Góp phần nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho cây rừng việt nam

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 dụn

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thực tiễn sản xuất lâm nghiệp, vì nhiều mục đích khác nhau mà các nhà kinh doanh rừng, các nhà nghiên cứu đòi hỏi phải có các phương tiện

để xác định nhanh thể tích cây đứng (cây vẫn đang sinh trưởng) Biểu thể tích

là một trong những công cụ quan trọng để xác định thể tích cây đứng

Ở nước ta, các bảng biểu thể tích đã bắt đầu được xây dựng để phục vụ cho công tác điều tra rừng từ hơn 50 năm trước (Đồng Sĩ Hiền, 1974) Qua hàng chục năm phát triển, khoa học điều tra rừng trong nước đã xây dựng được biểu thể tích toàn quốc, biểu thể tích theo nhóm loài cây, cũng như cho từng vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên và rừng trồng cho nhiều loài cây trồng rừng chính Những biểu này đã phục vụ đắc lực cho công tác điều tra, quản lý, kinh doanh rừng ở nước ta Tuy nhiên, biểu thể tích các loài cây rừng tự nhiên đã xây dựng quá lâu (hơn 3 thập kỷ trước)và có những mặt chưa đáp ứng được yêu cầu sản xuất,kinh doanh cũng như nghiên cứu khoa học Lâm nghiệp trong thời hội nhập và mở cửa

Ngày nay, với sự hỗ trợ đắc lực của các công cụ hiện đại, việc xử lý số liệu thực nghiệm đã được đơn giản hoá rất nhiều Bên cạnh đó, nhiều phương pháp mới đã được phát hiện mang lại nhiều tiện ích trong quá trình tính toán

và xử lý số liệu Để góp phần cải tiến việc lập biểu thể tích theo hướng đơn

giản, hiện đai mà vẫn bảo đảm yêu cầu độ chính xác, tôi lựa chọn đề tài “ Góp phần nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho cây rừng tự nhiên Việt Nam”

Đề tài kế thừa kết quả nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích theo

đề xuất của GS.TS Vũ Tiến Hinh, việc tính thể tích thân cây khi lập biểu dựa vào quan hệ giữa V và G01 (thông qua G1,3), F01 thực tế và H mà không theo công thức truyền thống mà các tác giả trước đây đã sử dụng

2

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Trên thế giới

1.1.1 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)[10] , đó là: “Thể tích cây phụ thuộc vào đường kính, chiều cao và hình dạng Khi thể tích của cây được xác định đúng thì giá trị thể tích đó được sử dụng cho mọi cây khác có cùng đường kính, chiều cao và hình dạng” Kể từ thời của Cotta, hàng trăm biểu thể tích đã được xây dựng bằng nhiều phương pháp khác nhau và được đưa vào sử dụng Tuy nhiên, kể từ giữa thế kỷ 20, xuất hiện xu hướng giảm thiểu số biểu thể tích 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)[10]

Tuy đã có nhiều biểu thể tích được xây dựng nhưng các nhà lâm nghiệp vẫn đang tìm kiếm những phương pháp đơn giản, khách quan và chính xác nhất Trong khi cây rừng là thể hình học có tính biến đổi cao nên không một biểu thể tích đơn giản, 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 cách tuyệt đối các yêu cầu đó Bởi vậy, ngày nay một số phương pháp xây dựng biểu cổ điển đã không được sử dụng nữa Ví dụ, phương pháp đường cong hợp lý (harmonized-curve method) (Chapman and Meyer, 1949)[6] không còn được sử dụng vì nó cần số lượng số liệu đầu vào rất lớn để xây dựng mối quan hệ giữa các biến 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

1974[2] ; Husch et al., 2003[10] ; Akindele và LeMay, 2006[9] )

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 1 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 dựng biểu thể tích Dạng hàm đơn giản nhất của một biểu thể tích địa phương là:

Trong đó V và D như trên còn bi là các hằng số

Các hàm thể tích địa phương khác đã được sử dụng chủ yếu ở Châu

Âu, theo báo cáo của Prodan (1965) và Prodan et al (1997) bao gồm:

(1.2)

(1.3) (1.4) 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

4

dạng Behre (1935) và Smith et al (1961)[6] đã kết luận rằng việc xác định yếu tố hình dạng không phải là một vấn đề đơn giản so với đo đường kính và chiều cao Clutter et al (1983) [6] đã đưa ra 1 số lý do của việc chỉ nên sử

dụng đường kính ngang ngực 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 kinh phí

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

(3)- Với 1 số loài, hình dạng là tương đối ổn định

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

sự biến 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: (1.5) Kiểu kết hợp biến: (1.6)

Dạng đổi biến logarit: (1.8)

Đổi biến của Honer: (1.9)

Các mô hình trong đó nhân tố hình dạng cũng là 1 biến như:

(1.10) (1.11) Các hệ số bi ở trên thu được bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tích hồi quy 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 như đường kính, chiều cao, hình số thì thể tích cây có thể tính được thông qua phương pháp đường sinh

5

Theo Đồng Sĩ Hiền,( 1974)[2] , Mendeleev D.I (1989), Belanovxki I.G (1917)[6] và Wimmenauer K (1918)[6] đã biểu thị phương trình đường sinh thân cây bằng phương trình parabol bậc 2, bậc 3 (Mendeleev và Belanovski) [6] và bậc 4 (Wimmenauer):

y = a + b.x + c.x2 (1.12)

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

và chiều cao bằng hàm số mũ,( Đồng Sĩ Hiền -1974)[2] :

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

Wauthoz L (1964) [6] 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 thể khác nhau, thông số hình dạng m biến động từ gốc đến ngọn Ở mỗi đoạn, thông số m nằm trong 1 phạm vi nào đó Wauthoz xác định thông số m của một thể hình học trừu tượng giản đơn có thể tích bằng thể tích phức tạp là thân cây Nếu trị số m của thể đơn giản ấy xác định được thì thể tích của thân cây được tính bằng tích phân của phương trình trên (Đồng Sĩ Hiền, 1974)[2]

(1.15) Trong đó g0 là tiết diện ngang ở cổ rễ Trong thực tiễn thì g0 được thay thế bằng g1.3 - tiết diện ngang ở vị trí 1.3m như sau:

(1.16)

6

Cũng theo Đồng Sĩ Hiền (1974)[2] , Ozumi (Prodan, 1965) [6] ở Nhật

đã dùng phương trình parabol bậc ba, bậc bốn để biểu thị quan hệ giữa hệ số thon tự nhiên với chiều cao tương đối theo từng cấp hệ số thon ở giữa thân:

K0i = a + b1x +b2x2 + b3x3 (1.17) 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 nhất giữa phương trình đường sinh với đường cong chiều cao Tuy nhiên những phương pháp này dựa trên một giả thuyết không phù hợp với thực tế

Phương pháp củaWauthoz 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 rõ

đã lấy những số liệu nào trên thân cây để lập phương trình

1.1.2 Những nghiên cứu về hình số để lập biểu thể tích

a3

(1.22)

Anout chin.N.P: f1.3 = a + bq2 (1.23)

Kunze.M: f1.3 = a0 + a1q2 +

h q

a

2

2 (1.24)Smony: f1.3 = a0 + a1q2 + a1q2 (1.25)

Polans chutz: f1.3 = a0 + a1q2 +

h q

a

2

2 (1.26)

1.1.2.2 Những nghiên cứu về PT đường sinh:

* Mendeleev (1899), Bena novxky (1917), Wimmenaner (1918)[6] đã xác định dạng phương trình đường sinh và biểu thị nó bằng phương trình toán học, xem đường kính y như là một hàm số của chiều cao x

Y = f(x) (1.27)

Và Mendeleev cùng Bena novxky đã biểu thị hàm này thành dạng bậc

2 và 3, còn Wimmenaner thì đề nghị biểu diễn thành hàm bậc 4

Y= a + bx + cx2 (1.28)Y= a + bx + cx2 + dx3 (1.29)Y= a + bx + cx2 + dx3 + ex4 (1.30)

* Nhiều nhà khoa học với nhiều công trình nghiên cứu đã đưa ra kết quả phương trình đường sinh chung có dạng như sau:

x2= 2.P.(y-h) (1.31) Trong đó: P là thông số điều chỉnh của đường sinh,

x, y lần lượt là toạ độ của Parabol,

h là chiều cao của thân bớt 1m

Từ đó thể tích thân cây được xác định theo công thức sau:

H Md dl

1.2.1 Về việc xây dựng 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)[2] Trong công trình này, tác giả đã đề cập một cách hệ thống và chi tiết về vấn đề lập biểu thể tích Từ việc thu thập tài liệu quan sát đến việc tính toán và xây dựng biểu thể tích

Nghiên cứu dạng phương trình thể tích theo phương pháp tương quan trong điều kiện của rừng miền Bắc nước ta, Đồng Sĩ Hiền (1974)[2] đã thử nghiệm hai dạng parabol và 3 dạng lũy thừa dưới đây cho một số loài cây rừng tự nhiên ở nước ta:

v = a +b.d2 (1.33)

v = a + b1d + b2d2 (1.34) log v = a + blogd (1.35) log v = a + b1logd + b2logh (1.36)

9

logv = a + b1logd + b2logh + b3logq2 (1.37) Kết quả cho thấy hai dạng parabol thường thích hợp nhưng đối với 2 loài Sâng và Táu và dạng đầu với Bứa thì có sai dị rõ rệt giữa r2 và η2

Về các dạng lũy thừa thì biến số q2 nhiều khi không cần thiết mà có thể xác định thể tích qua đường kính và chiều cao Có thể dùng ba phương trình dạng lũy thừa để lập biểu với 1 hoặc 2 hoặc 3 nhân tố, nhưng ở nước ta biểu 3 nhân tố không có tác dụng thực tế Trong điều kiện của nước ta có thể áp dụng tốt hai dạng phương trình 3 và 4

Về lập biểu thể tích bằng phương pháp đường sinh, Đồng Sĩ Hiền (1974)[2] , 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

đa thức:

yˆ = b0 + b1x + b2x2 + …+ bkxk (1.38) Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh.( 1999)[4] đã tổng kết rằng,

để lập biểu thể tích đo tính trữ lượng gỗ cây đứng ở nước ta thường dùng 3 phương pháp sau:

(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, ηi, q2…

(2)- Sử dụng tương quan trực tiếp giữa thể tích thân cây với các nhân tố

đo được như D, H, G, q2 và tổ hợp giữa chúng như các tương quan kép:

tham số phương trình bi bằng tiêu chuẩn đều đạt yêu cầu

Lập biểu thể tích cho loài cây Keo tai tượng Đào Công Khanh et

Phan Nguyên Hy., (2003)[3] đã sử dụng SPSS để thử nghiệm một số dạng phương trình sau:

V = a + b.d2.h (1.48)

V = a + b.h + c.d2.h (1.49)

V = a.db.hc (1.50)

11

để lập biểu thể tích rừng Thông Nhựa Kết quả thử nghiệm cho thấy cả 3 dạng phương trình đều thích hợp cao

* Về ứng dụng phương pháp đường sinh trong lập biểu thể tích:

Đồng Sĩ Hiền (1974)[2], đã sử dụng biến số phụ thuộc (hàm số) là hệ số thon

tự nhiên để lập biểu thể tích bằng phương pháp đường sinh Tác giả đã sử dụng phương trình đa thức:

y = b0 + b1x + b2x2 + …+ bkxk (1.51)

(Trần Hữu Viên., 2002)[6] đã áp dụng phương pháp của Pêtrôpski.V.X (CHLB Nga) để xây dựng phương pháp lập biểu thể tích và biểu độ thon thân cây ở Việt Nam với thể tích thân cây được xác định bằng phương pháp đường sinh:

(1.52) Trong đó:

 2X là đường kính thân cây tại vị trí độ cao l tính từ gốc

 d05 là đường kính giữa thân cây;

 F là hằng số, được gọi là hình số không đổi phụ thuộc vào loài cây

 φ là hàm số của biến số (1.3/H)

 H Là chiều cao của thân cây

Thể tích của từng đoạn thân cây tại vị trí bất kỳ được xác định bằng công thức:

(1.52) Trong đó b = 1, 2, 3,… là chiều cao tại vị trí 1, 2, 3m…

12 Giải phương trình tích phân thể tích từng đoạn thân cây nói trên và từ công

thức (xuất phát từ công thức củaPêtrôpski)

Từ công thức tính thể tích thân cây, công thức tính thể tích từng đoạn thân cây và công thức tính đường kính thân cây tại vị trí độ cao l tính từ gốc nói trên, cho phép xây dựng biểu thể tích và biểu độ thon thân cây, có thể theo mẫu biểu 2 nhân tố hoặc theo cấp chiều cao

Trong đề tài lập biểu sinh trưởng và sản lượng tạm thời cho rừng Keo

lai trồng thuần loài, Nguyễn Trọng Bình et al., (2003)[1] đã sử dụng phương

pháp đường sinh để lập biểu thể tích hai nhân tố với công thức tổng quát đã được các tác giả sử dụng trong đề tài là:

Qua kết quả tính toán và thử nghiệm bậc phương trình đường sinh thân cây, tác giả đã chọn được phương trình bậc 5 là phù hợp nhất cho cả thân cây có

vỏ và không vỏ

Vũ Tiến Hinh et al.[6] đã sử dụng phương pháp đường sinh để lập biểu

thể tích thân cây đứng cho rừng Quế ở Văn Yên – Yên Bái, trong đó phương trình đường sinh ở bậc 6 là thích hợp nhất cho cả thân cây có vỏ và không vỏ Phạm Ngọc Giao ( 1989) [6] trong công trình lập biểu thể tích thân cây đứng cho Thông Mã vĩ ở khu Đông bắc đã dùng công thức V = a + b.d2.Trong khi đó nhóm tác giả Vũ Tiến Hinh và các cộng sự (2000) lại dùng công thức

V = a.db.hc để lập biểu thể tích cho thân cây Sa mộc và mỡ trong công trình lập biẻu sản lượng cho các loài cây này và thông Mã Vĩ Hai công thức trên cùng với công thức V = a + b.h + c.d2.h đã đươc Phan Nguyên Hy.( 2003)[3]

đã thử nghiệm để lập biểu thể tích rừng Thông Nhựa Kết quả thử nghiệm cho thấy cả 3 dạng phương trình đều thích hợp cao Tác giả đã sử dụng các tiêu chí như: (1) – hệ số xác định cao nhất; (2)- sai tiêu chuẩn hồi quy bé nhất; (3)- các hệ số hồi quy của phương trình đều tồn tại và có nghĩa để chọn mô hình

13

Trong công trình này, tác giả cũng đã sử dụng một số phương pháp kiểm tra sai số hệ thống của phương trình bằng sơ đồ, bao gồm: (1)- Kiểm tra tính độc lập của phân bố số phần dư với Vlý thuyết, D và H; (2)- Kiểm tra luật phân bố chuẩn của số phần dư; (3)- Kiểm tra bằng nhau các phương sai của sai số phần dư Tác giả cũng đã sử dụng phương pháp kiểm định dựa trên biến phụ thuộc để khắc phục hiện tương phương sai của sai số thay đổi nhằm nâng cao hiệu lực của mô hình lý thuyết được chọn

Tác giả cũng đã kiểm tra tính thích ứng của biểu thể tích hai nhân tố đã lập được bằng cách tính toán sai số tương đối (∆v%) giữa thể tích thực của cây và thể tích lý thuyết tính được từ mô hình

Trong công trình nghiên cứu gần đây nhất, (Cao Danh Thịnh., 2009)[5]

đã thử nghiệm 4 dạng phương trình:

V = a +b.D

V = a + b.lnD LnV = a + b.D LnV = a + b.lnD

và đã chọn dạng cuối cùng để xây dựng biểu thể tích 1 nhân tố cho cây Luồng

Cũng trong nghiên cứu này, tác giả Cao Danh Thịnh.( 2009)[5] đã xây dựng biểu thể tích thân cây Luồng bằng phương pháp đường sinh với dạng đa thức bậc 4 là thích hợp nhất cho thân ngoài và dạng phương trình bậc 5 là thích hợp nhất với phương trình đường sinh thân trong (phần ống cây)

1.2.2 Về việc đánh giá, lựa chọn mô hình và kiểm tra biểu xây dựng được

Đào Công Khanh et al., (2001)[6] đã sử dụng một số tiêu chí sau đây

để chọn phương trình tối ưu cho các phương trình thử nghiệm:

 Sự tồn tại của phương trình thông qua kiểm tra sự tồn tại của các tham

số theo tiêu chuẩn t của Student;

 Có hệ số tương quan cao;

14

 Sai số hồi quy (Sy/x) của phương trình thấp;

 Đơn giản trong sử dụng

Nguyễn Trọng Bình et al., (2003) [1] đã sử dụng một số tiêu chí sau

đây để chọn hàm sinh trưởng phù hợp:

 Hệ số xác định R2;

 Các tham số của phương trình;

 Sai số tương đối của phương trình

Phương trình được chọn là phương trình có hệ số xác định lớn nhất, sai số nhỏ nhất và các tham số tồn tại

Phan Nguyên Hy., (2003)[3] đã sử dụng các tiêu chí như:

 Hệ số xác định cao nhất;

 Sai tiêu chuẩn hồi quy bé nhất;

 Các hệ số hồi quy của phương trình đều tồn tại và có nghĩa

để lựa chọn mô hình thể tích thích hợp nhất cho việc xây dựng biểu thể tích loài Thông Nhựa Kết quả là phương trình theo dạng hàm V = a + b.d2.h đã được lựa chọn để xây dựng biểu thể tích cây đứng cho rừng Thông nhựa tại khu vực nghiên cứu

* Về việc đánh giá biểu xây dựng được

Trong nghiên cứu lập biểu thể tích làm cơ sở lập biểu sinh trưởng và

sản lượng tạm thời cho rừng Keo lai trồng thuần loài, Nguyễn Trọng Bình et

al., (2003)[1] đã sử dụng 25 cây giải tích khác không tham gia lập biểu để

kiểm tra biểu Các cây này được lựa chọn ngẫu nhiên trên các ô tiêu chuẩn ở các địa phương khác nhau

Theo Nguyễn Trọng Bình et al., 2003[1]; Vũ Tiến Hinh et al.,

1999-(2000)[6], kết quả xây dựng biểu thể tích được kiểm nghiệm biểu thông qua

số liệu của 15-20 cây không tham gia thiết lập phương trình Thông qua kiểm

15

nghiệm sẽ đánh giá được sai số xác định thể tích cây cá lẻ cũng như trữ lượng lâm phần của biểu, đồng thời đánh giá biểu có sai số hệ thống hay không

Để kiểm nghiệm các biểu thể tích xây dựng được, Đào Công Khanh et

al., (2001) đã sử dụng phương pháp sau: Tuỳ vào số lượng cây giải tích của

mỗi loài, chọn ngẫu nhiên theo hệ thống cho mỗi loài tối thiểu 30 cây giải tích

để đưa vào kiểm nghiệm biểu xây dựng được Các cây đưa vào kiểm tra sao cho đảm bảo có ở nhiều tuổi và nhiều vùng sinh thái khác nhau

Nhận xét: Điểm qua một số công trình nghiên cứu trên thế giới cũng

như ở Việt Nam cho thấy, vấn đề lập biểu thể tích cho các loài cây trồng rừng

đã được quan tâm nghiên cứu từ rất sớm Các công trình nghiên cứu đã lập được nhiều loại biểu khác nhau, trong đó biểu thể tích 2 nhân tố đã được quan tâm hàng đầu trong các công trình nghiên cứu này Tuy nhiên việc sử dụng phương pháp phương trình đường sinh thân cây để lập biểu thể tích vấn còn rất hạn chế và mới chỉ giới hạn cho một số loài cây cụ thể Như vậy, việc xây

dựng biểu thể tích của đề tài nên tập trung vào:

+ Xây dựng biểu thể tích bằng cả 2 phương pháp tương quan và phương pháp đường sinh

+ Với phương pháp tương quan nên sử dụng nhóm phương trình giữa

tế để kiểm tra độ chính xác của biểu xây dựng được

+ Bổ sung các tiêu chí lựa chọn mô hình thể tích thích hợp để xây dựng biểu thể tích hợp lý và các tiêu chuẩn để đánh giá mô hình sau khi đã xây dựng xong

16

Chương 2 MỤC TIÊU, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích dựa vào tương quan giữa V

và các nhân tố G01, Hvn và so sánh hiệu quả của biểu với phương pháp lập biểu dựa vào phương pháp đường sinh truyền thống mà các tác giả trước đây

đã sử dụng, để góp phần bổ sung và hoàn thiện một bước phương pháp lập biểu thể tích cho rừng tự nhiên nước ta hiện nay

2.2 Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài chỉ xây dựng biểu thể tích 2 nhân tố thông dụng ở trên thế giới

và ở Việt Nam hiện nay trên cơ sở phương pháp đường sinh thân cây và phương pháp tương quan

- Đề tài chỉ sử dụng số liệu điều tra đo đếm của các loài cây rừng tự nhiên đang khai thác ở khu vực Nam trung bộ - Việt Nam để minh hoạ cho 2 phương pháp lập biểu

- Đề tài chỉ minh hoạ bằng số liệu cây có vỏ ở cả hai phương pháp

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Kiểm tra luật phân bố của F 01 từng loài

2.3.2 Tính toán số điều chỉnh giữa Koi 2 và (Koi) 2 cho từng loài để làm cơ

sở điều chỉnh F 01

σ2 = Koi2 - (Koi)2 (2.1)

2.3.3 Lập tương quan giữa G 01 và G 1.3 : G 01 = f (G 1.3 )

- Lựa chọn một số phương trình tương quan để kiểm tra, rút ra phương trình tối ưu có R2 lớn nhất, sai số hồi quy bé nhất và các hệ số đều tồn tại

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Thu thập số liệu nghiên cứu

Số liệu nghiên cứu là số liệu đo đếm ô tiêu chuẩn và cây tiêu chuẩn ở các lâm phần rừng tự nhiên đang khai thác tại khu vực Nam trung bộ – Việt Nam Phương pháp đo đếm, tính toán cây ngả là các phương pháp thông dụng hiện nay

2.4.2 Phương pháp xử lý số liệu

2.4.2.1 Kiểm tra luật phân bố của F 01

Có nhiều phương pháp kiểm tra luật chuẩn như phưng pháp dựa vào Khi bình phương, phương pháp dựa vào độ lệch và độ nhọn Nhưng ở đây đề tài sử dụng phương pháp Kolmogorov – Smirnov để kiểm tra luật phân bố của Koi xem có thuộc phân bố chuẩn hay không Công thức như sau:

Dn = max  Fn(X)- Fo(X) (2.2) Trong đó:

Fn(X) tần suất luỹ tích thực nghiệm

Fo(X) tần suất lý thuyết luỹ tích (giá trị hàm phân bố)

Nếu dung lượng n>35 ( thường trong nghiên cứu sinh thái n>35) và

Dn > 1.36 / n( ứng với mức ý nghĩa = 0.05) hoặc Dn > 1.63 / n ( ứng với mức ý nghĩa = 0.01) thì giả thuyết bị bác bỏ Trong trường hợp ngược lại giả thuyết chưa có cơ sở bác bỏ

18

2.4.2.2 Chọn ngẫu nhiên các cây kiểm tra

Trong lập biểu tích, nhằm đánh giá biểu xây dựng được thì 10% số cây lấy từ số cây ban đầu sẽ được rút ra để kiểm tra hiệu lực của biểu Những cây này sẽ không tham gia vào quá trình tính toán xây dựng biểu

2.4.2.3 Thăm dò quan hệ D và H, sàng lọc thô các cây cá biệt và xác định giới hạn lập biểu

- Quan hệ giữa D và H được mô phỏng theo các dạng hàm có sẵn trong SPSS và cũng phù hợp với quy luật sinh trưởng chiều cao của cây rừng như:

Dạng hàm Logarithmic, Quadratic, Power, Compound

- Các cây cá biệt được xác định thông qua khoảng ước lượng cá biệt ở xác suất 99%

- Giới hạn lập biểu dựa trên cơ sở giới hạn trên và giới hạn dưới của khoảng ước lượng cá biệt ở xác suất 99%

Quan hệ giữa G01 và G1.3 được gọi là phù hợp nhất khi:

- Phương trình tương quan phải có hệ số xác định cao nhất hoặc gần cao nhất với các hệ số của mô hình đều tồn tại

- Sai số chuẩn ước lượng phải nhỏ nhất hoặc gần nhỏ nhất

2.4.2.5 Phương pháp xác định bậc phương trình đường sinh

Gọi H là chiều cao vút ngọn của cây, Hi là chiều cao thân cây ở vị trí phần 10 thứ i

Nếu đặt thì Xi sẽ nhận các giá trị từ 0 (ở vị trí ngọn cây) tới 1 (ở vị trí gốc cây)

19 Thử nghiệm dạng phương trình đường sinh tổng quát:

(2.3) Trong đó: a0, a1,…an là hệ số của phương trình đường sinh

n là bậc của phương trình đường sinh

Phương trình đường sinh thường là một đa thức bậc cao.Việc lựa chọn bậc phù hợp là một nhiệm vụ quan trọng Có nhiều phương pháp định bậc như phương pháp Đa thức trực giao Sê bư Sép, Phương pháp so sánh mức chênh lệch giữa hệ số xác định và bình phương tỷ tương quan qua tiêu chuẩn F, Phương pháp kiểm tra mức chênh lệch Lack of Fit Do đặc điểm của phương pháp đường sinh là ứng với mỗi giá trị của X thì gồm nhiều giá trị của Y lặp lại (vì lập biểu thể tích thường sử dụng nhiều cây) nên cách tốt nhất để xác

định bậc cho đa thức dạng này là sử dụng kiểm định Lack of fit ((Graham

Jon., 2010; Nguyễn Hải Tuất và Nguyễn Trọng Bình., 2005)

Lack of fit là một kiểm định dựa trên sự kết hợp giữa phân tích phương sai một nhân tố và phân tích hồi quy (Nguyễn Hải Tuất và Nguyễn Trọng Bình., 2005) Theo kiểm định này, bậc của đa thức được xác định bằng tiêu chuẩn F với giả thuyết:

H 0: Bậc của đa thức là thích hợp

H 1: Bậc của đa thức là không thích hợp

(2.4) Với:

n- Tổng số quan sát

a – Số tổ quan sát của biến X

r – Số tham số của phương trình

y – giá trị của biến phụ thuộc

– giá trị trung bình của biến phụ thuộc trong tổ thứ i (i=(1;a))

– giá trị ước lượng của biến phụ thuộc

20

Nếu F tính > F05 tra bảng với k1 = a – r và k2 = n-a (hoặc Sig của F nhỏ hơn 0.05) thì bác bỏ giả thuyết H0 => Bậc của đa thức đã chọn là không thích hợp Theo (Graham Jon., 2010) để đánh giá mức độ phù hợp của các dạng hồi quy tuyến tính thì người ta so sánh Sig của kiểm định Lack of fit với 1 Sig đó càng gần 1 thì đa thức càng phù hợp với mối quan hệ của biến phụ thuộc và

biến độc lập và ngược lại (Nguyễn Thị Thuỳ.,2010)

- Lập biểu thể tích thông qua phương pháp tương quan

- Lập biểu thể tích thông qua phương pháp đường sinh có điều chỉnh

F01 và không điều chỉnh F01.

2.4.2.6 Phương pháp đánh giá biểu

Chọn một số cây không tham gia lập biểu để tính sai số phần trăm theo giá trị tuyệt đối Nếu sai số tổng thể tích <10% và sai số cây cá biệt lớn nhất nhỏ hơn 20% thì biểu coi như đạt yêu cầu

21

Chương 3 KẾT QỦA NGHIÊN CỨU

3.1 Kiểm tra phân bố chuẩn của F 01 , sự phụ thuộc của F 01 vào D 1,3 , H vn

và sàng lọc F 01

3.1.1 Kiểm tra phân bố chuẩn của F 01

Đề tài sử dụng phương pháp Kolmogorov – Smirnov để kiểm tra luật phân bố của F01 vì đây là phương pháp đơn giản, rất thích hợp cho nghiên cứu sinh thái rừng, dễ thực hiện và có độ chính xác tương đối cao

Qua kiểm tra bằng phần mềm SPSS 16.0, kết quả là F01 của tất cả các loài đều tuân theo luật phân bố chuẩn, có Sig dao động từ 0,345 đến 0,893

Bảng 3.1 Kết quả kiểm tra luật phân bố F 01

để bác bỏ, ta tạm thời thừa nhận rằng hình số tự nhiên F01 có dạng phân bố chuẩn Trong đó biểu đồ phân bố F01 của cả 7 loài là tuân theo phân bố chuẩn hơn cả

23

3.1.2.Kiểm tra sự phụ thuộc của F 01 vào D 1,3 và H vn

Để kiểm tra sự phụ thuộc của F01 vào D1,3 và Hvn có rất nhiều cách như kiểm tra bằng phân tích phươg sai, tiêu chuẩn Khi bình phương (Chi square) hay kiểm tra bằng cách vẽ biểu đồ giữa các đại lượng cần kiểm tra xem chúng độc lập hay phụ thuộc nhau Trong đề tài này, tác giả chọn cách kiểm tra sự phụ thuộc của F01 vào D1,3 và Hvn bằng phương pháp vẽ biểu đồ Kết quả như sau:

Như vậy, hình số tự nhiên F01 vừa có phân bố chuẩn lại độc lập với hai đại lượng D1,3 và Hvn nên F01 trung bìnhlà đại diện tốt để đề tài lấy làm cơ sở thực hiện việc lập biểu sau này

3.1.3 Sàng lọc F 01

Sau khi kiểm tra luật phân bố của F01, đề tài tiến hành sàng lọc F01 bằng công cụ Decriptive trong SPSS có tính đến việc lưu các giá trị biến thiên quanh giá trị chuẩn Đây là một công cụ hữu hiệu để lọc số liệu, với công cụ này, các giá trị chuẩn hóa tuyêt đối z > 3 trở lên sẽ bị thay thế bằng giá trị trung bình của dãy biến để loại bỏ sai số trong quá trình tính toán sau này

Sau khi lọc F01, chỉ có 01 giá trị có số sai lệch cần thay thế, đó là giá trị

F01= 0,6007 tại cây Re số 16 có trị số z = -3,02 và đề tài thay giá trị này bằng giá trị F01tb của loài Re là 0,5049

3.2 Phân nhóm loài cây

Việc phân nhóm loài cây nhằm mục đích đưa các loài có giá trị Koi (hoặc F01) tính toán tương đồng và thuần nhất về một nhóm để tiến hành xử lý

số liệu và tính toán thể tích Để phân nhóm loài cây, đề tài sử dụng một số phương pháp tiên tiến đã được xây dựng và ứng dụng trong phần mềm SPSS

Cụ thể như sau:

trong bảng 3.2 dựa vào tiêu chuẩn Wilks' Lambda qua Khi bình phương:

Bảng 3.2 Phân nhóm bằng Wilks' Lambda

Kiểm tra Wilks' Lambda

Khi bình phương Bậc tự do Mức ý nghĩa

Từ bảng kết quả trên cho thấy các loài cây không thuần nhất với nhau

do mức ý nghĩa của tiêu chuẩn không đồng loạt > 0.05 Như vậy, nếu lập biểu thể tích chung cho 7 loài có thể sai số không đảm bảo.Trong trường hợp như vậy biểu có thể lập cho từng loài riêng lẻ, hoặc một nhóm vài ba loài với nhau Đề tài tiếp tục tiến hành phân nhóm bằng phương pháp phân tích nhóm

(ClusterAnalysis) nhằm phân lập 7 loài thành các nhóm nhỏ hơn Sau đó kiểm

định lại tính thuần nhất gữa các loài trong các nhóm nhỏ

26

3.2.2 Phương pháp sử dụng phân tích nhóm ( ClusterAnalysis)

3.2.2.1 Sử dụng các giá trị Koi để làm cơ sở phân nhóm

a Thăm dò chia 7 loài cây thành 2 nhóm

- Trước tiên tính Koi trung bình cho từng loài Kết quả cho trong bảng:

- Tiến hành phân nhóm theo phương pháp k nhóm trung bình (K-means

cluster) trong phương pháp phân nhóm, kết quả:

Để kiểm tra xem các loài cây trong cùng 1 nhóm có thuần nhất không

đề tài trước tiên thử dùng tiêu chuẩn Kruskal – Wallis để kiểm định nhóm 2, kết quả:

Bảng 3.4 Bảng kiểm tra tính thuần nhất của Koi trong nhóm 2

27

Từ bảng 3.4 ta thấy: mức ý nghĩa của tiêu chuẩn (Sig.) của các giá trị Koi không đồng loạt lớn hơn 0,05 Như vậy, các loài trong nhóm 2 không thuần nhất với nhau về Koi

b Thăm dò chia 7 loài cây thành 3 nhóm

Kết quả như sau:

Loài 1,5 Loài 6 Loài 2,3,4,7

Kiểm tra sự thuần nhất bằng tiêu chuẩn Kruskal – Wallis theo Koi nhóm 3, kết quả:

Bảng 3.5 Bảng kiểm tra tính thuần nhất của Koi trong nhóm 3

Nhưng phương pháp kiểm tra thuần nhất bằng tiêu chuẩn Kruskal – Wallis.H đòi hỏi các Koi độc lập nhau tuy nhiên thực tế các Koi là không độc lập nhau nên hiệu lực thấp.Vì vậy đề tài sử dụng chỉ tiêu F01 để phân nhóm và kiểm tra tính thuần nhất của các loài

3.2.2.2 Sử dụng các giá trị F01 để phân nhóm và kiểm tra thuần nhât trong nhóm

- Tính F01 trung bình:

- Kiểm tra sự thuần nhất F01 trong nhóm 3 theo tiêu chuẩn Kruskal – Wallis:

Bảng 3.7 Kiểm tra sự thuần nhất F 01 trong nhóm 3 theo tiêu chuẩn

29

Từ bảng 3.7 ta thấy mức ý nghĩa của tiêu chuẩn (Sig) = 0,069 > 0,05, như vậy có thể kết luận rằng 4 loài 2,3,4,7 (Dẻ, Gội tẻ, Re, Trâm) thuần nhất với nhau về hình số Đề tài chọn nhóm có số loài cây lớn nhất này để tiến hành lập biểu thể tích nhằm minh họa về phương pháp mà không lập biểu cho các nhóm còn lại

3.3 Thăm dò quan hệ D 1,3 -Hvn, sàng lọc số liệu thô và chọn ngẫu nhiên cây kiểm tra

3.3.1 Thăm dò quan hệ D 1,3 -Hvn

Mục đích của việc thăm dò quan hệ giữa D1,3 và Hvn:

- Loại bỏ một số cây cá biệt theo cả D1,3 và Hvn thông qua ước lượng

cá biệt với xác suất 99% nhằm tăng thêm độ chính xác của biểu

- Thông qua khoảng ước lượng cá biệt để xây dựng đường cong chiều cao giới hạn lập biểu

Trong quá trình phát triển của cây rừng, do sự không đồng nhất về điều kiện sống hoặc do tác động nào đó khiến cho một số cây phát triển không cân đối về chiều cao và đường kính (những cây cá biệt) Những cây này ảnh hưởng đến quan hệ vốn có giữa D1,3 và Hvn khi mô phỏng Bởi vậy, quá trình lập biểu cần sàng lọc thô nhằm loại bỏ những cây cá biệt để đạt được mức độ chính xác hơn trong biểu thị quan hệ vốn có giữa hai đại lượng này

Giới hạn lập biểu là giới hạn về chiều cao tương ứng với đường kính trong biểu thể tích (hay còn được hiểu là phạm vi ngoại suy của giá trị Hvn lý thuyết tương ứng với giá trị D) Cơ sở để xác định giới hạn này là dựa vào khoảng ước lượng cá biệt của quan hệ giữa D1,3 và Hvn (giới hạn lập biểu không quá khoảng ước lượng này)

Để xác định dạng hàm mô phỏng tốt nhất quan hệ của D1,3 và Hvn đề tài đã thử mô phỏng quan hệ của D1,3 và Hvn bằng một số dạng hàm thường dùng và sẵn có trong SPSS

30

Qua kiểm tra, hàm tốt nhất là hàm bậc 2, có R2 = 0,54 Hàm số có dạng: Hvn = 4,701 + 0,566*D1,3 – 0,03* (D1,3)2

Biểu đồ của hàm số ( Hình 3.4)

Hình 3.4 Quan hệ giữa D 1,3 và Hvn theo dạng hàm Quadratic cùng với

khoảng ước lượng cá biệt với độ tin cậy 99% và các cây cá biệt

Hàm Quadratic được chọn là hàm tốt nhất để mô phỏng cho quan hệ

giữa D1,3 và Hvn của số liệu lập biểu Đề tài đã sử dụng hàm này để đi sâu

sàng lọc thô số liệu cũng như xác định khoảng ước lượng cá biệt của Hvn qua

D1,3 nhằm làm cơ sở xác lập giới hạn biểu sau này Nhìn vào biểu đồ trên ta

thấy 2 đường biên chiều cao của 4 loài cây ứng với từng tổ đường kính chính

là giá trị biên của chiều cao khi thành lập biểu thể tích Từ biểu đồ này, đề tài

loại bỏ các cây có Hvn vượt quá 2 đường biên, các cây đó là: cây Re số 144

có Hvn = 44m, cây Re số 148 có Hvn = 35m và cây Trâm số 260 có Hvn =

24m

31

3.3.2 Chọn ngẫu nhiên các cây kiểm tra

Trong lập biểu thể tích, việc chọn ra các cây để kiểm tra biểu là điều cần thiết phải làm để đánh giá hiệu lựu của biểu xây dựng được Thông qua kiểm nghiệm biểu sẽ đánh giá được sai số xác định thể tích cây cá thể cũng như trữ lượng lâm phần, đồng thời đánh giá biểu có sai số hệ thống hay không

(Vũ Tiến Hinh, et al,, 1999-2000) Trong đề tài này, 10% số cây tham gia tính

toán ban đầu sẽ được chọn ra ngẫu nhiên dùng để kiểm tra biểu

Như vậy trong biến Cayloai:

- Các cây loại bỏ sẽ được mã hóa với giá trị là 3 (3 cây);

- Các cây kiểm tra sẽ được mã hóa với giá trị 2 (26 cây);

- Các cây còn lại để tính toán sẽ được mã hóa với giá trị 1 (tổng số là 232 cây)

3.3.3 Thiết lập khoảng ước lượng giới hạn trên và giới hạn dưới của chiều cao theo cỡ đường kính

32

Bảng 3.8 : Khoảng ước lượng giới

hạn trên và dưới của chiều cao theo

cỡ kính

D1,3chiato

Hvn giới hạn dưới

Hvn giới hạn trên

dùng để lập biểu V D1,3chiato Giới hạn

dưới

Giới hạn trên