa hình dốc, khó leo trèo Trên đỉnh núi có khu rừng Pơ mu sinh trưởng địa hình phẳng, cịn nhiều gốc Pơ mu khai thác gần Khoảng cách khoảng 50 m Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập số liệu: Các số liệu khí tượng thủy văn lượng mưa, nắng, nhiệt độ, bốc hơi, gió (số liệu trung bình năm, tổng lượng trung bình nhiều năm) quan trắc, đo đạc trạm khí tượng thủy văn Lào Cai Phương pháp lấy mẫu thực địa: Đề tài sử dụng phương pháp lấy mẫu điểm Mẫu thớt gỗ Pơ mu lấy huyện Văn Bàn, tỉnh Lào Cai Các mẫu lấy vị trí 1,3 m (chiều cao ngang ngực) Sau chụp ảnh scan máy lớn để đưa vào mơ hình máy tính xử lý Phương pháp phân tích: Các tiêu hóa học T-N (tổng Tác giả liên hệ: Email: iaehung@gmail.com 15(4) 4.2017 51 Khoa học Nông nghiệp Relationship between the rainfall and some physicochemical criteria in the tree rings of Fokienia in Lao Cai Huy Bac Ha1, Thi Thu Hong Nguyen2, Thi Hang Phi3, Thi Kim Thu Duong, Viet Hung Dinh4* Vietnam National University of Forestry JICA Project Management in Quang Binh province Institute for Water and Environment Institute for Agricultural Environment Received August 2016; accepted September 2016 Abstract: The rings of long-lived trees have been regarded as a special database which represents the change of atmospheric environment relating to the expressions of weather and air quality In addition, the tree rings are also an effective tool for many scientists in the world to research and evaluate the level and speed of climate change This paper presents the research results of the true correlation between the amount of rainfall and width of rings, and the research also demonstrates that the correlation coefficient is R2 = 0.62 with the p-value as 0.04 Moreover, there exists an inverse correlation between the amount of rainfall and the density, between the amount of rainfall and the total N with the correlation coefficient R2 = 0.79, p-value as 0.04 and R2 = 0.81, p-value as 0.04 As a result, there is a special relation between the amount of the rainfall and physicochemical elements of the tree rings; it reflects the changes of rainfall Based on this relation, the authors can create an equation which shows the correlation between the amount of rainfall and physicochemical elements of Fokienia rings with the p-value as 0.05 Phương pháp phân tích tỷ trọng: Khối lượng riêng (hay gọi tỷ trọng) mẫu gỗ sau gia công xác định cách cân trọng lượng mẫu cân điện tử xác định thể tích cách đo nước dựa theo nguyên lý Archimedes Từ xác định tỷ trọng theo cơng thức: Trong đó: P khối lượng riêng gỗ (g/cm3); m khối lượng mẫu thử (g); V thể tích mẫu thử (cm3) Phương pháp phân tích thống kê: Dùng phần mềm SPSS hàm tính tốn excel để phân tích tương quan yếu tố vật lý vòng năm Pơ mu với yếu tố khí tượng thủy văn tỉnh Lào Cai, từ tìm yếu tố có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng phát triển Phương pháp giúp xây dựng phương trình hồi quy tương quan Sau lấy làm phương trình để suy ngược yếu tố khí tượng thủy văn, đặc biệt tổng lượng mưa năm Kết thảo luận Kết tính độ rộng vịng năm Pơ mu Lào Cai Từ phần mềm Cdendro đo đạc độ rộng vòng năm Pơ mu Kết cho thấy, có 400 vịng năm từ năm 1616 đến Bảng Kết đo độ rộng từ năm 1961 đến 2010 Keywords: Annual rainfall, climate change, Fokienia, tree ring Thứ tự 50 Năm 2010 49 48 47 46 45 44 2009 2008 2007 2006 2005 2004 Độ rộng (mm) 2,17 0,91 1,71 0,82 1,39 0,76 0,63 Thứ tự 20 19 18 17 16 15 14 Năm 1980 1979 1978 1977 1976 1975 1974 Độ rộng (mm) 0,60 0,60 0,32 1,00 0,61 1,10 0,60 43 2003 1973 2002 2001 1,16 0,78 1,15 13 42 41 12 11 1972 1971 0,28 0,63 0,54 0,60 40 2000 1,26 10 1970 Classification number: 4.4 39 1999 0,81 1969 1,17 38 1998 1,41 1968 0,45 37 1997 0,73 1967 0,45 đạm) vòng năm thớt gỗ phân tích theo Tiêu chuẩn 10 TCN 451:2001 Trung tâm Phân tích Viện Mơi trường nơng nghiệp Các tiêu pHKCl, thành phần giới mẫu đất xung quanh điểm lấy mẫu phân tích 36 1996 1,07 1966 0,88 0,44 Phương pháp mô hình: ứng dụng mơ hình Cdendro (của Thụy Điển) để đọc ảnh thớt gỗ, có xét đến độ phân giải hình máy tính ảnh (chụp scan), qua công cụ xử lý chuột số hóa đồ để tính tốn tiêu vật lý độ rộng (khoảng cách chiều ngang vịng năm) diện tích (diện tích vịng năm), biết sống tuổi (tổng số có vịng năm) [4] 15(4) 4.2017 52 35 1995 0,62 1965 34 1994 0,90 1964 0,63 33 1993 2,12 1963 1,04 32 1992 0,92 1962 0,33 31 1991 1,04 1961 0,60 30 1990 1,51 29 1989 0,84 28 1988 1,23 27 1987 0,94 26 1986 1,31 25 1985 24 23 22 21 1984 1983 1982 1981 0,70 0,54 0,60 0,83 1,40 Trung bình: 0,91 Min: 0,28 Max: 2,17 Std = 0,42 Khoa học Nông nghiệp năm 2015 Tuy nhiên, số liệu nhiệt độ trung bình năm tháng trạm quan trắc Bắc Hà Sa Pa có từ năm 1961 đến năm 2010, nên khoảng thời gian coi có đủ số liệu để nghiên cứu Kết bảng cho thấy, 50 năm từ 1961 đến 2010, độ rộng trung bình vịng năm Pơ mu Lào Cai 0,91 mm Giá trị độ rộng nhỏ 0,28 mm vào năm 1973 giá trị lớn 2,17 mm vào năm 2010 Kết tính thống kê tương quan hồi quy Tương quan lượng mưa độ rộng: Từ dãy số liệu lượng mưa 50 năm (1961-2010) kết đo bề rộng vịng năm 50 năm, chúng tơi lập phương trình tương quan Coi biến phụ thuộc Y tổng lượng mưa năm (mm), biến độc lập X1 độ rộng vịng năm (mm) Phân tích hồi quy tuyến tính Y X1, sử dụng phần mềm R Excel ta kết sau: Y = 2142,87 + 743,91X1 với R2 = 0,62 ĐỘ RỘNG (mm) Kết phương trình ANOVA cho thấy mơ hình thực tồn có ý nghĩa thống kê thể giá trị P-value < 0,05 Hình Giá trị độ rộng 50 năm từ năm 1961 đến 2010 Ký hiệu mẫu Tỷ trọng (g/cm3) Tổng đạm (g/cm3) Ký hiệu mẫu Tỷ trọng (g/cm3) Tổng đạm (g/cm3) P.2.1 0,676 0,077 P.2.21 0,695 0,089 P.2.2 0,736 0,076 P.2.22 0,653 0,088 P.2.3 0,655 0,083 P.2.23 0,709 0,110 P.2.4 0,707 0,099 P.2.24 0,678 0,084 P.2.5 0,687 0,101 P.2.25 0,673 0,098 P.2.6 0,625 0,112 P.2.26 0,737 0,123 P.2.7 0,668 0,103 P.2.27 0,719 0,103 P.2.8 0,702 0,098 P.2.28 0,706 0,088 P.2.9 0,653 0,083 P.2.29 0,703 0,112 P.2.10 0,686 0,095 P.2.30 0,722 0,123 P.2.11 0,685 0,103 P.2.31 0,708 0,129 P.2.12 0,691 0,076 P.2.32 0,724 0,090 P.2.13 0,696 0,084 P.2.33 0,751 0,137 P.2.14 0,686 0,091 P.2.34 0,772 0,125 P.2.15 0,708 0,097 P.2.35 0,743 0,090 P.2.16 0,676 0,082 P.2.36 0,704 0,096 P.2.17 0,666 0,084 P.2.37 0,680 0,088 P.2.18 0,679 0,083 P.2.38 0,752 0,090 P.2.19 0,633 0,101 P.2.39 0,746 0,097 P.2.20 0,607 0,102 P.2.40 0,721 0,078 3000 4000 Độ rộng Linear (Độ rộng) Hình Biểu đồ tương quan lượng mưa độ rộng Hình Biểu đồ tương quan lượng mưa độ rộng Kết phân tích cho thấy, lượng mưa độ rộng vòng năm Pơ mu có mối tương quan chặt chẽ Lượng mưa tỷ lệ thuận với bề rộng vòng năm, lượng mưa tăng bề rộng vịng năm tăng1 ngược lại Như vậy, lượngR²mưa tác động = 0,7912 0,8 vòng năm lớn tới độ rộng 0,6 tương quan ta có hệ số xác định R2 = 0,62, điều Từ biểu đồ có nghĩa0,4là 62% thay đổi bề rộng vòng năm gỗ tác động từ 0,2lượng mưa, 38% cịn lại phụ thuộc vào yếu tố khác nhiệt độ, đất đai thổ nhưỡng, tượng cực đoan thời tiết (sương, tuyết, cháy rừng…) 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 tác động người gây Tỷ trọng Bảng Kết phân tích tỷ trọng tổng đạm 2000 (g/cm3) Mẫu phân tích tỷ trọng tổng đạm lấy theo khoảng cách 10 năm mẫu, ta có 40 mẫu Phân tích theo Tiêu chuẩn 10 TCN 451:2001 kết bảng 1000 LƯỢNG MƯA (mm) Lượng mưa (mm) Tương quan lượng mưa với tỷ trọng tổng đạm: Do độ rộng vòng năm Pơ mu nhỏ nên để đo đạc giữatừng lượng mưa vàsẽtỷdẫn trọng tínhHình tốn3.tỷBiểu trọngđồvàtương tổng quan đạm vịng năm đến sai số lớn Vì vậy, giá trị tỷ trọng tổng đạm vòng năm 0,12 Pơ mu đo theo khoảng cách 10 năm giá (tức 10 R² = trị 0,804 vòng năm0,1đo giá trị) Do đó, để xác định tương quan lượng mưa tỷ trọng, lượng mưa tổng đạm, giá trị lượng 0,08 mưa tính trung bình 10 năm TỔNG N (G/CM3) Kết phân tích tỷ trọng tổng đạm R² = 0,6202 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 0,06 Tương quan lượng mưa tỷ trọng: Phân tích hồi quy 0,04giữa Y X , sử dụng phần mềm R Excel tuyến tính kết 0,02 sau: Y = 3715,486 - 1330,29X2 với R2 = 0,79 0Y là2lượng mưa 0 (mm); 0X 8tỷ 0 trọng 5(g/cm 39)0 Trong đó: LƯỢNG MƯA (MM) Kết phương trình ANOVA cho thấy mơ hình thực tồn có ý nghĩa thống kê thể giá trị P-value < 0,05 Hình Tương quan lượng mưa tổng đạm 15(4) 4.2017 53 ĐỘ 0,000 1000 2000 3000 4000 LƯỢNG MƯA (mm) Độ rộng Linear (Độ rộng) Khoa học Nơng nghiệp Hình Biểu đồ tương quan lượng mưa độ rộng (mm); X1 độ rộng 10 vòng năm Pơ mu (mm); X2 tỷ trọng 10 vòng năm Pơ mu (g/cm3); X3: tổng đạm 10 vòng năm Pơ mu (g/cm3) R² = 0,7912 0,6 Tỷ trọng ĐỘ RỘNG (mm) (g/cm3) 0,8 0,4 2,500 2,000 0,2 1,500 1,000 2600 0,500 0,000 R² = 0,6202 2650 2700 2750 2800 2850 2900 Lượng mưa (mm) 1000 2000 3000 4000 Hình Biểu đồ tương quan lượng mưa tỷ trọng Hình Biểu đồ tương quan lượng mưa vàMƯA tỷ trọng LƯỢNG (mm) TỔNG N (G/CM3) Kết hình cho lượng Độ thấy, rộng Linear (Độmưa rộng) tỷ trọng vòng năm cây0,12Pơ mu có mối tương quan chặt chẽ,R²lượng = 0,804 mưa tỷ 0,1 lệ nghịch trọng, khiquan lượng mưa tăngmưa tỷ trọng giảm Hình 2.với Biểutỷđồ tương lượng độ rộng 0,08lại Như vậy, lượng mưa tác động lớn tới tỷ trọng ngược cây.0,06 0,04 Tỷ trọng (g/cm3) R² = 0,7912 Tương quan lượng mưa tổng đạm: Phân tích hồi quy 0,8 0,02 , sử dụng phần mềm R Excel tuyến tính Y X 0,6 kết sau: 00,4 2650 2700 2750 2800 2850 2900 0,2 LƯỢNG MƯA với R2 =(MM) 0,81 Y = 3394,681 - 7170,81X 2600 lượng 2650 mưa 2700 (mm); 2750 X2800 2850đạm 2900 Trong đó: Y là tổng (g/cm3) Hình Tương quan lượng mưa tổng đạm Lượng mưa (mm) Kết phương trình ANOVA cho thấy mơ hình thực tồn có ý nghĩa thống kê thể giá trị P-value < 0,05 Hình Biểu đồ tương quan lượng mưa tỷ trọng 0,12 R² = 0,804 TỔNG N (G/CM3) 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 LƯỢNG MƯA (MM) Hình Tương quan lượng mưa tổng đạm Hình Tương quan lượng mưa tổng đạm Giữa lượng mưa tổng đạm vịng năm Pơ mu có mối tương quan chặt chẽ, lượng mưa tỷ lệ nghịch với tổng đạm, lượng mưa tăng tổng đạm giảm ngược lại (hình 4) Tương quan lượng mưa số tiêu hóa lý vịng năm Pơ mu Từ kết phân tích ta thấy rằng, lượng mưa yếu tố vật lý vịng năm có mối tương quan chặt chẽ, xét chi tiết tương quan lượng mưa Lào Cai (từ năm 1961 đến 2010) với yếu tố vòng 50 năm vòng năm Pơ mu xây dựng phương trình hồi quy mối tương quan sau: Y = 4379,605 - 11409,1X1 - 524,717X2 - 29,6972X3 với R2 = 0,98 Trong đó: Y lượng mưa trung bình 10 năm trạm Sa Pa 15(4) 4.2017 Kết phương trình ANOVA cho thấy, mơ hình thực tồn có ý nghĩa thống kê thể giá trị P-value < 0,05 Từ phương trình tương quan lượng mưa với độ rộng, tỷ trọng tổng đạm thấy lượng mưa nhân tố định lớn tới tổng đạm, tỷ trọng độ rộng vòng năm Pơ mu, hay độ rộng, tổng đạm tỷ trọng nhân tố phản ánh biến đổi lượng mưa Hệ số xác định từ phương trình tương quan là R2 = 0,98, điều có nghĩa 98% thay đổi bề rộng, tỷ trọng tổng đạm vòng năm Pơ mu tác động từ lượng mưa, có 2% tác động từ yếu tố khác Kết luận - Qua chuỗi số liệu 50 năm (từ năm 1961 đến 2010), kết nghiên cứu đề tài mối tương quan lượng mưa độ rộng vòng năm Pơ mu Lào Cai chặt chẽ mối tương quan thuận (R2 = 0,62, p < 0,05) - Qua chuỗi số liệu 10 năm lần, kết đề tài cho thấy mối tương quan lượng mưa tỷ trọng chặt mối tương quan nghịch (R2 = 0,79, p < 0,05) mối tương quan lượng mưa tổng đạm mối tương quan nghịch (R2 = 0,81, P < 0,05) - Đề tài xây dựng phương trình tương quan tổng lượng mưa với độ rộng, tỷ trọng, tổng đạm tìm phương trình tuyến tính sau: Y = 4379,605 - 11409,1 X1 524,717X2 - 29,6972X3, với R2 = 0,98 Lời cảm ơn Các tác giả xin chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển khoa học công nghệ quốc gia (NAFOSTED), Bộ Khoa học Công nghệ tài trợ cho đề tài “Đánh giá biến đổi khí hậu lịch sử thơng qua tiêu hóa lý vịng năm Thơng nhựa tỉnh Quảng Bình Pơ mu tỉnh Lào Cai” (mã số 106-NN.06-2014.11) để thực cơng trình Tài liệu tham khảo [1] W.J Choi, K.H Lee, S.M Lee, S.H Lee, H.Y Kim (2010), “Reconstructing atmospheric CO2 concentration using its relationship with carbon isotope variations in annual tree ring of red pine”, Korean J Environ Agric, 29, pp.362366 [2] Dinh Viet Hung, et al (2012), “Foliar chemistry and tree ring δ13C of Pinus densiflora in relation to tree growth along a soil pH gradient”, Journal Plant Soil, 363, pp.101-112 [3] Mai Văn Trịnh (2010), Hướng dẫn sử dụng phần mềm SPSS xử lý thống kê ngành nông nghiệp, Viện Môi trường nông nghiệp [4] Dinh Viet Hung, et al (2011), “Tree Ring Ca/Al as an Indicator of Historical Soil Acidification of Pinus Densiflora Forest in Southern Korea”, Korean J Environ Agric 30(3), pp.229-233 54 ... Tỷ trọng Bảng Kết phân tích tỷ trọng tổng đạm 2000 (g/cm3) Mẫu phân tích tỷ trọng tổng đạm lấy theo khoảng cách 10 năm mẫu, ta có 40 mẫu Phân tích theo Tiêu chuẩn 10 TCN 451:2001 kết bảng 1000... điểm lấy mẫu phân tích 36 1996 1,07 1966 0,88 0,44 Phương pháp mơ hình: ứng dụng mơ hình Cdendro (của Thụy Điển) để đọc ảnh thớt gỗ, có xét đến độ phân giải hình máy tính ảnh (chụp scan), qua công... Hà Sa Pa có từ năm 1961 đến năm 2010, nên khoảng thời gian coi có đủ số liệu để nghiên cứu Kết bảng cho thấy, 50 năm từ 1961 đến 2010, độ rộng trung bình vịng năm Pơ mu Lào Cai 0,91 mm Giá trị