- Tuyên Quang: Nhiệt độ trung bình hàng năm đạt 22 - 240 C. Cao nhất trung bình 330 - 350 C, thấp nhất trung bình từ 12 - 130 C; tháng lạnh nhất là tháng 11 và 12 (âm lịch), hay có sương muối.
- Quảng Trị: Gió tây nam khô nóng thường gọi là "gió Lào" là hiện tượng thời tiết đặc biệt khô nóng thổi từ Lào qua, thường những ngày có gió Lào là ngày có nhiệt độ cao nhất trên 35 độ C, độ ẩm tương đối thấp dưới 50%.
- Thừa thiên Huế: thành phố Huế có mùa khô nóng và mùa mưa ẩm lạnh. Nhiệt độ trung bình hàng năm vùng đồng bằng khoảng 24 - 25°C.
Mùa nóng: từ tháng 5 đến tháng 9, chịu ảnh hưởng của gió Tây Nam nên khô nóng, nhiệt độ cao. Nhiệt độ trung bình các tháng nóng là từ 27°C - 29°C, tháng nóng nhất (tháng 5, 6) nhiệt độ có thể lên đến 38°C- 40°C.
Mùa lạnh: Từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông bắc nên mưa nhiều, trời lạnh. Nhiệt độ trung bình về mùa lạnh ở vùng đồng bằng là 20°C - 22°C.
- Gia Lai: Nhiệt độ trung bình năm là 22 – 25°C
- Lâm Đồng: Nhiệt độ thay đổi rõ rệt giữa các khu vực, càng lên cao nhiệt độ càng giảm. Nhiệt độ trung bình năm của tỉnh dao động từ 18 – 25oC, thời tiết ôn hòa và mát mẻ quanh năm, thường ít có những biến động lớn trong chu kỳ năm.
- Đồng Nai: Nhiệt độ bình quân hàng năm 25 - 26oC.
- Bình Dương: Nhiệt độ trung bình hàng năm ở Bình Dương từ 26oC - 27oC. Nhiệt độ cao nhất có lúc lên tới 39,3oC và thấp nhất từ 16 - 17oC vào ban đêm và 18oC vào sáng sớm.
Tóm lại, điều kiện tự nhiên của các khu vực nghiên cứu phù hợp với nhu cầu về đặc điểm sinh thái của Keo tai tượng. Năng suất rừng Keo tai tượng trồng thâm canh đạt khá cao ở vùng này (lên tới trung bình 30 – 35 m3/ha/năm). Mặt khác, điều kiện khí hậu, đất đai và địa hình của các địa điểm nghiên cứu cũng có sự biến động lớn. Điều đó ảnh hưởng tới năng suất và sản lượng của rừng Keo, bao gồm cả năng suất sinh khối và hấp thụ Các-bon. Keo tai tượng còn là cây họ đậu có khả năng cải tạo đất. Mặt khác, nhu cầu gỗ cho công nghiệp chế biến, đặc biệt gỗ nguyên liệu giấy ở khu vực này là rất lớn. Chính vì vậy, Keo tai tượng đang là loài được trồng phổ biến ở khu vực nghiên cứu.
Chương 3
MỤC TIÊU - NỘI DUNG - GIỚI HẠN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Mục tiêu, nội dung, giới hạn nghiên cứu
3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác đi ̣nh đươ ̣c năng suất, sinh khối và lượng Các-bon hấp thụ hiê ̣n tại của rừng Keo tai tượng nghiên cứu ở các cấp tuổi khác nhau.
- Mô phỏng đươ ̣c đô ̣ng thái năng suất sinh khối và lượng Các-bon hấp thụ cho các rừng Keo tai tượng nghiên cứu.
- Kiểm tra tính thích ứng, khả năng áp du ̣ng của phần mềm 3-PG cho mô phỏng năng suất rừng Keo tai tượng ở Việt Nam
3.1.2. Giớ i hạn nghiên cứu
Đề tài chỉ nghiên cứu rừng Keo tai tượng ở vùng (Tuyên Quang, Quảng Trị, Quang Nam, Thừa thiên Huế, Gia Lai, Đồng Nai, Bình Dương). Rừ ng Keo tai tượng trồng thuần loại ở các cấp tuổi từ 3 tới tuổi 17.
Do không có điều kiện thu thập số liệu về rễ cây, nên đề tài chỉ nghiên cứu sinh khối và hấp thụ Các-bon sinh khối trên mặt đất của cây rừng. Đề tài cũng không nghiên cứu lượng Các-bon hấp thụ của thảm tươi dưới tán rừng.
3.1.3. Nội dung nghiên cứu
- Điều tra, tính toán thực nghiệm về năng suất.
-Điều tra, tính toán thực nghiệm về sinh khối và lượng Các-bon hấp thụ. - Mô hình hóa sinh trưởng trữ lượng và sinh khối bộ phận bằng mô hình 3-PG.
- Kiểm tra sai số mô phỏng trữ lượng của các lâm phần nghiên cứu bằng các bộ tham số khác nhau.
3.2. Phương pháp
3.2.1. Các tham số đầu vào của 3-PG
Để chạy 3-PG, các tham số đầu vào như: Các giá trị theo tháng của nhiệt độ trung bình, tối cao, tối thấp của không khí; bức xạ mặt trời; độ hụt bão hoà hơi nước; lượng mưa; và số ngày có sương trong 1 tháng; vĩ độ; độ phì của đất…
Bảng 3.1 dưới đây sẽ trình bày các tham số đầu vào, cũng như các tham số ban đầu và một số kết quả chính của đầu ra của 3-PG.
Bảng 3.1: Mô tả các tham số đầu vào và các giá trị ban đầu được sử dụng trong 3-PG
Biến Đơn vị Ký hiệu
Tham số đầu vào
Tổng lượng mưa theo tháng mm P
Nhiệt độ trung bình theo tháng 0C T
Bức xạ mặt trời MJ m2/ngày Rs
Trung bình độ hụt hơi bão hoà (ban ngày)
theo tháng mb Dngày
Vĩ độ 0 Lat
Lượng nước hữu hiệu tối đa và tối thiểu trong
đất mm θSx, θSn
Độ phì - FR
Giá trị ban đầu
Tuổi bắt đầu và kết thúc năm SA, EA
Lượng nước hữu hiệu trong đất mm θSi
Mật độ Cây/ha Ni
Loại đất - SC
Biến Đơn vị Ký hiệu
Các kết quả chính (theo tháng)
Tổng tiết diện ngang của lâm phần m2/ha BA
Thể tích của lâm phần m3/ha SV
Tăng trường trung bình hàng năm m3/ha/năm MAI Mật độ (đã tính trên cơ sở tỉa thưa) Cây/ha NN
Chỉ số diện tích lá - L
Sinh khối lá tấn DM/ha WF
Sinh khối rễ tấn DM/ha WR
Sinh khối thân tấn DM/ha WS
Lượng vật rơi rụng tấn DM/ha WL
Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng (tuổi, độ hụt hơi bão hoà, nhiệt độ, số ngày sương, nước trong đất, dinh dưỡng, độ dẫn của tán)
- fAGE, fD, fT, fF, fθ, φ
Tổng năng suất sơ cấp tấn DM/ha PG
Năng suất sơ cấp thuần tấn DM/ha PN
Hiệu quả sử dụng ánh sáng g DM/MJ ε
Hiệu quả sử dụng nước g DM/mm WUE
Lượng nước bốc thoát hơi Mm ET
Lượng nước hữu hiệu trong đất Mm θ
Tỉ trọng gỗ tấn /m3 Ρ
(Nguồn: (Almeida.A.C. và cộng sự., 2004))
Các giá trị tham số đầu vào theo mặc định của phần mềm 3-PG, và các giá tham số xác định được theo kết quả nghiên cứu của đề tài được cho ở Phụ lục 1, Phụ lục 2. Giao diện của phần mềm cũng được chụp ảnh để đưa
3.2.2. Nguyên lý hoạt động của 3-PG
3-PG (viết tắt của từ Physiological principles predicting growth - tạm dịch là ứng dụng các nguyên lý sinh lý học trong dự đoán sinh trưởng rừng).
Nguyên lý của 3-PG có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau:
Sơ đồ 3.1: Nguyên lý của 3-PG
Nguồn: (Beadle.C. và Almeida.A.C., 2010)
Nguyên lý trên đã được định lượng hoá trong 3-PG như sau:
3-PG sử dụng mô hình hấp thu bức xạ mặt trời đơn giản để tính toán lượng bức xạ quang hợp hoạt động (PAR, ) được hấp thu bởi lâm phần (APAR, ). Sau đó APAR được chuyển đổi thành tổng năng suất sơ cấp PG
(Gross Primary Production - GPP) nhờ hệ số chuyển đổi (canopy quantum efficiency - hiệu quả hấp thu ánh sáng của tán rừng). Trong đó chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như: độ hụt hơi bão hoà (Vapour pressure deficit) (D), nhiệt độ trung bình (T), số ngày sương, lượng nước hữu hiệu
trong đất (Available soil water) và tình trạng dinh dưỡng trong đất - được tính thông qua độ phì (Fertility rating) và tuổi lâm phần (Stôind age). Như vậy, tổng năng suất sơ cấp được tính bằng công thức:
(1)
Trong đó:
- PG là tổng năng suất sơ cấp
- fT, fN,fF là hàm phản ánh đóng góp của nhiệt độ, độ phì và số ngày sương vào việc tạo thành năng suất thuần của lâm phần.
- là hiệu quả hấp thu ánh sáng của tán rừng theo lý thuyết
- là yếu tố hạn chế nhất đến hiệu quả hấp thu ánh sáng của tán rừng.
(2)
Trong công thức (1) được xác định bằng công thức:
Với FR nhận giá trị từ 0 (với đất mà yếu tố dinh dưỡng là hạn chế lớn nhất đến sinh trưởng của cây trồng) đến 1 (với đất mà dinh dưỡng đáp ứng tối đa nhu cầu của cây trồng).
Tổng năng suất sơ cấp (GPP) sau khi tính được thông qua công thức 1 thì được chuyển đổi sang tổng năng suất sơ cấp thuần (Net Primary Production-NPP) thông qua hệ số chuyển đổi bằng 0.47 ± 0.04. Phần năng suất thuần (năng suất của lâm phần sau khi đã tính đến sự mất mát do hô hấp - CO2 mất đi) sẽ được chuyển đến tích lũy ở các bộ phận trong cây (lá, thân, rễ). Phần tích lũy này sẽ được tính toán thông qua các công thức tương quan sinh trưởng giữa sinh khối gỗ của cây cá lẻ và các bộ phận khác của cây.
3.2.3. Số liệu chạy mô hình 3-PG
- Thu thập các tài liệu nghiên cứu cơ bản về sinh lý của loài cây nghiên cứu như: Hệ số chặn ánh sáng của tán cây, chỉ số diện tích lá, hiệu quả hấp
tương quan giữa sinh trưởng với tỉ lệ phân chia năng lượng hấp thu đến các bộ phận khác nhau trong cây…
- Thu thập các số liệu về khí tượng (nhiệt độ, lượng mưa, bức xạ, số ngày sương) từ các trạm khí tượng trong khu vực nghiên cứu.
- Các kết quả số liệu nghiên cứu về đất: Loại đất, độ phì, lượng nước hữu hiệu trong đất,…
- Các số liệu về sinh trưởng như: D1.3, Hvn…
3.2.4. Phương phá p thu thập số liê ̣u 3.2.4.1. Phương pháp kế thừa số liệu 3.2.4.1. Phương pháp kế thừa số liệu
- Kế thừa các tài liệu về khí hậu (nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm....), lịch sử sử dụng đất, sử dụng rừng,... tại các khu vực khu vực nghiên cứu.
- Kế thừa các số liệu của đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu hoàn thiện biểu điều tra của một số loài cây Keo, Bạch Đàn và Thông” (2010 – 2012) của Viện khoa học Lâm nghiệp.
3.2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu ngoài hiện trường
- Chọn lâm phần nghiên cứu: Chọn lâm phần nghiên cứu, mỗi lâm phần lập 03 ô tiêu chuẩn ngẫu nhiên. Mỗi ô tiêu chuẩn hình tròn có diê ̣n tích phụ thuô ̣c vào mâ ̣t đô ̣ hiê ̣n ta ̣i của lâm phần, đảm bảo số cây tối thiểu trong ô tiêu chuẩn là trên 30 cây.
- Phương pháp lâ ̣p ô tiêu chuẩn và đo đếm các chỉ tiêu: Đường kính thân, chiều cao thân …
+ Đường kính thân cây: Đường kính thân cây ta ̣i vi ̣ trí ngang ngực (1,3 m) đươ ̣c đo bằng thước đo vanh (thước dây).
+ Chiều cao thân cây: được đo bẳng thước blumeleiss.
* Phương pháp xác đi ̣nh sinh khối: Chỉ xác đi ̣nh sinh khố i các phần trên mă ̣t đất, sinh khối dưới mặt đất được xác định thông qua các phương trình/tỷ lệ sinh khối trên và dưới mặt đất đã xuất bản của loài Keo tai tượng.
Sinh khối các bộ phận trên mặt đất của cây là trọng lượng của thân, lá, cành của cây (kg/cây).
Sinh khố i lâm phần là tổng lươ ̣ng chất hữu cơ (thực vật) có đươ ̣c trên một đơn vi ̣ diê ̣n tích ta ̣i mô ̣t thời điểm, tính bằng đơn vi ̣ tấn/ha, kilogam/ha theo trọng lươ ̣ng khô (Ong.JE và cô ̣ng sự, 1984) (dẫn theo V.Đ Thái, 2003).
Tại các ô tiêu chuẩn của mỗi tuổi rừng, tiến hành chă ̣t ha ̣ 3 cây có kích thước trung bình. Mỗi cây sau khi chă ̣t ngả được phân thành các phần thân (gồ m thân, cành, ba ̣nh gố c), rễ (trên mă ̣t đất), lá.
Tiến hành cân khối lươ ̣ng tươi từng bô ̣ phâ ̣n, từ đó tính được tổng khối lươ ̣ng tươi của cây.
Tiến hành cân khối lươ ̣ng tươi từng bô ̣ phâ ̣n, tính tổng khối lượng tươi của cây. Mẫu lấy cho phân tích sinh khối khô được lặp lại 3 lần cho từng bộ phận thân, cành, lá, rễ cho từng cây giải tích. Trọng lượng mẫu của từng bộ phận của cây được lấy từ 50 - 100 gam và được đưa về phòng thí nghiệm để phân tích.
Các mẫu được sấy ở nhiệt độ 105oC với thân, còn lá sấy ở 750C đến khối lượng khô không đổi. Dựa trên trọng lượng khô kiệt của mẫu, độ ẩm của từng mẫu bộ phận như thân, cành, lá và rễ (trên mặt đất) sẽ được xác định theo công thức: Mi (%) = ( FWi DWi FWi )100 Trong đó :
- Mi là độ ẩm của bộ phận i của cây (thân, cành, lá, rễ) tính bằng %. - FWi là trọng lượng tươi của mẫu i;
- DWi là trọng lượng khô kiệt của mẫu i tính bằng gam.
Dựa trên sinh khối khô của từng bộ phận, tính tổng sinh khối của cây cá thể bằng cách cộng sinh khối khô của từng bộ phận.
Sinh khố i củ a lâm phần đươ ̣c tính dựa vào sinh khối cá thể và mâ ̣t đô ̣ cây rừng.
* Lượng C trong sinh khối
Lượng C trong sinh khối được xác định bằng 0.5 lần sinh khối khô tuyệt đối (IPCC).
* Xá c đi ̣nh lượng rơi
Lượng rơi rụng của rừng được các cấp tuổi khác nhau được thừa kế từ công trình nghiên cứu khác đã và đang triển khai ở khu vực đề tài nghiên cứu hoặc trong điều kiện sinh thái tương tự.
3.2.5 Phương phá p xử lý số liê ̣u
- Tính toán sinh trưởng và sản lượng rừng (bao gồm cả sinh khối và Các-bon sinh khối) bằng các công thức và mô hình thực nghiê ̣m (phương trình sinh khối, phương trình thể tích, chiều cao…).
- Mô phỏ ng năng suất bằng phần mềm 3-PG . + Xác định các tham số cần thiết của 3-PG. + Phân tích đô ̣ nha ̣y của mô hình.
+ Đô ̣ chính xác của mô hình (kiểm nghiê ̣m).
- Số liệu thu thâ ̣p đươ ̣c xử lý bằng toán ho ̣c thống kê: Giá tri ̣ trung bình, phương sai mẫu, đô ̣ lê ̣ch chuẩn…
Chương 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.1. Kết quả điều tra, tính toán thực nghiệm về năng suất
Học viên đã tham gia điều tra và thừa kế các số liệu của đề tài cấp Bộ
“Nghiên cứu hoàn thiện biểu điều tra của một số loài cây Keo, Bạch Đàn và Thông” (2010 – 2012) của Viện khoa học Lâm nghiệp. Kết quả điều tra thu thập số liệu được tổng hợp ở bảng 4.1:
Bảng 4.1: Tổng hợp các kết quả điều tra thu thập số liệu
Tên lâm phần Tuổi Vĩ độ Độ màu mỡ Loại đất AWS tối đa AWS tối thiểu Nhiện tại (cây/ha) M hàng năm (m3/ha) M (m3/ha) TQ1 16 22.07 0.5 C 135 0 1000 13.6 217.6 TQ2 9 22.07 0.5 CL 135 0 880 19.6 176.4 TQ3 12 22.07 0.9 CL 235 0 600 16.2 194.4 TQ4 9 22.07 0.7 CL 135 0 860 15.8 142.2 TQ5 13 22.07 0.7 C 135 0 540 10.6 137.8 TQ6 13 22.07 0.7 CL 135 0 700 11.2 145.6 TQ7 7 22.07 0.7 CL 185 0 1040 16.8 117.6 TQ8 16 22.07 0.7 CL 135 0 700 11.2 179.2 QT 12 16.83 0.7 S 135 0 780 12.1 145.2 TT1 6 16.58 0.7 S 135 0 1160 24.2 145.2 TT2 9 16.33 0.9 CL 185 0 520 10.6 95.4 TT3 4 16.33 0.1 C 135 0 1533 8.3 33.2 TT4 6 16.33 0.5 CL 135 0 1450 5.5 33 TT5 6 16.33 0.9 SL 235 0 1640 18.2 109.2
Tên lâm phần Tuổi Vĩ độ Độ màu mỡ Loại đất AWS tối đa AWS tối thiểu Nhiện tại
(cây/ha) M(mhàng năm 3/ha)
M (m3/ha) GL 11 13.98 0.5 C 135 0 740 10.7 117.7 LD1 8 11.5 0.9 SL 155 0 800 23.5 188 LD2 3 11.42 0.2 CL 135 0 900 13.9 41.7 LD3 5 11.42 0.9 SL 155 0 1220 24.3 121.5 LD4 6 11.42 1 S 300 0 1366 29.9 179.4 DN1 5 11.23 0.7 S 115 0 1366 24.9 124.5 DN2 6 11.23 0.9 SL 155 0 1820 30.3 181.8 DN3 6 11.23 0.9 CL 185 0 1140 32.4 194.4 DN4 6 11.23 0.9 CL 185 0 1220 31.0 186 DN5 6 11.23 0.9 CL 185 0 1100 25.2 151.2 DN6 6 11.23 0.5 SL 115 0 1400 16.2 97.2 DN7 7 11.23 0.5 SL 115 0 1220 16.1 112.7 DN8 7 11.23 0.5 CL 135 0 820 16.2 113.4 DN10 6 11.23 0.9 CL 185 0 1180 31.3 187.8 DN101 6 11.23 0.9 CL 185 0 1250 28.2 169.2