Tài liệu Đề tài ” Nghiên cứu mối liên hệ giữa thể tích cây có vỏ với một số chỉ tiêu làm cơ sở để lập biểu thể tích gỗ sản phẩm cho một số loài cây khai thác phổ biến vùng Bắc Trung Bộ.” pot

Những nghiên cứu về biểu thể tích Trong việc xây dựng biểu thể tích, các nguyên tắc được đưa ra bởi Cotta từ những năm đầu của thế kỷ 19 vẫn còn nguyên giá trị Husch et al., 2003[27], đ

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Rừng là một nguồn tài nguyên vô cùng phong phú và quý giá của đất nước và có vai trò vô cùng quan trọng với đời sống của con người Nó không những cung cấp

gỗ, củi và các lâm sản ngoài gỗ khác đáp ứng nhu cầu xã hội mà còn góp phần bảo

vệ an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế nông thôn, miền núi ngoài ra rừng còn có

ý nghĩa rất quan trọng mà con người chúng ta chưa phát hiện được ra và tính được

về giá trị sinh thái và môi trường

Tuy nhiên trong những năm gần đây rừng càng ngày càng suy giảm nghiêm trọng

cả về số lượng và chất lượng Rừng bị khai thác một cách bừa bãi, không đúng quytrình quy phạm kỹ thuật làm cho rừng ngày càng nghèo kiệt, không đáp ứng được nhu cầu kinh doanh một cách tổng hợp Do đó việc khai thác rừng hợp lý và bền vững đang là vấn đề mà nhiềutổ chức và chủ rừng quan tâm để rừng sau khi khai thác vẫn đảm bảo được sự bề vững và phù hợp với mục đích kinh doanh

Để lập kế hoach khai thác rừng một cách hợp lý và bền vững thì đòi hỏi các đơn vị

tổ chức kinh doanh rừng phải có số liệu giám sát, đánh giá rừng một cách chính xác và đầy đủ Tuy nhiên việc đo đếm các chỉ số của rừng rất phức tạp, nhiều công đoạn Việc tính trữ lượng rừng và lượng khai thác thông qua lượng tăng trưởng củarừng đòi hỏi người điều tra phải giải tích thân cây, phương pháp này gặp trở ngại nếu chưa nắm vững quy luật mùa sinh trưởng của cây, vòng năm không hiện rõ ràng, bề rộng của vòng năm quá hẹp (với cây sinh trưởng chậm) hoặc không phân biệt được các vòng năm giả (những vòng năm không khép kín), dẫn đến tốn nhiều thời gian, kinh phí và gây tác động đến tài nguyên vì phải chặt hạ cây, đặc biệt khi dùng khoan hoặc dùng đục tăng trưởng thay cho việc của thớt gốc để đếm số vòng năm thường cho kết quả kém chính xác Hiện nay các bảng biểu hỗ trợ cho điều trarừng còn thiếu, trong khi đó công tác điều tra với công cụ thông thường đạt độ tin cậy thấp Với mục tiêu dùng thiết bị công nghệ cao để đo đếm tất cả các chỉ tiêu của rừng để tiết kiệm thời gian và chi phí cho công tác điều tra rừng và góp phần bảo vệ tài nguyên Biểu thể tích đóng vai trò quan trọng trong điều tra đánh giá tài nguyên rừng, giá trị cuối cùng trong điều tra tài nguyên gỗ là thể tích và trữ lượng của rừng Tuy vậy trong thực tế chúng ta không có đủ biểu thể tích cây đứng để sử dụng, biểu của Đồng Sĩ Hiền lập chủ yếu cho các vùng phía bắc, chưa cụ thể hóa cho từng vùng; điều này gây sai số lớn đối với các cây có kích thước khác nhau

Để góp phần giải quyết tồn tại nêu trên , với sự hướng dẫn của Ths Phạm Thế Anh

tôi thực hiện đề tài ” Nghiên cứu mối liên hệ giữa thể tích cây có vỏ với một số chỉ tiêu làm cơ sở để lập biểu thể tích gỗ sản phẩm cho một số loài cây khai thác phổ biến vùng Bắc Trung Bộ. ” là cần thiết.

II TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 Trên thế giới

1.1 Những nghiên cứu về biểu thể tích

Trong việc xây dựng biểu thể tích, các nguyên tắc được đưa ra bởi Cotta từ

những năm đầu của thế kỷ 19 vẫn còn nguyên giá trị (Husch et al., 2003)[27], đó

là: “ Thể tích cây phụ thuộc vào đường kính, chiều cao, hình dạng Khi thể tích củacây được xác định đúng thì giá trị thể tích đó được sử dụng cho mọi cây khác cócùng đường kính, chiều cao và hình dạng” Kể từ thời của Cotta, hàng trăm biểuthể tích đã được xây dựng bằng nhiều phương pháp khác nhau và được đưa vào sửdụng Tuy nhiên kể từ giữa thế kỷ 20, xuất hiện xu hướng giảm thiểu số biểu thểtích bằng việc gộp lại và xây dựng các biểu có khả năng áp dụng cho nhiều loài, ở

những nơi có cùng điều kiện áp dụng biểu.(Husch et al., 2003)[27]

Tuy đã có nhiều biểu thể tích được xây dựng nhưng các nhà lâm nghiệp vẫnđang tìm kiếm những phương pháp đơn giản, khách quan và chính xác nhất Trongkhi cây rừng là thể hình học có tính biến đổi cao nên không một biểu thể tích đơngiản, hoặc một tập hợp các biểu nào có thể đáp ứng được tất cả các điều kiện đó,hoặc không một phương pháp lập biểu thể tích nào có thể đáp ứng được một cáchtuyệt đối các yêu cầu đó Bởi vậy, ngày nay một số phương pháp xây dựng biểu cổđiển đã không được sử dụng nữa Ví dụ như phương pháp đường cong hợp lý(harmonized-curve method) (Chapman and Meyer, 1949) [19] không còn được sửdụng vì nó cần số lượng số liệu đầu vào rất lớn để xây dựng mối quan hệ giữa cácbiến và đường cong hợp lý Hoặc phương pháp biểu đồ liên kết (Alignment-chat

method) và các phương pháp chủ quan khác nhìn chung đã bị loại bỏ Ngày nay,các mối quan tâm thường tập trung vào việc sử dụng các hàm toán học để xây

dựng các biểu thể tích (Husch et al., 2003)[27].

Các mô hình toán học về thể tích thân cây được xem xét như là một hàm củacác biến độc lập: đường kính, chiều cao và hình số (Đồng Sỹ Hiền, 1974[6]; Husch

et al., 2003[10]; Akindele và LeMay, 2006[26] ).

Nó được viết dưới dạng: V = f (D, H, F)

Trong đó:

V – Thể tích

D – Đường kính ngang ngực

H – Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều cao đến một

vị trí bất kỳ trên thân cây

F – Chỉ số hình dạng

Người ta chia các hàm thể tích thành các nhóm:

+ Nhóm các hàm thể tích địa phương: sử dụng một biến độc lập, nhìn chung

là đường kính ngang ngực hoặc đôi khi sử dụng dưới dạng đổi biến để xây dựngbiểu thể tích Dạng hàm đơn giản nhất của một biểu thể tích địa phương là:

V =b o D b1

Trong đó V và D là thể tích và đường kính ngang ngực ; còn bi là các hằngsố

Các hàm thể tích địa phương khác đã được sử dụng chủ yếu ở Châu Âu, theobáo cáo của Prodan (1965) và Prodan et al (1997) bao gồm:

Trong mô hình cuối cùng thì g là tiết diện ngang

+ Nhóm các hàm thể tích chung: những hàm thể tích này ước lượng cả

đường kính và chiều cao, trong một số trường hợp, thêm cả nhân tố hình dạng.Behre (1935) và Smith et al (1961)[19] đã kết luận rằng việc xác định yếu tố hìnhdạng không phải là một vấn đề đơn giản so với đường kính và chiều cao Clutter et

al (1983)[19] đã đưa ra một số lý do của việc chỉ nên sử dụng đường kính ngangngực và chiều cao để xây dựng biểu thể tích, như sau:

(1)- Việc đo các loại đường kính trên thân cây đứng là tốn thời gian và kinhphí

(2)- Biến động về hình dạng thân cây tác động đến thể tích cây là nhỏ hơnnhiều so với biến động về chiều cao và đường kính

(3)- Với một số loài hình dạng là tương đối ổn định

(4)- Với một số loài khác, hình dạng thường có mối tương quan với kíchthước cây, do đó các biến đường kính và chiều cao thường giải thích nhiều về sựbiến động của thể tích

Dưới đây đưa ra một số hàm thể tích chung phổ biến được áp dụng:

Kiểu nhân tố hình dạng không đổi: V =b1D2H (1.5)

Kiểu kết hợp biến: V =b o+b1D2H (1.6)

V =b1D b2H b3

(1.7)

Dạng đổi biến logarit: V =logb1+ b2log D+b3log H (1.8)

Đổi biến của Honer:

Ngoài việc tính toán thể tích bằng phương pháp tương quan, thông qua việc

sử dụng các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc là thể tích với các biến độc lập nhưđường kính, chiều cao, hình số thì thể tích cây có thể tính được thông qua phươngpháp đường sinh

Theo Đồng Sĩ Hiền (1974)[6], Mendeleev D.I (1989), Belanovxki I.G.(1917)[21] và Wimmenauer K (1918)[19] đã biểu thị phương trình đường sinhthân cây bằng phương trình parabol bậc 2, bậc 3 (Mendeleev và Belanovski) [19]

và bậc 4 (Wimmenauer):

y = a + b.x + c.x2 + d.x3 (1.13)

y = a + b.x + c.x2 + d x3 + c.x4 (1.14)Muller G ở CHLB Đức đề nghị biểu thị mối liên hệ giữa đường kính vàchiều cao bằng hàm số mũ (Đồng Sĩ Hiền – 1974)[6] :

D = a.bh = a.elnbh = F(h), và thể tích thân cây bình quân cho những cây cócùng điều kiện lập địa và có chiều cao chính là tích phân của phương trình mũtrên :

4 ∫0h| F ( h ) |2dh

(1.15)Wauthoz L (1964) [19] đã xây dựng phương pháp xác định thể tích thân cây

và lập biểu thể tích trên cơ sở phương trình y2 = A.xm Thân cây gồm nhiều thểkhác nhau, thông số hình dạng m biến động từ gốc đến ngọn Ở mỗi đoạn thông số

m nằm trong một phạm vi nào đó Wauthoz xác định thông số m của một thể hìnhhọc trừu tượng giản đơn có thể tích bằng thể tích phức tạp là thân cây Nếu trị số mcủa thể đơn giản ấy xác định được thì thể tích của thân cây được tính bằng tíchphân của phương trình trên (Đồng Sĩ Hiền, 1974) [6]

Cũng theo Đồng Sĩ Hiền (1974) [6], Ozumi (Prodan, 1965) [19] ở Nhật đãdùng phương trình parabol bậc 3, bậc 4 để biểu thị quan hệ giữa hệ số thon tựnhiên với chiều cao tương đối theo từng cấp hệ số thon ở giữa thân :

K0i = a + b1x + b2x2 + b3x3 (1.18)Tác giả Đồng Sĩ Hiền đã nhận xét về các phương pháp trên như sau :

+ Ý kiến của Muller G có điểm độc đáo là đã vạch ra được sự thống nhấtgiữa phương trình đường sinh với đường cong chiều cao Tuy nhiên những phươngpháp này dựa trên một giả thuyết không phù hợp với thực tế

+ Phương pháp của Wauthoz đơn giản nhưng trong đó còn tồn tại nhiều vấn

đề thực tiễn và lý luận chưa được giải quyết thỏa đáng

+ Phương pháp của Ozumi trong sách của Prodan thì Ozumi không nói nõ đãlấy những số liệu nào trên thân cây để lập phương trình

2 Ở Việt Nam

2.1 Về việc xây dưng biểu thể tích

Công trình nghiên cứu về lập biểu thể tích công phu nhất phải được kể đến đầu tiên

là của tác giả Đồng Sĩ Hiền (1974) [6] Trong công trình này, tác giả đã đề cập mộtcách hệ thống và chi tiết về vấn đề lập biểu thể tích Từ việc thu thập tài liệu quansát đến việc tính toán và xây dựng biểu thể tích

Nghiên cứu dạng phương trình thể tích theo phương pháp tương quan trongđiều kiện của rừng miền Bắc nước ta, Đồng Sĩ Hiền (1974) [6] đã thử nghiệm haidạng parabol và 3 dạng lũy thừa dưới đây cho một số loài cây rừng tự nhiên ở nướcta:

Về các dạng lũy thừa thì biến số q2 nhiều khi không cần thiết mà có thể xácđịnh thể tích qua đường kính và chiều cao Có thể dùng ba phương trình dạng lũythừa để lập biểu với 1 hoặc 2 hoặc 3 nhân tố, nhưng ở nước ta biểu 3 nhân tốkhông có tác dụng thực tế Trong điều kiện của nước ta có thể áp dụng tốt hai dạngphương trình (1.19) và (1.20).

Về lập biểu thể tích bằng phương pháp đường sinh, Đồng Sĩ Hiền (1974) [6]

đã sử dụng biến số phụ thuộc (hàm số) là hệ số thon tự nhiên

Về phương pháp tiếp cận đường sinh, tác giả đã sử dụng phương trình đathức:

y¿= b0+ b1x+b2x2+ +bkxk (1.24)

Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh (1999) [13] đã tổng kết rằng, để lậpbiểu thể tích đo tính trữ lượng gỗ cây đứng ở nước ta thường dùng 3 phương phápsau:

(1)- Nghiên cứu các nhân tố cấu thành thể tích theo công thức V = G.H.f,trong đó G và H thường đo trực tiếp tại rừng, còn f1.3 hay f01 cần lập thành biểu

trong tương quan với các nhân tố dễ xác định như H, D, ƞi, q2

(2)- Sử dụng tương quan trực tiếp giữa thể tích thân cây với các nhân tố đođược như D, G, H, q2 và tổ hợp giữa chúng như các tương quan kép:

V = f( D, D2, H, DH, D2H, G, q2) trong đó dạng V = a+ b1D+ b2H+ b3D2Hđược sử dụng ở nhiều nơi và được giới thiệu trong biểu đối với rừng Thông ba láViệt Nam

(3)- Phương pháp đường sinh thân cây, dựa trên cơ sở các độ thon tương đối

ổn định cho từng loài cây gỗ, nên có thể tạo ra 1 hàm số hoặc 1 tương quan đườngsinh biểu thị độ thon bình quân, đường sinh quay quanh trục H sẽ tạo thành thể tíchthân cây, đây là phương pháp mới đề xuất trong thời gian giữa thế kỷ 20 bởiDjurjue ở Rumani (1963) và Đồng Sĩ Hiền ở Việt Nam (1967)[4]

Cũng trong nghiên cứu này, Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh (1999)[13] đã thử nghiệm các dạng phương trình thể tích như sau:

Kết quả thử nghiệm cho thấy, hệ số tương quan R của dạng phương trìnhđơn giản nhất V = a + bD2H và V = a + b1H + b2G đạt tới lớn hơn 0.99, dạng LogV

= a + b.logD cũng có R = 0.9734 Kiểm tra sự tồn tại của mọi tham số phương

trình bi bằng tiêu chuẩn

tb= b

Sb đều đạt yêu cầu.

Lập biểu thể tích cho loài cây Keo tai tượng Đào Công Khanh (2001) [11]

Phan Nguyên Hy (2003) [4] đã sử dụng SPSS để thử nghiệm một số dạngphương trình sau:

III MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Mục tiêu tổng quát:

Góp phần từng bước hoàn thiện hệ thống bảng biểu phục vụ cho công tác điều tra

và kinh doanh gỗ rừng cho một số loài cây khai thác phổ biến vùng Bắc Trung Bộ

- Mục tiêu cụ thể:

Lập được biểu thể tích gỗ sản phẩm cho một số loài cây khai thác phổ biến vùng Bắc Trung Bộ theo một số phương trình khác nhau, theo biểu thể tích một nhân tố

và biểu hai nhân tố

3.2 Nội dung nghiên cứu

3.2.1Nghiên cứu chung về mối quan hệ giữa các yếu tố có liên quan đến quy trình lập biểu thể tích

3.2.1.1 Kiểm tra sự thuần nhất về hình dạng của loài cao su

3.2.1.2 Nghiên cứu về quy luật phân bố của hình số tự nhiên f 01

3.2.1.3 Nghiên cứu quy luật tương quan giữa các yếu tố cấu thành biểu thể tích

- Loại bỏ số liệu ngoại lai

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngangngực

- Nghiên cứu tương quan giữa đường kính ngang ngực có vỏ và đường kínhngang ngực không vỏ

- Nghiên cứu tương quan giữa chiều cao dưới cành và đường kính ngangngực

3.2.2 Xây dựng biểu thể tích một nhân tố thân cây vút ngọn và dưới cành cho một số loài cây khai thác phổ biến tại khu vực nghiên cứu.

3.2.2.1 Lập biểu thể tích thân cây vút ngọn một nhân tố

- Lập biểu thể tích thân cây với đường kính ngang ngực

- Kiểm tra biểu thể tích một nhân tố

3.2.2.2 Lập biểu thể tích thân cây dưới cành một nhân tố

- Lập biểu thể tích thân cây dưới cành với đường kính ngang ngực

- Kiểm tra biểu thể tích thân cây dưới cành một nhân tố

3.2.3 Lập biểu thể tích thân cây hai nhân tố vút ngọn và dưới cành

3.3.3.1 Lập biểu thể tích hai nhân tố theo phương pháp tương quan

- Lập biểu thể tích thân cây vút ngọn hai nhân tố

- Lập biểu thể tích thân cây dưới cành hai nhân tố và kiểm tra biểu thể tích

3.2.3.2 Lập biểu thể tích theo hình số tự nhiên và đường kính, chiều cao

- Lập phương trình đường sinh thân cây

- Lập biểu thể tích và kiểm tra biểu thể tích

3.2.4 Lựa chọn biểu thể tích và hướng dẫn sử dụng biểu thể tích

3.2.4.1 Lựa chọn biểu thể tích

3.2.4.2 Hướng dẫn sử dụng biểu thể tích

3.2.5 Tính tỷ lệ phần trăm thể tích gỗ cành với thể tích thân cây

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Cơ sở lý luận

Trên quan điểm nghiên cứu ứng dụng vào sản xuất kinh doanh rừng thì trongquá trình nghiên cứu, đề tài cũng kế thừa những thành quả nghiên cứu của các tácgiả đi trước làm cơ sở lựa chọn những mô hình toán học phù hợp, đảm bảo độchính xác cho phép và đơn giản khi sử dụng

Trong quá trình nghiên cứu cần áp dụng phương pháp toán học thống kêhiện đại, trên cơ sở tôn trọng các quy luật sinh vật học của cây rừng và lâm phần.Với nguyên tắc chung là các phương pháp được sử dụng bao gồm cả nhữngphương pháp kế thừa phải thống nhất từ bước thu thập số liệu đến xây dựng vàđánh giá mô hình lý thuyết

3.3.1.1.Sự cần thiết về nghiên cứu tương quan trong lập biểu thể tích

Trong công tác điều tra rừng, việc nghiên cứu các quy luật tương quan giữacác đại lượng của cây trong lâm phần, cũng như tìm hiểu và nắm vững quy luật này

là hết sức cần thiết Trong đó, quy luật tương quan giữa chiều cao và đường kính làmột trong những quy luật cấu trúc cơ bản nhất Thông qua quy luật này, kết hợpvới một số quy luật tương quan f1.3/d, h; V/d…có thể xác định được các đại lượngkhó đo đạc như chiều cao, hình số, thể tích thân cây đứng từ các đại lượng dễ đođạc hoặc tính toán đơn giản hơn Hơn nữa, chiều cao là một trong những nhân tốcấu thành thể tích thân cây và trữ lượng lâm phần và nó cũng là một nhân tố cấuthành các bảng biểu chuyên dụng phục vụ cho công tác điều tra, kinh doanh lợidụng rừng Mặt khác, việc đo chiều cao rất phức tạp và khó khăn vì thế khi xácđịnh được dạng tương quan và đưa ra được các phương trình tương quan cụ thể cóthể tiết kiệm được thời gian trong việc đo và đảm bảo được độ chính xác của mục