Vật liệu nghiên cứu: 15 cây Keo tai tượng ở 3 tuổi khác nhau 7, 10, và 14 (5 cây trên mỗi tuổi) trồng tại xã Động Đạt, huyện Phú Lương, tỉnh Thái
36
Nguyên được chọn để nghiên cứu. Các cây Keo tai tượng này nằm trong rừng trồng thuộc chương trình trồng rừng gỗ Keo tai tượng từ nguồn hạt Úc thuộc chương trình trồng rừng của tỉnh Thái Nguyên. Vị trí khu rừng trồng thu thập cây mẫu ở tuổi 7 là E00417280, N02408224, tuổi 10 là E00414187, N02402724, tuổi 14 là E00414070, N02402646. Các cây mẫu được lựa chọn dựa vào một số tiêu chí như thân thẳng, không có các biểu hiện của khuyết tật, sâu bệnh và có đường kính ngang ngực tương đối bằng nhau. Đường kính tại chiều cao 1,3 m tính từ mặt đất của mỗi cây sẽ được đo và đánh dấu vị trí Bắc- Nam trước khi chặt. Sau khi chặt, chiều cao của mỗi cây được đo bằng chiều dài từ gốc đến điểm sinh trưởng cao nhất. Số liệu cơ bản của các cây mẫu được trình bày trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thông tin cơ bản của các cây mẫu Keo tai tượng.
Cây D1,3 (cm) Hvn (m) 7 tuổi 1 14,0 14,0 2 15,6 16,0 3 16,6 15,0 4 17,2 17,5 5 15,9 17,0 10 tuổi 6 23,1 17,5 7 24,6 16,8 8 25,3 16,2 9 23,9 18,6 10 22,7 19,8 14 tuổi 11 18,8 16,2 12 24,2 16,5 13 27,4 17,0 14 24,5 21,0 15 23,6 20,4
37 Chú thích:
D1,3 là đường kính của cây tại vị trí 1,3 m tính từ mặt đất (cả vỏ); Hvn là chiều cao của cây tính từ gốc đến điểm cao nhất sinh trưởng.
Hình 2.1. Chọn cây mẫu và đo đếm thông tin
Quy trình cắt khúc và xẻ mẫu được thực hiện như mô tả trong Hình 2.1. Từ mỗi cây, một khúc gỗ dài 50 cm sẽ được cắt từ vị trí 1,05 đến 1,55 m tính từ mặt đất lên sau đó để khô tự nhiên trong khoảng 2-3 tháng. Từ mỗi khúc, các tấm ván dày 3 cm được xẻđi qua tâm của khúc gỗ theo 2 hướng Bắc- Nam và Đông - Tây. Các tấm ván tiếp tục được để khô tự nhiên trong khoảng 1 tháng. Sau đó từ mỗi tấm các mẫu gỗ có kích thước 20 (xuyên tâm) × 20 (tiếp tuyến) × 320 (dọc thớ) mm được cắt tại các vị trí 10, 50, và 90% chiều dài bán kính theo hướng từ tâm ra vỏ tại 4 hướng Bắc, Nam, Đông, Tây để đo khối lượng thể tích và các tính chất cơ học. Đối với cây 7 tuổi do đường kính cây còn bé nên việc cắt mẫu chỉ tiến hành được ở vị trí gần tâm và gần vỏ tương ứng với vị trí 10 và 90% chiều dài bán kính. Các mẫu chứa khuyết tật (mấu, mắt, cong vênh) được loại bỏ. Tổng số mẫu không chứa khuyết tật, mấu mắt đảm bảo
38
cho thí nghiệm còn lại là 139 mẫu. Các mẫu gỗ sau đó được đặt trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn ở nhiệt độ 20 oC và độ ẩm 60% tại Viện Nghiên cứu và Phát triển Lâm Nghiệp đến khi đạt khối lượng không đổi.
Các mẫu gỗ sau khi đạt được khối lượng không đổi sẽ tiến hành đo giá trị khối lượng thể tích tại Phòng thí nghiệm gỗ, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Sau đó, các tính chất cơ học độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh được đo tại Phòng thí nghiệm gỗ, trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam. Một số mẫu sau khi đo được lựa chọn ngẫu nhiên để kiểm tra độ ẩm bằng phương pháp cân - sấy. Kết quảđộẩm của mẫu đạt được là khoảng 12%.
Hình 2.2. Quy trình xẻ mẫu thí nghiệm từ mỗi cây Keo tai tượng
39 Hình 2.3. Tiến hành thực hiện cắt mẫu thí nghiệm 2.3.2. Phương pháp thí nghiệm 2.3.2.1. Dụng cụ thí nghiệm - Tủ sấy; - Thước Panme điệnt tử (Chính xác đến 0,01 mm); - Cân điện tử (Chính xác đến 0,01g);
40
- Máy thử sức bền vật liệu vạn năng INSTRON 5569, 50kN, điều khiển bằng máy tính, sử dụng phần mềm MERLIN.
2.3.2.2. Phương pháp đo khối lượng thể tích theo TCVN 8048 - 2: (2009)
Trước khi đo tính chất cơ học, các mẫu gỗđược sử dụng đểđo khối lượng thể tích. Sau khi các mẫu gỗđặt trong điều kiện tiêu chuẩn đạt khối lượng không đổi, khối lượng và thể tích của từng mẫu được cân và đo. khối lượng thể tích được tính toán theo công thức:
(g/cm3) Trong đó: : khối lượng thể tích của gỗ (g/cm3);
m: khối lượng mẫu gỗ (g); v: thể tích của mẫu gỗ (cm3).
Hình 2.4. Thực hiện thí nghiệm đo khối lượng thể tích
41
- Độ bền uốn tĩnhđược đo bằng Máy thử sức bền vật liệu vạn năng INSTRON 5569 tại phòng thí nghiệm gỗ, trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam.
- Độ bền uốn tĩnh độ bền uốn tĩnh được tính theo công thức: (N/mm2 hoặc MPa) Trong đó: Pmax là tải trọng phá hoại, tính bằng N; l là khoảng cách giữa hai gối tựa bằng 240 (mm); b bề rộng mẫu, tính bằng mm; h là bề cao mẫu, tính bằng mm.
2.3.2.4. Phương pháp đo mô đun đàn hồi uốn tĩnh (Theo TCVN 8048 - 4: 2009)
- Mô đun đàn hồi uốn tĩnh bằng Máy thử sức bền vật liệu vạn năng INSTRON 5569 tại phòng thí nghiệm gỗ, trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam.
- Mô đun đàn hồi mô đun đàn hồi uốn tĩnh được tính bằng công thức:
= . (N/mm2 hoặc GPa) Trong đó: Mô đun đàn hồi uốn tĩnh là mô đun đàn hồi uốn tĩnh (N/mm2); P là tải trọng tính bằng N; l là khoảng cách giữa hai gối tựa, bằng 240 mm; b là chiều rộng mẫu tính bằng mm; h là chiều cao mẫu tính bằng mm; f là mũi tên võng, ứng với tải trọng P, tính bằng mm.
42
Hình 2.5. Thiết bịđo độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh
2.3.2.5. Phương pháp xác định độ ẩm mẫu gỗ (Theo TCVN 8048 - 1: 2009)
- Cân mẫu thử chính xác đến 0,5% khối lượng ởđiều kiện khô tuyệt đối. - Làm khô mẫu thử từ từ đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ (103 ± 2) °C. Khối lượng không đổi được coi là đạt được nếu lượng hao hụt khối lượng giữa hai lần cân liên tiếp thực hiện trong khoảng thời gian 6 h bằng nhau hoặc không nhỏ hơn 0,5 % khối lượng mẫu thử.
- Mẫu thử của các miếng gỗ có chứa các chất hữu cơ dễ bay hơi (nhựa, nhựa cây,...) vượt quá sai số của phép xác định về số lượng phải được làm khô chân không.
- Sau khi làm nguội mẫu thử trong bình hút ẩm, nhanh chóng cân mẫu thửđể tránh tăng độẩm vượt quá 0,1 %. Độ chính xác của phép cân phải ít nhất 0,5% khối lượng của mẫu thử.
- Độẩm của mỗi mẫu thử, W, tính bằng % khối lượng, chính xác đến 1 %, theo công thức:
43 Trong đó:
m1 là khối lượng của mẫu thử trước khi làm khô kiệt, tính bằng g; m2 là khối lượng của mẫu thử sau khi làm khô kiệt, tính bằng g.
44
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Sự biến đổi về khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ
Bảng 3.1 trình bày giá trị khối lượng thể tích ở các vị trí 10, 50, và 90% chiều dài bán kính theo hướng từ tâm đến vỏở ba tuổi 7, 10, và 14 gỗ Keo tai tượng. Kết quả phân tích phương sai (ANOVA) cũng được trình bày trong Bảng 3.1 để kiểm tra có thực sự khác biệt giá trị khối lượng thể tích giữa ba vị trí bán kính.
KTTT gỗ Keo tai tượng ở tuổi 7 biến đổi từ 0,45 đến 0,51 g/cm3. KTTT của tuổi 10 biến đổi từ 0,47 đến 0,54 g/cm3 và KTTT của tuổi 14 biến đổi từ 0,48 đến 0,56 g/cm3 (Bảng 3.1). Giá trị khối lượng thể tích của gỗ Keo tai tượng trong nghiên cứu này là tương tự với các nghiên cứu trước. Phí Hồng Hải (2018) đã báo cáo khối lượng thể tích của Keo tai tượng trồng Bình Dương biến đổi từ 0,43 - 0,56 g/cm3. Chowdhury và cộng sự (2005) đã báo cáo kết quả giá trị trung bình khối lượng thể tích của Keo tai tượng 10 tuổi trồng tại Bangladesh là 520 kg/m3 (0,52 g/cm3) tương đương với kết quả Keo tai tượng 10 tuổi trong nghiên cứu này.
Bảng 3.1. Giá trị khối lượng thể tích và kết quả phân tích phương sai giữa ba vị trí bán kính ở các tuổi khác nhau của Keo tai tượng Tuổi Vị trí bán kính (%) P-value 10 50 90 7 0,45b ± 0,04 0,51a ± 0,02 *** 10 0,47b ± 0,05 0,53a ± 0,03 0,54a ± 0,03 *** 14 0,48b ± 0,05 0,55a ± 0,03 0,56a ± 0,03 *** Chú ý: ***: P < 0,001
45
Hình 3.1. Sự biến đổi khối lượng thể tích ở các tuổi khác nhau của Keo tai tượng
Sự biến đổi về khối lượng thể tích của gỗ Keo tai tượng tại ba tuổi khác nhau được thể hiện ở Hình 3.1. Kết quả phân tích phương sai đã chỉ ra rằng khối lượng thể tích của gỗ Keo tai tượng 7 tuổi là thấp ở gần tâm và cao hơn rõ rệt ở gần vỏ. Trong khi đó, gỗ Keo tai tượng 10 và 14 tuổi thì giá trị khối lượng thể tích có xu hướng tăng lên từ tâm đến vị trí 50% chiều dài bán kính trước khi có xu hướng không đổi ra vỏ khi kết quả phân tích ANOVA chỉ ra không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giá trị khối lượng thể tích ở 50 và 90% chiều dài bán kính (bảng 3.1).trong nghiên cứu về cây keo lai (acacia hybrids) của kim và cộng sự (2008) tác giả cũng đã báo cáo khối lượng thể tích của cây keo lai có xu hướng tăng dần từ tâm ra ngoài vỏ. ngoài ra, xu hướng tương tự cũng được báo cáo trong một số loài cây lá rộng khác. ví dụ trong nghiên cứu về loài gỗ tống quá sủ, phạm văn chương (2014) đã chỉ ra rằng khối lượng thể tích của gỗ tống quá sủ cũng có xu hướng tăng dần từ tâm ra vỏ. Cụ thể, khối lượng thể tích gỗ biến động tăng dần từ tâm ra vỏ trong khoảng 0,32-0,43 g/cm3. Bên cạnh đó, nghiên cứu về gỗ Xoan ta của Dương Van Đoàn và Junji
46
Matsumura (2018) cũng chỉ ra xu hướng biến đổi tương tự theo phương bán kính. khối lượng thể tích gỗ Xoan ta theo chiều từ tâm ra vỏở các vị trí 10, 50 và 90% tương ứng là 0,39; 0,44 và 0,47 g/cm3.
3.2. Sự biến đổi độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh theo hướng từ tâm ra vỏ từ tâm ra vỏ
3.2.1. Sự biến đổi độ bền uốn tĩnh theo hướng từ tâm ra vỏ
Bảng 3.2. Giá trị độ bền uốn tĩnh và kết quả phân tích phương sai giữa ba vị trí bán kính ở các độ tuổi khác nhau của Keo tai tượng
Tuổi Vị trí bán kính (%) P-value 10 50 90 7 56,73b ± 11,14 73,05a ± 6,47 *** 10 61,94b ± 14,67 76,39a ± 11,96 76,16a ± 10,00 ** 14 65,13b ± 15,62 77,75a ± 13,30 77,99a ± 9,98 ** Chú ý: **: P < 0,01; ***: P < 0,001 Bảng 3.2 đã trình bày giá trịđộ bền uốn tĩnhở ba tuổi 7, 10, và 14 tại các vị trí bán kính khác nhau của gỗ Keo tai tượng trồng tại Thái Nguyên. Giá trị độ bền uốn tĩnhcủa gỗ Keo tai tượng 7 tuổi tại vị trí 10 và 90% chiều dài bán kính lần lượt là 56,73 và 73,05 MPa. Giá trị độ bền uốn tĩnhcủa gỗ Keo tai tượng 10 tuổi biến đổi từ 61,94 đến 76,16 MPa. Trong khi đó, giá trị độ bền uốn tĩnh của gỗ Keo tai tượng 14 tuổi tại 10, 50, và 90% chiều dài bán kính lần lượt là 65,13, 77,75, và 77,99 MPa. Kết quả nghiên cứu này là phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đó vềđộ bền uốn tĩnhcủa Keo tai tượng. Sahri và cộng sự (1998) đã nghiên cứu các tính chất cơ học của Keo tai tượng 6 tuổi trồng tại
47
các địa điểm khác nhau. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng giá trị độ bền uốn tĩnh trung bình của gỗ Keo tai tượng trồng tại Indonesia, Malaysia và Thailand lần lượt là 75,02, 68,15, và 80,54 MPa.
Xu hướng biến đổi của độ bền uốn tĩnh từ tâm ra vỏở cả ba tuổi gỗ Keo tai tượng trong nghiên cứu này được chỉ ra ở Hình 3.2 và Bảng 3.2. Ở tuổi 7, kết quả phân tích phương sai ANOVA đã chỉ ra có sự khác biệt rõ ràng giá trị độ bền uốn tĩnhở gần tâm và gần vỏ. Trong khi đó, ở tuổi 10 và 14, độ bền uốn tĩnh có xu hướng tăng dần từ vị trí 10 đến 50% chiều dài bán kính trước khi biến đổi không đáng kể (không có ý nghĩa thống kê) hướng ra ngoài vỏ (Bảng 3.2).
Hình 3.2. Sự biến đổi độ bền uốn tĩnh ở các tuổi khác nhau của Keo tai tượng
Xu hướng độ bền uốn tĩnh có giá trị thấp ở gần tâm và cao hơn ở gần vỏ cũng được báo cáo trong một số nghiên cứu khác ở một số loài gỗ lá rộng. Doan Van Duong và Junji Matsumura (2018) đã báo cáo rằng giá trịđộ bền uốn tĩnh của gỗ Xoan ta 17-19 tuổi trồng tại phía bắc Việt Nam có xu hướng tăng dần từ tâm ra vỏ với giá trịđộ bền uốn tĩnh gần tâm là 54,64 MPa trong khi đó giá trịđộ bền uốn tĩnh ở gần vỏ là 98,94 MPa. Izekor và cộng sự (2010) cũng báo
48
cáo xu hướng biến đổi tương tự giá trịđộ bền uốn tĩnh của gỗ Tếch theo phương bán kính.
3.2.2. Sự biến đổi mô đun đàn hồi uốn tĩnh theo hướng từ tâm ra vỏ
Bảng 3.3 đã trình bày giá trị mô đun đàn hồi uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh tại các vị trí bán kính khác nhau của Keo tai tượng trồng tại Thái Nguyên ở tuổi 7, 10, và 14. Giá trị mô đun đàn hồi uốn tĩnh ở tuổi 7 biến đổi từ 6,56 đến 8,17 GPa. Trong khi đó giá trị trung bình mô đun đàn hồi uốn tĩnh ở tuổi 10 và 14 biến đổi lần lượt từ 7,45 đến 9,55 GPa và từ 7,75 đến 10,14 GPa.
Sahri và cộng sự (1998) đã báo cáo rằng giá trị mô đun đàn hồi uốn tĩnh trung bình của gỗ Keo tai tượng 6 tuổi trồng tại Indonesia, Malaysia, và Thailand lần lượt là 6,73, 6,29, và 6,17 GPa. Kết quả này là tương tự với giá trị mô đun đàn hồi uốn tĩnh của gỗ Keo tai tượng 7 tuổi trong nghiên cứu này.
Bảng 3.3. Giá trị mô đun đàn hồi uốn tĩnh và kết quả phân tích phương sai giữa ba vị trí bán kính ở các tuổi khác nhau của Keo tai tượng
Tuổi Vị trí bán kính (%) P-value 10 50 90 7 6,56b ± 0,71 8,17a ± 0,94 *** 10 7,45b ± 1,26 9,29a ± 1,07 9,55a ± 0,65 *** 14 7,75b ± 1,10 9,55a ± 1,07 10,14a ± 0,88 *** Chú ý: ***: P < 0,001
Xu hướng biến đổi mô đun đàn hồi uốn tĩnh được thể hiện qua Hình 3.3. Xu hướng tăng mô đun đàn hồi uốn tĩnh từ tâm ra vỏđược nhìn thấy ở cả ba tuổi 7, 10, và 14. Phân tích thống kê ANOVA đã chỉ ra rằng: giá trị mô đun đàn hồi
49
uốn tĩnh đã thay đổi đáng kể từ vị trí 10% đến vị trí 50% chiều dài bán kính trước khi ổn định ra ngoài vỏ.
Các nghiên cứu trước liên quan đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh của một số loài gỗ lá rộng cũng chỉ ra xu hướng tương tự được quan sát trong nghiên cứu này. Machado và cộng sự (2014) đã nghiên cứu sự biến đổi mô đun đàn hồi uốn tĩnh theo phương bán kính của loài Acacia melanoxylon. Các tác giảđã chỉ ra rằng mô đun đàn hồi uốn tĩnh cũng có xu hướng tăng nhanh từ tâm đến vị trí 50% chiều dài bán kính trước khi biến đổi rất ít ra ngoài vỏ. Một số nghiên cứu khác về sự biến đổi của mô đun đàn hồi uốn tĩnh theo hướng từ tâm ra vỏ trong loài Tectona grandis Izeko và cộng sự (2010), Nauclea diderrichii
; Fuwape và Fabiyi (2003) cũng báo cáo xu hướng tương tự.
Hình 3.3. Sự biến đổi mô đun đàn hồi uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh
ở các tuổi khác nhau của Keo tai tượng
Sự tăng dần về khối lượng thể tích cũng như các tính chất cơ học là do sự tồn của phần gỗ sơ cấp (gỗ tuổi non) và phần gỗ thứ cấp (gỗ tuổi trưởng thành). Như chúng ta đã biết, phần gỗ sơ cấp được hình thành vào những năm