Đoàn kết – trung thực – sáng tạo – hiệu quả - chất lượng

Thông tin kết quả nghiên cứu đề tài KH&CN cấp bộ mã số B2020-TNA-05 do TS. Dương Văn Đoàn - Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên chủ nhiệm

Đăng ngày: 13-05-2022 | 185 lần đọc
|
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

- Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp quang phổ cận hồng ngoại để xác định nhanh tính chất cơ học của gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) phục vụ chọn giống trồng rừng gỗ lớn.

- Mã số: B2020-TNA-05

- Chủ nhiệm đề tài: TS. Dương Văn Đoàn

- Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên

- Thời gian thực hiện: 01/2020 – 06/2022

2. Mục tiêu

- Xây dựng được bộ chỉ số cơ học của gỗ (độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh) đo bằng công nghệ NIR cho các giống Keo tai tượng đang được trồng phổ biến ở Việt Nam.

- Lựa chọn được giống Keo tai tượng có ưu thế về tính chất cơ học dựa trên kết quả phân tích NIR phục vụ cho chọn giống trồng rừng gỗ lớn.

3. Tính mới và sáng tạo

Sử dụng các phương pháp truyền thống để đánh giá các tính chất cơ học của gỗ thường tốn nhiều thời gian, kinh phí, số lượng mẫu hạn chế, đặc biệt sau khi đánh giá mẫu gỗ bị phá hủy và không sử dụng lại được. Ứng dụng các công nghệ cao để đánh giá và ước tính được các tính chất cơ học gỗ mà không phá hủy mẫu và giải quyết được các hạn chế của phương pháp truyền thống là hướng đi mới và ít được ứng dụng ở Việt Nam.

4. Kết quả nghiên cứu

- Giá trị trung bình của mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE), độ bền uốn tĩnh (MOR), khối lượng thể tích (KLTT) và chiều dài sợi gỗ (CDSG) ở 7 nguồn giống Keo tai tượng được kiểm tra trong nghiên cứu này lần lượt là 7,65 GPa, 75,57 MPa, 0,47 g/cm3, và 0,60 mm. Kết quả phân tích phương sai ANOVA đã chỉ ra rằng có sự khác biệt rõ ràng (P < 0,05) về giá trị MOE, MOR, và KLTT giữa các nguồn giống Keo tai tượng. Giá trị cơ học cao nhất được tìm thấy ở nguồn giống F (Long Thành), được theo sau bởi nguồn giống B (Ba Vì). Kết quả này chỉ ra rằng nếu người dân mong muốn trồng rừng cho mục đích lấy gỗ có các tính chất cơ học cao (dung cho các sản phẩm cấu trúc) thì có thể chọn các nguồn giống từ Long Thành hoặc Ba Vì.

- Sử dụng công nghệ quang phổ cận hồng ngoại, giá trị trung bình mô đun đàn hồi uốn tĩnh (N-MOE) của 07 nguồn giống Keo tai tượng là 7,07 GPa. Kết quả phân tích phương sai ANOVA chỉ ra kết quả tương tự với giá trị MOE đo bằng phương pháp truyền thống khi giá trị N-MOE lớn nhất là ở nguồn giống F và nguồn giống B. So với phương pháp sóng ứng suất và sóng siêu âm, thì giá trị N-MOE ước tính từ phương pháp quang phổ cận hồng ngoại có giá trị trung bình gần nhất so với giá trị trung bình MOE. Giá trị N-MOE cao hơn giá trị MOE chỉ có 0,65%. Kết quả này gợi ý rằng phương pháp quang phổ cận hồng ngoại có tiềm năng để sử dụng cho đánh giá tính chất cơ học gỗ Keo tai tượng.

- Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng công nghệ quang phổ cận hồng ngoại có thể được sử dụng để dự đoán được giá trị KLTT và CDSG của gỗ Keo tai tượng. Có tương quan tuyến tính rõ ràng giữa giá trị KLTT và CDSG với NIR. Hệ số tương quan giữa KLTT và NIR là 0,77 (P < 0,001), trong khi đó hệ số tương quan giữa CDSG và NIR là 0,84 (P < 0,001)

5. Sản phẩm

5.1. Sản phẩm khoa học (03 bài báo quốc tế thuộc danh mục SCIE, Q2; 02 bài báo trong nước;)

[1]. Doan Van Duong*, Masumi Hasegawa (2021), "Predicting mechanical properties of clear wood from Acacia mangium provenances using ultrasound", Bioresources 16(4):8309-8319. DOI: 10.15376/biores.16.4.8309-8319 (SCIE, Q2 trên WoS, Q3 trên Scimago)

[2]. Doan Van Duong*, Laurence Schimleck, Dong Lam Tran (2022), "Variation in wood density and mechanical properties of Acacia mangium provenances planted in Vietnam", Journal of Sustainable Forestry, 41(2):1-15. DOI: 10.1080/10549811.2022.2045507. (SCIE, Q2 trên Scimago)

[3]. Doan Van Duong*, Masumi Hasegawa (2022), "Relationship between acoustic wave velocity and mechanical properties in Acacia mangium Maderas'', Ciencia y tecnologia (Đã phản biện xong; Q2 trên Scimago).

[4]. Dương Văn Đoàn*, Hà Thị Quỳnh Lưu (2021), "Đánh giá tính chất cơ học gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) bằng phương pháp không phá hủy", Tạp chí Khoa học và Công nghệ Lâm Nghiệp, số 5, tr 126-133.

[5]. Dương Văn Đoàn*, Hồ Ngọc Sơn, Nguyễn Thị Thu Hoàn, Nguyễn Công Hoan, La Thu Phương (2022), "Tương quan giữa sinh trưởng và một số tính chất gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) trồng tại Quảng Trị, Việt Nam", Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Thái Nguyên, 227(05):208-214. DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.5278

5.2. Sản phẩm đào tạo: 01 luận văn thạc sỹ và 02 đề tài tốt nghiệp đại học đã bảo vệ thành công.

[1]. Nguyễn Văn Huy (2021), Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn giống đến chất lượng gỗ Keo tai tượng(Acacia mangium) trồng tại Quảng Trị,Luận văn thạc sỹ, trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.

[2]. Hà Thị Quỳnh Lưu (2021), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sóng ứng suất để đánh giá nhanh các tính chất cơ học gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium ) trồng tại Quảng Trị, Việt Nam, Đề tài tốt nghiệp Đại học, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.

[3]. Nguyễn Thanh Huyền (2021), Nghiên cứu sự biến đổi các tính chất co rút và giãn nở giữa các nguồn giống Keo tai tượng (Acacia mangium) trồng tại Quảng Trị, Việt Nam. Đề tài tốt nghiệp Đại học Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.

5.3. Sản phẩm ứng dụng

- Bộ chỉ số tính chất cơ học gỗ Keo tai tượng đo bằng phương pháp NIR.

- Quy trình đánh giá chất lượng gỗ Keo tai tượng bằng công nghệ NIR.

- Giống keo tai tượng có ưu thế về tính chất cơ học làm nguyên liệu cho chọn giống phục vụ trồng rừng gỗ lớn.

6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu

6.1. Phương thức chuyển giao         

Sau khi kết thúc đề tài, quy trình đánh giá chất lượng gỗ Keo tai tượng bằng công nghệ NIR có thể được chuyển giao cho các Viện, Trung tâm nghiên cứu Lâm Nghiệp, các Lâm trường, Công ty khai thác và chế biến lâm sản có nhu cầu.

6.2. Địa chỉ ứng dụng

- Các Viện, trung tâm nghiên cứu giống cây Lâm Nghiệp.

- Các lâm trường, công ty khai thác và chế biến lâm sản.

6.3. Tác động và lợi ích mang lại

Đề tài được thực hiện đã đào tạo được 01 thạc sĩ làm luận văn tốt nghiệp; 02 đề tài tốt nghiệp đại học; 03 bài báo quốc tế; và 02 bài báo trong nước. Kết quả đề tài sẽ góp phần cải thiện chất lượng, hiệu quả đào tạo và nghiên cứu khoa học trong Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information

- Project title: Study on application of near infrared spectroscopy technology to rapidly evaluate mechanical properties of Acacia mangium for tree breeding program.

- Code number: B2020-TNA-05

- Coordinator: Dr. Duong Van Doan

- Implementing institution: Thai Nguyen University

- Duration: 01/2020 – 06/2022

2. Objective(s)

- Building the mechanical properties data (modulus of rupture – MOR and modulus of elasticity – MOE) measured by NIR technology for different Acacia mangium provenances planted in Vietnam.

- Selecting the Acacia mangium provenances that have the best mechanical properties based on the predicted NIR result for tree breeding program.

3. Creativeness and innovativeness

Using traditional methods to assess the mechanical properties of wood is often time-consuming, expensive, and has a limit the number of samples, especially the samples are destroyed after testing and unusable. Applying high technologies to assess and estimate the mechanical properties of wood without destroying the samples abd solving the limitations of the traditional methods is a new approach and has not commonly used in Vietnam.

4. Research results

- Average values ​​of the modulus of elasticity (MOE), modulus of rupture (MOR), ar-dry density (KLTT), and wood fiber length (CDSG) in 7 different provenances Acacia mangium tested in in this study were 7.65 GPa, 75.57 MPa, 0.47 g/cm3, and 0.60 mm, respectively. The results of ANOVA analysis shown that there were significant differences (P < 0.05) in MOE, MOR, and KLTT among provenances. The highest mechanical value was found in provenance F (Long Thanh), followed by provenance B (Ba Vi). This result indicates that if the farmer wish to plant forests for the purpose of obtaining timber with high mechanical properties (structural products), they can choose seed sources from Long Thanh or Ba Vi.

- Using near-infrared spectroscopy, the average value of the static modulus of elasticity (N-MOE) of 07 provenances of Acacia mangium was 7.07 GPa. The results of ANOVA analysis showed similar results to the MOE values ​​measured by the traditional method when the highest N-MOE values ​​were also found in the Long Thành and Ba Vi provenances. Compared with the stress wave and ultrasound methods, the N-MOE estimated from the near-infrared spectroscopy method has the closest mean to the mean MOE measured by the traditional method. The N-MOE value is only 0.65% higher than the MOE value. This result suggests that near-infrared spectroscopy has the potential to be used for mechanical properties assessment of Acacia mangium planted in Vietnam

- The results in present study also show that near-infrared spectroscopy technology can be used to predict the KLTT and CDSG values ​​of Acacia mangium. There were significant correlations between KLTT and CDSG ​​with NIR. The correlation coefficient between KLTT and NIR was 0.77 (P < 0.001), while the correlation coefficient between CDSG and NIR was 0.84 (P < 0.001).

5. Products

5.1. Scientific articles

[1]. Doan Van Duong*, Masumi Hasegawa (2021), "Predicting mechanical properties of clear wood from Acacia mangium provenances using ultrasound", Bioresources 16(4):8309-8319. DOI: 10.15376/biores.16.4.8309-8319 (SCIE, Q2 in WoS, Q3 in Scimago).

[2]. Doan Van Duong*, Laurence Schimleck, Dong Lam Tran (2022), "Variation in wood density and mechanical properties of Acacia mangium provenances planted in Vietnam", Journal of Sustainable Forestry 41(2):1-15. DOI: 10.1080/10549811.2022.2045507. (SCIE, Q2 in Scimago).

[3]. Doan Van Duong*, Masumi Hasegawa (2022), "Relationship between acoustic wave velocity and mechanical properties in Acacia mangium Maderas", Ciencia y tecnologia (completed review; SCIE, Q2 in Scimago).

[4]. Duong Van Doan*, Ha Thi Quynh Luu (2021), "Evaluating mechanical properties of Acacia mangium wood using nondestructive method", Journal of Forest Science and Technology,5: 126-133 (In Vietnamease with English summary).

[5]. Dương Van Doan*, Ho Ngoc Son, Nguyen Thi Thu Hoan, Nguyen Cong Hoan, La Thu Phuong (2022), "The relationships between growth characteristics and some wood properties of Acacia mangium planted in Quang Tri, Vietnam", TNU Journal of Science and Technology, 227(05):208-214 (In Vietnamease with English summary). DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.5278

5.2. Training products

[1]. Nguyen Van Huy (2021), Study on effect of provenance on wood quality of Acacia mangium planted in Quang Tri province, Master thesis, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry.

[2]. Ha Thi Quynh Luu (2021), Application of the stress wave technology to rapid assess the mechanical properties of Acacia mangium planted in Quang Tri province, Undergraduate thesis, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry.

[3]. Nguyen Thi Thanh Huyen (2021), Study on variatons in shrinkage – swelling properties among Acacia mangium provenances planted in Quang Tri province, Undergraduate thesis, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry.

5.3. Application products

- The set of mechanical property indexes of Acacia mangium measured by the NIR method.

- Process of assessing the quality of Acacia mangium wood by NIR technology.

- Acacia mangium provenances have the advantage of mechanical properties as a raw material for selecting varieties for large timber plantations.

6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results

6.1. Transfer alternatives

After finishing the research, the process of assessing the quality of Acacia mangium wood by NIR technology can be transferred to the Institutes, Forest Research Centers, Forest Enterprises, Forest Product Exploitation and Processing Companies.

6.2. Application institutions

- Forestry plant varieties research institutes and centers.

- Forestry enterprises, companies exploiting and processing forest products.

6.3. Impacts and benefits of research results

This research supported to train 01 master and 02 undergradute students. The research results include 03 international scientific articles and 02 Vietnamese articles. These results will contribute to improving the quality and efficiency of training and scientific research in Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry.

Ban KHCN&ĐN