TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trên thế giới
1.1.1 Về tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao
Thể tích và trữ lượng gỗ, tính bằng mét khối (m³), là chỉ số quan trọng để đánh giá tài nguyên rừng của mỗi quốc gia hoặc vùng lãnh thổ Mặc dù thân cây thường được xem như một khối hình học tròn, việc đo kích thước và hình dạng thực tế của cây đứng gặp nhiều khó khăn, dẫn đến việc không thể xác định thể tích bằng các công thức hình học thông thường Để khắc phục vấn đề này, người ta đã xây dựng các bảng tra thể tích dựa trên đường kính chuẩn, chiều cao và hình dạng của cây, được gọi là biểu thể tích Theo khoa học Điều tra rừng, thể tích của thân hoặc bộ phận thân cây có thể được tính bằng công thức: V = π × (d/2)² × h × f, trong đó d là đường kính, h là chiều cao và f là hệ số hình dạng.
Với: V là thể tích của thân cây hoặc bộ phận của nó Đường kính chuẩn d j được chọn tại một vị trí trên gốc cây để dễ dàng đo lường Chiều cao của thân cây được ký hiệu là h, trong khi f j là đại lượng biểu thị hình dạng của thân cây tương ứng với đường kính d j đã chọn.
Các mô hình toán học về thể tích thân cây được xem xét như là một hàm của các biến độc lập như đường kính, chiều cao và hình số (Akindele và Lemay, 2006; Đồng Sĩ Hiền, 1974; Husch, 2003).
H: Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều cao một vị trí bất kì trên thân cây
Spurr S.H (1952) đã đề xuất phương trình
Perrey T.O và Yates P.A (1964) đã kiểm nghiệm và cho rằng phương trình (1-16) ở Canada và khi kiểm tra theo phương pháp rút chọn thì đề xuất phương trình:
Trong quá trình điều tra, tổng thiết diện ngang, chiều cao và đường kính được đo lường và sử dụng các biểu đồ đã được lập dựa trên phương trình đã đề cập Carrow.John (1963) đã áp dụng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình Bitterlich để thực hiện các phân tích này.
Tác giả đã kiểm nghiệm và nhận định rằng phương trình Spurr có thể được sử dụng để dự đoán lượng tăng trưởng thường xuyên, phù hợp với các tổ hợp khác nhau giữa đường kính và chiều cao.
Shumacher B và Hall (1933) đã đề xuất phương trình:
Theo Jayaraman (1999), trong lĩnh vực lâm nghiệp, một số công thức tương quan sinh trưởng được sử dụng để tính toán thể tích hoặc sinh khối cây Các công thức này dựa vào các biến độc lập như đường kính ngang ngực và chiều cao của cây.
Y 0.5 = a + b.D 2 + c.H + d.D 2 H (1-13) Dưới đây đưa ra một số hàm thể tích chung phổ biến được áp dụng: Kiểu nhân tố hình dạng không đổi: V= b 1 D 2 H (1-14) Kiểu kết hợp biến: V= b 0 b 1 D 2 H (1-15) V= 1 2 3 b b H
Dạng biến đổi logarit: V= logb1 + b2logD + b3logH (1-17) Đổi biến của Honer: V= 1
Theo nghiên cứu của Loetsch-Zoehrer-Haller (1973), độ cao gốc chặt thường được xác định là 0,3m, nhưng ở các nước nhiệt đới, chiều cao này thường lớn hơn do sự hiện diện của bạnh gốc ở nhiều loài cây Tại châu Âu, đường kính giới hạn cho phần gỗ ngọn cây thường là 7cm, tuy nhiên, kích thước này có thể thay đổi tùy thuộc vào kích thước sản phẩm và điều kiện sử dụng gỗ.
Alder D (1980) đã nghiên cứu loài Pinus patula tại Kenia và xác định đường kính giới hạn trên là 20cm Nghiên cứu này cũng thiết lập mối quan hệ giữa thể tích thân cây từ gốc chặt đến đường kính giới hạn với đường kính và chiều cao của cây.
FAO (1981) giới thiệu biểu gỗ sản phẩm loài pinus halepensis ở miền
Tại Tây Malaysia, sản phẩm gỗ được tính từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS) Thể tích của thân cây được xác định thông qua VS bằng cách sử dụng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã xây dựng biểu sản phẩm cho rừng khô, bao gồm các loại gỗ tròn có đường kính lớn hơn 40cm, gỗ tròn có đường kính nhỏ hơn 40cm, gỗ cột, củi, và sản lượng quả Gỗ thương phẩm được xác định từ gốc cây đến đường kính đầu nhỏ 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) đã đề xuất hệ số thon và hình số tự nhiên dựa trên đường kính tại vị trí 0.1 của chiều cao tính từ cổ rễ Các chỉ tiêu hình dạng tương đối do Hohenadl đưa ra đã được công nhận rộng rãi ở các nước nói tiếng Đức, đặc biệt là tại Cộng hòa Liên bang Đức, và ngày càng được chấp nhận trên toàn cầu.
Vào năm 1961, Theo G Krauter đã nghiên cứu để phát triển một biểu mẫu chung cho tất cả các loài cây hoặc cho từng loài riêng biệt Ông đã phân tích hình dạng theo đại lượng tương đối, sử dụng hình số tự nhiên f01 (λ 0.9) Để đảm bảo tính đồng nhất của hình dạng, Krauter đã chia các mẫu thành năm tổ, mỗi tổ gồm 50 cây tiêu chuẩn: bốn tổ dành cho các loài Lim, Dẻ, Táu, và Trám, trong khi tổ thứ năm gồm 50 cây được chọn ngẫu nhiên từ tất cả các loài Mặc dù ông đã lập bảng phân tích phương sai, nhưng không đưa ra kết luận cụ thể Để tính toán hình số, Krauter đã áp dụng một phương trình nhất định.
Trong đó f01 là hình số thon tự nhiên, K05 là hệ số thon tự nhiên ở giữa thân tức là η05; a và b là hệ số phương trình, r là hệ số tương quan
G Krauter đã chuyển từ f01 sang f1.3 theo công thức: f1.3 = 01 2 q H f bằng cả hai phương trình tương quan f01 = a + b.d q H 2 = a + b.d
Trong đó qH là hệ số Hohennal:
G.Krauter đã phát triển phương trình cho bốn loài cây chính, tuy nhiên, phương trình q2H với d của loài Lim cho thấy sự sai lệch so với các loài khác trong khoảng đường kính từ 30-50cm Ông đã tính toán phương trình chung cho tất cả các loài như sau: f01 = 0.5234 – 0.000175d và qH2 = 0.9432 + 0.0049d Ngoài ra, G.Krauter cũng đã xác định f1.3 = 01 2 qH f cho từng kích thước đường kính mà không phân biệt chiều cao Qua việc kiểm tra biểu đồ, kết quả cho thấy f1.3 tính theo phương pháp này khớp với các giá trị hình số được tính từ f01 và qH theo công thức f1.3 = 01 2 qH f.
Hình số tự nhiên phổ biến nhất là f01 Hohenadl đã đề nghị tính thể tích của cây theo 5 đoạn bằng nhau mỗi đoạn có chiều dài bằng 0,2h
Vậy thể tích sẽ là:
Hình số tự nhiên theo 5 đoạn sẽ là: f01 h d d d d d h d
1.1.3 Về phương trình đường sinh
Thể tích cây có thể được tính toán không chỉ bằng phương pháp tương quan thông qua các hàm quan hệ giữa thể tích và các biến độc lập như đường kính, chiều cao, hình số, mà còn thông qua phương pháp đường sinh.
Mặc dù từ thế kỉ 19 đã biết rằng thể tích thân cây có thể tính toán qua tích phân phương trình đường sinh, nhưng do độ phức tạp của đường cong này, những đề xuất của Mendeleev, Wimmenauer và Belanovski chỉ dừng lại ở lý thuyết Đến giữa thế kỉ 20, nhờ công nghệ tính toán hiện đại, phương pháp đường sinh thân cây mới được phát triển Theo Đồng Sĩ Hiền, Muller đã chỉ ra mối liên hệ giữa đường kính và chiều cao cây theo các phương trình khác nhau Đầu thế kỉ 20, với nhu cầu phát triển công nghiệp, các nghiên cứu về gỗ trở nên phổ biến, dẫn đến việc xây dựng biểu thể tích hình viên trụ để tính toán thể tích gỗ dựa trên chiều dài và đường kính trung bình Giai đoạn 1906 - 1908, Criudener đã lập biểu thể tích gỗ tròn cho 6 loài cây tại Nga.
Ở Việt Nam
1.2.1 Các công trình nghiên cứu về quan hệ thể tích, đường kính và chiều cao
Công trình nghiên cứu đầu tiên về lập biểu thể tích được thực hiện bởi Đồng Sĩ Hiền vào năm 1974, trong đó tác giả đã thử nghiệm hai dạng parabol và ba dạng lũy thừa cho một số loài cây rừng tự nhiên tại Việt Nam Các phương trình được áp dụng bao gồm: v = a + b.d², v = a + b1.d + b2logd, logv = a + blogd, logv = a + b1logd + b2logh, và logv = a + b1logd + b2logh + b3logq².
Kết quả cho thấy hai dạng parabol thường phù hợp, nhưng đối với hai loài Sâng và Táu, cũng như dạng đầu với Bứa, có sự sai khác rõ rệt giữa r2 và η2.
Năm 1976, Phạm Ngọc Giao đã nghiên cứu mối quan hệ giữa thể tích thân cây đứng với đường kính và chiều cao, nhằm lập biểu thân cây đứng cho rừng trồng Thông đuôi ngựa và Thông nhựa Kết quả thử nghiệm cho thấy dạng hàm của mối quan hệ này.
Trong việc xác định thể tích cây gỗ, biến số q2 thường không cần thiết, mà có thể tính toán thông qua đường kính và chiều cao Tại Việt Nam, có thể áp dụng hiệu quả hai dạng phương trình lũy thừa để lập biểu thể tích, trong khi biểu 3 nhân tố không mang lại hiệu quả thực tế Theo nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh (1999), ba phương pháp chính được sử dụng để đo tính trữ lượng gỗ cây đứng bao gồm các phương trình lũy thừa này.
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:
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 phương trình V= a+ b.D² và V= a + b1H + b2G đạt trên 0,99, trong khi phương trình LogV = a + blogD có r là 0,9734 Tất cả các tham số trong phương trình đều đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn tb = b/ Sb.
Lập biểu thể tích cho loài Keo Tai tượng đã được Đào Công Khanh (2001) thử nghiệm với các hàm dạng (1-7) và (1-13) Phương trình V = K.D^a H^b được xác định là phù hợp nhất để lập biểu thể tích cho một số loài cây, trong đó nhân tố hình dạng được phản ánh qua đường kính và chiều cao Phan Nguyên Hy (2003) đã sử dụng SPSS để thử nghiệm các phương trình dạng (1-9), (1-10) và (1-17), và kết quả cho thấy cả ba dạng phương trình đều thích hợp cao cho việc lập biểu thể tích cho rừng Thông Nhựa.
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
3 và 0,j = 0.25 4 1 thì ta có cá hệ số thon K01; K2.1; K3.1 tức là q01; q2.1; q3.1
Nếu 0,i = 0,0; 0,1; 0,2 ; …0,9 c và 0,j = 0,1 thì ta có các hệ số thon K0,0; K01; K02; … K09
Hình số tự nhiên, hay còn gọi là chỉnh số hình thái, là tỷ lệ giữa thể tích thực của cây và thể tích của viên trụ có cùng chiều cao với đáy bằng tiết diện thân cây ở độ cao 0,j Công thức tính được biểu diễn là f0,j =
Theo Đồng Sĩ Hiền (1974), phương pháp lập biểu thể tích được áp dụng với hệ số tính thể tích thân cây là f01 Hệ số này được xác định thông qua tích phân phương trình đường sinh của thân cây, cụ thể là f01 = ∫ 1.
1.2.3 Về phương trình đường sinh thân cây
Nghiên cứu lập biểu thể tích và biểu độ thon cho rừng Việt Nam được khởi xướng bởi Đồng Sĩ Hiền vào năm 1974, trong đó tác giả đã sử dụng hàm Meyer và họ đường cong Person để phân tích số lượng cây theo kích thước kính Dựa trên độ thon tương đối ổn định của từng loài cây gỗ, tác giả đã phát triển một hàm số biểu thị độ thon bình quân, với đường kính quanh trục OX tạo thành thể tích thân cây Phương pháp Scheaychev-Fisher với 11 điểm tựa được tác giả đề xuất để lập phương trình đường sinh, đánh dấu một bước tiến mới trong nghiên cứu này.
Năm 1979, Viện Nghiên cứu Lâm nghiệp đã thực hiện lập biểu thể tích và sản phẩm cho lâm phần thông tại Lâm Đồng, với các số liệu thể tích sản phẩm được 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) và Tăng Công Tráng (1997) đã áp dụng phương pháp lập biểu thể tích và biểu thương phẩm cho loài Xoan Mộc, Bằng Lăng, cùng với nhóm cây ưu thế trong rừng tự nhiên Tây Nguyên.
GS.TS Vũ Tiến Hinh và các cộng sự (1999) đã tiến hành nghiên cứu lập biểu thương phẩm cho loài quế tại Văn Yên, ứng dụng phương trình đường sinh trưởng của cây để phân tích.
Cao Thị Thu Hiền (2009) 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 đã tiến hành đo đếm các chỉ tiêu như đường kính thân cây (D1.3), chiều cao (Hvn), mật độ, và đường kính gốc bụi, đồng thời thực hiện chọn chặt và đo đếm cây tiêu chuẩn Dựa trên số liệu thu thập, tác giả tính toán tỷ lệ phần trăm số cây non, trung niên và cây già, từ đó lập phương trình đường sinh trưởng Các thử nghiệm với phương trình từ bậc 1 đến bậc 5 được thực hiện để xác định phương trình phù hợp nhất cho thân ngoài và thân trong Từ phương trình đường sinh, tác giả tính thể tích thân cây Luồng và xác định trọng lượng tươi theo đường kính và chiều cao qua hai dạng phương trình: Wt = a*D^b*H^c và Wt = a + b*D^2*H Ngoài ra, nghiên cứu còn lập tương quan giữa trọng lượng khô và trọng lượng tươi sau khai thác ở các thời điểm 1, 2 và 3 tháng, sử dụng các phương trình bậc 1, bậc 2, bậc 3, logarit, compound và Power để lựa chọn phương trình phù hợp Cuối cùng, tác giả xác định chỉ tiêu sinh trưởng làm căn cứ phân hạng đất trồng Luồng và mật độ trồng thích hợp, 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:
- Các tham số của phương trình
-Sai số tương đối của phương trình %
Phương trình được lựa chọn cần có hệ số xác định cao nhất, sai số nhỏ nhất và các tham số phải tồn tại Theo Phan Nguyên Hy (2003), các tiêu chí này rất quan trọng trong việc xác định tính chính xác và độ tin cậy của phương trình.
- Hệ số xác định cao nhất
- Sai tiêu chuẩn hồi quy bé nhất
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, NỘI
Mục tiêu nghiên cứu
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
Chọn phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở khoa học nhằm xây dựng biểu thể tích gỗ cho các loài cây chủ yếu khai thác ở rừng tự nhiên Quảng Bình Việc lập biểu thể tích gỗ sẽ giúp xác định chính xác khối lượng gỗ có thể khai thác, từ đó hỗ trợ quản lý tài nguyên rừng bền vững Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho các hoạt động khai thác và bảo tồn rừng trong khu vực.
Hà Tĩnh Sau khi thực hiện điều tra và khảo sát khu vực nghiên cứu, đề tài đã quyết định nghiên cứu cơ sở khoa học để lập biểu thể tích cho 4 loài.
- Vối thuốc ( Syzygium cuminiI Choisy)
- Trường sâng (Amesiodendron chinense Merr.)
Nghiên cứu này tập trung vào một số loài cây quý như Dẻ trắng, Trâm móc, Lim xanh, Trường sâng và Vối thuốc, được thực hiện tại các tỉnh thuộc Bắc Trung Bộ.
Về phương pháp tính thể tích cây đứng:
Bài viết này thử nghiệm ba phương pháp tính thể tích, bao gồm phương pháp dựa vào phương trình thể tích, 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.
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
Phương pháp nghiên cứu
Thân cây gỗ có hình dạng như các khối hình học tròn xoay, nhưng do cây rừng là một chỉnh thể sinh học, nên chúng có nhiều hình dạng khác nhau Để xác định các quy luật mang tính toán học và sinh học của cây rừng, cần thực hiện các thí nghiệm trên mẫu đủ lớn.
Trong việc ứng dụng nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh rừng, cần kế thừa tài liệu có sẵn để lựa chọn các dạng toán học phù hợp, đảm bảo độ chính xác và tính 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
CV KV CV KV CV KV CV KV
Sau khi thu thập dữ liệu, tiến hành kiểm tra và loại bỏ các sai sót trong quá trình đo lường Dữ liệu sau đó được tổng hợp, xử lý và tính toán bằng phần mềm Excel và SPSS để xác định các chỉ tiêu cần thiết.
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
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:
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 2.2 Kết quả xác lập phương trình thể tích
PT R 2 sig.F Sig.tb 0 Sig.tb 1 Sig.tb 2
Bảng 2.3 Kết quả tính sai số phương trình thể tích
- Sai số tương đối về thể tích cây cá lẻ
- Sai số tương đối về tổng thể tích
Công thức: %∑V tt tt lt
Trong đó: ∆%: Sai số tương đối về thể tích
%∑V: Phần trăm tổng thể tích
Vlt : Thể tích tính theo phương trình
Vtt: Thể tích đo đếm
Bước 3: Chọn mô hình tốt nhất để tính thể tích bằng cách dùng cây kiểm tra
- 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
- Mean: giá trị trung bình
Nghiên cứu một số đặc điểm của hình số tự nhiên
Hình số tự nhiên là tỷ lệ giữa thể tích của thân cây hoặc bộ phận của nó với thể tích hình trụ có chiều cao tương đương chiều cao của thân cây và tiết diện ngang tại độ cao 1/10 chiều cao của thân cây.
Công thức xác định hình số tự nhiên: f01 h g
- 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
Tính toán các đặc trưng mẫu:
- Tính trị số bình quân (mean):
Nghiên cứu biến động của hình số tự nhiên
Hệ số biến động của hình số tự nhiên là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ biến động trung bình tương đối Chỉ tiêu này được tính toán theo một công thức cụ thể, giúp phân tích sự biến đổi của dữ liệu.
Trong đó: - S% là hệ số biến động
- S là sai tiêu chuẩn mẫu
- f 01 : là hình số tự nhiên bình quân
Bước 2: Kiểm tra luật phân bố chuẩn số cây theo hình số tự nhiên theo dạng chuẩn
Dựa trên kết quả tính toán hình số tự nhiên f01 từ các cây điều tra, tiến hành chỉnh sửa tài liệu quan sát và kiểm tra luật phân bố chuẩn theo tiêu chuẩn K-S trong SPSS.
Để kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên f01 vào các đại lượng điều tra, ta sử dụng tiêu chuẩn F (Fisher) Trong phần mềm SPSS, lệnh thực hiện 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:
Thay D01 vào phương trình (3-16) để tính thể tích thân cây:
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
Stt Loài Sig F R 2 SigTo SigTa a b
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
2.4.3.4 Tính thể tích bằng phương trình đường sinh thân cây
Phương trình đường sinh thân cây mô tả quy luật biến đổi chiều cao tương đối của thân cây, sử dụng hệ số thon tự nhiên f01.
K01 Để tiếp cận phương trình đường sinh thân cây, trước hết tính hệ số thon Hohenad ở các vị trí phần 10 thứ i của thân cây
- 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 + a2x 2 + + an x n (2-22)
- x là giá trị phần 10 chiều cao tương ứng với đường kính Doi
- a0, a1, a2, an là các tham số của phương trình
- n là bậc của phương trình
Việc xác định các tham số của phương trình tương quan tuyến tính được thực hiện qua phần mềm Excel, tuân theo quy trình hướng dẫn trong giáo trình Tin học ứng dụng trong lâm nghiệp (Nhà xuất bản Nông nghiệp - 2001).
Bậc của phương trình được xác định bằng cách so sánh sai số giữa các bậc khác nhau Sau khi chọn bậc phù hợp, tiến hành khảo sát đường sinh của thân cây để đảm bảo nó tương thích với hình dạng thực tế Cuối cùng, cần hiệu chỉnh phương trình sao cho đồ thị của hàm số đi qua hai điểm lý thuyết có tọa độ (0;0) và (0,9;1).
H hi , Xi sẽ nhận giá trị từ 0 (vị trí ngọn cây) đến 1(vị trí gốc cây) Trong đó:
- hi là chiều dài tương ứng với vị trí i trên phần 10 thân cây
- H là chiều dài cả cây
Hình suất Hohenald (Koi) và Xi có mối liên hệ chặt chẽ, được Đồng Sĩ Hiền (1974) xác lập cho các loài cây rừng tự nhiên ở Việt Nam Mối liên hệ này là cơ sở để lập biểu thể tích và biểu độ thon cây đứng thông qua phương trình tổng quát koi = f(x).
Từ phương trình đường sinh đã xác định được ta tính f01 theo công thức: f01 = 1
- y là phương trình đường sinh đã chọn và điều chỉnh
Thể tích thân cây được xác định thông qua f01 bằng công thức:
1 vào phương trình đường sinh (2-23) sẽ tính được qH
Từ đó xác định thể tích cây theo công thức:
2.4.3.5 Chọn phương pháp lập biểu thể tích
- Sai số tương đối về thể tích cây cá lẻ nhỏ nhất được tính theo công thức
- Sai số tương đối về tổng thể tích nhỏ nhất được tính theo công thức (3-6b)
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 :
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 bằng các dạng hàm có sẵn trong SPSS, phù hợp với quy luật sinh trưởng chiều cao của cây rừng, bao gồm các dạng hàm như Logarithmic, Quadratic và Compound.
Trong mỗi cỡ kính, chiều cao của các cây có sự khác biệt, thường dao động trong một khoảng nhất định Phạm vi dao động này được xem là biến động chiều cao, từ đó suy ra được phạm vi biến động thể tích tương ứng, được phân tích bằng phần mềm SPSS.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Khái quát số liệu nghiên cứu
3.2 Kết quả tính hệ số xác định và tham số cho các phương trình thể tích theo loài
3.3 Kết quả tính sai số của các phương trình thể tích 33
3.4 Một số đặc điểm của hình số tự nhiên 36
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
3.7 Kết quả tính toán quan hệ Doi và D1.3 39
3.8 Kết quả tính sai số từ hình số tự nhiên 40
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
3.17 Quan hệ giữa D1.3 và Hvn loài Dẻ trắng 58
3.18 Quan hệ giữa D1.3 và Hvn loài Trâm móc 58
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
2.1 Sơ đồ phương pháp nghiên cứu 28
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
3.7 Quan hệ Vkvovà Vcvo loài Trâm móc 57
3.8 Đường cong giới hạn đường kính và chiều cao loài Trường sâng 60 ĐẶT VẤN ĐỀ
Cây rừng là một hệ sinh thái sống động, phát triển đồng thời về chiều cao và đường kính nhờ vào hoạt động của thượng tầng và mô phân sinh Mối liên hệ giữa chiều cao và đường kính thân cây được các nhà khoa học xác nhận, tuy nhiên, sự tăng trưởng này không đồng nhất giữa các vị trí và thời điểm khác nhau Nhiều yếu tố nội tại và ngoại cảnh ảnh hưởng đến sự phát triển của cây rừng, do đó cần có những phương pháp đánh giá trữ lượng rừng chính xác để quản lý và khai thác hiệu quả Mặc dù các biểu mẫu nghiên cứu đã được cập nhật sau năm 1975, nhưng chủ yếu tập trung vào rừng giàu và nguyên sinh, trong khi rừng nghèo và rừng trung bình hiện nay là nguồn kinh doanh chính ở Việt Nam.
Trong suốt hàng chục năm phát triển, khoa học điều tra rừng đã xây dựng các biểu thể tích cho toàn quốc, cho nhóm loài cây, và cho từng vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên, phục vụ hiệu quả cho hoạt động kinh doanh rừng Tuy nhiên, các biểu thể tích này đã được lập từ lâu, trong khi điều kiện môi trường đã thay đổi, ảnh hưởng đến đặc điểm hình thái của cây rừng Do đó, việc xây dựng biểu thể tích mới là cần thiết để bổ sung cho các loài cây ở các vùng miền trên cả nước Đề tài nghiên cứu này tập trung vào việc: “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 gỗ (tính bằng m³) là chỉ số quan trọng để đánh giá tài nguyên rừng của mỗi quốc gia hoặc vùng lãnh thổ Mặc dù thân cây thường được coi là hình khối tròn xoay, việc đo kích thước và hình dạng cây đứng thực tế gặp nhiều khó khăn, khiến việc xác định thể tích bằng công thức hình học trở nên phức tạp Để khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng các bảng tra thể tích dựa trên đường kính chuẩn, chiều cao và hình dạng của cây, được gọi là biểu thể tích Khoa học Điều tra rừng đã xác nhận rằng thể tích của thân cây hoặc bộ phận thân cây có thể được xác định bằng công thức: V = π × d² × h × f.
V là thể tích của thân cây hoặc bộ phận của thân cây, trong khi d j là đường kính qui chuẩn được chọn tại một vị trí trên gốc cây để dễ dàng đo lường Chiều cao của thân cây được biểu thị bằng h, và f j là hình số hoặc đại lượng thể hiện hình dạng của thân cây tương ứng với đường kính d j đã chọn.
Các mô hình toán học về thể tích thân cây được nghiên cứu như một hàm của các biến độc lập, bao gồm đường kính, chiều cao và hình số (Akindele và Lemay, 2006; Đồng Sĩ Hiền, 1974; Husch, 2003).
H: Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều cao một vị trí bất kì trên thân cây
Spurr S.H (1952) đã đề xuất phương trình
Perrey T.O và Yates P.A (1964) đã kiểm nghiệm và cho rằng phương trình (1-16) ở Canada và khi kiểm tra theo phương pháp rút chọn thì đề xuất phương trình:
Trong quá trình điều tra, tổng thiết diện ngang, chiều cao và đường kính được đo lường, và các biểu đồ được sử dụng dựa trên phương trình đã đề cập Carrow.John (1963) đã áp dụng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình Bitterlich để thực hiện nghiên cứu này.
Sau khi kiểm nghiệm, tác giả nhận định rằng phương trình Spurr có thể được áp dụng để dự đoán lượng tăng trưởng thường xuyên, dựa trên các tổ hợp khác nhau giữa đường kính và chiều cao.
Shumacher B và Hall (1933) đã đề xuất phương trình:
Theo Jayaraman (1999), trong lâm nghiệp, các công thức tương quan sinh trưởng được sử dụng để tính thể tích hoặc sinh khối cây Những công thức này sử dụng các biến độc lập như đường kính ngang ngực và chiều cao của cây để xác định các biến phụ thuộc.
Y 0.5 = a + b.D 2 + c.H + d.D 2 H (1-13) Dưới đây đưa ra một số hàm thể tích chung phổ biến được áp dụng: Kiểu nhân tố hình dạng không đổi: V= b 1 D 2 H (1-14) Kiểu kết hợp biến: V= b 0 b 1 D 2 H (1-15) V= 1 2 3 b b H
Dạng biến đổi logarit: V= logb1 + b2logD + b3logH (1-17) Đổi biến của Honer: V= 1
Theo nghiên cứu của Loetsch-Zoehrer-Haller (1973), độ cao gốc chặt thường được xác định là 0,3m, nhưng ở các nước nhiệt đới, chiều cao này thường lớn hơn do sự hiện diện của bạnh gốc ở nhiều loài cây Tại châu Âu, đường kính tối thiểu của phần gỗ ngọn cây thường được quy định là 7cm, tuy nhiên, kích thước này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại sản phẩm và điều kiện sử dụng gỗ.
Alder D (1980) đã nghiên cứu loài Pinus patula tại Kenya và xác định rằng đường kính giới hạn trên là 20cm Nghiên cứu này cũng thiết lập mối quan hệ giữa thể tích thân cây từ gốc chặt đến đường kính giới hạn với đường kính và chiều cao của cây.
FAO (1981) giới thiệu biểu gỗ sản phẩm loài pinus halepensis ở miền
Tại Tây Malaysia, việc tính toán gỗ sản phẩm được thực hiện từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS) Thể tích của thân cây được xác định thông qua chiều cao dưới tán bằng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã xác định các sản phẩm từ rừng khô, bao gồm gỗ tròn có đường kính lớn hơn 40cm, gỗ tròn có đường kính nhỏ hơn 40cm, gỗ cột, củi và sản lượng quả Gỗ thương phẩm được tính từ gốc cây đến đường kính đầu nhỏ đạt 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
Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích
Theo Đồng Sĩ Hiền (1971), trong các lâm phần có loài cây lá rộng hỗn giao không đều tuổi ở rừng nhiệt đới Việt Nam, tồn tại những quy luật liên hệ giữa các yếu tố hình thành chúng Những quy luật này có thể được biểu diễn qua các phương trình tương quan với độ chính xác cao Mặc dù sự liên hệ giữa đường kính và chiều cao được thể hiện dưới dạng phương trình chung, các phương trình cụ thể lại có sự khác biệt lớn Trong điều kiện phức tạp của rừng nhiệt đới với nhiều loài cây nhưng số lượng cây đại diện cho mỗi loài thường rất ít, việc xây dựng biểu thể tích hai nhân tố trở nên phù hợp Do đó, nghiên cứu tập trung vào ba phương pháp để xây dựng biểu thể tích hai nhân tố.
- 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:
(4) V = K.(D 2 H) b Để phương trình trên đưa về dạng tuyến tính thì ta có thể làm như sau: ● Phương trình (1) V = K.D b H c ln hai vế của phương trình ta được
● Phương trình (4) V = K.(D 2 H) b Logarit cơ số e hai vế của phương trình ta được (4) ↔ lnV = lnK + b.ln(D 2 H)
Sau khi lập tương quan và tính toán kết quả được tổng hợp trong bảng 3.2
Bảng 3.2 trình bày kết quả tính hệ số xác định và các tham số cho các phương trình thể tích theo từng loài cây Các thông số bao gồm R², sig.F, và các giá trị Sig.tb cho từng tham số 0, 1, và 2.
Theo bảng 3.2, tất cả các loài cây và các phương trình đều có mức ý nghĩa F < 0,05, cho thấy hệ số xác định (R²) tồn tại ở cả bốn phương trình Hệ số xác định (R²) của các loài cây dao động từ 0,876 đến 0,992, chứng tỏ mối quan hệ giữa V, D1.3, Hvn là từ chặt đến rất chặt Trong đó, phương trình (1) có R² lớn nhất với loài Dẻ trắng và Vối thuốc, còn phương trình (3) có R² lớn nhất với hai loài Lim xanh và Trâm móc.
Kết quả kiểm tra hệ số xác định và các tham số của phương trình cho loài Dẻ trắng cho thấy mức ý nghĩa đều nhỏ hơn 0,05, xác nhận sự tồn tại của cả bốn phương trình Trong đó, phương trình (3) và (4) có R² lớn nhất, trong khi phương trình (2) có R² nhỏ nhất Do đó, phương trình (1) là mô phỏng tốt nhất cho mối quan hệ giữa V, H, D ở loài Dẻ trắng.
Loài Lim xanh cho thấy mối quan hệ V, H, D với hệ số R dao động từ 0,986 đến 0,988, chứng tỏ sự liên kết chặt chẽ Kết quả kiểm tra các tham số trong các phương trình (1) và (4) đều cho thấy sự tồn tại.
Cả phương trình (2) và phương trình (3) đều có từ 1 đến 3 tham số không tồn tại trong tổng thể, với giá trị Sig Tb0 bằng 0,22 lớn hơn 0,05 Đối với phương trình (3), giá trị Sig Tb0 là 0,487 và Sig Tb1 là 0,634, cũng đều lớn hơn 0,05 Do đó, cả hai phương trình (2) và (3) không thích hợp.
Loài Vối thuốc có giá trị R² dao động từ 0,876 đến 0,897, cho thấy sự phù hợp của mô hình Kiểm tra các tham số trong phương trình cho thấy hầu hết có mức ý nghĩa dưới 0,05, ngoại trừ phương trình (3) với sig Tb0 là 0,208 và sig Tb1 là 0,805, cho thấy phương trình này không thích hợp.
* Loài Trâm móc: Kết quả ở bảng 3.2 cho thấy R 2 của loài Trâm móc dao động từ 0,931-0,960 Mức ý nghĩa sig T < 0,05 ở cả ba phương trình (1);
(3); (4) → các tham số tồn tại trong tổng thể Còn phương trình (2) có sig Tb0 là 0,875 > 0,05 nên phương trình (2) không thích hợp
Loài cây Trường sâng có hệ số xác định R² dao động từ 0,931 đến 0,954, cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các biến Kết quả kiểm tra tham số cho thấy chỉ có phương trình (1) và (4) đạt mức ý nghĩa dưới 0,05.
→ chứng tỏ các tham số đều tồn trong tổng thể
Kết luận cho thấy rằng các phương trình (1) và (4) có hệ số xác định cao và tất cả các tham số đều tồn tại Do đó, bài viết chọn hai phương trình này để tính sai số của cây kiểm tra, từ đó xác định phương trình phù hợp nhất.
3.2.2 Chọn phương trình thể tích tối ưu nhất
Việc lựa chọn phương trình tối ưu nhất căn cứ vào những điều kiện sau:
- Sai số phần trăm tổng thể tích nhỏ nhất
- Sai số phần trăm tính theo giá trị tương đối nhỏ nhất
- Sai số trung bình không vượt quá 10% và sai số lớn nhất không vượt quá 20%
Sai số tương đối ∆ V % = 100× thucte lythuyet thucte
Sai số phần trăm tổng thể tích ∑ V % = 100×
Kết quả tính sai số của hai phương trình thể tích được tổng hợp ở bảng 3.3
Bảng 3.3 Kết quả tính sai số của các phương trình thể tích
STT Loài cây Loa ̣i PT Loại cây Sai số ∆V%
1 Dẻ trắng 1 Cây kiểm tra 9 6 8,14 3,95 10 5 0 0 1,8546
2 Lim xanh 1 Cây kiểm tra 5 10 15,15 4,90 10 2 2 1 0,8356
3 Vối thuốc 1 Cây kiểm tra 8 2 12,88 5,06 5 4 1 0 1,1521
4 Trâm móc 1 Cây kiểm tra 10 5 9,96 6,01 7 8 0 0 1,2119
5 Trường sâng 1 Cây kiểm tra 10 5 9,35 4,88 7 8 0 0 2,4262
Kết quả kiểm tra sai số của loài Dẻ trắng cho thấy sai số dương và âm lần lượt là 9 và 6 Sai số lớn nhất ở phương trình (1) là 8,14%, thấp hơn 9,05% của phương trình (4) Đồng thời, sai số trung bình của phương trình (1) là 3,95%, cũng thấp hơn 4,42% ở phương trình (4).
- Loài Lim xanh: Sai số (-) và (+) ở loài Lim xanh là 5 và 10 Sai số lớn nhất ở phương trình (1) là 15,5% < 15,9% là sai số lớn nhất của phương trình
(4) Sai số trung bình ở phương trình (1) là 4,9% và ở phương trình (4) là 5,07% Sai số phần trăm tổng thể tích ở phương trình (1) là 0,84% và ở phương trình (4) là 0,89%
Loài Vối thuốc, cùng với Dẻ trắng, Lim xanh và Trâm móc, cho thấy rằng trong 4/5 loài này, sai số phần trăm tổng thể tích ở phương trình (1) nhỏ hơn so với phương trình (4).
Kết quả kiểm tra 15 cây cá lẻ loài Trâm móc cho thấy sai số trung bình của hai phương trình lần lượt là 6,01% và 5,09%, đều nhỏ hơn 10% Cụ thể, phương trình (1) có 15/15 cây với sai số dưới 10%, trong khi phương trình (4) có 14/15 cây đạt tiêu chuẩn này Đáng chú ý, sai số của phương trình (1) là 1,21%, thấp hơn sai số 1,303% của phương trình (4).
Loài Trường sâng cho thấy sai số (-) ở cả hai dạng phương trình với tỷ lệ 10/15 cây Sai số lớn nhất ở cả hai phương trình đều dưới 10% Cụ thể, sai số trung bình của phương trình (1) là 4,88%, thấp hơn so với 4,92% của phương trình (4).
Kết quả kiểm tra sai số cây kiểm tra cho thấy
- Có tổng số 3/5 có sai số tương đối đạt nhỏ nhất ở phương trình (1) là loài Dẻ trắng, Lim xanh, Trường sâng
- Với 4/5 loài cây có sai số tổng thể tích nhỏ nhất ở phương trình (1) là cây Dẻ trắng, Lim xanh, Trâm móc.
Xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên F 01
lớn nhất và phương trình (4) có 1/5 loài có R 2 lớn nhất
Kết luận, cả hai phương trình (1) và (4) đều có khả năng mô phỏng mối quan hệ giữa V, D, H hiệu quả Tuy nhiên, phương trình (1) nổi bật hơn với nhiều ưu điểm vượt trội Dựa trên các tiêu chí lựa chọn, phương trình (1) được xác định là phương trình tối ưu nhất để tính toán thể tích thân cây khi có thông số đo đếm D1.3.
Hvn Cụ thể với các loài cây ta có
3.3 Xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên F 01
3.3.1 Một số đặc điểm của hình số tự nhiên
Hình số tự nhiên được định nghĩa là tỷ số giữa thể tích của thân cây (hoặc bộ phận của nó) và thể tích của một hình trụ có chiều cao tương đương với chiều cao của thân cây Tiết diện của hình trụ này được xác định bằng tiết diện ngang tại độ cao 1/10 chiều cao của thân cây.
Công thức xác định hình số tự nhiên thân cây: f01 h g
Theo Đồng Sĩ Hiền (1971), hình số tự nhiên có ưu điểm lý luận nổi bật là không bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố như đường kính, chiều cao, điều kiện lập địa và tuổi cây, từ đó giúp đặc trưng rõ ràng hình dạng thân cây cho các loài.
Trong phương pháp hai mục (2.4.3.3), tác giả áp dụng hình số tự nhiên trung bình như một yếu tố kết hợp với D01 và Hvn để tính toán thể tích thân cây theo công thức (3-6).
Từ đó tác giả đi nghiên cứu một số đặc điểm của f01 Kết quả nghiên cứu đặc điểm của hình số tự nhiên được tổng hợp ở bảng 3.4.
Bảng 3.4 Một số đặc điểm của hình số tự nhiên
STT Loài N TB S S% Min Max
Theo bảng 3.4, giá trị f01 dao động trong khoảng từ 0,4742 đến 0,5525 Cây Dẻ trắng có giá trị f01 trung bình nhỏ nhất là 0,4742, trong khi cây Vối thuốc có giá trị lớn nhất là 0,5241 Sai số chuẩn của f01 rất nhỏ, dao động từ 0,0215 đến 0,0525 Độ biến động của giá trị f01 ở cây Vối thuốc là cao nhất với 9,54%, trong khi cây Lim xanh có độ biến động thấp nhất là 4,33%.
3.3.2 Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên hình số tự nhiên Để có cơ sở khẳng định giá trị trung bình của f01 ở mỗi loài cây có đại diện tốt cho các cây trong loài hay không đề tài tiến hành kiểm tra luật phân bố chuẩn của f01 bằng tiêu chuẩn One – Sample Kolmogorov Smirnov Tets
Kết quả kiểm tra quy luật phân bố chuẩn được tổng hợp trong bảng 3.5
Bảng 3.5 Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên
Loài cây Asymp.sig Kết luận
Lim xanh 0,604 Phân bố chuẩn Vối thuốc 0,506 Phân bố chuẩn Trường sâng 0,52 Phân bố chuẩn Trâm móc 0,654 Phân bố chuẩn
Dẻ trắng 0,73 Phân bố chuẩn
Theo bảng 3.4, mức ý nghĩa của đại lượng kiểm tra ở tất cả các loài nghiên cứu đều lớn hơn 0,05, cho thấy hình số tự nhiên của các loài cây tuân theo quy luật phân bố chuẩn Điều này cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để sử dụng giá trị của từng loài cây trong việc xác định thể tích cây đứng theo công thức (3-6).
Kết quả nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1974) cho thấy sự phân bố của các chỉ tiêu hình dạng, đặc biệt là hình số f01 và f1.3, thể hiện rõ dạng phân bố một đỉnh gần giống với phân bố chính thái, từ đó có thể lập biểu cho hình dạng bình quân.
3.3.3 Kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào một số đại lượng điều tra cây đứng Đại lượng f01 bình quân của loài cây nào đó đại diện tốt cho những cây trong loài khi đại lượng này độc lập với đường kính, chiều cao của cây và tuân theo luật phân bố chuẩn Đề tài sử dụng phương pháp phân tích phương sai trong phân tích hồi quy để kiểm tra sự phụ thuộc của f01 vào D1.3 và Hvn Kết quả kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào D 1.3 và H vnđược tổng hợp ở biểu 3.6
Bảng 3.6 Kết quả kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào D 1.3 và H vn
Loài cây Nhân tố Sig.F (Fisher) Kết luận
Vối thuốc D 1.3 0,55 Không phụ thuộc
Trường sâng D 1.3 0,25 Không phụ thuộc
Trâm móc D 1.3 0,38 Không phụ thuộc
Dẻ trắng D 1.3 0,13 Không phụ thuộc
Kết quả từ bảng 3.6 cho thấy rằng ở mỗi loài cây, các nhân tố D1.3 và Hvn đều có mức ý nghĩa lớn hơn 0,05, xác nhận rằng f01 của các loài cây nghiên cứu là độc lập với D1.3 và Hvn Điều này phù hợp với nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1971), trong đó nhấn mạnh rằng ưu điểm của các chỉ tiêu hình dạng tương đối là sử dụng đường kính tại tầm cao tương đối để tính các hệ số thon và hình số, từ đó loại trừ tác động của chiều cao và đường kính.
Kết quả kiểm tra cho thấy các loài cây f01 đều tuân theo luật phân bố chuẩn và độc lập với các yếu tố D1.3 và Hvn Điều này cho phép sử dụng f01 để tính thể tích thân cây theo công thức (3-6).
3.3.4 Xác lập quan hệ D 01 và D 1.3
Quan hệ giữa D1.3 và D01 được mô tả bằng phương trình
Bảng 3.7 Kết quả tính toán quan hệ D 01 và D 1.3
Hệ số xác định của các phương trình trong bảng 3.7 rất cao, dao động từ 0,998 đến 0,999 Điều này cho thấy các tham số đều tồn tại, vì vậy đề tài sẽ áp dụng các phương trình này để xác định D01 cho các loài cây nghiên cứu.
Sau khi xác định được D01 thay D01 từng cây và f01 trung bình vào phương trình (3-6) tính thể tích cây đứng
Stt Loài Sig F R 2 SigTo SigTa Phương trình tương quan
3.3.5 Tính sai số thể tích xác định từ hình số tự nhiên
Bảng 3.8 Kết quả tính sai số thể tích xác định theo công thức (3-6)
Stt Loài cây T Trung bình N Sai số
Các loại sai số được tính theo công thức (2-6a) và (2-6b) Kết quả tính sai sô cho thấy:
Sai số âm dương phân bố đều ở loài Dẻ trắng, Trâm móc và Vối thuốc, trong khi đó, loài Trường sâng và Lim xanh có sự phân bố lệch Điều này cho thấy đặc điểm phân bố của loài Dẻ trắng là đồng đều.
Trâm móc mắc phải sai số hệ thống thấp hơn
- Sai số lớn nhất dao động từ 7,59- 15,48 % , nhỏ nhất ở loài Dẻ trắng và cao nhất ở loài Lim xanh
- Sai số cây kiểm tra ở các loài cây thường dao động ở khoảng từ 0-15% Chỉ có loài Lim xanh có một cây có sai số lên đến 15, 48%
- Sai số phần trăm tổng thể tích khá thấp tiệm cận giá trị 0 Lớn nhất là 2,02%
* Loài Dẻ trắng: sai số (-) và sai số (+) phân bố khá đều lần lượt là 9,
6 Sai số lớn nhất là 7,59 % Sai số phần trăm tổng thể tích là 0,87%
* Loài Lim xanh: Loài lim xanh là loài có sai số (-); (+) không cân đối
Lim xanh có sai số lớn nhất là 15,48% Sai số tương đối về thể tích của loài khá cao, trong khoảng sai số 10-15% và > 15%
Loài Trâm móc có sai số lớn nhất là 10,04%, theo bảng 4.8, và không có cây nào vượt quá sai số 15% Trong 15 cây kiểm tra, sai số (-) và sai số (+) phân bố đều với 8 cây và 7 cây tương ứng Đặc biệt, cây Trâm móc không ghi nhận sai số nào vượt quá 15%, cho thấy sai số tổng thể tích tương đối nhỏ.
Loài vối thuốc có sai số âm là 5 cây và sai số dương cũng là 5 cây, cho thấy sự phân bố đều của các sai số Tổng sai số lớn nhất được ghi nhận là 14,55%.
Đề xuất phương pháp xác định thể tích thân cây
Sau khi xác định sai số của các phương pháp đo thể tích thân cây, việc lựa chọn phương pháp tối ưu để lập biểu thể tích là rất quan trọng.
Phương pháp được chọn để xác định thể tích phải có sai số bình quân tương đối nhỏ nhất, sai số càng nhỏ thì độ chính xác càng cao
Bảng 3.15 Tổng hợp sai số của ba phương pháp xác địnhthể tích thân cây
Stt Loài cây Loại cây Theo phương trình thể tích Theo hình số tự nhiên Phương pháp phương trình đường sinh
Max TB ∑% Max TB ∑% Max TB ∑%
Kết quả bảng 3.15 cho thấy :
- Sai số cực đại ở phương pháp thứ 3 lớn nhất, dao động từ 8,19-
19,73% Sai số cực đại ở phương pháp 1 và phương pháp 2 từ 8-15% Sai số trung bình ở phương pháp 3 cũng lớn nhất trong ba phương pháp, dao động từ
3,64-9,35% Sai số trung bình của phương pháp 1 tương đối đồng đều giữa các loài Sai số tổng thể tích của phương pháp 1dao động từ 0,89-2,53%
Phương pháp 2 có sai số phần trăm tổng thể tích dao động từ -0,87% đến 5%, trong khi phương pháp 3 dao động từ -0,69% đến 9,31% Mặc dù phương pháp 1 và phương pháp 2 có thống kê sai số cực đại và sai số trung bình tương tự, nhưng phương pháp 1 lại có sai số phần trăm tổng thể tích nhỏ hơn Do đó, đề tài đã chọn phương pháp 1 làm phương pháp lập biểu thể tích.
Xác lập quan hệ giữa V cvo và V kvo
Bảng 3.16 Kết quả xác lập mối quan hệ giữa V cvo và V kvo
Các phương trình tương quan lập được có hệ số xác định R 2 = 0,9988 -
Hệ số 0,9997 cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các đại lượng nghiên cứu Kết quả kiểm tra các giá trị Sig F, Sig.Ta, Sig.Tb đều nhỏ hơn 0,05, chứng minh rằng thể tích không vỏ và thể tích có vỏ có mối liên hệ mật thiết Do đó, có thể áp dụng các phương trình trong bảng 3.16 để xác định Vkvo từ Vcvo cho các loài cây nghiên cứu với độ chính xác cao Mối quan hệ giữa Vkvo và Vcvo của loài Dẻ trắng và loài Trâm móc được thể hiện qua hình 3.6 và hình 3.7.
Stt Loài cây Phương trình tương quan R 2 Sig.F S Sig.Ta Sig.Tb
Hình 3.6 Quan hệ giữa V kv và V cv Hình 3.7 Quan hệ V kvo và V cvo loài Dẻ trắng loài Trâm móc
Qua hình 3.6 và hình 3.7 thấy quan hệ giữa Vkvo và Vcvo có quan hệ rất chặt.
Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính
Trong một lâm phần đồng tuổi, mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao của cây là rất chặt chẽ Mỗi kích thước đường kính D có thể xác định một chiều cao bình quân H với độ chính xác cao.
Giới hạn lập biểu xác định chiều cao tối đa tương ứng với đường kính trong biểu thể tích, phản ánh phạm vi ngoại suy giá trị Hvn lý thuyết theo giá trị D Việc xác định giới hạn này dựa trên khoảng ước lượng cá biệt giữa D1.3 và Hvn, đảm bảo giới hạn lập biểu không vượt quá khoảng ước lượng này.
Mục đích của việc thăm dò quan hệ giữa D1.3 và Hvn là:
- Để tìm ra dạng hàm mô phỏng tốt nhất cho mối quan hệ đó
Để xây dựng đường cong giới hạn lập biểu, cần thông qua khoảng ước lượng cá biệt Đề tài đã thử nghiệm mô phỏng quan hệ giữa D1.3 và Hvn bằng cách sử dụng một số dạng hàm phổ biến nhằm xác định dạng hàm tối ưu nhất cho mối quan hệ này.
Compound: Hvn = b0 (b1) D1.3 hoặc ln(Hvn) = ln(b0) + (ln(b1) D1.3)
Power: Hvn = b0 (D1.3) b1 ) hoặc ln(Hvn) = ln(b0) + (b1 ln(D1.3))
Kết quả xác lập quan hệ D-H ở các loài được tổng hợp lần lượt vào các bảng 3.17; 3.18; 3.19; 3.20; 3.21
Bảng 3.17 Quan hệ giữa D 1.3 và H vn loài Dẻ trắng
Theo bảng 3.17, giá trị R² dao động từ 0,82 đến 0,901, cho thấy mức độ phù hợp của mô hình Các mức ý nghĩa Sig T và Sig F đều nhỏ hơn 0,05 trong tất cả các phương trình, chứng tỏ rằng các tham số trong bốn phương trình đều có ý nghĩa thống kê Đặc biệt, trong phương trình Quadratic, hệ số xác định đạt giá trị cao nhất là 0,901, do đó, đề tài đã chọn dạng hàm Quadratic làm phương trình để xác lập mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn ở loài Dẻ trắng.
Bảng 3.18 Quan hệ giữa D 1.3 và H vn loài Trâm móc
Kết quả bảng 3.18 cho thấy ở loài Trâm móc R 2 dao động từ 0,266 đến 0,320 Mức ý nghĩa Sig F và Sig T ở tất cả các phương trình < 0,05 →
Phương trình Quadratic với R² lớn nhất trong bốn phương trình được chọn để xác lập mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn ở loài Trâm móc, chứng tỏ các tham số và hệ số xác định tồn tại trong tổng thể.
Kết quả xác lập quan hệ giữa D1.3 và Hvn được tổng hợp trong bảng 3.19
Bảng 3.19 Kết quả xác lập quan hệ giữa D 1.3 và H vn loài Vối thuốc
Tương tự hai loài Trâm móc và Vối thuốc, với R 2 bằng 0,331 phương trình Quadratic cũng là phương trình tốt nhất mô tả mối quan hệ D1.3 và Hvn
Bảng 3.20 Kết quả xác lập quan hệ D 1.3 và H vn loài Lim xanh
Theo bảng 3.20, giá trị R² dao động từ 0,463 đến 0,481, cho thấy các phương trình đều phù hợp để mô tả mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn của loài Lim xanh, với các mức ý nghĩa kiểm tra sự tồn tại R² và tham số đều nhỏ hơn 0,05.
Square F df1 df2 Sig Constant b1 b2
Logarithmic có R 2 bằng 0,481 cao nhất Từ đó, đề tài chọn phương trình Logarithmic để xác lập quan hệ D1.3 và Hvn cho loài
Bảng 3.21 Kết quả xác lập quan hệ D 1.3 và H vn loài Trường sâng
Kết quả từ bảng 3.21 chỉ ra rằng giá trị R² dao động trong khoảng từ 0,117 đến 0,146 Với mức ý nghĩa Sig F và Sig T đều lớn hơn 0,05, cả bốn phương trình không phù hợp để xác lập mối tương quan giữa D1.3 và Hvn loài Trường sâng.
Kết luận: Hàm Quadratic là dạng hàm tốt nhất trong bốn dạng hàm nghiên cứu để xác lập quan hệ giữa D1.3 và Hvn ở các loài nghiên cứu
Sau khi xác định được hàm xác lập quan hệ D1.3 và Hvn ở các loài, chúng tôi đã sử dụng phần mềm SPSS để giới hạn khoảng biến động của đường kính và chiều cao.
Giới hạn lập biểu của một số loài cây được mô phỏng ở hình 3.8: d13
Fit line for Total Quadratic Observed
Hình 3.8 Đường cong giới hạn đường kính và chiều cao loài Trường sâng
Square F df1 df2 Sig Constant b1 b2
Sau khi thiết lập đường cong chiều cao và mã hóa biến D1.3 trong phần mềm SPSS, bảng 3.17 tổng hợp kết quả giới hạn chiều cao và giá trị trung bình của D1.3 cho từng cỡ kính Kết quả này là cơ sở để xác định giới hạn lập biểu thể tích cho mỗi loài.
Bảng 3.17 Khoảng biến động chiều cao và thể tích
Dẻ trắng Lim xanh Trâm móc Vối thuốc
TB Khoảng Gh TB Khoảng Gh TB Khoảng Gh TB Khoảng Gh
KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ
Sau khi thử nghiệm nhiều phương trình thể tích, phương trình (1) đã được chọn là phương trình tối ưu nhất để mô phỏng mối quan hệ giữa thể tích thân cây, đường kính ngang ngực và chiều cao.
* Hình số tự nhiên f01 của năm loài nghiên cứu đều tuân theo quy luật phân bố chuẩn
* Hình số tự nhiên f01 của năm loài nghiên cứu đều không phụ thuộc vào hai chỉ tiêu đường kính ngang ngực và chiều cao vút ngọn
* Về vấn đề chọn phương pháp lập biểu thể tích
- Sai số lớn nhất về thể tích của phương pháp 1 từ 8,14 – 15,5% Sai số bình quân dao động từ 3,95 – 6,01 % Sai số tổng thể tích dao động từ 0,84 đến 2,42%
- Sai số lớn nhất về thể tích của phương pháp 2 từ 7,59 đến 15,58% Sai số bình quân dao động từ 2,69 đến 6,48% Sai số tổng thể tích từ - 0,87 đến 5%
- Sai số lớn nhất về thể tích ở phương pháp 3 từ 8,19 đến 19,73% Sai số bình quân từ 2,69 đến 6,48% Sai số tổng thể tích dao động từ -0,69 đến
9,31% Phương trình đường sinh thân cây của các loài nghiên cứu được mô tả thích hợp là phương trình Parabol bậc 7
Kết luận: Phương pháp một là phương pháp tốt nhất tính thể tích thân cây cho năm loài nghiên cứu
Mối quan hệ chặt chẽ giữa Vcvo và Vkvo đã được xác lập, cho phép xác định nhanh chóng thể tích thân cây không vỏ với độ tin cậy cao.
Không nên sử dụng biểu thể tích để tính toán thể tích của cây cá lẻ do sai số lớn Thay vào đó, việc áp dụng cho một nhóm cây sẽ giúp hệ thống sai số bù trừ lẫn nhau, từ đó giảm thiểu sai số cuối cùng và đưa ra giá trị gần đúng hơn.
Nghiên cứu hiện tại chỉ tập trung vào 5 loài cây trong số nhiều loài cây khai thác tại khu vực nghiên cứu, do đó chưa thể rút ra kết luận tổng quát cho tất cả các loài cây rừng tự nhiên.
Dữ liệu khách quan để kiểm tra độ chính xác của các phương pháp xác định thể tích hiện vẫn còn hạn chế và chưa đủ phong phú, điều này ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả kiểm nghiệm.
Đề tài hiện tại chỉ mới chú trọng vào việc nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc lập biểu, mà chưa khai thác sâu vào việc lập biểu thể tích cho khu vực nghiên cứu.