Nghiên cứu cơ sở lập biểu thể tích thân cây đứng cho một số loài cây ở khu vực rừng tự nhiên bắc trung bộ

Về phương trình đường sinh Ngoài việc tính toán thể tích bằng phương pháp tương quan thông qua việc sử dụng các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc và thể tích với các biến độc lập như đườn

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS TS Vũ Tiến Hinh

Hà Nội, 2011

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành tại Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam theo chương trình đào tạo cao học chuyên ngành Lâm học, khoá 17 (2009 - 2011)

Trước tiên, tác giả xin đặc biệt cảm ơn GS.TS Vũ Tiến Hinh - người hướng dẫn khoa học, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu, Khoa Sau Đại học và các thầy, cô giáo Trường Đại học Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, các bạn bè đồng nghiệp và cán bộ địa phương nơi tác giả thực hiện nghiên cứu Nhân dịp này, tác giả xin chân thành cảm ơn về sự giúp đỡ có hiệu quả đó

Tôi xin cam đoan số liệu thu thập, kết quả tính toán là trung thực và được trích dẫn rõ ràng

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 11 năm 2011

Tác giả

Đặng Thị Hương Lan

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các từ viết tắt i

Danh mục các bảng ii

Danh mục các hình iv

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Trên thế giới 2

1.1.1 Về tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao 2

1.1.2 Về hình số tự nhiên 5

1.1.3 Về phương trình đường sinh 7

1.1.4 Về việc đánh giá mô hình lựa chọn 9

1.2 Ở Việt Nam 10

1.2.1 Các công trình nghiên cứu về quan hệ thể tích, đường kính và chiều cao 10

1.2.3 Về phương trình đường sinh thân cây 12

1.2.4 Về việc đánh giá, lựa chọn phương pháp qua cây kiểm tra biểu xây dựng được 14

Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 17

2.1.1 Mục tiêu tổng quát 17

2.1.2 Mục tiêu thực tiễn : 17

2.2 Đối tượng nghiên cứu 17

2.3 Nội dung nghiên cứu 18

2.4 Phương pháp nghiên cứu 18

2.4.1 Phương pháp luận 18

2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu 19

2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu 20

2.4.5 Thăm dò quan hệ giữa D và H, xác định giới hạn lập biểu 27

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 28

3.1 Khái quát số liệu nghiên cứu 28

3.2 Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích 29

3.2.1 Thử nghiệm một số phương trình thể tích 29

3.3 Xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên F 01 35

3.3.1 Một số đặc điểm của hình số tự nhiên 35

3.3.2 Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên hình số tự nhiên 36

3.3.3 Kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào một số đại lượng điều tra cây đứng 37

3.3.4 Xác lập quan hệ D 01 và D 1.3 39

3.3.5 Tính sai số thể tích xác định từ hình số tự nhiên 40

3.3.7 Tổng hợp sai số tính thể tích thân cây từ f 01 tính theo phương trình đường sinh 53

3.4 Đề xuất phương pháp xác định thể tích thân cây 54

3.5 Xác lập quan hệ giữa V cvo và V kvo 56

3.6 Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính 57

KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

∆v % Sai số tương đối về thể tích

v% Sai số tương đối bình quân về thể tích

∆%(v) Sai số tương đối tổng thể tích cây kiểm tra

3.2 Kết quả tính hệ số xác định và tham số cho các phương trình thể

tích theo loài

30

3.3 Kết quả tính sai số của các phương trình thể tích 33

3.5 Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên 37 3.6 Kết quả kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào D1.3 và

Hvn

38

3.9 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Dẻ trắng 42 3.10 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Trâm móc 44 3.11 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Trín Qb 46 3.12 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Lim xanh 48 3.13 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Trường sâng 50 3.13 Tổng hợp sai số thể tích từ f01 phương trình đường sinh 53 3.15 Tổng hợp sai số của ba phương pháp xác định thể tích thân cây 55

3.16 Kết quả quan hệ giữa Vcvo và Vkvo 56

3.19 Kết quả xác lập quan hệ giữa D1.3 và Hvn loài Vối thuốc 59 3.20 Kết quả xác lập quan hệ D1.3 và Hvn loài Lim xanh 59 3.21 Kết quả xác lập quan hệ D1.3 và Hvn loài Trường sâng 60 3.22 Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

3.1 Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây của loài Dẻ trắng 43 3.2 Biều đồ phương trình đường sinh của loài Trâm móc 45 3.3 Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Trín Quảng Bình 47 3.4 Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Lim xanh 49 3.5 Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Trường sâng 51 3.6 Quan hệ giữa Vkv và Vcv loài Dẻ trắng 57

3.8 Đường cong giới hạn đường kính và chiều cao loài Trường sâng 60

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cây rừng là một cơ thể sống nên là một khối thống nhất Theo nguyên

lý sinh học, do hoạt động của thượng tầng và mô phân sinh, cứ qua mỗi mùa sinh trưởng, cây rừng đồng thời tăng kích thước theo chiều ngang và chiều dọc (hoặc chiều cao) Vì vậy, giữa chiều cao và đường kính thân cây hoặc giữa đường kính ở các vị trí độ cao khác nhau trên thân cây luôn tồn tại mối liên hệ nhất định Quy luật này đã được các nhà khoa học điều tra rừng nghiên cứu và khẳng định Tuy nhiên, sự tăng đường kính ở các vị trí khác nhau trên thân cây hoặc tăng chiều cao ở các thời điểm khác nhau ngay trong một cây rừng cũng không giống nhau Vì vậy, những mối quan hệ kể trên sẽ bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố nội tại và ngoại cảnh mà không thể đồng nhất cho mọi điều kiện Trong thực tiễn điều tra, khai thác lợi dụng rừng, người ta cần biết một cách gần đúng trữ lượng của rừng để từ đó có các biện pháp quản lý, tác động vào rừng cho hợp lý, mang lại hiệu quả kinh tế cao Tuy nhiên, biểu được lập đã hơn bốn thập niên và mặc dù sau năm 1975 được nghiên cứu bổ sung mở rộng phạm vi sử dụng, nhưng đối tượng lập biểu lúc đó chủ yếu là rừng giàu, thậm chí có cả rừng nguyên sinh Trong khi đó, rừng nghèo và rừng trung bình là đối tượng kinh doanh chủ yếu ở nước ta hiện nay (trên 80%) Qua hàng chục năm phát triển, khoa học điều tra rừng phát triển xây dựng được biểu thể tích cho toàn quốc, biểu thể tích cho nhóm loài cây, cũng như vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên và xây dựng được biểu thể tích hai nhân tố cho hầu hết các loài cây trồng rừng chính Những biểu này đã phục vụ đắc lực cho kinh doanh rừng Nhưng biểu thể tích này đã xây dựng từ rất lâu trong khi đó điều kiện môi trường thay đổi làm thay đổi đặc điểm hình thái của cây rừng Việc lập biểu thể tích mới sẽ bổ sung thêm cho các loài ở

các vùng miền trên cả nước Từ đó đề tài tập trung nghiên cứu : “ Nghiên cứu

cơ sở khoa học lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài cây ở rừng tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ”

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Trên thế giới

1.1.1 Về tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao

Thể tích và trữ lượng là con số biểu thị khối lượng gỗ (tính bằng m3)

mà cây hoặc bộ phận của cây hay toàn rừng tạo ra kể từ lúc chúng xuất hiện tới một thời điểm nào đó Đây là nhân tố điều tra quan trọng hàng đầu cần phải xác định nhằm đánh giá tài nguên rừng của mỗi quốc gia, hay vùng lãnh thổ Mặc dù thân cây hay bộ phận thân cây được xem như một khối hình học tròn xoay chính tắc nào đó nhưng thực tiễn đã cho thấy không thể hoặc không

dễ đo được các chỉ tiêu về kích thước và hình dạng cây đứng nên không thể xác định thể tích của chúng bằng những công thức hình học đã biết Để giải quyết tồn tại này, người ta thường lập sẵn những bảng tra thể tích ứng với đường kính qui chuẩn, chiều cao và hình dạng, gọi chung là biểu thể tích (Volume table) Khoa học Điều tra rừng đã khẳng định thể tích thân hoặc bộ phận thân cây đứng có thể xác định bằng công thức: V  d j2 hf j

4



Với: V là thể tích thân cây hoặc bộ phận của thân cây

dj là đường kính qui chuẩn được chọn ở vị trí nào đó trên phần gốc cây để có thể đo được đẽ dàng

h là chiều cao thân cây

f j là hình số hay đại lượng biểu thị hình dạng của thân cây hoặc

bộ phận hình dạng thân cây ứng với d j đã chọn ở trên

Theo ( (Akindele và Lemay, 2006; Đồng Sĩ Hiền, 1974; Husch, 2003), các mô hình toán học vể thể tích thân cây được xem xét như là một hàm của các biến độc lập: đường kính, chiều cao và hình số Nó được viết dưới dạng:

V= f(D,H,F) (1-2)

(1-1)

Trong đó:

V: Thể tích thân cây

D: Đường kính ngang ngực

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

vị trí bất kì trên thân cây

= a1.d2+b1.h (1-4)

Khi điều tra người ta đo tổng thiết diện ngang, chiều cao, đường kính và

sử dụng những biểu đã lập trên cơ sở phương trình nói trên Carrow.John(1963) dùng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình Bitterlich:

V = a + b.d2.h biến đổi thành V = a + b.g1.3.h (1-5)

M = ∑ V = Na + h.∑g (1-6)

Sau khi kiểm nghiệm tác giả cho rằng có thể dùng phương trình Spurr

để dự kiến lượng tăng trưởng thường xuyên với những tổ hợp khác nhau giữa đường kính và chiều cao

Shumacher B và Hall (1933) đã đề xuất phương trình:

V = k.db1hb2 ( 1-7)

Theo (Jayaraman.K., 1999), trong lâm nghiệp thường sử dụng một số công

thức tương quan sinh trưởng sau đây để tính thể tích hoặc sinh khối cây (biến phụ thuộc) thông qua các biến độc lập là đường kính ngang ngực và chiều cao:

1

V= 1 2 3

b b

H D

Dạng biến đổi logarit: V= logb1 + b2logD + b3logH (1-17)

Đổi biến của Honer: V= 1

2 0

2



 H b b

D

(1-18)

Theo Loetsch-Zoehrer-Haller (1973), độ cao gốc chặt thường lấy bình quân bằng 0,3m Ở các nước nhiệt đới, chiều cao gốc chặt thường lớn hơn, bởi vì nhiều loài cây thường có bạnh gốc Ở châu Âu, đường kính giới hạn phần gỗ ngọn cây thường quy định là 7cm Tuy nhiên, đường kính giới hạn thường thay đổi do kích thước sản phẩm và điều kiện sử dụng gỗ

Với loài Pinus patula ở Kenia, Alder D (1980) xác định đường kính

giới hạn trên bằng 20cm và xác lập quan hệ thể tích thân cây từ gốc chặt đến đường kính giới hạn với đường kính và chiều cao

FAO (1981) giới thiệu biểu gỗ sản phẩm loài pinus halepensis ở miền

Tây Malaysia Trong đó gỗ sản phẩm được tính từ gốc cây đến chiều cao dưới

tán (VS) Thể tích thân cây được xác định thông qua VS bằng phương trình parabon bậc 2

FAO (1989) đã lập biểu sản phẩm cho đối tượng rừng khô với các loại sản phẩm gỗ tròn có đường kính > 40cm, gỗ tròn có đường kính < 40cm, gỗ cột, củi, sản lượng quả Trong đó, gỗ thương phẩm được tính từ gốc cây đến đường kính đầu nhỏ bằng 7,5cm

Với đối tượng kinh doanh gỗ nhỏ hay bột giấy thì gỗ thân cây cũng chính là gỗ thương phẩm

1.1.2 Về hình số tự nhiên

Theo Hohenadl ( 1922-1923) đề nghị hệ số thon và hình số tự nhiên đặt trên cơ sở đường kính ở vị trí 0.1 của chiều cao tính từ vị trí cổ rễ Các chỉ tiêu hình dạng tương đối của Hohenadl đã được thừa nhận rộng rãi ở các nước nói tiếng Đức và Cộng hòa liên bang Đức và ngày càng được thừa nhận trên

thế giới

Theo G Krauter 1961 để giải quyết vấn đề lập biểu chung cho tất cả các loài cây hay riêng cho từng loài G Krauter nghiên cứu hình dạng theo đại lượng tương đối và dùng hình số tự nhiên f01( tức là λ 0.9) Để kiểm tra thuần nhất củ hình dạng ông đã chia năm tổ: mỗi tổ có 50 cây tiêu chuẩn, bốn tổ cho các loài Lim, Dẻ, Táu, và Trám còn tổ thứ năm gồm 50 cây được chọn ngẫu nhiên trong tất cả các loài G Krauter lập bảng phân tích phương sai nhưng không kết luận

từ 30- 50cm G.Krauter đã tính phương trình chung cho tất cả các loài:

Vậy thể tích sẽ là:

4 2

0 h d012 d032 d052 d072 d092

Hình số tự nhiên theo 5 đoạn sẽ là:

f01 =

h d

d d d d d h

2 09 2 07 2 05 2 03 2 01

4

) (

4 5





(1.23)

(1-22)

= 2

09 2 07 2 05 2 03 2 01

( 5

1

K K K K

1.1.3 Về phương trình đường sinh

Ngoài việc tính toán thể tích bằng phương pháp tương quan thông qua việc sử dụng các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc và thể tích với các biến độc lập như đường kính, chiều cao, hình số thì thể tích cây có thể được tính

thông qua phương pháp đường sinh

Mặc dù về mặt lý thuyết ngay từ thế kỉ 19 người ta đã biết nếu coi thân cây là một khối hình học tròn xoay thì thể tích chính là tích phân phương trình đường sinh của nó Tuy nhiên do đường sinh thân cây là đường cong rất phức tạp chỉ có thể biểu diễn băng một phương trình Parabol bậc cao nên những đề nghị của Mendeleev [1899], Wimmenauer [1918], Belanovski [1917] (theo Đồng Sĩ Hiền [1974]) vào đầu thế kỉ 20 mới chỉ dừng ở phạm trù lí thuyết Mãi tới giữa thế kỉ 20 những đề nghị này mới trở thành hiện thực nhờ sự trợ giúp của những phương tiện tính toán hiện đại Từ đó xuất hiện một phương pháp lập biểu thể tích mới gọi là phương pháp đường sinh thân cây Theo Đồng Sĩ Hiền [1974] ở nước Đức, Muller [1960] cho rằng đường kính liên hệ với chiều cao theo dạng: b

h a

e

a ln .

 Đầu thế kỷ 20, do nhu cầu phát triển công nghiệp, sản phẩm gỗ trở nên đa dạng và tập trung hơn nên đã xuất hiện những nghiên cứu cơ bản về điều tra

gỗ Đầu tiên các tác giả xây dựng loại biểu thể tích hình viên trụ (thực chất là một bảng tính sẵn ) để tra tính thể tích một khúc gỗ theo chiều dài và đường kính trung bình Giai đoạn 1906 - 1908 Criudener, giám đốc sở lâm nghiệp hoàng gia Nga đã lập biểu thể tích gỗ tròn cho 6 loài cây

- Mendeleep D.I (1899), Belanovxki I.G (1917) và Wimmenauer K(1918) đặt mục tiêu xác định hình dạng của đường sinh và biểu thị nó bằng

phương trình toán học, xem đường kính như là một hàm của chiều cao: Y = F(x) và đề nghị biểu thị hàm số này bằng phương trình bậc hai, bậc ba và bậc bốn

- Ở Mỹ, Spurr K.N(1952) lập biểu sản phẩm cho loài Thông, đây là biểu sản phẩm ghi thể tích gỗ tính từ gốc cây đến vị trí cỡ đường kính bằng 4 inch (1inch = 2,5 cm) Cũng trong thời gian này một số biểu khác cũng được lập như biểu phục vụ tỉa thưa của Bradl R.T xuất bản ở Anh năm 1966 và biểu lập theo cấp chiều cao của Ivarsannet xuất bản ở Thụy Điển năm 1988

- Muller G (1960) đề nghị biểu thị mỗi liên hệ giữa đường kính và chiều cao bằng hàm số mũ: D = a.bh = F(h) Giả thiết vòng năm có bề dày cố định, thì có thể tính được thể tích thân cây bình quân cho những cây ở cùng điều kiện lập địa và có chiều cao bằng cách lấy tích phân diện tích nằm dưới đường cong, tức là lấy tích phân phương trình mũ trên

V= h F h dh

0

2

) ( 4



- Heijbel.I (1965) ở Thụy Điển đã sử dụng 3 phương trình kết hợp lại

để tiếp cận phương trình đường sinh thân cây

4

(1-25) (1-24)

Như vậy, các nghiên cứu trên thế giới trong những năm gần đây cũng

chủ yếu là áp dụng phương pháp tương quan mà đặc biệt là tương quan giữa đường kính và chiều cao để xây dựng biểu thể tích

1.1.4 Về việc đánh giá mô hình lựa chọn

Theo Nguyễn Thị Thùy (2010) Jiang, 2005 đã đưa ra 3 chỉ tiêu định lượng cho việc đánh giá mô hình, đó là: độ lệch trung bình (average bias), sai số chuẩn ước lượng (standard error of estimate- S.E.E) và chỉ số thích hợp (fit index- FI)

+ Độ lệch trung bình (Average bías)

Độ lệch trung bình =

n

Y Y n

i i

Y Y n

i

i i

) (

i n

i i

n

Y Y

Y Y

v = a + b.d2 (1-29)

v = a + b1.d + b2logd (1-30)

logv = a + blogd (1-31)

logv = a +b1logd + b2logh (1-32)

logv = a +b1logd + b2logh + b3logq2

Kết quả cho thấy hai dạng parabol thường thích hợp nhưng đối với hai loài Sâng và Táu và dạng đàu với Bứa thì có sai dị rõ rệt giữa r2 và η2

Năm 1976 Phạm Ngọc Giao nghiên cứu mối quan hệ giữa thể tích thấn cây đứng với đường kính và chiều cao nhằm lập biểu thân cây đứng rừng trồng Thông đuôi ngựa và Thông nhựa Qua thử nghiệm thấy dạng hàm

V= a + b.h + c.d2.h là thích hợp nhất

Về các dạng lũy thừa thì biến số q2 nhiều khi không cần thiết mà có thể xác định thể tích thông qua đường kính và chiều cao Có thể dùng ba phuơng trình dạng lũy thừa để lập biểu thể tích 1 hoặc 2; 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; 4 ở trên (Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh, 1999) đã tổng kết rằng để lập biểu thể tích đo tính trữ lượng gỗ cây đứng ở nước ta thường dùng ba phuơng pháp sau:

Cũng trong thời gian này, (Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh, 1999) đã thử nghiệm các dạng phương trình thể tích dạng (1-9) và (1-10) cùng các hàm như sau:

(1-33)

V= a + b1H + b2G (1-34) LogV = a + blogD (1-35) LogV = a +b1logD+ b2logH (1-36) LogvV = a +b1logD + b2logH + b3logq2 (1-37)

Kết quả thử nghiệm cho thấy, hệ số tương quan r của dạng phương trình đơn giản nhất V= a+ b.D2H và V= a + b1H + b2G có r đạt tới hơn 0,99 dạng LogV = a + blogD có r là 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 Keo Tai tượng (Đào Công Khanh, 2001) đã thử nghiệm các hàm dạng (1-7) và (1-13) kể trên

Để lập biểu thể tích cho một số loài cây trong đề tài thì dạng phương trình V= K.DaHb là phù hợp nhất và nhân tố hình dạng đã phản ánh qua đường kính và chiều cao trong công thức này (Phan Nguyên Hy, 2003) đã sử dụng SPSS để thử nghiệm một số dạng phương trình sau dạng (1-9); (1-10) và (1-17)

Để lập biểu thể tích cho rừng Thông Nhựa, kết quả thử nghiệm cho thấy cả

ba dạng phương trình trên đều thích hợp cao

1.2.2 Về hình số tự nhiên

Theo Đồng Sĩ Hiền (1971) Hệ số thon tự nhiên là tỷ lệ giữa đường kính

đo ở tầm cao 0.ih so với đường kính đo ở tầm cao 0,jh

K0,I =

jh o

thì ta có cá hệ số thon K01; K2.1; K3.1 tức là q01; q2.1; q3.1

(1-38)

0,j có thể là 0,0 ; 0,055 ; 0,1 ; 0,15

Cũng theo Đồng Sĩ Hiền (1974) có phương pháp lập biểu thể tích Tác giả chọn f01 làm hệ số tính thể tích thân cây f01 được xác định bằng phương pháp tích phân phương trình đường sinh thân cây :

1.2.3 Về phương trình đường sinh thân cây

Mở đầu cho công cuộc nghiên cứu lập biểu thể tích và biểu độ thon là công trình nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1974) đã lập biểu độ thon và biểu thể tích cây đứng cho rừng Việt Nam Tác giả sử dụng hàm Meyer và họ đường cong Person để nắn các phân bố thực nghiệm số cây theo cỡ kính của rừng tự nhiên để lập biểu thể tích và biểu biểu độ thon cho cây đứng rừng Việt Nam Dựa trên cơ sở các độ thon tương đối là ổn định cho từng loài cây

gỗ nên có thể tạo ra một hàm số hoặc một tương quan đường sinh biểu thị độ thon bình quân, đường kính quay quanh trục OX sẽ tạo thành thể tích thân cây.Tác giả sử dụng phương pháp Scheaychev-Fisher lập phương trình đường

sinh với 11 điểm tựa, đây là phương pháp mới được tác giả đề xuất Năm

1979, Viện nghiên cứu lâm nghiệp có tiến hành lập biểu thể tích và sản phẩm

cho lâm phần thông tại Lâm Đồng Trong các biểu ghi thể tích sản phẩm tính

từ gốc cây đến độ cao có đường kính 6 cm

Vũ Văn Nhâm(1988) đã nghiên cứu lập biểu độ thon, biểu sản phẩm và

biểu thương phẩm cho rừng thông đuôi ngựa kinh doanh gỗ vùng Đông Bắc

Bảo Huy (1997), Tăng Công Tráng (1997) cũng sử dụng phương pháp trên để lập biểu thể tích và biểu thương phẩm cho loài Xoan Mộc, Bằng Lăng và nhóm cây ưu thế ở rừng tự nhiên Tây Nguyên

GS.TS Vũ Tiến Hinh và các cộng sự (1999), tiến hành nghiên cứu lập biểu thương phẩm cho loài quế ở Văn Yên, trên cơ sở ứng dụng phương trình đường sinh thân cây

Cao Thị Thu Hiền (2009) với đề tài nghiên cứu cơ sở khoa học để xây dựng biểu quá trình sinh trưởng và sản lượng rừng luồng thuần loài tại tỉnh Thanh Hoá Tác giả tiến hành đo đếm D1.3, Dt, Hvn, mật độ, đường kính gốc bụi, chọn chặt và đo đếm cây tiêu chuẩn Từ số liệu đo đếm tính toán tỷ lệ phần trăm số cây non trung niên và cây già; lập phương trình đường sinh trưởng Thử nghiệm từ phương trình bậc 1 đến bậc 5 cho thân ngoài và thân trong để lựa chọn phương trình phù hợp nhất Từ đó tính thể tích thân cây Luồng theo phương trình đường sinh; xác định trọng lượng tươi theo đường kính và chiều cao theo 2 dạng phương trình : Wt = a*D^b*H^c và Wt = a + b*D^2*H để lựa chọn phương trình thích hợp nhất Lập tương quan trọng lượng khô – trọng lượng tươi sau khai thác 1, 2 và 3 tháng theo các phương trình bậc 1, bậc 2, bậc 3, logarit, compound, Power Từ đó lựa chọn phương trình phù hợp; chọn chỉ tiêu sinh trưởng làm căn cứ phân hạng đất trồng Luồng và xác định mật độ trồng thích hợp và lập biểu quá trình sinh trưởng và sản lượng

1.2.4 Về việc đánh giá, lựa chọn phương pháp qua cây kiểm tra biểu xây dựng được

Đào Công Khanh, 2001 đã sử dụng một số tiêu chí sau đây để lựa chọn phương trình tối ưu cho cá 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

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

- Đơn giản trong sử dụng

Nguyễn Trọng Bình (2003) đã sử dụng một số tiêu chí sau đây để chọn hàm sinh trưởng cho phù hợp:

- Hệ số xác định R2

- Các tham số của phương trình

-Sai số tương đối của phương trình %

^

S

Phương trình được chọn là phương trình có hệ số xác định cao nhất, sai số nhỏ nhất và các tham số tồn tại Phan Nguyên Hy (2003) đã sử dụng các tiêu chí như sau:

- 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 thích hợp nhất cho việc xây dựng biểu thể tích loài Thông Nhựa Kết quả là phương trình theo dạng hàm: V= a+b.D2H đã được lựa chọn để xây dựng biểu thể tích cho cây đứng cho rừng Thông Nhựa tại nơi khu vực nghiên cứu

* Thảo luận

Qua kết quả nghiên cứu trên thế giới và trong nước nhận thấy:

- Các nghiên cứu trên thế giới trong những năm gần đây cũng chủ yếu là

áp dụng phương pháp tương quan mà đặc biệt là tương quan giữa thể tích và hai nhân tố đường kính, chiều cao để xây dựng biêu thể tích ba dạng hàm dùng phổ biến nhất là dạng hàm (1-3); (1-7); (1-8)

- Độ chính xác của tính thể tích theo dạng hàm V= f(D,H,F) chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác của cách xác định f

- Phương pháp đường sinh thân cây, dựa trên cơ sở các độ thon tương đối ổn định cho từng loài gỗ nên có thể tạo ra 1 hàm số hoặc một tương quan đường sinh thân cây biểu thị độ thon bình quân, đường sinh thân cây quay quanh trục H sẽ tạo thành thể tích thân cây, đây là phương pháp mới đề xuất trong thời gian giữa thế kỉ 20 bởi Djiurjue ở Rumani, 1963 và Đồng Sĩ Hiền ở Việt Nam, 1967 Qua đó cho thấy phương trình đường sinh thân cây đã được nghiên cứu từ rất lâu Đồng Sĩ Hiền (1971) đã cải tiến để phù hợp với đặc điểm rừng ở Việt Nam

- Do rừng tự nhiên của Việt Nam bị khai thác bừa bãi nên số cây tiêu trong một loài là không nhiều Các nghiên cứu về biểu thể tích ở Việt Nam gần đây chủ yếu là nghiên cứu về rừng trồng thuần loài đều tuổi Chưa có nhiều nghiên cứu mới về lập biểu thể tích rừng tự nhiên

Từ những công trình nghiên cứu trên tác giả đi nghiên cứu lập biểu thể tích cho một số loài cây khai thác chính ở vùng Bắc Trung Bộ

Việc nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích của đề tài xin tập trung theo phương pháp biểu thể tích hai nhân tố

- Với phương pháp tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao tác giả nghiên cứu những mô hình đã được thử nghiệm và áp dụng

- Với phương pháp dùng hàm V = f(D,H, F) tác giả tính thể tích dựa trên của loài

- Phương pháp phương trình đường sinh đề tài đi theo hướng của các tác giả trong nước hay làm là : định bậc phương trình đường sinh, tính f01 từ tích phân phương trình đường sinh hiệu chỉnh, tính thể tích theo công thức

2 2

2 1

01 2 3 1 4

3 1 1

3 1 1 3 1 1

4 10

a h a

f h d V



(1-40)

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, NỘI

DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu tổng quát

Xây dựng cơ sở khoa học lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài

cây ở rừng tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ

2.1.2 Mục tiêu thực tiễn :

Chọn phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài nghiên cứu

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc lập biểu thể tích gỗ thân cây đứng cho một số loài cây khai thác chủ yếu ở rừng tự nhiên khu vực Quảng Bình,

Hà Tĩnh Sau khi tiến hành điều tra, khảo sát khu vực nghiên cứu, đề tài quyết định nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc lập biểu thể tích 4 loài sau:

- Dẻ trắng ( Lythcapus probscideus)

- Vối thuốc ( Syzygium cuminiI Choisy)

- Lim xanh ( Erythrophleum fordii)

- Trâm móc (Eugenia Sp)

- Trường sâng (Amesiodendron chinense Merr.)

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Về loài cây: Đề tài tiến hành nghiên cứu một số loài cây Dẻ trắng, Trâm

móc, Lim xanh, Trường sâng, Vối thuốc, tại một số tỉnh thuộc Bắc Trung Bộ

Về phương pháp tính thể tích cây đứng:

- Đề tài chỉ thử nghiệm ba phương pháp tính thể tích chính là: phương pháp dựa vào phương trình thể tích và phương pháp dựa vào hình số tự nhiên

và phương pháp tính thể tích từ phương trình đường sinh

- Đề tài chỉ thực hiện xử lý số liệu cho cây có vỏ ở cả ba phương pháp

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích

+ Thử nghiệm một số phương trình thể tích

+ Tính sai số của phương trình thể tích

+ Chọn phương trình thể tích

- Xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên

+ Một số đặc điểm của hình số tự nhiên F01

+ Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên

+ Kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào một số đại lượng điều tra cây đứng

+ Xác lập quan hệ D01 với D1.3

+ Tính sai số thể tích xác định từ hình số tự nhiên

- Xác định thể tích thân cây từ phương trình đường sinh

+ Tính hình số tự nhiên từ phương trình đường sinh

+ Tính và sai số thể tích từ phương trình đường sinh

- Chọn phương pháp tính thể tích cây đứng làm cơ sở cho việc lập biểu thể tích

- Xác lập quan hệ giữa Vcvo và Vkvo

- Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính cho các loài cây nghiên cứu

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp luận

Thân cây gỗ được xem như những khối hình học tròn xoay đầy hoặc cụt Tuy nhiên do cây rừng là một chỉnh thể sinh học nên nó có những hình dạng khác nhau Vì vậy chỉ bằng những thực nghiệm trên mẫu tương đối đủ

lớn mới có thể xác lập được các quy luật vừa mang tính toán học chính xác vừa mang tính sinh học của cây rừng

Trên quan điểm ứng dụng nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh rừng, nên khi nghiên cứu đã kế thừa những tài liệu có sẵn làm cơ sở lựa chọn những dạng toán học thích hợp, đảm bảo độ chính xác cho phép và dễ sử dụng

2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu

Số liệu trên cây ngả được thu thập như sau:

+ Đo chiều dài men thân(Hmt) bằng thước dây và tiến hành chia thân cây thành 10 đoạn bằng nhau theo các vị trí 00H, 01 H, 02 H, 03 H, 04 H …, 09

H Đo đường kính có vỏ và không vỏ tại vị trí 1,3 m kể từ gốc cây và các vị trí khác đã chia trên thân cây

+ Đo chiều cao, đường kính có vỏ và không vỏ gốc chặt

Bảng 2.1 Biểu đo đếm các chỉ tiêu cây ngả

2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu

2.4.3.1 Tính thể tích thân cây

Thể tích thân cây được tính theo công thức kép tiết diện bình quân với

10 đoạn có độ dài tuyệt đối bằng nhau

V =

10

2 4

2 09 2

02 2 01

2

d d

Trong đó: V là thể tích thân cây

d00, d01, d02…d09 là đường kính tại các vị trí phần mười thân cây, h

là chiều cao thân cây

2.4.3.2 Tính thể tích bằng phương trình thể tích

Bước 1: Xác lập quan hệ thể tích thân cây bằng các phương trình:

(1) V= K.dbhc (2-2) (2) V= a+ b.(d2.h) (2-3) (3) V= a + b.H +c.(d2.h) (2-4) (4) V= K.(d2.h)b (2-5)

Từ các phương trình trên chọn ra một phương trình thích hợp nhất cho các loài cây

Bước 2: Cơ sở lựa chọn phương trình thể tích

- Hệ số xác định của phương trình lớn nhất

- Các tham số đều tồn tại

- Sai số khi kiểm tra nhỏ nhất

Từ kết quả tính toán tổng hợp các biểu

Bảng 2.3 Kết quả tính sai số phương trình thể tích

V

V

*100 (2-6b) Trong đó: ∆%: Sai số tương đối về thể tích

- Phương trình có sai số bình quân ở cây cá lẻ là nhỏ nhất và không vượt

quá 10% Sai số lớn nhất không vượt quá 20%

- Sai số tổng thể tích nhỏ nhất

2.4.3.3 Tính thể tích từ hình số tự nhiên f 01

Thể tích thân cây được tạo thành từ ba nhân tố: đường kính, chiều cao

và hình dạng, theo công thức kinh điển:

D01: Đường kính thân cây được đo ở vị trí 0,1.Hvn

Hvn: Chiều cao vút ngọn thân cây

f01 : Hình số tự nhiên thân cây

Bước 1: Đặc điểm của F 01 (có vỏ) gồm

- Sknew: Độ lệch

- Mean: giá trị trung bình

- S: Sai tiêu chuẩn

- S%: Hệ số biến động

Nghiên cứu một số đặc điểm của hình số tự nhiên

Hình số tự nhiên là tỷ số giữa thể tích thân cây (hoặc bộ phận của nó) với thể tích một hình viên trụ có chiều cao bằng chiều cao thân cây, tiết diện bằng tiết diện ngang lấy ở độ cao 1/10 chiều cao thân cây

Công thức xác định hình số tự nhiên:

f01=

h g

V r

01

( 2-8) Trong đó:

- f01, là hình số tự nhiên thân cây

- Vc là thể tích thân cây

- g01: Tiết diện ngang cây cả vỏ tại vị trí chia 1/10 thân cây tính từ gốc

- h: Chiều cao thân cây

Tính toán các đặc trưng mẫu:

Sk = 1 3

3

S n

X X n

Nghiên cứu biến động của hình số tự nhiên

Hệ số biến động của hình số tự nhiên là chỉ tiêu đánh giá mức độ biến động trung bình tương đối của nó và được tính theo công thức:

Bước 3: Kiểm tra sự phụ thuộc của hình số f 01 vào các đại lượng điều tra:

Để kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên f01 vào các đại lượng điều tra ta dùng tiêu chuẩn F ( Fisher) Trong SPSS trình lệnh được thực hiện như sau:

Bước 4: Xác lập mối quan hệ giữa D 01 và D 1.3

Mối quan hệ của D01 và D1.3 được thiết lập qua phương trình sau:

D01 = a + b.D1.3cv (2-15)

Thay D01 vào phương trình (3-16) để tính thể tích thân cây:

Vc = 0.0000785.D012.Hvn f01 (2-16)

Kết quả xác lập quan hệ D01 và D1.3 được tổng hợp ở bảng biểu sau:

Bảng 2.4 Kết quả xác lập quan hệ D 01 và D 1.3

Bước 5: Tính sai số thể tích xác định từ hình số tự nhiên

- Sai số tương đối về thể tích cây cá lẻ theo công thức (2-6a)

- Sai số tương đối về tổng thể tích theo công thức (2-6b)

Kết quả tính toán được tổng hợp vào biểu sau

Bảng 2.5 : Kết quả xác lập phương trình thể tích từ F 01

+ - Max <5% 5-10% >15% %ΣV

2.4.3.4 Tính thể tích bằng phương trình đường sinh thân cây

Phương trình đường sinh thân cây thực chất là phương trình mô tả quy luật biến đổi theo chiều cao tương đối thân cây của f01 hệ số thon tự nhiên

- D0i là đường kính ở các vị trí phần 10 thứ i

- D01 là đường kính ở vị trí phần 10 thứ nhất

Trên cơ sở đó, xác định phương trình đường sinh phù hợp

Phương trình đường sinh tổng quát có dạng:

y = a0 + a1x + a2x2 + + an xn (2-22)

Trong đó:

- y là koi

- x là giá trị phần 10 chiều cao tương ứng với đường kính Doi

- hi là chiều dài tương ứng với vị trí i trên phần 10 thân cây

- H là chiều dài cả cây

Giữa hình suất Hohenald (Koi) và Xi có mỗi liên hệ mật thiết Mối liên

hệ này được Đồng Sĩ Hiền (1974) xác lập cho các loài cây rừng tự nhiên nứơc

ta làm cơ sở lập biểu thể tích và biểu độ thon cây đứng bằng phương trình tổng quát là koi = f(x)

Từ phương trình đường sinh đã xác định được ta tính f01 theo công thức:

- y là phương trình đường sinh đã chọn và điều chỉnh

Thể tích thân cây được xác định thông qua f01 bằng công thức:

Từ đó: V = 1 3 01

.

Từ đó xác định thể tích cây theo công thức:

2 2

1

01 2 3 1 4

3 1 1

3 1 1 3 1 1

4 10

h

a h

a h a

f h d

2.4.4 Xác lập mối quan hệ giữa V cvo và V kvo

Để xác định thể tích của thân cây không vỏ một cách nhanh nhất đề tài

tiến hành lập tương quan giữa Vcvo và Vkvo theo quan hệ tuyến tính thông qua

phương trình :

Vkvo = a + b.Vcvo (2-26)

2.4.5 Thăm dò quan hệ giữa D và H, 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, Compound

Trong mỗi cỡ kính, chiều cao các cây không giống nhau mà nó thường dao động trong một phạm vi nhất định Phạm vi dao động này được coi là biến động chiều cao trong từng cỡ kính sẽ suy ra được phạm vi biến động thể tích tương ứng dùng phần mềm SPSS

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Khái quát số liệu nghiên cứu

Số liệu nghiên cứu của đề tài được kế thừa từ đề tài cấp Bộ : “ Lập biểu thể tích gỗ, thân, cành, ngọn cho một số loài cây khai thác chủ yếu ở rừng tự nhiên Việt Nam” của GS TS Vũ Tiến Hinh và cộng tác viên

Bảng 3.1: Khái quát số liệu nghiên cứu

Qua bảng 3.1 nhận thấy số cây ở các loài đều lớn từ 43 đến 50 cây từ

đó kết quả nghiên cứu đảm bảo độ chính xác cho phép

3.2 Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích

Theo Đồng Sĩ Hiền (1971) trong những lâm phần gồm những loài cây

lá rộng hỗn giao không đều tuổi lại qua chặt chọn không quy tắc của rừng nhiệt đới nước ta có tồn tại những quy luật liên hệ giữa các nhân tố tạo nên

nó Có thể biểu thị các quy luật liên hệ này bằng các phương trình tương quan với độ chặt chẽ và chính xác cao Sự liên hệ giữa đường kính và chiều cao tuy được biểu thị dưới cùng một dạng phương trình nhưng các phương trình cụ thể vẫn khác nhau rất nhiều Với điều kiện rừng nhiệt đới nước ta rất phức tạp gồm nhiều loài cây nhưng mỗi loài thường có rất ít số cây đại diện nên trong điều kiện đó lập biểu thể tích hai nhân tố là phù hợp Từ đó đề tài tập trung nghiên cứu ba phương pháp xây dựng biểu thể tích hai nhân tố là

- Phương pháp tính thể tích từ một số phương trình thể tích

- Tính thể tích thân cây từ hình số tự nhiên f01

- Tính thể tích thân cây bằng f01 tính từ phương trình đường sinh

3.2.1 Thử nghiệm một số phương trình thể tích

Đề tài được thử nghiệm với 4 phương trình thể tích như sau:

(1) V = K.DbHc (2) V = a+ b.(D2.H) (3) V = a + b.H +c.(D2 H) (4) V = K.(D2.H)b

Để phương trình trên đưa về dạng tuyến tính thì ta có thể làm như sau: ● Phương trình (1) V = K.Db.Hc

ln hai vế của phương trình ta được

(1) ↔ lnV = lnK + blnD + clnH

● Phương trình (4) V = K.(D2.H)b Logarit cơ số e hai vế của phương trình ta được (4) ↔ lnV = lnK + b.ln(D2.H)