Xây dựng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng và hình dạng thân cây làm cơ sở đề xuất các phương pháp xác định trữ lượng, sản lượng cho lâm phần keo tai tượng (acacia mangium ) tại khu hàm yên tuyên quang

Đề tài: “Xây dựng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng và hình dạng thân cây làm cơ sở đề xuất các phương pháp xác định trữ lượng, sản lượng cho lâm phần Keo tai tượng Acacia mangium tại k

Tr-ờng đại học lâm nghiệp

Ngô Thế Long

xây dựng các mô hình cấu trúc, sinh tr-ởng

và hình dạng thân cây làm cơ sở đề xuất các ph-ơng pháp xác định trữ l-ợng, sản l-ợng cho lâm phần keo tai t-ợng (Acacia mangium) tại khu vực

hàm yên - tuyên quang

Tr-ờng đại học lâm nghiệp -

Ngô Thế Long

xây dựng các mô hình cấu trúc, sinh tr-ởng

và hình dạng thân cây làm cơ sở đề xuất các ph-ơng pháp xác định trữ l-ợng, sản l-ợng cho lâm phần keo tai t-ợng (Acacia mangium) tại khu vực

hàm yên - tuyên quang

Luận văn thạc sĩ khoa học lâm nghiệp

Hà tây - 2007

Tr-ờng đại học lâm nghiệp -

Ngô Thế Long

xây dựng các mô hình cấu trúc, sinh tr-ởng

và hình dạng thân cây làm cơ sở đề xuất các ph-ơng pháp xác định trữ l-ợng, sản l-ợng cho lâm phần keo tai t-ợng (Acacia mangium) tại khu vực

hàm yên - tuyên quang

Chuyên ngành: LÂM HọC

Mã số: 60.62.60

Luận văn thạc sĩ khoa học lâm nghiệp

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Hải Tuất

Hà tây - 2007

ĐẶT VẤN ĐỀ

Keo tai tượng (Acacia mangium) thuộc bộ đậu, họ phụ trinh nữ, là loài

cây gỗ nhỡ, mọc nhanh, có giá trị về nhiều mặt trong nền kinh tế quốc dân cũng như trong khoa học, đời sống và quốc phòng Đây là loài có khả năng thích ứng rộng, kể cả những điều kiện không phù hợp như đồi trọc, đất bị thoái hoá, là loài cây cải tạo đất và cải tạo không gian dinh dưỡng cho khu rừng Với những ưu điểm trên, Keo tai tượng được trồng khắp ở các tỉnh phía Bắc nhằm phủ xanh đất trống đồi núi trọc trong dự án 5 triệu ha rừng đã được Quốc hội khoá X thông qua tại kỳ họp thứ 2, trong đó có tỉnh Tuyên Quang Theo kết quả điều tra chuyên đề năm 2003: “Đánh giá hiện trạng sử dụng đất đai, tài nguyên rừng và khả năng cung cấp nguyên liệu giấy từ rừng hiện có của tỉnh Tuyên Quang” thì Tuyên Quang có diện tích trồng keo là 32088 ha chiếm trên 45% diện tích rừng trồng của cả tỉnh Đây là nguồn cung cấp gỗ nguyên liệu cho công nghiệp giấy, công nghiệp chế biến ván sàn, ván dăm, ngoài ra nó còn góp phần giải quyết một phần nhu cầu gỗ củi ở địa phương

Chính do những đặc điểm và những công dụng nói trên mà Keo tai tượng được coi là cây đa tác dụng điển hình Cây Keo tai tượng xứng đáng được chọn là cây trồng chính trong cơ cấu cây lâm nghiệp trong chiến lược trồng rừng ở nước ta nói chung và tỉnh Tuyên Quang nói riêng Cũng chính vì thế mà cây Keo tai tượng trở thành đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học Lâm nghiệp Lĩnh vực nghiên cứu rất phong phú, từ khâu khảo nghiệm xuất xứ, chọn giống, đất gây trồng cho đến các biện pháp lâm sinh, điều tra, sản lượng

Nghiên cứu sinh trưởng cũng như tìm hiểu quy luật kết cấu lâm phần không ngoài mục đích xây dựng phương pháp dự đoán trữ, sản lượng rừng, tạo tiền đề cho công tác quy hoạch điều chế rừng, và đánh giá hiệu quả của các phương thức kỹ thuật lâm sinh Sinh trưởng và sản lượng rừng có mối

quan hệ mật thiết với hoàn cảnh sinh thái cũng như biện pháp tác động của con người Vì vậy, mỗi loài cây đặc biệt là những loài đã được trồng tập trung trên quy mô lớn, cần phải nghiên cứu và phân tích mối quan hệ đó trên cơ sở định lượng bằng các mô hình toán học, làm căn cứ xác định và dự đoán các chỉ tiêu sản lượng rừng

Tại khu vực Hàm Yên - Tuyên Quang, Keo tai tượng được trồng với số lượng lớn và chúng sinh trưởng đặc biệt tốt so với các vùng khác ở miền Bắc Việt Nam Đã có nhiều nghiên cứu về Keo tai tượng cho khu vực này trong

đó phải kể đến các nghiên cứu của Viện nghiên cứu cây nguyên liệu giấy Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ tập trung sâu vào khía cạnh giống và kỹ thuật lâm sinh (như: tạo cây con, kỹ thuật trồng, chăm sóc…) Những nghiên cứu liên quan đến điều tra, sản lượng còn rất hạn chế, chưa được nghiên cứu sâu cho khu vực này, đây là yêu cầu cần thiết khi sản xuất kinh doanh bất cứ loài cây trồng nào

Đặc biệt trong công tác điều tra rừng việc ứng dụng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng để xác định nhanh trữ lượng và sản lượng rừng ít được quan tâm và chưa được ứng dụng rộng rãi Với loài Keo tai tượng trên địa bàn tỉnh Tuyên Quang chưa được tác giả nào đề cập tới

Đề tài: “Xây dựng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng và hình dạng thân cây làm cơ sở đề xuất các phương pháp xác định trữ lượng, sản

lượng cho lâm phần Keo tai tượng (Acacia mangium) tại khu vực Hàm

Yên – Tuyên Quang” được lựa chọn nghiên cứu và có thể xem là một công

trình nhỏ góp phần khắc phục tồn tại trên

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu về các mô hình cấu trúc, sinh trưởng và hình dạng thân cây rừng làm cơ sở khoa học nhằm phục vụ công tác điều tra, kinh doanh rừng hiệu quả Rất nhiều tác giả trong và ngoài nước đã nghiên cứu lĩnh vực này cho các đối tượng, bằng các phương pháp khác nhau và nhằm các mục đích khác nhau Vì vậy, trong khuôn khổ một đề tài thạc sỹ, tác giả chỉ khái quát một số công trình tiêu biểu trong và ngoài nước có liên quan tới nội dung nghiên cứu của đề tài để làm cơ sở định hướng cho việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu

1.1 Trên thế giới

1.1.1 Nghiên cứu quy luật cấu trúc lâm phần

Qui luật phân bố số cây theo cỡ kính (N-D) là một trong các qui luật quan trọng nhất của cấu trúc rừng và cho đến nay đã được nghiên cứu khá đầy

đủ Qui luật phân bố số cây theo cỡ đường kính được biểu thị khác nhau như phân bố thực nghiệm N-D, phân bố số cây theo cỡ tự nhiên, và bằng phương pháp biểu đồ hay bằng phương pháp mô hình hoá Để nghiên cứu

mô tả qui luật này, hầu hết các tác giả đã dùng phương pháp giải tích, tìm các phương trình toán học dưới nhiều dạng phân bố xác suất khác nhau Những tác giả sau đây là những người đầu tiên xây dựng quy luật này: Veize (1880), Vimmenauer (1890, 1918), Shiffel (1898, 1899, 1902), Tretchiakov (1921,

1927, 1934, 1965), J.Tuirin (1923, 1927, 1931, 1945), Moiseenko (1930, 1958), Anoutchin (1931, 1936, 1954), Moiseev (1966, 1969, 1971), Prodan (1961, 1965) (theo Nguyễn Thị Hải Yến (2002) [32])

Các hàm số thường được sử dụng để tiếp cận các dãy phân bố kinh nghiệm của số cây theo đường kính được các nhà khoa học sử dụng như:

- Beta:

+ Bennet, F.A (1969) [33]), dùng phân bố Bêta và xác định các đại lượng đường kính nhỏ nhất (dm) và đường kính lớn nhất (dM) thông qua phương trình tương quan kép với mật độ (N), tuổi (A) và cấp đất (S) như sau:

dm = a0 + a1.logN + a2.A.N + a3.logN (1.1)

dM = a0 + a1.N + a2.logN + a3.A.S + a4.A.N (1.2) + Burkhart, H., Strub, U (1973) [34], tính toán các tham số dm, dM,  và  của phân bố Bêta theo các dạng phương trình:

Với: h0 là chiều cao tầng trội, A là tuổi và N là mật độ lâm phần

Kennel, R (1971), xác định các đại lượng dm, dM, và N thông qua quan

hệ trực tiếp với tuổi theo dạng phương trình:

dm = a0 + a1.A + a2.A2 (1.7)

dM = a0 + a1.A + a2.A2 (1.8)

N = ( 2)

1 0

A

a A

a a

- Gamma:

+ Lembeke, Knapp và Dittmar (theo Phạm Ngọc Giao (1996) [8]), sử dụng phân bố Gamma với các tham số thông qua các phương trình biểu thị mối tương quan với tuổi và chiều cao tầng trội:

b = a0 + 1.1 2. 12

A

a A

P = a0 + a1.A + a2 A2 (1.11)  = a0 + a1.h100 + a2 A + a3.A.h100 (1.12) + Roemisch, K (1975) (theo Phạm Ngọc Giao (1996) [8]), nghiên cứu khả năng dùng hàm Gamma mô phỏng sự biến đổi của phân bố đường kính cây rừng theo tuổi, xác lập quan hệ của tham số Bêta với tuổi, đường kính trung bình, chiều cao tầng trội đã khảng định quan hệ giữa tham số Bêta với chiều cao tầng trội là chặt chẽ nhất

nhiên tại mỗi thời điểm t và lấy trong một khoảng thời gian nào đó Nếu trị số của đường kính tại thời điểm t chỉ phụ thuộc vào trị số ở thời điểm t – 1 mà không phụ thuộc vào những trạng thái ở những thời điểm trước nữa thì đólà quá trình Markov Nếu xt = x, nghĩa là quá trình ở thời điểm t có trạng thái x Nếu tập hợp các trạng thái có thể xảy ra của quá trình Markov có thể đếm được thì đó là chuỗi Markov.

Tóm lại, các nghiên cứu về phân bố số cây theo đường kính và ứng

dụng của nó thường dựa vào dãy tần số lý thuyết Xu hướng chung là tìm hàm toán học thích hợp và xác định các tham số của phân bố N-D Các hàm toán học được sử dụng để mô tả rất đa dạng Một dãy phân bố kinh nghiệm có thể chỉ phù hợp cho một dạng hàm số, cũng có thể phù hợp cho nhiều hàm số ở các mức độ xác suất khác nhau Việc dùng hàm này hay hàm khác để biểu thị dãy phân bố kinh nghiệm N-D phụ thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả và bản chất quy luật đo đạc được

1.1.1.2 Nghiên cứu quy luật quan hệ giữa chiều cao với đường kính thân cây

Đây là một trong những quy luật cơ bản trong lâm phần được rất nhiều tác giả nghiên cứu Các nghiên cứu đó cho thấy giữa chiều cao và đường kính những cây trong lâm phần luôn tồn tại mối quan hệ chặt chẽ, chiều cao tương ứng với mỗi cỡ kính cho trước luôn tăng theo tuổi, đó là kết quả quá trình tự nhiên của sự sinh trưởng Trong một cỡ đường kính xác định, ở các cấp tuổi khác nhau sẽ có các cây thuộc cấp sinh trưởng khác nhau Cấp sinh trưởng càng giảm khi tuổi lâm phần tăng lên dẫn đến tỷ lệ H/D tăng theo tuổi Từ đó đường cong quan hệ giữa H/D có thể bị thay đổi dạng và luôn dịch chuyển về phía trên khi tuổi lâm phần tăng lên Tiurin.Đ.V (1927) đã phát hiện hiện tượng này khi ông xác lập đường cong chiều cao các cấp tuổi khác nhau Kết luận này cũng được Vagui, A.B (1955) đã khẳng định (theo Phạm Ngọc Giao (1996) [8])

Prodan.M (1965) lại phát hiện độ dốc đường cong chiều cao có chiều hướng giảm dần khi tuổi tăng lên và Prodan.M (1944) khi nghiên cứu kiểu rừng “Plenterwal” đã kết luận đường cong chiều cao không bị thay đổi do vị trí của các cây ở một cỡ đường kính nhất định là như nhau (theo Phạm Ngọc Giao (1996) [8])

Krauter, G (1958) và Tiourin, A.V (1931) (theo Phạm Ngọc Giao (1996) 9) nghiên cứu tương quan giữa chiều cao với đường kính ngang ngực dựa trên cơ sở cấp đất và cấp tuổi Kết quả nghiên cứu cho thấy: khi đã phân hoá thành các cấp chiều cao thì mối quan hệ này không cần xét đến cấp đất hay cấp tuổi và cũng không cần xét đến tác động của hoàn cảnh, tuổi đến sinh trưởng của cây rừng và lâm phần, vì những nhân tố này đã được phản ánh trong kích thước của cây, nghĩa là trong quan hệ H/D đã bao hàm tác động của hoàn cảnh và tuổi

Ngoài ra, đối với những lâm phần thuần loài đều tuổi, dù có tìm được phương trình toán học biểu thị quan hệ H/D theo tuổi thì cũng không đơn giản

vì chiều cao cây rừng ngoài phụ thuộc vào yếu tố tuổi còn phụ thuộc rõ nét vào mật độ, cấp đất, biện pháp tỉa thưa, Kennel.R kiến nghị một cách khác,

mô phỏng sự biến đổi tương quan H/D theo tuổi là: trước hết tìm một phương trình thích hợp cho lâm phần, sau đó xác lập mối liên hệ của các tham số phương trình theo tuổi một cách trực tiếp hoặc gián tiếp

Curtis, R O (1967) [35]), đã mô phỏng quan hệ chiều cao với đường kính và tuổi theo dạng phương trình:

Log h = d+b1.1/d +b2.1/A +b3.1/d.A (1.14) Sau đó Curtis.R.O đã nắn phương trình (1.14) theo đường định kỳ 5 năm tương ứng với định kỳ kiểm kê tài nguyên ở rừng Lĩnh Sam, tại từng tuổi nhất định phương trình sẽ là:

Log h = b0 + b1*1/d (1.15) Theo Curtis thì các dạng phương trình khác cho kết quả không khả quan bằng hai dạng trên

Petterson, H (1955) (theo Nguyễn Trọng Bình (1996) 1), đề xuất phương trình tương quan:

d

b a

đa dạng Để mô phỏng tương quan giữa chiều cao với đường kính có thể sử dụng nhiều dạng phương trình khác nhau Việc dùng phương trình này hay phương trình khác để biểu thị tương quan H/D phụ thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả và bản chất quy luật đo đạc được.

Cho đến nay, vấn đề lựa chọn dạng phương trình thích hợp nhất cho những đối tượng nào thì chưa được nghiên cứu đầy đủ Hai dạng phương trình được sử dụng nhiều để biểu thị đường cong chiều cao là phương trình Parabol

và phương trình Logarit

1.1.1.3 Nghiên cứu quan hệ giữa đường kính tán cây với đường kính thân cây

Tán cây là bộ phận quyết định đến sinh trưởng, tăng trưởng cây rừng, là chỉ tiêu quan trọng để xác định không gian dinh dưỡng của từng cây riêng lẻ Các tác giả Zieger; Erich (1928), Cromer O.A.N; Ahken J.D (1948), Itvessalo; yrjo (1950), Heinsdifh.D (1953), Feree, Miller.J (1953), Hollerwoger.F (1954), … đều khẳng định có mối quan hệ mật thiết giữa đường kính tán và đường kính ngang ngực Tuỳ theo loài cây và điều kiện khác nhau, mối liên hệ này thể hiện khác nhau, nhưng phổ biến nhất là dạng đường thẳng bậc nhất (theo Hoàng Văn Dưỡng (2001) [5]):

1.1.2 Nghiên cứu sinh trưởng và tăng trưởng

Nghiên cứu sinh trưởng cây rừng đã được đề cập từ thế kỷ XVIII Về lĩnh vực này phải kể đến các tác giả như: Oettlt, G Baur, Borggreve, Breymann, H Cotta, Draudt, M Hartig, E Weise, H Thomasius Nhìn chung những nghiên cứu về sinh trưởng của cây rừng, lâm phần, được xây dựng thành các mô hình toán học và được công bố trong các công trình nghiên cứu của Meyer, H.A và D.D Stevenson (1943), Schumacher, F.X và

Coil, T.X (1960), Alder (1980), Clutter, J, L; Allison, B.J (1973) (theo Hoàng Văn Dưỡng (2001) [5])

Có thể khái quát quá trình phát triển của môn khoa học tăng trưởng, sản lượng rừng thành 2 phương hướng:

- Đo đạc lặp lại nhiều năm các chỉ tiêu sinh trưởng trong các ô định vị đại diện cho các lâm phần nghiên cứu để biết cả quá trình phát sinh, phát triển, già cỗi và tiêu vong Phương hướng này đòi hỏi quá nhiều thời gian nên sau này được cải tiến bằng cách lựa chọn những lâm phần có cùng hoàn cảnh sinh trưởng nhưng khác nhau về tuổi gọi là nằm trong một “dãy phát triển tự nhiên”

- Giải tích thân cây đại diện mỗi lâm phần khác nhau về các nhân tố cần nghiên cứu, để có số liệu tăng trưởng đầy đủ từ khi bắt đầu trồng hoặc tái sinh

Sau đó áp dụng kỹ thuật phân tích thống kê toán học, phân tích tương quan và hồi quy để xác định sản lượng gỗ của lâm phần Trên thế giới số lượng các hàm toán học mô tả quá trình sinh trưởng cũng rất phong phú như hàm: Gompertz (1825), Verhulst (1845), Mitscherlich (1919), Kovessi (1929), Petterson (1929), Levacovic (1935), Korsun (1935), Peshel (1938), Korf (1930), Verkbulet (1952), Michailov (1953), Drakin (1957), Richards (1959), Thomasius (1965), Simes (1966), Sless(1970), Sloboda (1971), Schumacher (1980) Hàm sinh trưởng là mô hình sinh trưởng đơn giản nhất mô tả quá trình sinh trưởng của cây rừng cũng như lâm phần Dựa vào hàm sinh trưởng

có thể biết trước được giá trị lớn nhất của đại lượng sinh trưởng ở tuổi cuối cùng và tính trước được tốc độ sinh trưởng cực đại [19]

Có thể coi sinh trưởng rừng và cây rừng là một hàm phụ thuộc nhiều biến số, tuổi (A), các điều kiện sinh thái (Sti) và các biện pháp kinh doanh tác động của con người (TĐs)…

Y = f (A, STi, TĐs…) (1.29) Nếu coi điều kiện sinh thái biện pháp kinh doanh tác động tương đối đồng nhất thì điều kiện sinh trưởng của rừng và cây rừng là một hàm số theo tuổi [12]:

Trong đó: Y: hàm sinh trưởng của nhân tố điều tra

A: tuổi cây hay tuổi rừng m,b,c: những tham số của phương trình Sau đó là các hàm sinh trưởng của các tác giả như: Korsun-Assmann Frane, Schumacher, Korf, v.v G Wenk (1973) đã tổng hợp những đặc điểm của các hàm sinh trưởng (Y), tăng trưởng bình quân Y/A, hàm tăng trưởng thường xuyên (hay gọi là hàm tốc độ sinh trưởng) và hàm suất tăng trưởng (hay gọi là hàm tốc độ sinh trưởng tương đối) (P = W = Y’/Y) cũng như mối liên hệ giữa chúng (theo Vũ Thành Nam (2006) [21])

Nói chung các hàm dùng để mô phỏng quy luật sinh trưởng đều có dạng phức tạp, biểu diễn quá trình sinh học phức tạp của cây rừng hoặc lâm phần, dưới sự chi phối tổng hợp của các nhân tố nội tại và ngoại cảnh Song một hàm sinh trưởng phải phản ánh trung thực quá trình sinh trưởng của cây rừng hay lâm phần, dễ dàng xác định các tham số, các tham số phải có ý nghĩa và được giải thích rõ ràng

1.1.3 Nghiên cứu hình dạng thân cây

Thân cây rừng là một khối lập thể và trong thực tiễn cũng đã gặp nhiều trường hợp các cây rừng có kích thước cơ bản giống nhau (cùng chiều cao và cùng đường kính lấy ở vị trí quy chuẩn nào đó, ví dụ ở cách gốc cây 1,3m), song thể tích của chúng lại rất khác nhau Sự khác biệt này cũng do hình dạng

thân cây khác nhau gây nên Vì vậy có thể nói: “Trong mối liên hệ nhất định

giữa chiều cao với đường kính, hình dạng trở thành nhân tố quyết định thể

tích thân cây rừng” Sở dĩ mỗi thân cây rừng có một nét dáng riêng là do

trong quá trình sinh trưởng và phát triển, cây rừng chịu tác động tổng hợp của nhiều yếu tố nội tại và ngoại cảnh

- Về hình dạng tiết diện ngang thân cây, rất nhiều các tác giả như: X.R Oxetrov, I.IA Đobrovlianxki, H.Beckman, B.Matem, H.E Wolff, O Wiilfing… đã đi tìm sai số tương đối khi tính diện tích tiết diện ngang bằng những công thức đơn giản rồi từ đó rút ra các kết luận cần thiết, cụ thể [11]:

+ Sai số tương đối khi tính tiết diện ngang phụ thuộc vào cách đo đường kính, công thức tính toán và loài cây có độ nhẵn của vỏ khác nhau

+ Trong khoa học đo cây có thể coi tiết diện ngang thân cây là hình tròn với đường kính bằng trị số bình quân của hai đường kính đo ở vị trí bất

kỳ vuông góc với nhau trên tiết diện đó

- Về hình dạng tiết diện dọc thân cây được nhiều tác giả quan tâm và kết quả đạt được cũng rất phong phú, đa dạng [11]:

+ Một số tác giả như: A.Shiffel (1899-1902), W.Hohenadl 1923), N.V.Tretiakov (1952) nghiên cứu hình dạng tiết diện dọc bằng cách trực tiếp biểu thị hình dạng thân cây thông qua việc so sánh đường kính đo ở các vị trí khác nhau trên thân cây với một đường kính lấy ở vị trí nào đó trên phần gốc cây làm chuẩn

(1922-+ Rất nhiều tác giả như: Mendeleev (1899), Belanovxki (1917), Wimmonauer (1918), Miller (1960), Wanthoz (1964), Giurgiu (1963), Heijbel (1965), Ozumi (1965)… không đi vào nghiên cứu những nguyên nhân phức tạp tác động đến hình dạng thân cây mà trên cơ sở nhìn nhận kết quả tổng hợp hình thành nên thân cây để đặt mục tiêu xác định dạng đường sinh của nó

Zakharov V K (1955, 1957, 1958, 1961, 1965) khi nghiên cứu liên hệ giữa các nhân tố hình dạng tương đối (hình số và hệ số thon tự nhiên) với các nhân tố đường kính, chiều cao cho các loài cây chính của Belorussi đã nhận thấy chúng không có sự phụ thuộc vào nhau Các nghiên cứu của các tác giả Floreseu I (1964), Heger L (1965) cũng cho kết luận tương tự (theo Đồng Sỹ Hiền (1974) [10])

Dittmar (1958) thấy rằng có trường hợp hình số tự nhiên không phụ thuộc vào đường kính ngang ngực, nhưng cũng có những trường hợp lại phụ thuộc, chủ yếu là rừng non, rừng nhiều tầng hoặc chăm sóc kém không thuần nhất về đường kính và chiều cao Các nghiên cứu của Altherr (1953, 1963), Krauter G (1961) cũng cho kết luận có sự phụ thuộc giữa hình số tự nhiên và đường kính ngang ngực (theo Đồng Sỹ Hiền (1974) [10])

Grochowski J (1962) khi nghiên cứu lâm phần Thông rụng lá nhận thấy hình số tự nhiên có liên hệ với chiều cao Còn tác giả Glazov N M (1963) khi nghiên cứu loài Thông rụng lá ở vùng Amour đã phủ nhận quan điểm của Zakharov V K và khẳng định rằng hệ số thon tự nhiên có phụ thuộc vào đường kính [10]

Những kết luận khác nhau của các tác giả trên đây có khi trái ngược hẳn với nhau về tính độc lập của hình số và hệ số thon tự nhiên có thể làm cho chúng

ta phân vân, và cho thấy rõ ràng không thể chấp nhận bất kỳ một quan điểm nào một cách giản đơn, mà phải tiến hành nghiên cứu và tìm ra các quy luật

* Khi nghiên cứu về đường sinh thân cây (theo Đồng Sỹ Hiền (1974) [10]) có một số công trình phổ biến sau:

- Mendeleep D.I (1899), Benlanovxki 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 (y) như là một hàm của chiều cao (x):

Và đề nghị biểu thị hàm số này bằng phương trình bậc 2, bậc 3 hoặc bậc 4

- Muller G (1960) đề nghị biểu thị mối liên hệ giữa đường kính và chiều cao bằng hàm số mũ:

Giả thuyết 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  h

d h

hệ số mũ, nó biến đổi từ gốc đến ngọn Thể tích thân cây được tính như sau:

m

g d x

A m x

h

1

4

V = h

h

h m

g

m

m

) 3 , 1 (

1

3 , 1

Trong đó: n là hệ số độ thon tự nhiên, n = don/do1

n là chiều dài tương đối, n = hn/h

.(

.

Trong đó: P là thông số tiêu đỉnh của đường sinh;

X, y là toạ độ của Parabol;

H là chiều dài của thân cây bớt 1 m

Thể tích của thân cây được tính theo công thức sau:

Vg = X dl M d H

H

.

1.2 Ở Việt Nam

1.2.1 Nghiên cứu quy luật cấu trúc lâm phần

Khi nghiên cứu quy luật kết cấu của lâm phần, hầu hết các tác giả đều quan tâm đến quy luật này, có thể kể đến một số công trình tiêu biểu sau:

Với rừng tự nhiên nước ta, tác giả Đồng Sỹ Hiền (1974) [10] đã dùng họ đường cong Pearson biểu diễn phân bố số cây theo cỡ đường kính Nguyễn Hải Tuất (1975, 1982, 1990) đã sử dụng hàm Meyer, hàm khoảng cách để biểu diễn quy luật cấu trúc đường kính rừng thứ sinh, ứng dụng quá trình Poisson vào nghiên cứu quần thể rừng Nguyễn Văn Trương (1983) [26] đã sử dụng phân bố Poisson để nghiên cứu, mô phỏng quy luật cấu trúc đường kính thân cây cho đối tượng rừng hỗn giao khác tuổi

Các nghiên cứu này cho thấy phân bố N-D thường có nhiều đỉnh hình răng cưa và tồn tại phổ biến ở dạng phân bố giảm Theo Đồng Sỹ Hiền (1974) [10] phạm vi biến động đường kính trong từng lâm phần tự nhiên thường từ 0,5 – 4,1 lần đường kính bình quân Với mỗi loài trong lâm phần, phạm vi biến động đường kính hẹp hơn Vị trí cây có đường kính bình quân nằm trong khoảng từ 51 – 73%

số cây kể từ cỡ kính nhỏ Hệ số biến động bình quân về đường kính trong lâm phần khoảng 71%

Đối với những lâm phần thuần loài đều tuổi, qua nghiên cứu của Vũ Văn Nhâm (1998), Vũ Tiến Hinh (1990) cho thấy có thể dùng phân bố Weibull với hai tham số để biểu thị phân bố N-D cho những lâm phần như: thồn đuôi ngựa, thông nhựa, mỡ và bồ đề Phạm Ngọc Giao (1996) [8] khi nghiên cứu quy luật N/D cho thông đuôi ngựa vùng Đông Bắc đã chứng minh tính thích ứng của hàm Weibull

và xây dựng mô hình cấu trúc đường kính cho lâm phần thông đuôi ngựa

Các nghiên cứu về Keo tai tượng của các tác giả Nguyễn Văn Diện (2001) [4], Tống Minh Mạnh (2001) [20] và Khúc Đình Thành (1999) [25] khi nghiên cứu tại Ba Vì (Hà Tây), Đông Triều – Uông Bí (Quảng Ninh) đều kết luận có thể dùng hàm Weibull để nắn phân bố thực nghiệm N-D cho các lâm phần Keo tai tượng

Nhìn chung, khi nghiên cứu xây dựng mô hình hoá quy luật N-D, các tác giả nước ta thường sử dụng một trong hai phương pháp, đó là phương pháp biểu đồ và phương pháp giải tích toán học Phương pháp biểu đồ dùng

để phát hiện quy luật, còn phương pháp giải tích toán học dùng để định lượng quy luật Việc dùng hàm này hay hàm khác để biểu thị dãy phân bố thực nghiệm N-D còn phụ thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả và bản chất của quy luật đo đạc

Đối với rừng trồng thuần loài đều tuổi, nhiều tác giả đã chọn phân bố Weibull để mô tả và xây dựng mô hình cấu trúc đường kính lâm phần thuần loài đều tuổi

1.2.1.2 Nghiên cứu quy luật quan hệ giữa chiều cao với đường kính thân cây

Các tác giả trong nước đã sử dụng rất nhiều phương trình toán học để biểu diễn tương quan này, có thể kể đến một số công trình tiêu biểu sau:

Nghiên cứu về rừng tự nhiên nước ta, Đồng Sỹ Hiền (1974) 11, đã thử nghiệm các phương trình (1.17), (1.19), (1.21), (1.26) cho thấy chúng đều thích hợp, trong đó hai phương trình (1.19), (1.26) được chọn làm phương trình lập biểu cấp chiều cao

Phạm Ngọc Giao (1996) 9, đã khẳng định tương quan H/D của các lâm phần Thông đuôi ngựa tồn tại chặt dưới dạng phương trình Lôgarit một chiều (công thức 1.21)

Bằng phương pháp của Kennel xây dựng, tác giả đã xây dựng mô hình động thái đường cong chiều cao cho lâm phần Thông đuôi ngựa cho khu Đông Bắc với các tham số của phương trình tương quan H/D như sau:

] lg lg

.[

9524 , 0 4141 , 0

0

0

D D

H H b

cho từng loài ưu thế: Bằng lăng, Cẩm xe, Kháo và Chiêu Liêu ở rừng rụng lá

và nửa rụng lá Bằng lăng khu vực Tây Nguyên, tác giả đã chọn được phương trình (1.50) là thích hợp nhất

Vũ Văn Nhâm (1988) 25, dùng phương trình (1.21) xác lập quan hệ H/D cho mỗi lâm phần làm cơ sở lập biểu thương phẩm gỗ mỏ rừng Thông đuôi ngựa

Các nghiên cứu về Keo tai tượng của các tác giả Tống Minh Mạnh (2001) [20] và Khúc Đình Thành (1999) [25] khi nghiên cứu tại Ba Vì (Hà Tây), Đông Triều – Uông Bí (Quảng Ninh) cũng kết luận có thể dùng phương trình (1.21) để xác lập quan hệ H/D cho các lâm phần Keo tai tượng

Phân tích các kết quả của các tác giả đi trước cho thấy phương pháp biểu đồ đòi hỏi nhiều tài liệu quan sát, đồng thời bị nhân tố chủ quan chi phối

đáng kể Ngược lại, phương pháp giải tích toán học tuy phức tạp hơn nhưng yêu cầu tài liệu không nhiều và loại trừ được yếu tố chủ quan của con người Tuy nhiên, dạng phương trình nào thích hợp cho đối tượng nào còn chưa được xem xét đầy đủ

1.2.1.3 Nghiên cứu quan hệ giữa đường kính tán cây với đường kính thân cây

Từ những nghiên cứu độc lập nhau, rất nhiều tác giả đã khẳng định có mối quan hệ mật thiết giữa đường kính tán với đường kính ngang ngực Tuỳ theo loài cây khác nhau và điều kiện khác nhau, mối quan hệ này thể hiện khác nhau nhưng phổ biến nhất là dạng phương trình đường thẳng (1.28)

Vũ Đình Phương (1985) đã khẳng định mối liên hệ mật thiết giữa đường kính tán và đường kính ngang ngực theo dạng phương trình (1.28) Tác giả đã thiết lập phương trình Dt/D1,3 cho một số loài cây lá rộng như: ràng ràng, lim xanh, vạng trứng, chò chỉ ở lâm phần hỗn giao khác tuổi phục vụ cho công tác điều chế rừng

Phạm Ngọc Giao (1996) 9, đã xây dựng mô hình động thái tương quan giữa đường kính tán với đường kính ngang ngực để xác lập phương trình dạng (1.28) tại một thời điểm nào đó với tham số b của phương trình là một hàm của chiều cao tầng trội với lâm phần Thông đuôi ngựa khu Đông Bắc

Các nghiên cứu về Keo tai tượng của các tác giả Tống Minh Mạnh (2001) [20] và Khúc Đình Thành (1999) [25] khi nghiên cứu tại Ba Vì (Hà Tây), Đông Triều – Uông Bí (Quảng Ninh) cũng sử dụng phương trình (1.28)

để xác lập quan hệ Dt/D1,3 cho các lâm phần Keo tai tượng

Ngoài ra, còn nhiều tác giả khác cũng đề cập tới việc nghiên cứu quy luật này như: Vũ Tiến Hinh, Trần Cẩm Tú, Ngô Kim Khôi, Lê Sáu, Phạm Ngọc Giao, Phần lớn các tác giả trong nước khi mô tả quy luật Dt/D1.3 đều

sử dụng dạng quan hệ đường thẳng

1.2.2 Nghiên cứu sinh trưởng, tăng trưởng và trữ lượng rừng

Nghiên cứu sinh trưởng rừng tự nhiên và rừng trồng ở nước ta mới được tiến hành ở Việt Nam từ những năm 1960 trở lại đây Các công trình nghiên cứu sinh trưởng rừng trong giai đoạn đầu mới chỉ đưa ra những chỉ số trung bình theo các giai đoạn tuổi hay giai đoạn phát triển rừng về chiều cao, đường kính, thể tích… Chỉ từ khi có sự tham gia của Vũ Đình Phương (1985) (theo Vũ Thành Nam (2006) [21]) với các công trình nghiên cứu sinh trưởng

bồ đề tự nhiên, bồ đề trồng, mỡ trồng và rừng tự nhiên thì việc nghiên cứu sinh trưởng rừng mới thực sự được tổ chức khoa học, có quan điểm phương pháp luận hợp lý

Nghiên cứu sinh trưởng và tăng trưởng quần thể cây rừng đã được tác giả Phùng Ngọc Lan khảo nghiệm bằng một số phương trình sinh trưởng đã

sử dụng ở Châu Âu, áp dụng cho một số loài cây như mỡ, thông nhựa, bồ đề, bạch đàn và rừng tự nhiên trong nước, tác giả cho thấy các đường cong sinh trưởng thực nghiệm và đường cong sinh trưởng lí thuyết cắt nhau tại một điểm; chứng tỏ sai số phương trình tuy là nhỏ nhất song có hai giai đoạn có sai số ngược dấu nhau theo một cách hệ thống

Tác giả Nguyễn Trọng Bình (1996) 1, thông qua cơ sở lý thuyết của hàm ngẫu nhiên đã nghiên cứu mối quan hệ kỳ vọng toán và phương sai của biến ngẫu nhiên ba loài thông đuôi ngựa, thông nhựa và mỡ cho từng đại lượng sinh trưởng (D1,3, H) ở các thời điểm khác nhau là một trong những cơ

sở quan trọng để xem xét vấn đề phân cấp năng suất các lâm phần thuần loài

Vũ Tiến Hinh (2000) 13, nghiên cứu lập biểu sản lượng cho các loài cây sa mộc, thông đuôi ngựa và mỡ đã nghiên cứu sinh trưởng cây bình quân theo từng đơn vị cấp đất và mô phỏng sinh trưởng bằng hàm Gompertz Từ phương trình sinh trưởng cho các đại lượng Y (D, H, V) suy ra các giá trị cực

đại cũng như thời điểm đạt cực đại của ZY và ∆Y Đây là cơ sở xác định tuổi thành thục số lượng cho cây bình quân lâm phần, với lâm phần không qua tỉa thưa, thì tuổi thành thục số lượng của cây bình quân cũng là tuổi thành thục số lượng của lâm phần

Nguyễn Thị Bảo Lâm (1996) 18, đã sử dụng hàm Korf mô phỏng sinh trưởng chiều cao tầng trội và thay đổi đồng thời 2 tham số để xác định đường cong chỉ thị cấp đất cho rừng thông đuôi ngựa

Phạm Xuân Hoàn (2001) 14 đã sử dụng hàm Gompert để nghiên cứu quá trình sinh trưởng của các lâm phần Quế ở Yên Bái

Hoàng Xuân Y (1997) [31], tiến hành phân chia cấp đất bằng chiều cao cây có tiết diện bình quân (Hg) Tác giả thử nghiệm các hàm, Schumacher, Gompertz và chọn hàm Schumacher để mô phỏng sinh trưởng chiều cao cho rừng Mỡ (M.glauca) trồng tại Trung tâm nguyên liệu giấy

Ngoài ra, nhiều tác giả khác như: Vũ Văn Nhâm, Bảo Huy, Trần Văn Con, Hoàng Văn Dưỡng đã nghiên cứu sinh trưởng cây rừng theo xu hướng toán học hoá Việc mô phỏng mang tính chất định lượng cho quá trình sinh trưởng của cây rừng hay lâm phần là không thể thiếu trong khoa học hiện nay, nhằm đưa ra được những cơ sở thực tiễn trong kinh doanh rừng hợp lí

1.2.3 Nghiên cứu hình dạng thân cây

Nghiên cứu hình dạng thân cây rừng tự nhiên và rừng trồng ở nước ta cũng mới được tiến hành ở Việt Nam từ những năm 1960 trở lại đây Năm

1962, đoàn chuyên gia Trung Quốc đã sử dụng chỉ tiêu q2/1 để nghiên cứu hình dạng thân cây làm cơ sở lập biểu thể tích theo cấp chiều cao rừng lưu vực sông Hiếu - Nghệ Tĩnh (theo Đồng Sỹ Hiền [10])

Xuất phát từ dãy số thon, Đồng Sỹ Hiền (1974) nghiên cứu đường sinh thân cây rừng nước ta và đi đến kết luận: “tính ổn định hình dạng thân cây theo loài còn thể hiện rõ rệt ở sự ổn định vị trí tương đối các điểm uốn của phương trình đường sinh thân cây” [10]

Hình số (f1,3) và hình suất (q2) đã được Đồng Sỹ Hiền nghiên cứu khá

tỷ mỷ cho cây rừng tự nhiên Tác giả đưa ra kết luận [10]:

+ Phân bố N-f1,3; N-q2 tiệm cận với phân bố chuẩn

+ Biến động của f1,3 và q2 trong khoảng ± 6-12%

+ Giữa f1,3 và q2 tồn tại mối liên hệ mật thiết dưới nhiều dạng phương trình phổ biến nhưng khả năng thuần nhất của từng dạng tương quan giữa các loài cây không cao

Vũ Đình Phương (1972) [24] nghiên cứu phân bố N-f1,3 cho loài bồ đề

tự nhiên vùng Yên Bái đã có những kết luận chỉ tiêu này khá ổn định khi lâm phần ở các tuổi, mật độ khác nhau Từ đó ông đã xác lập tương quan:

fd = 1,752880 + 0,436104.d (1.48)

Từ đó xây dựng biểu thể tích hai nhân tố cho đối tượng trên

Phạm Thanh Hải và Trần Ngọc Phụng (1978) [9] đã xác nhận phân bố

N - f1,3; N - q2 thông đuôi ngựa ở Cẩm Phả - Quảng Ninh tuân theo luật chuẩn Đồng thời hai tác giả đã tính toán các phương trình quan hệ q2 với h và f1,3 với h.q2 cho đối tượng trên như sau:

f1,3 = 0,5114 + 1,114.q2 + 2,470/q2.h (1.50) Nghiên cứu hình dạng thân cây thông nhựa và đuôi ngựa, Phạm Ngọc Giao (1987) [7], Nguyễn Đức Bôn (1978) [3] đã phát hiện và xác lập quan hệ dưới đây cho vùng Đông Bắc:

f1,3 = a + b/d2 + c/d2.h (1.51)

Từ đó tác giả đã kiến nghị một phương trình lập biểu thể tích chung cho

2 loài này là:

V = b0 + b1.h + b2.d2.h (1.52)

Từ các nghiên cứu của mình phạm Ngọc Giao cũng khẳng định giữa f1,3

với d và h còn tồn tại các dạng liên hệ (theo Mai Văn Hưng (2001) [15]):

h.f1,3 =1,69244 + 0,38991.h (1.57) Phục vụ cho việc lập biểu thể tích hai nhân tố cho Keo tai tượng trồng

- Vũ Nhâm (1988) [23], đã ứng dụng phương pháp trên để lập biểu thể tích cây đứng và biểu thương phẩm cho loài thông đuôi ngựa vùng Đông Bắc

- Tiếp đó, các tác giả Bảo Huy (1993) [16], Tăng Ngọc Tráng (1997) cũng đã sử dụng phương pháp trên để lập biểu thể tích và biểu sản phẩm cho loài xoan mộc, loài bằng lăng và cho nhóm loài cây ưu thế rừng tự nhiên ở Tây Nguyên

Nhìn chung, các kết quả nghiên cứu về hình dạng cho đối tượng nghiên

cứu còn chưa phong phú và chưa cụ thể cho từng vùng, đề tài có nhiệm vụ tìm hiểu sâu hơn về lĩnh vực này cho vùng nghiên cứu

1.2.4 Một số công trình nghiên cứu về loài Keo tai tượng ở Việt Nam

Cho đến nay, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về cây keo, từ khâu khảo nghiệm xuất xứ đến chọn lập địa gây trồng, kỹ thuật lâm sinh, điều tra, sản lượng Đầu tiên phải kể đến các khảo nghiệm đầu những năm 1980 tại một số tỉnh phía Bắc nước ta của các tác giả Lê Đình Khả, Nguyễn Hoàng Nghĩa [22], kết quả đã chọn ra được các xuất xứ tốt nhất của 4 loài keo là

A.aulacocarpa, A auriculiformis, A.crassicarpa, A.mangium

Tiếp theo đó là một loạt các khảo nghiệm cho các loài keo trồng ở vùng thấp từ Bắc vào Nam [22], kết quả có 3 loài keo có triển vọng hơn cả, đó là Keo lá tràm, Keo tai tượng và Keo lá liềm Theo thống kê của Nguyễn Ngọc Lung (1994) về diện tích trồng rừng của các loài cây chính thì hai loài Keo tai tượng và Keo lá tràm chiếm tới 10% tổng diện tích, trong đó Keo tai tượng chiếm 6% và Keo lá tràm chiếm 4%

Đối với Keo tai tượng được gây trồng ở miền Bắc vào những năm

1980, theo Nguyễn Hoàng Nghĩa (2003) [22], tăng trưởng bình quân đạt 2m/năm về chiều cao và 2,5cm/năm về đường kính Trên các lập địa khắc nghiệt lại không có phân bón (như Đại Lải) sinh trưởng kém hơn Tại các tỉnh Nam Bộ, Keo tai tượng sinh trưởng nhanh hơn, với mức tăng trưởng bình quân đạt trên 2,5m/năm về chiều cao, trên 3cm/năm về đường kính

Về kỹ thuật trồng theo Ngô Quang Đê và Nguyễn Hữu Vĩnh (1997) [6], Keo tai tượng có thể trồng bằng gieo hạt thẳng, cây con rễ trần song phổ biến và tốt nhất là cây con có bầu Keo tai tượng thường trồng thuần loài hay hỗn loài với bạch đàn, phi lao, trám, sấu… đất trồng chủ yếu là đất trống đồi núi trọc, ở

độ cao dưới 500m so với mặt nước biển

Đã có một số nghiên cứu về quy luật kết cấu và sinh trưởng của Keo tai tượng phục vụ cho việc lập biểu thể tích hai nhân tố cho vùng Trung tâm [2], công trình xây dựng một số mô hình sản lượng ở khu vực Uông Bí – Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh của tác giả Khúc Đình Thành (1999) [25]

Tác giả Tống Minh Mạnh (2001) [20], đã xây dựng một số mô hình cấu trúc cơ bản của lâm phần làm cơ sở cho điều tra và kinh doanh rừng trồng Keo tai tượng tại một số huyện Ba Vì (Hà Tây), Lương Sơn (Hoà Bình), Đông Triều – Uông Bí (Quảng Ninh)

Còn tác giả Nguyễn Văn Diện (2001) [4] lại nghiên cứu ảnh hưởng của một số nhân tố đến cấu trúc và sản lượng rừng Keo tai tượng cho các khu vực Ba

Vì (Hà Tây), Đông Triều – Uông Bí (Quảng Ninh)

Trên đây giới thiệu một cách tóm lược những vấn đề có liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài mà trong quá trình thực hiện chúng tôi có sự kế thừa vận dụng, đặc biệt có chú trọng đến các vấn đề về cơ sở lý luận, quan điểm và phương pháp nghiên cứu cho đối tượng rừng Keo tai tượng trồng thuần loài đều tuổi

Chính những vấn đề nghiên cứu nói trên đã giúp chúng tôi định hướng lựa chọn các nội dung nghiên cứu của đề tài này Đồng thời trong quá trình thực hiện

đề tài có ứng dụng các tiến bộ của công nghệ tin học, thống kê toán học để từ đó lượng hoá các quy luật kết câu của lâm phần, xây dựng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng và hình dạng thân cây phù hợp với loài Keo tai tượng trồng tại Tuyên Quang

Chương 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, MỤC TIÊU NGHIÊN

CỨU, PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU

2.1 Đặc điểm đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Đặc điểm cây Keo tai tượng

Keo tai tượng còn có tên khác là Keo lá to, Keo lá mỡ, tên khoa học là

Acacia mangium Wild, thuộc bộ đậu (Leguminoceae) họ phụ trinh nữ

(Mimosoideae)

Keo tai tượng là loài cây sinh trưởng nhanh, được trồng trên các vùng đất rừng du canh bỏ hoá, bị cỏ tranh xâm lấn và rừng sau khai thác ở vùng nhiệt đới ẩm Là loài cây gỗ thân lớn, có chiều cao đạt tới 30 m với trục thân thẳng tới trên 1/2 chiều cao cây, song ít thấy cây có đường kính trên 60 cm Trên các lập địa khắc nghiệt, nó chỉ cao 7- 10 m, có khi còn thấp hơn và cây cho bộ lá vàng vọt, không có sức sống Là loài cây tái sinh rất mạnh và thuộc vào một trong số các loài cây mọc nhanh của rừng nhiệt đới Do không thấy nhiều ở tầng tán cao của rừng thường xanh nên người ta cho rằng cây có tuổi thọ ngắn, chỉ khoảng 30 – 50 năm

Lá rất rộng bản, rộng tới 5 – 10 cm và dài tới 25 cm, lá có màu lục sẫm

và thường có 4 (đôi khi 3) đường gân

Có phân bố tự nhiên dọc theo ranh giới của vùng nhiệt đới nóng và ẩm Lượng mưa bình quân năm từ 1500 – 3000 mm Cây thường gặp ở ven biển bắc Queensland, Ôxtrâylia kéo dài sang Papua New Guinea và Irian Jaya của Inđônêxia Phân bố giữa các vĩ độ 1 và 180 Nam, trên các độ cao từ mực nước biển tới 1800 m, song chủ yếu là 0 – 300 m Nhu cầu khí hậu của loài ở Việt Nam đã được Nguyễn Hoàng Nghĩa (1996) đã xác định như sau:

Lượng mưa bình quân năm: 1300 – 2500 mm;

Nhiệt độ tối đa bình quân của tháng nóng nhất: 28 – 350 C;

Nhiệt độ tối thiểu bình quân tháng lạnh nhất: 10 – 220C;

Nhiệt độ bình quân năm: 22 – 280C

Theo Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ (NAS, 1983), lá Keo tai tượng có thể làm thức ăn chăn nuôi Là loài cây cho gỗ củi tốt ở Fiji, đặc biệt trên các lập địa bị xói mòn mạnh Gỗ dễ xẻ, mặt gỗ phẳng nhẵn dễ đánh bóng,

gỗ rất bền đối với thời tiết Có thể dùng làm đồ gỗ, làm nhà, làm bột giấy có chất lượng cao

Là loài cây cố định đạm, tạo cộng sinh ở rễ với nấm Thelephora, tán lá dày nên Keo tai tượng có tác dụng che phủ đất và cải tạo đất tốt Tại Sabah, Malaixia cây còn được dùng để che bóng cho cây cacao

Có khoảng 70.000 – 90.000 hạt trên mỗi kg Trước khi gieo, hạt được

xử lý nước sôi để kích thích này mầm Cây mầm được 3 lá thì có thể cấy vào bầu Khi cây con cao 25 – 30 cm ở vườn ươm thì có thể đem trồng Cây sinh trưởng chậm nếu nhiệt độ bình quân tháng thấp hơn 170C Rễ ăn nông nhưng khoẻ, phần lớn rễ tập chung ở 28 cm tầng mặt Các rễ tầng mặt cũng sinh trưởng rất nhanh, cây 7 tháng tuổi có rễ bên dài tới 3 m, do vậy người ta có xu hướng cuốc hố rộng hơn cho cây trồng (40 x 40 x 30 cm) Khả năng chống chịu gió bão kém hơn keo lá tràm Nhiệt độ thấp và sương giá có thể làm cây con bị chết

Khi được trồng trên các lập địa khô cằn nước ta, cây thường sinh trưởng kém và rỗng ruột Cây sinh trưởng đặc biệt tốt ở vùng mưa nhiều như

ở Hàm Yên (Tuyên Quang) và ở phía Nam Vào mùa mưa ở vùng Bầu Bàng

(Bình Phước), chỉ cần gạt lớp lá che đất là có thể thấy các nốt sần rễ nổi trên

bề mặt Khu khảo nghiệm ở Phú Tân (Phạm Thế Dũng, 1996) cho thấy tăng trưởng có thể đạt 29 m3/ha/năm và tại Mã Đà (Đồng Nai) là trên 30

m3/ha/năm ở 40 tháng tuổi đối với xuất xứ Oriomo

2.1.2 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu

Huyện Hàm Yên, tỉnh Tuyên Quang, cách thị xã Tuyên Quang 37 km

về phía Bắc, độ cao khoảng 80m so với mực nước biển Theo số liệu của Trạm khí tượng Hàm Yên, nhiệt độ trung bình là 230C với trung bình tối cao

là 27,70C và trung bình tối thấp là 19,20C, độ ẩm 87,0 % Lượng mưa trung bình năm là 1.800 - 2.200 mm, tập trung chủ yếu vào mùa nóng từ tháng 5 - 8 Mùa lạnh (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau) thường có xuất hiện sương muối

Đất ở khu vực nghiên cứu là đất Feralit vàng nâu phát triển trên đá mẹ phiến thạch sét, độ sâu tầng đất trung bình từ 30 – 80 cm, pH (KCl) bằng 3,7-3,8 Hàm lượng đạm và cacbon trung bình, lân dễ tiêu nghèo Đất có cấu tượng tốt, thành phần cơ giới trung bình

Tóm lại, điều kiện đất đại khí hậu vùng Hàm Yên, Tuyên Quang khá

thích hợp với điều kiện sinh thái của Keo tai tượng, tầng đất sâu, hàm lượng mùn cao Đây là vùng có rất nhiều tiền năng để phát triển trồng cây nguyên liệu giấy đặc biệt là các loài keo Chính vì vậy, đây là một trong những vùng trung tâm trồng rừng Keo tai tượng ở nước ta hiện nay

2.1.3 Đặc điểm của rừng Keo tai tượng ở khu vực nghiên cứu

Keo tai tượng được đưa vào trồng tại Tuyên Quang từ những năm

1980 Cho đến nay, tại Hàm Yên nói riêng và Tuyên Quang nói chung Keo tai tượng là loài cây trồng được ưu tiên và đã được trồng với diện tích tương đối lớn Hầu hết các diện tích trồng Keo tai tượng nhằm cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp và bảo vệ môi trường

Ở khu vực nghiên cứu, những lâm phần Keo tai tượng thường là trồng thuần loài đều tuổi, tập chung tuổi từ 1 – 11, trồng bằng cây con có bầu, theo quy trình kỹ thuật trồng và chăm sóc rừng của Tổng công ty giấy Việt Nam ban hành, mật độ trồng ban đầu từ 1111 – 1666 cây/ha và trong quá trình nuôi dưỡng thường không tỉa thưa

2.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Về lý luận: Góp phần làm sáng tỏ thêm các mô hình cấu trúc, sinh

trưởng và hình dạng cho đối tượng rừng trồng Keo tai tượng trong khu vực để

làm công cụ dự đoán phục vụ cho điều tra và đánh giá trữ lượng, sản lượng

- Về thực tiễn: Ứng dụng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng và hình dạng

để xây dựng phương pháp dự đoán trữ lượng, sản lượng rừng Keo tai tượng

tại khu vực Hàm Yên – Tuyên Quang

2.3 Phạm vi và giới hạn của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là những lâm phần Keo

tai tượng trồng thuần loài đều tuổi từ tuổi 1 đến tuổi 11 Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu các lâm phần từ tuổi 3 đến tuổi 11 và chưa qua tác động bằng biện

pháp tỉa thưa

- Về vùng nghiên cứu: Những vùng phân bố tập trung và đặc trưng cho đối tượng nghiên cứu ở khu vực Hàm Yên – Tuyên Quang

- Nội dung nghiên cứu: Xây dựng các quy luật cấu trúc, các mô hình sinh

trưởng và hình dạng rừng Keo tai tượng và đưa ra một số trường hợp vận dụng làm cơ sở cho việc nghiên cứu sâu vào xác định trữ sản lượng các lâm phần rừng

trồng trong khu vực

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

3.1.1 Nghiên cứu các quy luật cấu trúc và xây dựng các mô hình cấu trúc loài Keo tai tượng

3.1.1.1 Quy luật phân bố số cây theo đường kính ngang ngực (N-D)

3.1.1.2 Quy luật phân bố số cây theo chiều cao (N-H)

3.1.1.3 Quy luật tương quan giữa chiều cao và đường kính thân cây (H/D) 3.1.1.4 Quy luật tương quan giữa đường kính tán và đường kính ngang ngực (Dt/D1.3)

3.1.1.5 Quy luật tương quan giữa thể tích thân cây không vỏ với đường kính

và chiều cao thân cây (Vkv/D1.3/Hvn)

3.1.1.6 Quan hệ giữa hình số thường (f1.3) với đường kính và chiều cao thân cây

3.1.2 Nghiên cứu xây dựng phương trình đường sinh thân cây

3.1.3 Nghiên cứu quy luật sinh trưởng và xây dựng một số mô hình sinh trưởng rừng Keo tai tượng

3.1.3.1 Nghiên cứu quy luật sinh trưởng cây cá lẻ

a Nghiên cứu quy luật sinh trưởng đường kính theo tuổi

b Nghiên cứu quy luật sinh trưởng chiều cao theo tuổi

c Nghiên cứu quy luật sinh trưởng thể tích thân cây theo tuổi

3.1.3.2 Nghiên cứu quy luật sinh trưởng lâm phần

a Quá trình sinh trưởng đường kính lâm phần

b Quá trình sinh trưởng chiều cao lâm phần

c Quá trình sinh trưởng thể tích

3.1.4 Vận dụng các quy luật cấu trúc, sinh trưởng và hình dạng để dự đoán trữ sản lượng rừng Keo tai tượng

3.1.4.1 Xác định f 1,3 thân cây đứng loài Keo tai tượng

3.1.4.2 Xây dựng công thức xác định thể tích cây đứng Keo tai tượng

3.1.4.3 Dự đoán tỷ lệ % số cây và thể tích theo kích cỡ D 1.3 và H vn

3.1.4.4 Xác định trữ lượng lâm phần theo tuổi

3.1.4.5 Lập biểu thể tích

3.1.4.6 Dự tính tuổi thành thục số lượng cho loài Keo tai tượng tại Hàm Yên qua các phương trình sinh trưởng thể tích cây cá lẻ và lâm phần

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Quan điểm phương pháp luận

Phương pháp luận nghiên cứu: nghiên cứu phải đảm bảo tổng hợp và toàn diện, triệt để áp dụng các phương pháp định lượng toán học chính xác trên cơ sở phản ánh trung thực các quy luật sinh vật học của cây và lâm phần Trên quan điểm nghiên cứu ứng dụng vào sản xuất kinh doanh rừng, nên khi nghiên cứu cần thiết phải có sự kế thừa những thành quả của các tác giả đi trước làm cơ sở lựa chọn những dạng toán học thích hợp, đảm bảo độ chính xác cho phép và đơn giản khi áp dụng

3.2.2 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu

- Phương pháp thu thập số liệu:

+ Sử dụng phương pháp điều tra điển hình ở các lâm phần Keo tai tượng sau khi đã điều tra tổng quát các lâm phần khác nhau về tình hình sinh trưởng

và hoàn cảnh sinh thái

+ Số liệu thu thập trên các ô tiêu chuẩn (ÔTC) điển hình với diện tích

1500 m2 Mỗi tuổi điều tra 2 ÔTC (từ tuổi 3 đến tuổi 11), như vậy tổng số ÔTC cần điều tra là 18 Trên mỗi ÔTC này tiến hành đo đếm các chỉ tiêu: Đo

D1.3 toàn diện, đo Hvn và Dt ≥ 50 cây tương ứng

+ Trên đối tượng rừng ở tuổi 10, lựa chọn 16 cây theo phương pháp ngẫu nhiên để tiến hành giải tích Chia thân cây thành 10 đoạn bằng nhau và kẹp kính ở vị trí đường kính có vỏ và không có vỏ ở mỗi phân đoạn Cây giải tích được chặt ngả phân đoạn 1 mét, cưa thớt đếm và đo đường kính vòng năm để xác định các đại lượng sinh trưởng (D, H, V) cho từng tuổi Ngoài ra, cưa thớt đếm và đo vòng năm tại vị trí đường kính 1,3 mét

+ Kế thừa các số liệu có liên quan đến đề tài như: Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, đất đai, sâu bệnh hại

- Phương pháp xử lý số liệu:

+ Dùng toán sinh học làm công cụ áp dụng vào xử lý, phân tích, kiểm nghiệm, lựa chọn, mô hình hóa các quá trình sinh trưởng, quy luật cấu trúc và hình dạng của cây và lâm phần

+ Tài liệu đo đếm trước khi đưa vào phân tích được sàng lọc số liệu thô bằng phần mềm SPSS Ngoài ra, để kiểm tra khả năng gộp số liệu các ÔTC ở những vị trí khác nhau nhưng cùng một tuổi, đề tài sử dụng tiêu chuẩn tiêu chuẩn Mann & Whitney đối với trường hợp hai mẫu

+ Số liệu đo đếm trên các ÔTC được tiến hành chỉnh lý và tính toán tổng hợp các nhân tố điều tra cơ bản từng ÔTC và tổng hợp lại theo từng tuổi cho toàn bộ đối tượng nghiên cứu

3.2.3 Phương pháp nghiên cứu một số quy luật cấu trúc lâm phần

3.2.3.1 Quy luật phân bố của một số nhân tố điều tra lâm phần

Vận dụng hàm phân bố Weibull để mô tả qui luật cấu trúc N-D, N-H rừng Keo tai tượng Sở dĩ sử dụng phân bố Weibull để nghiên cứu vì đây là phân bố xác suất cho phép mô phỏng phân bố thực nghiệm có dạng giảm, lệch trái, lệch phải và đối xứng Đây cũng là dạng hàm được các tác giả lựa chọn

để mô phỏng phân bố N-D, N-H, N-Dt cho các loài cây rừng trồng mọc nhanh

F( )  1  . (3.1) Trong đó:  và  là hai tham số của phân bố Weibull Khi các tham số của Weibull thay đổi thì dạng đường cong phân bố cũng thay đổi theo Tham

số  đặc trưng cho độ nhọn, tham số  đặc trưng cho độ lệch của phân bố

Nếu  = 1 phân bố có dạng giảm;

3.2.3.2 Quy luật tương quan của một số nhân tố điều tra

 Quy luật tương quan giữa chiều cao và đường kính:

Phương trình toán học biểu diễn mối liên hệ giữa chiều cao và đường kính rất đa dạng Với số liệu thu thập được giữa D1,3 và Hvn ta cần so sánh và lựa chọn một dạng liên hệ nào đó tốt nhất Trong khuôn khổ đề tài với sự trợ giúp của phần mềm SPSS 11.5 for Windows, đề tài chỉ tiến hành mô phỏng theo một số dạng sau đây:

Hàm Logarithmic (LN): Y = a + b.lnX (3.2) Hàm Parabol bậc 2 (QUA): Y = a0 + a1.X + a2.X2 (3.3)

Từ dạng quan hệ tốt nhất chọn được lập cho từng ô tiêu chuẩn, làm cơ sở xác định các loại chiều cao bình quân

 Quan hệ giữa đường kính tán với đường kính ngang ngực:

Quan hệ này được mô phỏng theo phương trình đường thẳng:

Dựa vào quan hệ này xác định tán lâm phần thông qua phân bố N-D

 Quy luật tương quan giữa thể tích thân cây không vỏ với đường kính và chiều cao thân cây:

Cũng tương tự các nhân tố điều tra khác, giữa thể tích thân cây không

vỏ với đường kính và chiều cao thân cây tồn tại mối liên hệ với nhau Đề tài

sẽ thử nghiệm một vài dạng phương trình sau:

 Quan hệ giữa hình số thường (f1.3) với đường kính và chiều cao thân cây:

Từ các nghiên cứu của các tác giả đi trước, đề tài sẽ thử nghiệm một số dạng phương trình quan hệ sau:

- Quan hệ giữa f1,3 với d:

3.2.3.3 Phương pháp nghiên cứu mối quan hệ của các nhân tố điều tra

Căn cứ vào biểu đồ thực nghiệm, lựa chọn dạng phương trình lý thuyết Các phương trình phi tuyến được chuyển về dạng tuyến tính Dùng phương pháp bình phương bé nhất để ước lượng các tham số Tính toán các chỉ tiêu thống kê như: hệ số tương quan (R) hoặc hệ số xác định (R2), sai tiêu chuẩn hồi quy (Hy/x)… Kiểm tra tồn tại các tham số, hệ số tương quan và dạng quan

hệ bằng các tiêu chuẩn F của Fisher, tiêu chuẩn t của Student ở mức ý nghĩa 

= 0,05 trên các phần mềm SPSS [28] hoặc Excel [17]

Phương trình được chọn phải có độ chính xác cao, đơn giản và phản ánh đúng các quy luật sinh học của loài cây nghiên cứu Phương trình chính tắc có hệ số xác định cao nhất, sai tiêu chuẩn hồi quy nhỏ nhất và xác xuất của tiêu chuẩn kiểm tra sự tồn tại của các hệ số hồi quy nhỏ hơn 0,05

3.2.4 Phương pháp xây dựng phương trình đường sinh thân cây

Từ số liệu đo đếm trên các cây tiêu chuẩn chặt ngả, tính hệ số thon Koi

cả vỏ và không vỏ ở các vị trí phần 10 thứ i của thân cây

y =

01 D

Doi



với: Koi(vỏ) = Doi(vỏ)/D01(vỏ) và Koi(không vỏ) = Doi(kh.vỏ)/D01(vỏ)

Để lập được phương trình đường sinh, cần tính các Koi:

n 1

) (

1

(3.16)

Sau khi tính được Koi cả vỏ và không vỏ, tiến hành xác định phương trình phù hợp cho đường sinh thân cây Phương trình đường sinh thân cây có dạng tổng quát là:

y = a0 + a1x + a2x2 + + anxn (3.17) Trong đó: y: là Koi

x: là giá trị phần mười chiều cao (tính từ ngọn) tương ứng với đường kính Doi

ai: là các tham số của phương trình n: là bậc của phương trình

Tiến hành lập phương trình đường sinh thân cây có vỏ và không vỏ theo các bậc khác nhau

Việc xác định các tham số của phương trình đường sinh thân cây được thực hiện sau khi tuyến tính hoá phương trình tổng quát trên:

Nếu đặt X1 = x; X2 = x2; X3 = x3;… Xn = xn thì phương trình (3.17) sẽ được chuyển về dạng tuyến tính nhiều lớp:

y = a0 + a1X1 + a2X2 + + anXn (3.18) Việc xác định các tham số của phương trình tương quan tuyến tính nhiều lớp được thực hiện bằng phần mềm Excel theo hướng dẫn của Ngô Kim Khôi, Nguyễn Hải Tuất và Nguyễn Văn Tuấn [17]

Chọn bậc của phương trình dựa vào việc kiểm tra sự tồn tại của các tham số của phương trình bằng tiêu chuẩn t và dựa vào sai số tương đối và hệ

số tương quan

Khi đã tìm được bậc phù hợp cho phương trình đường sinh, tiến hành hiệu chỉnh phương trình sao cho đồ thị của hàm số vừa tìm được đi qua 2 điểm lý thuyết có toạ độ (0 ; 0) và (0,9 ; 1)

Sau khi xác định được phương trình thích hợp, đề tài tiến hành xác định

f01 từ phương trình đường sinh thân cây theo công thức:



 x y dx f

0

2

Với y: là phương trình đường sinh đã được chọn

Thay x = 1 vào phương trình (3.19) sẽ được hình số tự nhiên (f01) Từ

của cây rừng, lâm phần rừng trồng thuần loài đều tuổi, đề tài đã sử dụng các

dạng hàm sinh trưởng thông dụng sau:

Hàm Schumacher có dạng: Y = b1 exp(-b2/Ab3) (3.20) Hàm Gompertz có dạng: Y = b1 exp(-b2* exp(-b3*A)) (3.21) Với: b1, b2, b3: là các tham số của phương trình;

A: là biến tuổi

Để đánh giá một cách khách quan sự phù hợp của một hàm lý thuyết nào đó với các dãy tài liệu quan sát, sử dụng cùng một lúc 2 chỉ tiêu thống kê:

 Hệ số xác định phương trình tuyến tính đạt lớn nhất;

 Phương sai hồi quy của phương trình đạt nhỏ nhất

Để mô hình hoá sinh trưởng cây mọc nhanh, hàm số phải đáp ứng tính mềm dẻo và đồng thời phải xuất phát từ gốc toạ độ (0;0) Mặt khác để biểu thị quá trình sinh trưởng của các nhân tố điều tra (D, H, V) của cây hay lâm phần, hàm số phải thể hiện được tính tổng quát, bao quát

3.2.6 Vận dụng kết quả nghiên cứu

Từ các kết quả nghiên cứu về cấu trúc lâm phần, sinh trưởng và hình dạng của một số đại lượng điều tra rừng như: D, H, V, f của cây rừng và lâm phần, đề xuất biện pháp kỹ thuật áp dụng trong điều tra rừng và sản lượng rừng nhằm nâng cao hiệu quả trong gây trồng và kinh doanh rừng Keo tai tượng tại Tuyên Quang