Tài liệu đánh giá biến đổi khí hậu trong lịch sử thông qua các chỉ tiêu vật lý của vòng năm cây thông nhựa ở tỉnh quảng bình và cây pơ mu ở tỉnh lào cai

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu thu thập, kết quả nghiên cứu tính toán, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ dẫn có nguồn gốc. Công trình nghiên cứu của bản luận văn tốt nghiệp này chưa có công trình nghiên cứu nào khác. Nếu có trường hợp sai phạm nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2015 Tác giả Đào Công Hòa ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình đào tạo thạc sĩ chuyên ngành Quản lý tài nguyên Rừng & Môi Trường tại trường Đại học Lâm Nghiệp. Được sự đồng ý của trường Đại học Lâm Nghiệp, Khoa sau đại học, tôi nhận thực hiện đề tài: “Đánh giá biến đổi khí hậu trong lịch sử thông qua các chỉ tiêu vật lý của vòng năm cây Thông nhựa ở tỉnh Quảng Bình và cây Pơ Mu ở tỉnh Lào Cai” Sau thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp hết sức khẩn trương và nghiêm túc. Với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân cùng với sự tận tình hướng dẫn và chỉ bảo của thầy giáo TS. Đinh Việt Hưng, các thầy cô giáo trong trường, các đồng nghiệp, đến nay tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Qua đây tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Lâm Nghiệp đã giúp đỡ trong quá trình học tập, tác giả cũng đặc biệt cảm ơn thầy giáo TS. Đinh Việt Hưng đã giành nhiều thời gian quý báu để giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn khoa học trong quá trình thực hiện và hoàn thiện luận văn. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ phòng Nông nghiệp huyện Văn Bàn tỉnh Lào Cai, Huyện Quảng Trạch tỉnh Quảng Bình, các trạm khí tượng thủy văn Tuyên Hóa, Ba Đồn, Đồng Hới tỉnh Quảng Bình, các trạm khí tượng thủy văn Bắc Hà, Sa Pa tỉnh Lào Cai, các cán bộ Viện Môi Trường Nông Nghiệp cùng tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả trong thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn. Tuy bản thân đã có nhiều cố gắng, song do thời gian cũng như khả năng tiếp cận thông tin về đối tượng ít nhiều bị hạn chế, nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì vậy, tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, đồng nghiệp và các nhà khoa học. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2015 Tác giả Đào Công Hòa iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... ix ĐẶT VẤN ĐỀ.............................................................................................................1 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................................3 1.1. Nghiên cứu mối liên hệ giữa độ rộng vòng năm với biến đổi các chỉ tiêu khí hậu ...............................................................................................................................3 1.1.1. Trên thế giới ......................................................................................................3 1.1.2. Tại Việt Nam .....................................................................................................8 1.2. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu .................................................................12 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............................................................................................15 2.1. Mục tiêu .............................................................................................................15 2.1.1. Mục tiêu chung ................................................................................................15 2.1.2. Mục tiêu cụ thể ................................................................................................15 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................15 2.3. Nội Dung nghiên cứu .........................................................................................15 2.3.1. Nghiên cứu mối tương quan giữa các chỉ tiêu vật lý của vòng năm cây thông nhựa (độ rộng và diện tích vòng năm) với các số liệu KTTV hiện có, đặc biệt là lượng mưa năm ở Quảng Bình .................................................................................15 2.3.2. Nghiên cứu mối tương quan giữa các chỉ tiêu vật lý của vòng năm cây Pơ Mu (độ rộng và diện tích vòng năm) với các số liệu KTTV hiện có, đặc biệt là lượng mưa năm ở Lao Cai ..................................................................................................16 iv 2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................16 2.4.1. Phương pháp thu thập các thông tin, số liệu, kết quả nghiên cứu đã có theo phương pháp kế thừa: ................................................................................................16 2.4.2. Phương pháp lấy mẫu thực địa: .......................................................................16 2.4.3. Phương pháp mô hình: ....................................................................................17 2.4.4. Phương pháp phân tích thống kê: ....................................................................18 Chương 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..........................................................................................................................19 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội Xã Quảng Sơn, huyện Quảng Trạch, Tỉnh Quảng Bình ...............................................................................................................19 3.1.1. Điều kiện tự nhiên ...........................................................................................19 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................23 3.2. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội Xã Liêm Phú, Huyện Văn Bàn, Tỉnh Lào Cai ...................................................................................................................................26 3.2.1. Điều kiện tự nhiên ...........................................................................................26 3.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................29 3.2.3. Đánh gia tiềm năng của xã ..............................................................................31 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................................33 4.1. Giới thiệu một số đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh thái của cây Thông và cây Pơ mu ........................................................................................................................33 4.1.1. Cây thông ........................................................................................................33 4.1.2. Cây Pơ Mu ......................................................................................................37 4.2. Tương quan giữa độ rộng, diện tích trong vòng năm cây Thông và cây Pơ Mu với nhiệt độ và lượng mưa ........................................................................................40 4.2.1. Tương quan giữa độ rộng, diện tích trong vòng năm cây Thông với nhiệt độ và lượng mưa .............................................................................................................40 4.2.2. Tương quan giữa độ rộng, diện tích trong vòng năm cây Pơ Mu với nhiệt độ và lượng mưa .............................................................................................................55 v 4.3. Phương trình tương quan tuyến tính giữa nhiệt độ với độ rộng vòng năm cây Thông ........................................................................................................................62 4.4. Phương trình tương quan tuyến tính giữa nhiệt độ, lượng mưa với độ rộng và diện tích của vòng năm cây Thông: ..........................................................................65 4.4.1. Tương quan giữa nhiệt độ với độ rộng và khoảng diện tích cây thông ..........67 4.4.2. Tương quan giữa lượng mưa với độ rộng và diện tích ...................................68 4.5. Phương trình tương quan tuyến tính giữa nhiệt độ, lượng mưa với độ rộng và diện tích của vòng năm cây Pơ Mu: ..........................................................................69 4.5.1. Tương quan giữa nhiệt độ với độ rộng và diện tích ........................................70 4.5.2. Tương quan giữa lượng mưa với độ rộng và diện tích ...................................71 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................72 1. Kết luận .................................................................................................................72 2. Tồn tại ...................................................................................................................74 3. Kiến nghị ...............................................................................................................74 TÀI LIỆU THAM KHẢO vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nguyên nghĩa KTTV Khí tượng thủy văn UBND Ủy ban nhân dân PCCCR Phòng cháy chữa cháy rừng THCS Trung học cơ sở VHTT Văn hóa thể thao vii DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng STT 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Kết quả tính thống kê độ rộng Kết quả tính toán thống kê số liệu khí tượng thủy văn 3 trạm Tuyên Hóa, Ba Đồn, Đồng Hới thuộc tỉnh Quảng Bình Kết quả tính toán hệ số tương quan giữa độ rộng và nhiệt độ trung bình năm Kết quả tính toán hệ số tương quan giữa bình quân di động của độ rộng và nhiệt độ trung bình năm Kết quả tính tương quan theo các hàm mô phỏng Kết quả tính toán hệ số tương quan giữa khoảng diện tích và nhiệt độ trung bình 50 năm Kết quả tính toán hệ số tương quan giữa bình quân di động của khoảng diện tích và nhiệt độ trung bình 50 năm Trang 41 42 43 43 45 47 47 4.8 Kết quả tính tương quan theo các hàm mô phỏng 48 4.9 Số liệu lượng mưa trạm Tuyên Hóa 51 4.10 Số liệu lượng mưa trạm Ba Đồn 52 4.11 Số liệu lượng mưa trạm Đồng Hới 54 4.12 Kết quả tính thống kê độ rộng 56 4.13 4.14 4.15 Kết quả tính toán thống kê số liệu khí tượng thủy văn 2 trạm Bắc Hà và Sa Pa thuộc tỉnh Lào Cai Kết quả tính toán hệ số tương quan giữa độ rộng và nhiệt độ trung bình năm Kết quả tính toán hệ số tương quan giữa bình quân di động của độ rộng và nhiệt độ trung bình năm 57 58 58 4.16 Số liệu lượng mưa trạm Bắc Hà 59 4.17 Số liệu lượng mưa trạm Sa Pa 61 4.18 Kết quả tính SPSS hồi quy tuyến tính giữa độ rộng vòng năm cây 62 viii thông nhựa và nhiệt độ trạm Tuyên Hóa thuộc tỉnh Quảng Bình 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 Kết quả tính SPSS hồi quy tuyến tính giữa độ rộng vòng năm và nhiệt độ trạm Ba Đồn Kết quả tính SPSS hồi quy tuyến tính giữa độ rộng vòng năm của cây thông nhựa và nhiệt độ trạm Đồng Hới thuộc tỉnh Quảng Bình Kết quả tính toán độ rộng, diện tích vòng năm của cây thông nhựa và nhiệt độ, lượng mưa tại Quảng Bình Kết quả tính SPSS hồi quy tuyến tính giữa nhiệt độ với độ rộng và khoảng diện tích vòng năm cây thông nhựa Kết quả tính SPSS hồi quy tuyến tính giữa lượng mưa với độ rộng và khoảng diện tích vòng năm cây thông nhựa Kết quả tính toán độ rộng, diện tích vòng năm của cây Pơ mu và nhiệt độ, lượng mưa tại Lào Cai Kết quả tính SPSS hồi quy tuyến tính giữa nhiệt độ với độ rộng và khoảng diện tích vòng năm cây Pơ mu Kết quả tính SPSS hồi quy tuyến tính giữa lượng mưa với độ rộng và khoảng diện tích vòng năm cây Pơ mu 63 64 65 67 68 69 70 71 ix DANH MỤC CÁC HÌNH Tên bảng STT Trang 2.1 Mô phỏng tính độ rộng vòng năm bằng phần mềm Cdendro 17 4.1 Cây Thông tại Việt Nam 33 4.2 Cây Thông nhựa 34 4.3 Rừng thông ở Quảng Bình 36 4.4 Thành phần hóa học của cây thông 37 4.5 Cây Pơ mu tại Việt Nam 38 4.6 Giá trị độ rộng trong 50 năm từ năm 1961 đến năm 2010 42 4.7 Tương quan tuyến tính 44 4.8 Tương quan Logarithmic 45 4.9 Tương quan Polynomial 45 4.10 Tương quan độ rộng và nhiệt độ theo thời gian 46 4.11 Tương quan tuyến tính 48 4.12 Tương quan Logarithmic 49 4.13 Tương quan Polynomial 49 4.14 Tương quan khoảng diện tích và nhiệt độ theo thời gian 50 4.15 Giá trị độ rộng trong 50 năm từ năm 1961 đến năm 2010 57 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Vòng năm cây rừng là một cơ sở dữ liệu đặc biệt thể hiện sự thay đổi môi trường như ô nhiễm trong khí quyển, bởi vì các vòng sinh trưởng của cây rừng chứa các thông tin về điều kiện sinh trưởng theo từng năm của một định dạng vòng đặc biệt (Woo Jung Choi et al. 2010). Vì vậy, việc xác định mối tương quan, giữa cơ sở dữ liệu về khí tượng thủy văn, nhất là lượng mưa năm và cấu trúc vòng năm là một việc rất cấp thiết và nên làm càng sớm càng tốt. Biến đổi khí hậu là sự biến đổi trạng thái của khí hậu so với trung bình và/hoặc dao động của khí hậu duy trì trong một khoảng thời gian dài, thường là vài thập kỷ hoặc dài hơn (Đinh Vũ Thanh và cs, 2013). Những thay đổi bất thường về khí hậu chỉ dễ nhận thấy trong một khoảng thời gian đủ dài, có thể lên đến 100 năm, mà cơ sở dữ liệu của Việt Nam không đáp ứng được. Đề tài này sẽ lấy vòng năm của cây Thông nhựa để nghiên cứu về biến đổi khí hậu trong lịch sử ở miền Trung (rừng Phong Nha-Kẻ Bàng ở tỉnh Quảng bình), và cây Pơ Mu ở miến Bắc (rừng thuộc tỉnh Lào Cai) Trong khi đó, trên thế giới đã có khá nhiều nghiên cứu về mối quan hệ giữa các chỉ tiêu hóa học và vật lý của vòng năm cây Thông, cây Sồi với các yếu tố khí tượng thủy văn như mưa, nhiệt độ, bốc hơi, hay đơn giản như mưa axit, CO2 trong không khí, đạm và lân trong đất và dòng chảy … (Woo Jung Choi et al., 2012) Chính vì vậy, đây cũng sẽ là phương pháp khoa học đáng tin cậy để có được một cơ sở liệu đầy đủ về khí tượng thủy văn mà trong quá khứ, do chiến tranh hay một sự thiếu sót nào đó mà chúng ta chưa đo đạc được. Đề tài này được triển khai với mong muốn có được một cơ sở dữ liệu đầy đủ về tổng lượng mưa năm trong lịch sử tại Quảng Bình và Lào Cai. Mục tiêu của đề tài này là làm rõ mối tương quan giữa các chỉ tiêu của vòng năm cây (độ rộng, diện tích và các chỉ tiêu hóa học trong vòng năm cây) và các số liệu khí tượng thủy văn hiện có, đặc biệt là lượng mưa năm. Từ đó, suy ngược lại, từ vòng năm cây rừng ta có thể có được một bộ cơ sở dữ liệu cơ bản về lượng mưa một cách đầy đủ nhất trong lịch sử ở Việt Nam. 2 Áp dụng mô hình Cdendro (Cybis Electronik & Data AB, Lars-Ake Larsson, Thụy Điển) và phần mềm SPSS (SPSS Inc., 1989-2007, Polar Engineering and consulting, IBM, Mỹ) cho phép xây dựng được các phương trình hồi quy tương quan. Sau này sẽ lấy làm phương trình cơ bản để có thể suy ngược ra các yếu tố khí tượng thủy văn, đặc biệt là tổng lượng mưa năm. 3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Nghiên cứu mối liên hệ giữa độ rộng vòng năm với biến đổi các chỉ tiêu khí hậu 1.1.1. Trên thế giới Trên thế giới trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu về mối liên hệ giữa bề rộng vòng năm và biến đổi của các chỉ tiêu khí hậu, xác định đặc điểm sinh thái của cây rừng. Các tác giả đã cùng đi tới kết luận quan trọng là: biến đổi bề rộng vòng năm đồng điệu với chu kỳ biến đổi khí hậu, nghiên cứu quy luật biến động vòng năm có thể xác định về định tính cũng như định lượng các nhân tố sinh thái giới hạn sinh trưởng của cây rừng. Từ xa xưa, con người đã nhận thấy rằng bề rộng vòng năm của cây gỗ không ổn định mà biến đổi phù hợp với sự biến đổi của môi trường. Vào thế kỷ thứ 15, nhà bác học cổ Hy Lạp Leonade Vinci đã nhận thấy sự sinh trưởng của cây rừng ở vùng khô hạn biến đổi theo những chu kỳ phụ thuộc vào lượng mưa(Bitvinskas, 1974). Trong những năm 1860- 1867, khi nghiên cứu ở lưu vực sông Enhixay, A. Miden xác nhận: càng lên phương Bắc, nhiệt độ không khí càng giảm và phù hợp với nó, sinh trưởng cũng giảm theo. A. N. Beketop khi nghiên cứu địa điểm trồng cây gỗ đóng tàu thuyền đã nhận thấy rằng, ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến sinh trưởng rất rõ rệt (Bitvinkas, 1974). A. Pakronhin(1869) khi nghiên cứu phương pháp xử lý vòng năm đã đề nghị đo bề rộng vòng năm theo hai đường kính vuông góc nhau. Ông cho rằng ảnh hưởng đến bề rộng vòng năm bao gồm các yếu tố khí hậu, tuổi cây, côn trùng, lửa rừng… Năm 1892, T. N. Svedop khi nghiên cứu đặc điểm biến động vòng năm hai cây keo trắng ở một công viên thuộc Odecxa nhận thấy sự phù hợp chặt chẽ của bề rộng vòng năm với lượng mưa năm. Những vòng năm hẹp nhất được hình thành trong những năm hạn và lặp lại với chu kỳ 9 năm. Ông kết luận rằng: Nghiên cứu quy luật biến động vòng năm có thể dự báo được các hiện tượng của thời tiết. 4 Đầu thế kỷ 20, A. F. Duglas đã tiến hành nghiên cứu với số lượng rất lớn vòng năm ở các cây có tuổi thọ dài và của các mẫu gỗ thu nhập trong những kiến trúc cổ ở Mỹ đã kết luận rằng: biến động của bề rộng vòng năm thể hiện tính chu kỳ của tự nhiên mà trước hết là chu kỳ hoạt động của mặt trời(Schulman, 1956). Ở Mỹ, các nhà khoa học đã sử dụng số lượng lớn vòng năm và kỹ thuật tính toán hiện đại để tìm mối liên hệ định lượng giữa biến động các hiện tượng tự nhiên và biến động vòng năm cây gỗ. E. Schulman (1956) đã chỉ ra khả năng đánh giá xác suất xảy ra hạn hán trong các thời kỳ khác nhau ở những vùng khô hạn miền tây nước Mỹ và tầm quan trọng của công việc nghiên cứu vòng năm trong kiểm tra lý thuyết biến động khí hậu. Ông cũng xác lập được phương trình tương quan giữa bề rộng vòng năm với mực nước sông Colorado, hệ số tương quan xác định được là 0,7. Ở Mỹ, những tài liệu và kết quả nghiên cứu vòng năm được công bố đều đặn do phòng thí nghiệm nghiên cứu vòng năm của trường đại học tổng hợp Aizon. V. E. Rudacop(1951 – Liên Xô) từ kết quả nghiên cứu vòng năm, nhận thấy cây gỗ có thể coi là “máy tự ghi” điều kiện tự nhiên. Áp dụng phương pháp chỉ số tương đối của Rudacop, các nhà nghiên cứu đã sử dụng vòng năm trong nhiều lĩnh vực khác như địa vật lý, khí hậu học, sinh thái học, lâm học v.v… Những thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu vòng năm được thể hiện như sau: Nhờ sử dụng phương pháp ghép chéo vòng năm và phương pháp cacbon phóng xạ các tác giả đã xây dựng được những dãy dài các vòng năm. Đây là những tài liệu cho phép kéo dài các dãy quan trắc điều kiện tự nhiên về những thế kỷ trước. Ở Mỹ với việc sử dụng mẫu vòng năm của các cây thông vàng người ta đã lập được những dãy dài trên 4000 vòng năm, dãy dài nhất tới 7167 vòng năm. Ở Châu Âu người ta đã lập được những dãy dài trên 1000 vòng năm, đã xác lập được liên hệ của bề rộng vòng năm với nhiều yếu tố tự nhiên. Đây là cơ sở khoa học quan trọng để nội suy điều kiện tự nhiên trong quá khứ, dự báo biến động của nó cũng như sinh trưởng cây rừng trong tương lai. Phát hiện được quy luật liên quan giữa biến động của sinh trưởng cây rừng với biến động của điều kiện khí hậu. Các nhà khoa học nhận thấy rằng ảnh hưởng đến 5 sinh trưởng cây gỗ không chỉ có điều kiện khí hậu hiện tại mà cả điều kiện khí hậu của một số năm trước. Ngoài ra, ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến sinh trưởng cây rừng thường phức tạp, phụ thuộc vào đặc điểm của từng vùng địa lý, từng địa phương (Fritts, 1976; Monchanov, 1976). N. M. Boxeva (1986) đã xác lập được hê số tương quan giữa chỉ số tương đối của sinh trưởng và tổng hợp mưa từ tháng 6 đến tháng 8 là 0.7 và với nhiệt độ tháng 7 là 0,76. T. T. Bininskoe (1974); B. I. Kolumos (1966 ) ; C. M. Olenhin (1977; E.E komin (1978) ; V. H. Lovelius(1972) đã chỉ ra rằng: Hoạt động của mặt trời là nhân tố tự nhiên ảnh hưởng mạnh mẽ đến sinh trưởng cây rừng. Bằng phương pháp khí hậu thực vật, Vương Văn Quỳnh (1990) đã nhận thấy rằng biến động của tăng trưởng và phân hóa cây rừng của các lâm phần Pinus sylvestris ở Varônhezơ (Nga) chịu ảnh hưởng rất rõ rệt từ các điều kiện khí hậu. Ở các lâm phần non, tăng trưởng cây rừng phụ thuộc chặt chẽ vào khí hậu. Hoạt động của mặt trời ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến tăng trưởng cây rừng. Cây có cấp sinh trưởng kém thì tăng trưởng phụ thuộc ít hơn vào hoạt động của mặt trời. Oberhuber (2002) đã thiết lập tương quan giữa biến động nhiệt độ và lượng mưa với biến động của vòng năm của loài Pinus longaeva. Ông nhận thấy rằng bề rộng vòng năm nhỏ là do ảnh hưởng của nhiệt độ thấp. Fritts (1972) phát hiện thấy sự sinh trưởng của loài Picea glauca dọc theo các con kênh đào và các dòng suối phụ thuộc vào lượng mưa hàng năm. Vào những năm khô hạn, tăng trưởng của vòng năm kém hơn nhiều so với những năm có lượng mưa lớn. Nhiều nhà nghiên cứu đều khẳng định rằng có một mối liên hệ chặt chẽ giữa các yếu tố khí hậu với sinh trưởng của các loài cây gỗ. Khi nghiên cứu hai loài Abies lasiocarpa và Pseudotsuga menziesli, Fritt và Mayer (1980) đã nhận thấy rằng tăng trưởng vòng năm của chúng có mối liên hệ với nhiệt độ và lượng mưa. Đối với loài Pseudotsuga menziesli, tăng trưởng đường kính có mối quan hệ tuyến tính dương với lượng mưa từ tháng 7 năm trước đến tháng 2 năm sau. Ngược lại, chỉ số tăng trưởng đường kính của loài Abies lasiocarpa có quan hệ tuyến tính dương với lượng mưa của các 6 tháng 11, 12 năm trước và tháng 2, 3 và 6 năm sau. Rõ ràng lượng mưa lớn giúp cho loài Abies lasiocarpa tăng trưởng trong một thời gian dài từ tháng 11 đến tháng 2. Nghiên cứu của Fritt và Mayer cũng cho thấy chỉ số tăng trưởng của cả hai loài trên đều có tương quan dương với nhiệt độ tháng 8 (tháng cuối mùa tăng trưởng). Những quá trình diễn ra trong cơ thể sinh vật chịu ảnh hưởng đồng thời không chỉ của tất cả các yếu tố khí tượng, mà còn của toàn bộ các yếu tố ngoại cảnh nói chung. Sự sống của cơ thể không thể tách rời một yếu tố nào đó trong tổng hợp môi trường sinh thái. Ảnh hưởng của một yếu tố đến cơ thể phụ thuộc vào giá trị của tất cả các yếu tố khác. Cùng một lượng mưa, trong trường hợp nhiệt độ không khí thấp có thể xem là đủ nước cho thực vật, nhưng trong trường hợp nhiệt độ không khí cao có thể xem là thiếu nước. Hiệu quả sử dụng ánh sáng có thể tăng lên hoặc giảm đi trong trường hợp đất được bón phân, tưới nước đầy đủ hoặc nghèo chất dinh dưỡng và khô hạn…Nói chung, khi đánh giá vai trò của một yếu tố nào đó cần phải đặt nó trong mối quan hệ với các yếu tố khác của toàn bộ môi trường sinh thái. Theo Eklund (1957), chỉ số tăng trưởng của loài Picea excelsa ở phía bắc Thụy Điển từ năm 1900 – 1944 có quan hệ chặt chẽ với một số yếu tố khí hậu theo dạng : Y = 99,41 + 0,9188x1 – 3,129x2 – 2,405x3 – 0,4282x4 trong đó x1 là số ngày mưa từ 16 tháng 5 đến 31 tháng 7 cho những năm t có nhiệt độ trung bình cao nhất là 16°C, x2 là sản lượng hạt giống của năm t, x3 là sản lượng hạt giống của năm t-1 và x4 là nhiệt độ hàng ngày cao nhất của năm t-1. Lượng mưa cũng được đưa vào phân tích nhưng do hệ số hồi qui của nó không có ý nghĩa thống kê nên đã bị loại bỏ. Như vậy, bề rộng vòng năm gia tăng cùng với sự gia tăng số ngày mưa từ 16 tháng 5 đến 31 tháng 7. Ngược lại, khi nâng cao sản lượng hạt giống năm thứ t và t-1 và nhiệt độ hàng ngày cao nhất của năm t-1 thì bề rộng vòng năm sẽ giảm. Khi nghiên cứu loài Pinus halepensis ở miền Nam nước Pháp, Serre et at. (1966) nhận thấy chỉ số vòng năm (Y) có quan hệ chặt chẽ với 21 năm liên tục được mã hóa từ 1 đến 21 (x1), số ngày sau ngày 1 tháng 1 khi mùa khô bắt đầu (x2), số ngày có tuyết rơi từ tháng 11 đến tháng 3 (x3), tổng lượng mưa trong mùa khô (x4), tổng lượng mưa trong mùa mưa (x5) và độ dốc của các lâm phần nghiên cứu (x6). Phương trình mối 7 quan hệ có dạng: Y = 3.070 – 0.5965x1 – 0.01811x2 + 0.00208x3 - 0.00018x4 – 0.233392x5 + 0.01199x6 B ằng phương trình hồi qui tuyến tính, Schulman và Bryson (1965) đã dự đoán được vòng năm của loài Quercus rubra đạt tối đa khi thỏa mãn các điều kiện sau: (1) sự suy giảm lượng nước bốc hơi trong tháng 6, (2) sự nâng cao tổng lượng mưa trong tháng 5 và tháng 7, (3) sự giảm thấp nhiệt độ trung bình tháng 5 của năm trước và sự nâng cao lượng nước bốc hơi tháng 4 năm trước Nhìn chung kết quả nghiên cứu quy luật biến động có tính chu kỳ nhiều năm của vòng năm cây gỗ ở các nước châu Âu, châu Mỹ cho thấy: trong biến động của sinh trưởng cây rừng thể rõ tính chu kỳ và nó được quy định bởi tính chu kỳ của hoạt động mặt trời, chu kỳ của hoạt động măt trời kéo theo chu kỳ của các quá trình sinh học khác của rừng. Các nghiên cứu cũng cho thấy có thể dự báo được các quá trình diễn ra trong hệ sinh thái rừng trên kết quả phân tích tính chu kỳ của bản thân các quá trình ấy, hay kết quả phân tích tính chu kỳ của các quá trình tự nhiên và mối quan hệ chặt chẽ giữa chúng với các hiện tượng diễn ra trong hệ sinh thái rừng. Ở Canada, Hàn Quốc và rất nhiều tổ chức quốc gia khác trên thế giới đã và đang nghiên cứu đến đối tượng vòng năm của cây Thông đỏ và cây Sồi liên quan tới lịch sử về thay đổi môi trường (Woo Jung Choi and Dinh Viet Hung, 2010-2013). Ở Hàn Quốc, hai phần 3 đất bề mặt được bao phủ bởi rừng, và loài thông đỏ (Pinus densiflora) và loài sồi (Quercus variabilis, Q. serrata, và Q. mongolica) là hai loài lá kim và lá tròn. Sinh trưởng của cây bị ảnh hưởng bởi một số nhân tố môi trường như biến đổi khí hậu bao gồm nhiệt độ, mưa và ô nhiễm không khí (Chmura et al. 2011; Giradin et al. 2008). Vì vậy, thông tin trong sự sinh trưởng và về vai trò sinh lý học của loài thông là loài sồi tới thay đổi môi trường là không thể thiếu trong sự hiểu biết về biến đổi khí hậu ảnh hưởng bới vòng năm cây rừng. Những thay đổi của lịch sử trong vòng năm cây rừng được đánh giá từ diện tích vòng vân gỗ hàng năm của cây như một sự sinh trưởng của cây tốt hơn sản xuất ra một diện tích vòng rộng, và do đó việc điều tra một số loài trong diện tích vòng năm của cây liên quan tới thay đổi môi trường như nhiệt độ, mưa và ô nhiễm không khí có thể cung cấp thông tin mà trong đó nhân tố môi trường đóng một vai trò nổi bật hoặc mô phỏng 8 về sự sinh trưởng của cây (Choi et al. 2005b). Tuy nhiên, diện tích vòng năm cây không cung cấp các bằng chứng về sinh lý học (ví dụ như quang hợp) phản ánh của cây trồng tới các nhân tố về môi trường. Ở Hàn Quốc, ảnh hưởng của axit hóa trong đất tới việc suy giảm diện tích rừng tự nhiên đã được nghiên cứu thành công (Kwang Seung Lee and Dinh Viet Hung). Nghiên cứu này đi sâu vào phân tích tỷ lệ Ca/Al, nhưng thực tế số liệu lưu trữ về tỉ lệ Ca/Al trong đất của Việt Nam còn quá ít, nên có thể trong tương lai sẽ đề cập đến nghiên cứu này. Cây Pơ Mu được các nhà khoa học Nhật khám phá cuối thập niên 1990 là có các vòng phát triển dựa trên hai mùa mưa và nắng nhận thấy được rõ. Qua các mẫu (lấy bằng máy khoan tay nhỏ vặn đục vào thân cây) từ 36 thân cây Fokienia, nhóm nghiên cứu của ông Buckley đã tái tạo lại thời tiết chính xác nhất trong quá khứ hơn 700 năm cách ngày nay cho đến tận thế kỷ 13. Kết quả cho thấy có sự liên hệ chặt chẽ (closed correlation) giữa hạn hán trong vùng có cây Fokienia sống ở lưu vực sông Cửu Long và mô hình thời tiết El Nino Trong một nghiên cứu khác, Teak được biết đến trong sự thẩm định khí hậu quá khứ vào năm 1931 khi nhà thực vật học người Hà Lan H. Beriage xác định tuổi cây qua các vòng trên thân cây teak ở Java trở lại quá khứ đến tận năm 1514. Ở Indonesia nơi có nhiều teak trong rừng nhiệt đới, các cây cổ xưa này đã được dùng thành công để tái tạo lại nhiệt độ mặt nước biển ở Thái Bình Dương gần Indonesia, thời tiết và hiện tượng El Nino trong quá khứ. 1.1.2. Tại Việt Nam Trước đây nước ta, vòng năm được sử dụng trong lĩnh vực điều tra rừng. Người ta sử dụng vòng năm như một tư liệu quan trọng để nghiên cứu quy luật biến động vòng năm theo tuổi của cá thể và quần thể rừng. Kết quả nghiên cứu được vận dụng vào xây dựng các phương pháp dự báo sinh trưởng theo tuổi của cây rừng và lâm phần (Vũ Tiến Hinh và Phạm Ngọc Giao,1992). Trong những năm trở lại đây người ta đã bắt đầu áp dụng phương pháp phân tích vòng năm vào nghiên cứu sinh thái rừng. Bộ môn Quản lý tài nguyên và môi trường thuộc trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, đã nghiên cứu ảnh hưởng của 9 các chỉ tiêu khí hậu đến sinh trưởng một số loài cây rừng phổ biến ở Việt Nam như: thông, pơmu, trám… Đinh Quỳnh Phương (1993) khi nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ hoạt động của mặt trời đến tăng trưởng thông đuôi ngựa ở lâm trường Ba Vì đã kết luận: biến động vòng năm thông đuôi ngựa ở Ba Vì mang tính chu kỳ, độ dài trung bình các chu kỳ là 10,75 năm. Tác giả chứng minh liên hệ chặt chẽ của các chu kỳ tăng trưởng của cây rừng với chu kỳ hoạt động của mặt trời. Liên hệ tăng trưởng và hoạt động của mặt trời ở nửa đầu của chu kỳ có dạng hàm logarit với hệ số tương quan r = 0,98, ở nửa sau của chu kỳ có dạng hàm parapol với hệ số tương quan chặt r = 0,99. Nguyễn Diệu Phương (1995) với đề tài nghiên cứu: “Đánh giá sớm khả năng sinh trưởng thông đuôi ngựa tại Tam Đảo- Vĩnh Phúc” đã bước đầu kết luận rằng: khả năng sinh trưởng cây rừng càng cao thì bề rộng vòng năm càng ổn định, hệ số biến động bề rộng vòng năm càng thấp. Bề rộng vòng năm của cây giảm theo tuổi, ở những cây có khả năng sinh trưởng cao, bề rộng vòng năm trong giai đoạn tuổi non có xu hướng tăng lên, khả năng sinh trưởng của cây rừng càng cao thì tốc độ và thời gian kéo dài xu hướng tăng lên, của bề rộng vòng năm càng lớn. Trong quá trình phát triển của rừng có hiện tượng cây chuyển từ cấp sinh trưởng sinh trưởng này sang cấp sinh trưởng khác. Những cây có phẩm chất tốt có khả năng chuyển từ cấp thấp lên cấp cao và ngược lại. Xu hướng tăng lên hay giảm đi của bề rộng vòng năm là các chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng sinh trưởng của cây rừng, những chỉ tiêu này không phụ thuộc vào tuổi cây mà chỉ phụ thuộc vào phẩm chất di truyền của nó. Nguyễn Sơn Lai (1994), Phạm Mạnh Hà (1994). Khi nghiên cứu mối quan hệ của các chỉ tiêu khí hậu và cường độ hoạt động của mặt trời với biến động vòng năm cây thông đuôi ngựa đã thu được một số kết quả sau: Biến động của bề rộng vòng năm có xu hướng giảm theo tuổi, mức độ giảm theo tuổi phụ thuộc vào cấp sinh trưởng của cây rừng. Mức độ liên hệ giữa biến động vòng năm với các chỉ tiêu khí hậu giảm dần từ cấp sinh trưởng cao đến cấp sinh trưởng thấp. Có thể sử dụng hệ số biến động bề rộng vòng năm làm chỉ tiêu phản ánh cường độ phân hóa cây 10 rừng. Biến đổi của hệ số biến động bề rộng vòng năm thể hiện rõ tính nhịp điệu, với độ dài chu kỳ từ 8- 11 năm và tương đối phù hợp với nhịp điệu biến đổi của cường độ hoạt động mặt trời. Nguyễn Thị Khánh (1997) đã khẳng định bề rộng vòng năm cây Pơ mu biến động với các nhịp điệu 12 năm, 20 năm, 27- 30 năm. Độ dài chu kỳ 12 năm cây pơ mu biến đổi theo quy luật hàm tuần hoàn, có thể mô phỏng sự biến đó bằng hàm số. Tác giả đã sử dụng hàm chu kỳ để dự đoán chỉ số tương đối của bề rộng vòng năm… Trần Thị Tuyết Hằng (1998) với đề tài: “Nghiên cứu nhịp điệu sinh trưởng đường kính thông đuôi ngựa dưới ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu nhằm phục vụ cho kinh doanh rừng trồng tại lâm trường Tam Đảo – Vĩnh Phúc” đã phát hiện tính nhịp điệu của sinh trưởng và phân hóa của cây rừng trong các lâm phần thông đuôi ngựa, xác định mối quan hệ định lượng của chúng với biến động khí hậu và cường độ hoạt động của mặt trời. Phạm Trọng Nhân, Nguyễn Văn Thêm, Nguyễn Duy Quang khi nghiên cứu về “ Phản ứng của Thông ba lá đối với khí hậu ở khu vực Bảo Lộc, Di Linh và Đà Lạt tỉnh Lâm Đồng” đã rút ra một số kết luận: (1) Bề rộng vàng năm và chỉ số bề rộng vòng năm của Thông ba lá có hiện tượng tự tương quan và tính nhạy cảm rất cao. (2) Phản ứng của Thông ba lá với khí hậu thay đổi tùy theo nơi ở của nó. Tại khu vực Bảo Lộc, Thông ba lá có phản ứng rõ rệt nhất đối với nhiệt độ không khí và số giờ nắng tháng 3. Tại khu vực Di Linh, nhiệt độ không khí tháng 2, 3 và độ ẩm không khí tháng 5 có ảnh hưởng rõ rệt nhất đến tăng trưởng của Thông ba lá. Tại khu vực Đà Lạt, Thông ba lá phản ứng rõ rệt nhất với nhiệt độ không khí tháng 1 và 6, lượng mưa tháng 10 và độ ẩm không khí tháng 12. (3) Tăng trưởng bề rộng vòng năm của Thông ba lá có thể được dự đoán dựa theo mối quan hệ với những yếu tố khí hậu hoặc tổng số cấp thời tiết tổng hợp. Thông ba lá ở Bảo Lộc, Di Linh và Đà Lạt chỉ sinh trưởng tốt khi tổng số cấp thời tiết tổng hợp tương ứng lớn hơn 6, 9 và 12. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố khí hậu đến tăng trưởng của Du Sam tại khu vực Đức Trọng tỉnh Lâm Đồng, Nguyễn Văn Nhẫn đã thấy rằng: Phản 11 ứng tăng trưởng bề rộng vòng năm của Du Sam biểu hiện chặt chẽ nhất với nhiệt độ không khí tháng 12, lượng mưa tháng 3, độ ẩm không khí trung bình tháng 8 và tháng 9, số giờ nắng tháng 1, hệ số thủy nhiệt tháng 3, 8, 9 và 11. Tăng trưởng bề rộng vòng năm của Du Sam có thể được dự đoán dựa theo nhiệt độ không khí trung bình tháng 12, lượng mưa tháng 3 và độ ẩm không khí trung bình tháng 8. Khi Nguyễn Văn Thêm nghiên cứu “Phản ứng của Bạch Tùng đối với những yếu tố khí hậu ở khu vực Núi Ông tỉnh Bình Thuận” đã kết luận: Chuỗi bề rộng vòng năm và chỉ số tăng trưởng bề rộng vòng năm của Bạch tùng có hiện tượng tự tương quan và tính nhạy cảm rất cao. Phản ứng tăng trưởng bề rộng vòng năm của Bạch tùng chỉ biểu hiện rõ rệt với nhiệt độ không khí trung bình tháng 1, 14, 5- 10 và 11-3; lượng mưa tháng 4 và 1-4; độ ẩm không khí trung bình của tháng 1 và 10; số giờ nắng tháng 1 và 9. Võ Hồng Dương với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến sinh trưởng của Thông ba lá (Pinus keysia) ở Lạc Dương tỉnh Lâm Đồng” đã chỉ ra: Bề rộng vòng năm của Thông ba lá có hiện tượng tự tương quan rất cao và thay đổi rõ rệt từ năm này đến năm khác. Sự biến đổi bề rộng vòng năm của Thông ba lá có thể mô tả bằng mô hình mũ sau đây: Y = 2,60492*exp(-0,08265*t) + 0,30, với R2 = 0,9063; Se = ± 0,046. Giữa biến động chỉ số bề rộng vòng năm của Thông ba lá với biến động của chỉ số nhiệt độ không khí trung bình tháng tồn tại mối liên hệ âm (r < 0); trong đó chỉ số bề rộng vòng năm của Thông ba lá chỉ tồn tại quan hệ âm chặt chẽ với biến động của chỉ số nhiệt độ không khí tháng 6 (r = -0,513), tháng 10 (r = -0,509) và tháng 12 (r = -0,443). Giữa sinh trưởng đường kính của Thông ba lá với lượng mưa tồn tại mối liên hệ rất yếu; trong đó sự gia tăng lượng mưa trung bình tháng 1, 3, 4, 6-8 có khuynh hướng làm gia tăng sinh trưởng của Thông ba lá. Ngược lại, sự gia tăng lượng mưa vào tháng 2, 5 và 9-12 lại dẫn đến sự suy giảm sinh trưởng của Thông ba lá. Sinh trưởng đường kính của Thông ba lá có quan hệ chặt chẽ với tổ hợp nhiệt độ của ba tháng 6, 10 và 12 theo phương trình: Y = 14.2093 - 4.10463*T6 - 5.20818*T10 - 3.87814*T12, với R2 = 35,7%; P = 0,0429; Se = ± 0,0451. Sinh trưởng của Thông ba lá có mối quan hệ dương với