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), phản ánh khối lượng gỗ từ cây, bộ phận cây hoặc toàn rừng tại một thời điểm nhất định Đây là yếu tố quan trọng để đánh giá tài nguyên rừng của mỗi quốc gia hay vùng lãnh thổ Mặc dù thân cây được coi là khối hình học tròn xoay, việc đo đạc kích thước và hình dạng của cây đứng thường gặp khó khăn, khiến việc xác định thể tích bằng công thức hình học trở nên phức tạp Để khắc phục vấn đề này, các bảng tra thể tích dựa trên đường kính chuẩn, chiều cao và hình dạng cây được lập ra, gọi là biểu thể tích Khoa học Điều tra rừng đã chỉ ra rằng thể tích của thân hoặc bộ phận thân cây có thể được tính bằng công thức: V = π × (d/2)² × h × f.
V là thể tích của thân cây hoặc bộ phận của nó, trong khi d j là đường kính chuẩn được đo tại một vị trí cụ thể trên gốc cây để thuận tiện cho việc đo lường Chiều cao của thân cây được ký hiệu là h, và f j đại diện cho hình số hoặc đại lượng thể hiện hình dạng của thân cây hoặc bộ phận tương ứng với đường kính d j đã chọn.
Các mô hình toán học về thể tích thân cây được nghiên cứu như là 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, sau đó áp dụng các biểu thức được xây dựng dựa trên phương trình đã nêu Carrow.John (1963) đã sử dụng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình Bitterlich để tiến hành phân tích.
Tác giả đã kiểm nghiệm và 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 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 trung bình thường là 0,3m, nhưng ở các nước nhiệt đới, chiều cao này thường lớn hơn do nhiều loài cây có bạnh gốc Tại châu Âu, đường kính giới hạn cho phần gỗ ngọn cây thường được quy định là 7cm, tuy nhiên, tiêu chuẩn 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 rằng đường kính giới hạn trên của cây là 20cm Nghiên cứu này cũng thiết lập mối quan hệ giữa thể tích thân cây từ gốc chặt đến đường kính giới hạn, dựa trên đường kính và chiều cao của cây.
FAO (1981) giới thiệu biểu gỗ sản phẩm loài pinus halepensis ở miền
Tây Malaysia sử dụng gỗ sản phẩm tính từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS) Thể tích của thân cây được xác định thông qua VS bằng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã thiết lập biểu sản phẩm cho rừng khô, bao gồm các loại gỗ tròn với 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
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 vị trí cổ rễ Các chỉ tiêu hình dạng tương đối mà Hohenadl đưa ra đã được công nhận rộng rãi ở các nước nói tiếng Đức, cũng như tại Cộng hòa Liên bang Đức, và ngày càng được thừa 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 dựa trên đại lượng tương đối và sử dụng hình số tự nhiên f01 (λ 0.9) Để kiểm tra tính đồng nhất của hình dạng, Krauter đã chia 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 bao 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, ông nhận thấy rằng phương trình q2H với d của loài Lim có sự sai lệch so với các phương trình khác trong khoảng đường kính từ 30-50cm Ông đã đưa ra phương trình chung cho tất cả các loài: f01 = 0.5234 – 0.000175d và qH2 = 0.9432 + 0.0049d Đồng thời, ông cũng tính toán giá trị f1.3 = 01 2 qH f cho từng kích thước đường kính mà không phân biệt chiều cao Qua việc kiểm tra các biểu đồ, kết quả cho thấy f1.3 tính theo phương pháp này khớp với các giá trị hình số 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 không chỉ được tính toán thông qua phương pháp tương quan với các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc và các biến độc lập như đường kính, chiều cao, và hình số, mà còn có thể được xác định bằng phương pháp đường sinh.
Mặc dù từ thế kỷ 19, người ta đã lý thuyết hóa việc tính thể tích thân cây như một khối hình học tròn xoay thông qua tích phân phương trình đường sinh, nhưng do sự phức tạp của đường sinh, các đề xuất của Mendeleev, Wimmenauer và Belanovski chỉ dừng lại ở lý thuyết Đến giữa thế kỷ 20, nhờ vào sự phát triển của công nghệ tính toán, phương pháp đường sinh thân cây mới được áp dụng thực tiễn Theo Đồng Sĩ Hiền, ở Đức, Muller đã chỉ ra mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao cây theo các phương trình nhất định Đầu thế kỷ 20, với nhu cầu công nghiệp hóa, sản phẩm gỗ trở nên đa dạng, dẫn đến việc nghiên cứu và xây dựng biểu thể tích gỗ, trong đó Criudener đã lập biểu thể tích cho 6 loài cây từ năm 1906 đến 1908.
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 quan trọng 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 ở Việt Nam Các phương trình được sử dụng bao gồm: v = a + b.d² (1-29), v = a + b₁.d + b₂logd (1-30), logv = a + blogd (1-31), logv = a + b₁logd + b₂logh (1-32), và logv = a + b₁logd + b₂logh + b₃logq².
Kết quả cho thấy hai dạng parabol thường phù hợp, tuy nhiên 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 tiến hành nghiên cứu về mối quan hệ giữa thể tích thân cây đứng và các yếu tố như đường kính, chiều cao để xây dựng biểu đồ thân cây cho rừng trồng Thông đuôi ngựa và Thông nhựa Kết quả thử nghiệm cho thấy mối quan hệ này có dạng hàm.
Trong các dạng lũy thừa, biến số q2 thường không cần thiết, và thể tích có thể được xác định thông qua đường kính và chiều cao Có thể sử dụng ba phương trình lũy thừa để lập biểu thể tích 1 hoặc 2; tuy nhiên, ở Việt Nam, biểu 3 nhân tố không thực sự hiệu quả Trong bối cảnh Việt Nam, hai dạng phương trình 3 và 4 được áp dụng tốt hơn Theo nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh (1999), để đo tính trữ lượng gỗ cây đứng, thường sử dụng ba phương pháp chính.
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 đơn giản nhất 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 của phương trình đều đạt yêu cầu khi kiểm tra bằng tiêu chuẩn tb = b/Sb.
Để lập biểu thể tích cho loài Keo Tai tượng, Đào Công Khanh (2001) đã thử nghiệm các hàm dạng (1-7) và (1-13) Phương trình V = K.D^a H^b được xác định là phù hợp nhất cho một số loài cây, với nhân tố hình dạng 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), cho thấy cả ba dạng phương trình đều thích hợp cao trong 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 hình số tự nhiên được biểu diễn là f0,j =.
Theo Đồng Sĩ Hiền (1974), phương pháp lập biểu thể tích được áp dụng với hệ số f01 để tính thể tích thân cây Hệ số f01 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
Công trình nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1974) đã mở đầu cho việc lập biểu thể tích và biểu độ thon cho rừng Việt Nam, sử dụng hàm Meyer và đường cong Person để nắn các phân bố thực nghiệm số cây theo kích thước kính Tác giả đã tạo ra một hàm số hoặc tương quan đường sinh thể hiện độ thon bình quân của từng loài cây gỗ, với đường kính quay quanh trục OX để tính thể tích thân cây Phương pháp Scheaychev-Fisher được áp dụng để lập phương trình đường sinh với 11 điểm tựa, là một phương pháp mới do tác giả đề xuất.
Năm 1979, Viện Nghiên cứu Lâm nghiệp đã thực hiện việc lập biểu thể tích và sản phẩm cho lâm phần thông tại Lâm Đồng Các biểu ghi 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 tại rừng tự nhiên Tây Nguyên.
GS.TS Vũ Tiến Hinh và các cộng sự (1999) đã thực hiện nghiên cứu lập biểu thương phẩm cho loài quế tại Văn Yên, dựa trên việc ứng dụng phương trình đường sinh trưởng của cây.
Cao Thị Thu Hiền (2009) đã 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 thực hiện đo đếm các chỉ số như D1.3, Dt, Hvn, mật độ, đường kính gốc bụi, và chọn chặt cây tiêu chuẩn Từ dữ liệu thu thập, tác giả tính toán tỷ lệ phần trăm cây non, trung niên và cây già, đồng thời lập phương trình đường sinh trưởng Nghiên cứu thử nghiệm các phương trình từ bậc 1 đến bậc 5 để xác định phương trình phù hợp nhất cho thể tích thân cây luồng Ngoài ra, tác giả cũng xác định trọng lượng tươi theo đường kính và chiều cao bằng hai dạng phương trình: Wt = a*D^b*H^c và Wt = a + b*D^2*H, nhằm lựa chọn phương trình thích hợp nhất Cuối cùng, nghiên cứu lập tương quan giữa trọng lượng khô và trọng lượng tươi sau khai thác 1, 2 và 3 tháng theo các phương trình bậc 1, bậc 2, bậc 3, logarit, compound, và Power để xác định phương trình phù hợp, từ đó chọn chỉ tiêu sinh trưởng làm căn cứ phân hạng đất trồng luồng và xác định mật độ trồng thích hợp.
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 chọn phải có hệ số xác định cao nhất, sai số nhỏ nhất và các tham số tồn tại Theo Phan Nguyên Hy (2003), các tiêu chí này đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn phương trình phù hợp.
- 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 về việc lập biểu thể tích gỗ cho các loài cây chủ yếu khai thác trong rừng tự nhiên tại khu vực Quảng Bình là rất cần thiết Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa việc quản lý tài nguyên rừng mà còn hỗ trợ bảo tồn đa dạng sinh học Các biểu thể tích gỗ sẽ cung cấp thông tin chính xác về khối lượng gỗ có thể khai thác, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho người dân địa phương Hơn nữa, nghiên cứu này còn góp phần vào việc xây dựng các chính sách bảo vệ rừng bền vững trong khu vực.
Hà Tĩnh Sau khi tiến hành điều tra và khảo sát khu vực nghiên cứu, đề tài đã quyết định nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc lập biểu thể tích của 4 loài.
- Vối thuốc ( Syzygium cuminiI Choisy)
- Trường sâng (Amesiodendron chinense Merr.)
Nghiên cứu về một số loài cây như Dẻ trắng, Trâm móc, Lim xanh, Trường sâng và Vối thuốc được thực hiện tại các tỉnh Bắc Trung Bộ Những loài cây này có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái và kinh tế địa phương.
Về phương pháp tính thể tích cây đứng:
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ 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 lập các quy luật mang tính toán học và sinh học chính xác 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 các tài liệu hiện có để lựa chọn các phương pháp 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 số liệu, quá trình kiểm tra và loại bỏ sai sót được thực hiện để đảm bảo độ chính xác trong đo lường Tiếp theo, các chỉ tiêu cần thiết được tổng hợp, xử lý và tính toán bằng phần mềm Excel và SPSS.
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) và thể tích của một hình trụ có chiều cao tương đương với chiều cao của thân cây, với tiết diện ngang được xác định ở 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 một chỉ tiêu quan trọng dùng để đánh giá mức độ biến động trung bình tương đối của nó Công thức tính hệ số biến động này giúp xác định mức độ biến động của dữ liệu một cách chính xác.
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, chúng tôi tiến hành chỉnh lý 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, với f01 là hệ số thon tự nhiên.
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
Xác định các tham số của phương trình tương quan tuyến tính được thực hiện qua phần mềm Excel, 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 dựa trên việc 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 kiểm tra tính tương thích với hình dạng thực tế Cuối cùng, cần hiệu chỉnh phương trình để 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 mật thiết, được Đồng Sĩ Hiền (1974) xác lập cho các loài cây rừng tự nhiên ở Việt Nam Mối liên hệ này làm 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 và thường dao động trong một phạm vi nhất định Biến động chiều cao này sẽ giúp suy ra 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 cơ thể sống thống nhất, với sự tăng trưởng theo chiều ngang và chiều dọc qua mỗi mùa sinh trưởng Mối liên hệ giữa chiều cao và đường kính thân cây được khẳng định bởi các nhà khoa học, nhưng sự tăng trưởng này không đồng nhất giữa các vị trí và thời điểm khác nhau Các yếu tố nội tại và ngoại cảnh ảnh hưởng đến những mối quan hệ này, do đó không thể áp dụng chung cho mọi điều kiện Trong quá trình điều tra và khai thác rừng, việc xác định trữ lượng rừng gần đúng là cần thiết để quản lý và tối ưu hóa hiệu quả kinh tế Mặc dù đã có biểu được lập từ hơn bốn thập niên, chủ yếu tập trung vào rừng giàu và nguyên sinh, nhưng hiện nay, rừng nghèo và trung bình mới là đối tượng kinh doanh chủ yếu ở Việt Nam.
Trong suốt hàng chục năm phát triển, khoa học điều tra rừng đã xây dựng được biểu thể tích cho toàn quốc, cho nhóm loài cây và vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên, cũng như biểu thể tích cho hầu hết các loài cây trồng rừng chính Những biểu thể tích này đã hỗ trợ đáng kể cho hoạt động kinh doanh rừng Tuy nhiên, do điều kiện môi trường thay đổi, đặc điểm hình thái của cây rừng cũng đã thay đổi, dẫn đến việc cần thiết phải lập biểu thể tích mới để bổ sung cho các loài ở các vùng miền trên cả nước Do đó, đề tài nghiên cứu 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 phản ánh khối lượng gỗ từ cây, bộ phận cây hoặc toàn bộ rừng tại một thời điểm nhất định Đây là yếu tố then chốt để đánh giá tài nguyên rừng của mỗi quốc gia hay khu vực Mặc dù thân cây thường được coi là hình khối tròn xoay, việc đo đạc kích thước và hình dạng cây thực tế gặp nhiều khó khăn, dẫn đến việc không thể áp dụng các công thức hình học thông thường để xác định thể tích Để khắc phục vấn đề này, người ta thường sử dụng các bảng tra thể tích dựa trên đường kính chuẩn, chiều cao và hình dạng cây, gọi là biểu thể tích Khoa học Điều tra rừng đã chỉ ra rằng thể tích của thân cây hoặc bộ phận thân cây có thể được tính bằng công thức: V = π × (d/2)² × h × f.
V thể tích của thân cây hoặc bộ phận của nó, d j là đường kính chuẩn tại vị trí cụ thể trên gốc cây để dễ dàng đo lường, h là chiều cao của thân cây, và 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 nghiên cứu như là 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, sau đó sử dụng các biểu đồ dựa trên phương trình đã được thiết lập Carrow.John (1963) áp dụng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình Bitterlich để thực hiện các phân tích này.
Tác giả đã kiểm nghiệm và cho rằng phương trình Spurr có thể được sử 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 lĩnh vực lâm nghiệp, người ta thường áp dụng một số công thức tương quan sinh trưởng để tính toán thể tích hoặc sinh khối của cây Các công thức này sử dụng các biến độc lập như đường kính ngang ngực và chiều cao của cây để xác định 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 Loetsch-Zoehrer-Haller (1973), độ cao gốc chặt thường được xác định là 0,3m Ở các nước nhiệt đới, chiều cao gốc chặt thường lớn hơn do nhiều loài cây có bạnh gốc Tại châu Âu, đường kính giới hạn của 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 xác định đường kính giới hạn trên của loài Pinus patula ở Kenia là 20cm và thiết lập mối quan hệ thể tích thân cây từ gốc chặt đến đường kính giới hạn dựa trên đường kính và chiều cao.
FAO (1981) giới thiệu biểu gỗ sản phẩm loài pinus halepensis ở miền
Tại Tây Malaysia, việc tính toán sản phẩm gỗ được thực hiện từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS) Thể tích của thân cây được xác định thông qua chiều cao này bằng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã xây dựng biểu sản phẩm cho rừng khô, bao gồm các loại sản phẩm 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 là 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 cây lá rộng hỗn giao không đều tuổi tại rừng nhiệt đới Việt Nam, tồn tại các quy luật liên hệ giữa các nhân tố tạo nên chúng Những quy luật này có thể được biểu thị bằng các phương trình tương quan có độ chính xác cao Mặc dù sự liên hệ giữa đường kính và chiều cao có thể được diễn đạt qua cùng một dạng phương trình, nhưng các phương trình cụ thể lại rất khác nhau Với sự phức tạp của rừng nhiệt đới Việt Nam, nơi có nhiều loài cây nhưng mỗi loài thường chỉ có ít đại diện, việc lập biểu thể tích hai nhân tố là cần thiết Do đó, nghiên cứu tập trung vào ba phương pháp 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 giá trị R², sig.F, cùng với các giá trị Sig.tb 0, Sig.tb 1 và Sig.tb 2, cung cấp cái nhìn tổng quan về sự phù hợp của các phương trình này với dữ liệu thu thập được.
Bảng 3.2 cho thấy rằng hệ số xác định (R²) ở tất cả các loài cây và các phương trình đều có ý nghĩa thống kê với giá trị F < 0,05, chứng tỏ sự tồn tại của mối quan hệ giữa V, D1.3, Hvn Hệ số R² dao động từ 0,876 đến 0,992, cho thấy mối tương quan từ chặt đến rất chặt Phương trình (1) có R² lớn nhất với loài Dẻ trắng và Vối thuốc, trong khi phương trình (3) đạt R² cao nhất với hai loài Lim xanh và Trâm móc.
Kết quả kiểm tra hệ số xác định và các tham số của phương trình đối với loài Dẻ trắng cho thấy mức ý nghĩa đều nhỏ hơn 0,05, xác nhận rằng cả bốn phương trình đều tồn tại Trong đó, phương trình (3) và (4) có R² lớn nhất, trong khi phương trình (2) có R² nhỏ nhất Điều này chỉ ra rằng phương trình (1) là phương trình mô phỏng tốt nhất 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 mối liên hệ chặt chẽ Kết quả kiểm tra các tham số trong phương trình (1) và (4) đều tồn tại, xác nhận tính chính xác của các mối quan hệ này.
Phương trình (2) và (3) đều chứa từ 1 đến 3 tham số không tồn tại trong tổng thể, với giá trị Sig Tb0 của phương trình (2) là 0,22, lớn hơn 0,05, và giá trị Sig Tb0, Sig Tb1 của phương trình (3) lần lượt là 0,487 và 0,634, đều lớn hơn 0,05 Do đó, cả hai phương trình này không thích hợp.
Loài Vối thuốc cho thấy R² dao động từ 0,876 đến 0,897 Kết quả kiểm tra tồn tại của các tham số trong phương trình cho thấy hầu hết các mức ý nghĩa đều nhỏ hơn 0,05, ngoại trừ phương trình (3) với sig Tb0 là 0,208 và sig Tb1 là 0,805, cho thấy phương trình (3) 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: Các phương trình (1) và (4) có hệ số xác định cao và các tham số đều tồn tại, do đó, bài viết chọn hai phương trình này để tính sai số cây kiểm tra nhằm 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% của 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 bao gồm 4/5 loài như Dẻ trắng, Lim xanh, Vối thuốc và Trâm móc, trong đó sai số phần trăm tổng thể tích ở phương trình (1) thấp 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%, cả hai 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 yêu cầu này Đặc biệt, sai số ở phương trình (1) là 1,21%, thấp hơn sai số của phương trình (4) là 1,303%.
Loài Trường sâng có tỷ lệ sai số (-) ở cả hai dạng phương trình là 10/15 cây Sai số lớn nhất của hai phương trình dưới 10%, trong đó 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 Tuy nhiên, phương trình (1) nổi bật hơn với nhiều ưu điểm 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 biết đại lượng đo 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 viên trụ có chiều cao tương đương với chiều cao của thân cây, trong khi tiết diện của hình viên trụ được lấy ở 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 Điều này giúp nó đặc trưng hóa tốt hình dạng thân cây cho các loài.
Trong phương pháp hai mục (2.4.3.3), tác giả sử dụng số tự nhiên trung bình như một yếu tố kết hợp với D01 và Hvn để tính thể tích của 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
Bảng 3.4 cho thấy 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, chỉ dao động từ 0,0215 đến 0,0525 Độ biến động của cây Vối thuốc đạt mức 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 cây nghiên cứu đều lớn hơn 0,05 Điều này khẳng định rằng hình số tự nhiên của các loài cây tuân theo quy luật phân bố chuẩn Kết quả 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 gũi 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
Theo bảng 3.6, ở từng loài cây, các nhân tố D1.3 và Hvn đều có mức ý nghĩa lớn hơn 0,05, cho thấy f01 ở các loài cây nghiên cứu độc lập với D1.3 và Hvn Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1971), 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 tuân theo luật phân bố chuẩn và không phụ thuộc vào các giá trị D1.3 và Hvn Do đó, đề tài có thể áp dụng công thức (3-6) để tính thể tích thân cây dựa trên f01.
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, cho thấy độ tin cậy của các tham số Do đó, 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 phân bố lệch ở loài Trường sâng và Lim xanh Điều này cho thấy sự khác biệt trong cách phân bố sai số giữa các loài thực vật.
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%, như thể hiện trong bảng 4.8 Không có cây nào vượt quá sai số 15%, với 8 cây có sai số âm và 7 cây có sai số dương trong số 15 cây được kiểm tra Tổng thể, sai số của loài Trâm móc là tương đối nhỏ, không có cây nào ghi nhận sai số vượt quá 15%.
Loài vối thuốc có sai số âm là 5 cây và sai số dương cũng là 5 cây, cho thấy sự phân bố sai số đều Sai số lớn nhất 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 là cần thiết để lập biểu thể tích chính xác.
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 nhau, 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 -
Mối quan hệ chặt chẽ giữa thể tích không vỏ (Vkvo) và thể tích có vỏ (Vcvo) được thể hiện qua hệ số 0,9997, cùng với các giá trị Sig F, Sig.Ta, Sig.Tb đều nhỏ hơn 0,05 Điều này cho thấy sự liên kết mạnh mẽ giữa hai đại lượng nghiên cứu, cho phép sử dụng các phương trình trong bảng 3.16 để xác định Vkvo từ Vcvo với độ chính xác cao cho các loài cây nghiên cứu Hình 3.6 và hình 3.7 minh họa rõ ràng mối quan hệ này đối với loài Dẻ trắng và loài Trâm móc.
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 thuần loài thường rất chặt chẽ Đối với mỗi kích thước đường kính D, có thể xác định 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, được hiểu là phạm vi ngoại suy của giá trị Hvn lý thuyết tương ứng với giá trị D Việc xác định giới hạn này dựa trên khoảng ước lượng cá biệt giữa D1.3 và Hvn, đảm bảo rằng giới hạn lập biểu không vượt quá khoảng ước lượng đã đề ra.
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
Thông qua việc sử dụng khoảng ước lượng cá biệt, bài viết xây dựng đường cong giới hạn lập biểu để phân tích mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn Để xác định dạng hàm mô phỏng tối ưu, nghiên cứu đã thử nghiệm một số dạng hàm phổ biến nhằm mô phỏng 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, với mức ý nghĩa Sig T và Sig F đều nhỏ hơn 0,05, cho thấy tất cả các tham số trong bốn phương trình đều có sự tồn tại Đặc biệt, trong dạng phương trình Quadratic, hệ số xác định đạt 0,901, là giá trị lớn nhất, do đó, đề tài đã chọn dạng hàm Quadratic 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 →
Trong nghiên cứu này, các tham số và hệ số xác định đã được chứng minh là tồn tại trong tổng thể Phương trình Quadratic có R² lớn nhất trong bốn phương trình, do đó, đề tài đã chọn phương trình này để xác lập mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn ở loài Trâm móc.
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 sự tồn tại của R² và các tham số có ý nghĩa kiểm tra