SLIDE KHOA HỌC VỀ NIÊN ĐẠI THỰC VẬT VÀ KHÍ HẬU THỰC VẬT

Van Them 18 Những phân môn của khoa học về niên đại thực vật: • Khí hậu thực vật Dendroclimatology - đó là khoa học nghiên cứu khí hậu quá khứ và hiện tại dựa vào vòng năm trên thân cây

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 2

 Vì thế, các vòng năm có thể được sử dụng để xác định năm mà các sự kiện làm cho cây bị khuyết tật hoặc chết.

 Ví dụ, từ vòng năm chúng ta có thể xác định được năm mà cây bị chặt để xây dựng nhà cửa hoặc cây bị đổ do bão và động đất, cháy rừng, dịch sâu hại, năm khô hạn

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 3

 Tại sao chúng ta có thể biết thời gian chính xác của các sự kiện đã ảnh hưởng đến cây gỗ?

 Bởi vì:

 Tăng trưởng = f(khí hậu, yếu tố môi trường khác)

 Những năm có khí hậu thuận lợi và không thuận lợi (năm ẩm và năm khô, năm nóng và năm lạnh) được các loài cây gỗ ghi lại đầy đủ bằng các vòng năm rộng và hẹp

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 4

 Thủ tục nghiên cứu các kiểu vòng năm trên những cây gỗ và đoạn gỗ trong một vùng nhất định được gọi là đối chiếu thời gian

(Crossdating).

 Thủ tục này được sử dụng để nhận biết năm mà mỗi vòng năm đã hình thành và xác định năm lịch chính xác cho các vòng năm

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 5

 Ý nghĩa của đối chiếu thời gian

 Xác định những nguyên nhân có ảnh hưởng đến sự hình thành các lớp vòng năm

 Năm cây phát sinh và năm cây bị chết

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 6

 Bằng cách chồng ghép những cây có tuổi khác nhau, chúng ta có thể suy đoán được những cây đang sống đã được hình thành vào năm nào.

 Bằng cách đối chiếu các sự kiện lịch sử và tự nhiên tương ứng với các lớp vòng năm, chúng

ta có thể phân tích được diễn biến khí hậu trong quá khứ và dự đoán tình hình khí hậu xảy ra trong tương lai

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 7

• Khoa học khôi phục lại khí hậu quá khứ bằng cách sử

dụng các lớp vòng năm là “Khoa học về khí hậu thực vật” (Dendroclimatology)”

• Đây là một phân môn của “Khoa học về tuổi thọ của cây

gỗ” hay “Niên đại của cây gỗ” (Dendrochronology)

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 8

• Tiếp đầu ngữ dendro xuất phát từ tiếng Hylạp,

dendron , có nghĩa là cây gỗ.

• Từ chronology là tên của một ngành khoa học nghiên cứu về thời gian và xác định niên đại cho các sự kiện đặc biệt

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 9

 Thủ tục tái hiện lại khí hậu quá khứ :

a So sánh những ghi chép về khí tượng với bề rộng của

các lớp vòng năm được hình thành vào cùng một thời gian

b Xây dựng một hàm thống kê để mô tả mối quan hệ

giữa bề rộng lớp vòng năm với các yếu tố khí hậu

c Thay thế bề rộng của các lớp vòng năm vào phương

trình để tìm một ước lượng của khí hậu quá khứ

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 10

 Ý nghĩa của khí hậu thực vật

 Những ước lượng khí hậu từ bề rộng các lớp vòng năm có thể thay thế cho những ghi chép

về khí tượng học.

 Cung cấp những thông tin hữu ích về các thời

kỳ và vùng không có thông tin khí tượng.

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 11

 Nghiên cứu các lớp vòng năm có thể giúp chúng

ta giải quyết nhiều vấn đề của các khoa học khác nhau.

 Nghiên cứu các lớp vòng năm có thể giúp chúng ta truy tìm trở lại lượng mưa, gió, tuyết, lửa rừng và các hoạt động của núi lửa cách đây hàng trăm năm.

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 12

1.2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU KHÍ HẬU THỰC VẬT

 Vòng năm của thân cây gỗ là nguồn cung cấp thông tin về điều kiện tự nhiên diễn ra trong thời gian hình thành nó.

 Vòng năm là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học khác nhau như sinh khí hậu học, thủy văn, sinh thái học

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 13

 Kohler (1964) và Kozlowski (1962) cho rằng, các phương pháp sinh khí hậu học có thể gíup chúng ta xác lập mối liên hệ giữa các hiện tượng xảy ra trên trái đất với hoạt động của mặt trời

 Theo Bitvinksas (1974), từ vòng năm có thể khôi phục

và dự báo các hiện tượng và quá trình tự nhiên khác

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 14

 Theo Koerber (1970) và Bitvinksas (1974; 1985),

phương pháp sinh khí hậu học được sử dụng để nghiên cứu:

 Động thái nguồn nước

 Chế độ thủy văn

 Qui luật biến động của khí hậu

 Dự báo khí hậu tương lai…

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 15

 Sinh thái cá thể và quần thể cây rừng

 Dự báo năng suất và diễn thế rừng

 Dự báo sâu bệnh

 Đánh giá hiệu quả các biện pháp kỹ thuât lâm sinh

 Đánh giá ảnh hưởng của con người tới rừng

 Xác định ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái, đặc biệt

là hoạt động của mặt trời, đến sinh trưởng và năng suất của rừng

các lớp vòng năm của cây gỗ để ghi lại những

sự kiện ( De Martin, 1974; Bitvinskas, 1974 ).

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 17

 Tuy vậy, khoa học về niên đại thực vật cũng có thể được sử dụng cho những nghiên cứu về môi trường và khí hậu

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 18

 Những phân môn của khoa học về niên đại thực vật:

• Khí hậu thực vật (Dendroclimatology) - đó là khoa học nghiên cứu khí hậu quá khứ và hiện tại dựa vào vòng năm trên thân cây gỗ.

• Lập bản đồ thực vật ( Dendroclimatography ) - đó

là khoa học nghiên cứu lập bản đồ khí hậu quá khứ và hiện tại từ việc phân tích những lớp vòng năm trên thân cây gỗ.

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 19

• Sinh thái thực vật ( Dendroecology ) – đó là khoa học nghiên cứu các quần xã sinh học trong quá khứ bằng việc phân tích lớp vòng năm.

• Thủy văn thực vật ( Dendrohydrology ) – đó là khoa học nghiên cứu các lớp vòng năm để xác định quy luật biến đổi của các dòng chảy của sông - hồ và lịch sử lũ lụt.

• Địa chất thực vật ( Dendrogeomorphology ) – đó

là khoa học phân tích các lớp vòng năm để nghiên cứu các quá trình địa chất

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 20

1.3.2 Giá trị của khí hậu thực vật

 Các lớp vòng năm trên thân cây cung cấp nhiều thông tin có giá trị về khí hậu quá khứ ( Paleoclimate ).

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 21

 Nguyên nhân:

(1) Bề rộng vòng năm được đo dễ dàng cho nhiều năm liên tục và chúng có thể được dùng để kiểm tra tài liệu khí hậu.

(2) Các vòng năm ghi lại chính xác các hiện tượng thời tiết của những năm mà chúng hình thành.

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 23

 Chẳng hạn

 Suy đoán sự lưu thông không khí

 Dự đoán sự xuất hiện tình trạng khí hậu xấu

 Dự đoán động đất

 Dự đoán cháy rừng và dịch sâu hại…

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 25

 Hầu như những nghiên cứu về các mối liên hệ giữa sinh trưởng của cây gỗ với các điều kiện môi trường chỉ thực hiện cho cây con trong vườn ươm, cây trồng trong nhà kính và rừng non.

 Hiên nay vẫn còn thiếu những hiểu biết về sinh thái của những cây trưởng thành.

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 27

• Nguyên nhân

 Nhiều loài cây sinh trưởng trong điều kiện môi trường ít gặp hoặc không gặp những yếu tố giới hạn

 Cây gỗ có thể sinh trưởng liên tục và trong một lớp tăng trưởng có thể hình thành nhiều lớp gỗ trong cùng một năm.

 Các lớp vòng năm của nhiều cây gỗ biểu hiện thiếu rõ ràng

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 28

 Vì thế, việc xác định tuổi cây và bề rộng các lớp vòng năm của những loài cây gỗ ở nhiệt đới nhằm nghiên cứu quan hệ giữa chúng với các yếu tố khí hậu cũng không thể thực hiện được một cách dễ dàng

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 29

 Cần nhận thấy rằng, trong một số trường hợp, các yếu tố của lập địa và các yếu tố sinh lý ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây có thể lớn hơn các yếu tố khí hậu.

 Ảnh hưởng của khí hậu đến tăng trưởng của lớp vòng năm biểu hiện không rõ ràng trong các trường hợp các lớp vòng năm rộng hoặc khi cấu trúc của lớp vòng năm tương tự như nhau từ năm này đến năm khác.

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 31

 Nguyên lý này có thể được tóm lược chung như sau:

Hiện tại là chìa khóa để khám phá quá khứ

 Áp dụng vào lĩnh vực khoa học về tuổi thọ của cây,

chúng ta có thể tóm tắt nội dung cơ bản của nguyên lý đồng dạng như sau:

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 32

 Các quá trình vật lý và sinh học liên kết môi trường hiện tại với những biến động hiện tại trong tăng trưởng của cây gỗ cũng đã có trong quá khứ

 Cũng như thế, các kiểu biến động thời tiết và các kiểu khí hậu quan sát được hôm nay cũng đã xuất hiện trong quá khứ

có chăng chỉ khác nhau về tần số, cường độ và khuynh hướng ảnh hưởng

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 34

 Do đó, chúng ta có thể xây dựng mối quan hệ giữa biến động về tăng trưởng của cây gỗ với biến động của các yếu tố khí hậu trong quá khứ

và hiện tại.

 Nhưng để làm được điều đó, điều quan trọng là toàn bộ dãy biến động khí hậu xuất hiện trong quá khứ cũng phải có trong mẫu môi trường hiện nay

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 35

 Ví dụ:

 Mẫu khí hậu hiện tại phải có ít nhất một năm khô hạn hoặc một

năm ẩm ướt tương tự như mẫu khí hậu quá khứ

 Nếu điều đó không xảy ra và điều kiện quá khứ nằm ngoài phạm

vi của khí hậu hiện tại, thì những suy đoán từ vòng năm sẽ không phù hợp và không chính xác.

 Nếu những giả định của nguyên lý đồng dạng không được đảm

bảo, thì các kết luận đưa ra là không có ý nghĩa

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 36

1.4.2 Nguyên lý về các yếu tố giới hạn

 Nguyên lý về các yếu tố giới hạn phát biểu rằng, một quá trình sinh học, chẳng hạn như tăng trưởng, không thể diễn ra nhanh hơn khả năng cho phép của yếu tố giới hạn

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 37

Limiting Factors = Những yếu tố giới hạn

• Tăng trưởng của cây gỗ không

thể nhanh hơn mức cho phép

của yếu tố giới hạn

• Bề rộng vòng năm thay đổi tùy

theo mức độ và thời gian tồn tại

của yếu tố giới hạn

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 38

 Các yếu tố giới hạn có thể xuất hiện trong nhiều năm,

nhưng mức độ và phạm vi ảnh hưởng có thể khác nhau

 Nếu một yếu tố thay đổi mà vẫn chưa vượt ra ngoài giới hạn chịu đựng của cây, thì tốc độ tăng trưởng của cây vẫn tăng lên cho đến khi một số yếu tố khác trở thành yếu tố giới hạn

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 39

 Ví dụ:

 Trong thời kỳ thuận lợi nhưng không dư thừa độ ẩm,

tăng trưởng của cây sẽ tăng lên cho đến khi nó bị giới hạn bởi điều kiện khác

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 41

 Nguyên lý này ngụ ý rằng, những vòng năm hẹp hơn cung cấp nhiều thông tin chính xác về điều kiện khí hậu cực hạn hơn là các vòng năm rộng

 Nếu tăng trưởng của một cây không bị giới hạn ở bất kể tuổi nào, thì các vòng năm của chúng không thể cung cấp những thông tin tốt về khí hậu

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 42

1.4.3 Khái niệm về biên độ sinh thái

 Mỗi loài cây, tùy theo yếu tố di truyền ấn định kiểu hình của nó, có thể sinh trưởng và tái sinh trên một phạm vi nơi ở nhất định

 Phạm vi này được gọi là biên độ sinh thái của loài

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 43

 Một số loài sinh trưởng trên một phạm vi không gian rất rộng, còn một số loài khác chỉ sinh trưởng trên một phạm vi không gian hẹp Điều đó xảy ra là do đặc tính di truyền của loài

 Một số loài chỉ sinh sống trong một vùng giới hạn, bởi vì chúng bị cách ly bởi các yếu tố địa lý

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 44

 Ở gần trung tâm phân bố địa lý, các loài thường gặp biến động lập địa rộng hơn Tại đây các yếu tố khí hậu hiếm khi trở thành yếu tố giới hạn tăng trưởng.

 Yếu tố giới hạn chỉ xuất hiện vào những năm có khí hậu cực hạn hoặc ở những nơi có điều kiện sống bị giới hạn

 Ở rìa ranh giới tự nhiên , các loài có thể xuất hiện trên một phạm vi tương đối nhỏ và tại đây khí hậu thường trở thành yếu tố giới hạn các quá trình sinh lý, kể cả tăng trưởng

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 47

 Những yếu tố sinh thái như thời gian chiếu sáng dài, mức độ che bóng, hàm lượng chất khoáng thấp thay đổi không rõ rệt từ năm này qua năm khác có ảnh hưởng rất nhỏ đến biến động của lớp vòng năm

 Những yếu tố phi khí hậu (lửa, dịch hại…) có thể ảnh hưởng không chỉ đến phân bố của thực vật, mà còn đến

bề rộng vòng năm

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 49

1.4.4 Cách thức thu mẫu

 Khi nghiên cứu khí hậu thực vật, điều quan trọng là phải chọn được những cây mẫu có biểu hiện rõ rệt ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến sinh trưởng của chúng

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 50

 Chẳng hạn

 Khi xem xét ảnh hưởng của điều kiện khô hạn đến sinh trưởng của cây gỗ, chúng ta phải chọn những cây gỗ sống trong điều kiện thiếu nước.

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 51

 Nói chung, mẫu nghiên cứu niên đại thực vật phải đạt

2 yêu cầu sau đây:

a Mẫu phải bao gồm một tập hợp những yếu tố giới hạn

giống nhau đối với tăng trưởng của những cây gỗ

b Mẫu phải chứa những thông tin bổ ích

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 52

 Do đó, phương pháp chọn mẫu theo kiểu phân cấp

thường được áp dụng để thu thập số liệu về niên đại thực vật

 Cách thu mẫu theo kiểu phân cấp có thể hạn chế bớt những biến động của lớp vòng năm do nhiều yếu tố môi trường cùng phối hợp ảnh hưởng

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 53

 Chọn mẫu theo kiểu phân cấp:

a Trước hết, chọn một tổng thể không chỉ bao gồm một

tập hợp những yếu tố giới hạn giống nhau đối với tăng trưởng của cây gỗ, mà còn chứa những thông tin bổ ích khác

b Sau đó, chọn mẫu ngẫu nhiên từ tổng thể này

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 54

 Khi nghiên cứu khí hậu thực vật, các nhà niên đại thực vật phải áp dụng quy luật về các nhân tố giới hạn và khái niệm biên độ sinh thái nhằm thu được những thông tin cần thiết

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 55

 Chẳng hạn:

 Khi nghiên cứu quan hệ giữa bề rộng của lớp vòng năm với điều kiện khô hạn, điều quan trọng là phải chọn được những cây gỗ mọc ở những nơi khô hạn hay bị giới hạn bởi điều kiện khô hạn

 Khi nghiên cứu quan hệ giữa bề rộng của lớp vòng năm với điều kiện nhiệt độ, điều quan trọng là phải chọn được những cây gỗ mọc ở những nơi có địa hình cao hoặc vĩ độ cao

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 56

 Trong các vùng khí hậu ôn đới và ẩm, bề rộng vòng năm của cây gỗ bị kiểm soát bởi môi trường cực hạn

 Môi trường cực hạn này là do khí hậu gây ra

 Vì thế, chọn mẫu cây nghiên cứu ở vùng khí hậu cực hạn cho phép chúng ta dễ dàng xác định tuổi cây và phân tích bề rộng vòng năm trong quan hệ với các yếu

tố môi trường

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 57

1.4.5 Tính nhạy cảm

• Quan sát chi tiết cấu trúc các vòng năm của cây gỗ bằng kính lúp phóng đại có thể khám phá ra ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến bề rộng vòng năm

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 58

 Những cây gỗ bị giới hạn bởi các yếu tố môi trường càng lớn, thì bề rộng vòng năm của chúng có biến động càng lớn

 Vì thế, các nhà niên đại thực vật gọi sự biến đổi của lớp vòng năm là tính nhạy cảm (Sensitivity)

 Hiện tượng bề rộng vòng năm không biến đổi là tính thoả mãn (Complacency)

07/25/24 PGS TS Ng Van Them 59

 Sự dao động của bề rộng các vòng năm có thể xác định được thông qua tính các đặc trưng thống kê.

 Khám phá ra những nguyên nhân làm cho các vòng năm thay đổi sẽ giúp ta hiểu rõ hơn về đời sống của cây gỗ.