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, được tính bằng mét khối (m³), phản ánh khối lượng gỗ của cây, bộ phận cây hoặc toàn bộ rừng từ khi xuất hiện đến một thời điểm nhất định Đây là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tài nguyên rừng của mỗi quốc gia hoặc vùng lãnh thổ Mặc dù thân cây được xem như một khối hình học, việc đo lường kích thước và hình dạng của cây đứng không dễ dàng, do đó không thể xác định thể tích bằng các công thức hình học thông thường Để khắc phục vấn đề này, người ta thường sử dụng bảng tra thể tích dựa trên đường kính chuẩn, chiều cao và hình dạng, gọi là biểu thể tích Khoa học Điều tra rừng đã chứng minh rằng thể tích của thân cây hoặc bộ phận thân cây có thể được xác định bằng công thức: V = π × d² × h × f.
Với: V là thể tích của thân cây, d j là đường kính qui chuẩn được chọn tại một vị trí cụ thể trên gốc cây để dễ dàng đo lường Chiều cao của thân cây được ký hiệu là h, trong khi f j đại diện cho hình số hoặc 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, người ta tiến hành đo tổng thiết diện ngang, chiều cao và đường kính, đồng thời 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 thực hiện nghiên cứu này.
Tác giả đã kiểm nghiệm và kết luận rằng phương trình Spurr có thể được sử dụng để dự đoán lượng tăng trưởng thường xuyên 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 lâm nghiệp, các công thức tương quan sinh trưởng thường được áp dụng để tính toán thể tích hoặc sinh khối của cây Những công thức này sử dụng đường kính ngang ngực và chiều cao của cây như các biến độc lập 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 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 nhiều loài cây có bạnh gốc Tại châu Âu, đường kính giới hạn cho phần gỗ ngọn cây được quy định là 7cm, tuy nhiên, đường kính 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, đồng thời 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, gỗ sản phẩm được tính từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS), và thể tích thân cây được xác định thông qua VS bằng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã xây dựng biểu sản phẩm cho rừng khô, bao gồm các loại sản phẩm như gỗ tròn với đường kính lớn hơn 40cm, gỗ tròn với đường kính nhỏ hơn 40cm, gỗ cột, củi, và sản lượng quả Đặc biệt, 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 cổ rễ Các chỉ tiêu hình dạng tương đối này đã được công nhận rộng rãi ở các quốc gia nói tiếng Đức và Cộng hòa Liên bang Đức, đồng thời ngày càng được chấp nhận trên toàn thế giới.
Vào năm 1961, Theo G Krauter đã nghiên cứu để phát triển một biểu chung cho tất cả các loài cây hoặc riêng cho từng loài Ông tập trung vào hình dạng theo đại lượng tương đối và áp 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 đại diện 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 hình số, Krauter đã sử 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:
Ông đã thiết lập phương trình cho bốn loài chính, nhưng sau khi kiểm tra, nhận thấy phương trình của các loài giống nhau, ngoại trừ phương trình q2H với d của loài Lim bị sai lệch trong khoảng đường kính từ 30-50 cm G Krauter đã tính toán phương trình chung cho tất cả các loài: f01 = 0.5234 – 0.000175d và qH2 = 0.9432 + 0.0049d Ông cũng tính f1.3 = 01 2 qH f cho mỗi kích thước đường kính mà không phân biệt chiều cao khác nhau Qua kiểm tra bảng biểu đồ, nhận thấy rằng 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 bằng phương pháp tương quan thông qua các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc và thể tích với các biến độc lập như đường kính, chiều cao, hình số, mà còn có thể được xác định thông qua phương pháp đường sinh.
Mặc dù lý thuyết về thể tích thân cây đã được biết đến từ thế kỷ 19, nhưng do đường sinh của nó quá phức tạp, 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 hiện thực hóa Tại Đức, Muller đã chỉ ra mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao theo các phương trình cụ thể Vào đầu thế kỷ 20, với nhu cầu phát triển công nghiệp, các nghiên cứu về gỗ đã trở nên phong phú hơn, 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 cho 6 loài cây, đánh dấu bước tiến quan trọng trong nghiên cứu gỗ.
Ở Việt Nam
1.2.1 Các công trình nghiên cứu về quan hệ thể tích, đường kính và chiều cao
Nghiên cứu về lập biểu thể tích của Đồng Sĩ Hiền (1974) 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, v = a + b₁.d + b₂logd, logv = a + blogd, logv = a + b₁logd + b₂logh, và logv = a + b₁logd + b₂logh + b₃logq².
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng hai dạng parabol thường là lựa chọn phù hợp, tuy nhiên, đối với hai loài Sâng và Táu, cũng như dạng đầu với Bứa, có sự sai lệch rõ rệt giữa r² và η².
Năm 1976, Phạm Ngọc Giao đã nghiên cứu mối quan hệ giữa thể tích thân cây đứng và các yếu tố như đường kính, chiều cao để lập biểu đồ cho cây thông đuôi ngựa và thông nhựa Kết quả thử nghiệm cho thấy mối quan hệ này có dạng hàm nhất định.
Biến số q2 trong các dạng lũy thừa thường không cần thiết để xác định thể tích, mà có thể sử dụng đường kính và chiều cao Tại Việt Nam, ba phương trình lũy thừa có thể được áp dụng để lập biểu thể tích, nhưng phương pháp ba nhân tố không có tác dụng thực tế Hai dạng phương trình 3 và 4 là những phương pháp hiệu quả hơn (Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh, 1999) Để đo tính trữ lượng gỗ của cây đứng, thường áp 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 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 Kiểm tra sự tồn tại của các tham số trong phương trình bằng tiêu chuẩn tb = b/Sb đều đạt yêu cầu.
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), trong khi Phan Nguyên Hy (2003) sử dụng SPSS để thử nghiệm các phương trình (1-9), (1-10) và (1-17) Kết quả cho thấy phương trình V = K.D^a H^b là phù hợp nhất cho một số loài cây, với nhân tố hình dạng được phản ánh qua đường kính và chiều cao Đặc biệt, khi lập biểu thể tích cho rừng Thông Nhựa, cả ba dạng phương trình đều thể hiện tính thích hợp cao.
1.2.2 Về hình số tự nhiên
Theo Đồng Sĩ Hiền (1971) Hệ số thon tự nhiên là tỷ lệ giữa đường kính đo ở tầm cao 0.ih so với đường kính đo ở tầm cao 0,jh
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 tại độ cao 0,j Công thức tính hình số tự nhiên là f0,j =
Theo Đồng Sĩ Hiền (1974), phương pháp lập biểu thể tích được áp dụng để tính toán thể tích thân cây, trong đó f01 được chọn làm hệ số tính thể tích Hệ số f01 được xác định thông qua phương pháp 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 cây đứng rừng Việt Nam được khởi xướng bởi Đồng Sĩ Hiền vào năm 1974 Tác giả đã áp dụng hàm Meyer và họ đường cong Person để điều chỉnh các phân bố thực nghiệm số cây theo kích thước kính của rừng tự nhiên Dựa trên các độ thon tương đối ổn định cho từng loài cây gỗ, tác giả đã phát triển một hàm số thể hiện độ thon bình quân, trong đó đường kính quay quanh trục OX tạo thành thể tích thân cây Phương pháp Scheaychev-Fisher được sử dụng để lập phương trình đường sinh với 11 điểm tựa, đây là một phương pháp mới do tác giả đề xuất.
Năm 1979, Viện Nghiên cứu Lâm nghiệp đã thực hiện lập biểu thể tích và sản phẩm cho lâm phần thông tại Lâm Đồng, trong đó các chỉ số 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 thực hiện nghiên cứu lập biểu thương phẩm cho loài quế ở Văn Yên, ứng dụng phương trình đường sinh thân cây để phân tích sự phát triển và giá trị kinh tế của loài cây này.
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 tiêu như D1.3, Dt, Hvn, mật độ, đường kính gốc bụi, và chọn chặt cây tiêu chuẩn Dựa trên số liệu đo đếm, tác giả tính toán tỷ lệ phần trăm số cây non, trung niên và cây già, đồng thời lập phương trình đường sinh trưởng Các thử nghiệm với phương trình từ bậc 1 đến bậc 5 cho thân ngoài và thân trong đã giúp lựa chọn phương trình phù hợp nhất để tính thể tích thân cây Luồng Tác giả cũng xác định trọng lượng tươi theo đường kính và chiều cao thông qua hai dạng phương trình: Wt = a*D^b*H^c và Wt = a + b*D^2*H, nhằm tìm ra phương trình thích hợp nhất Hơn nữa, 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 khác nhau, từ đó lựa chọn phương trình phù hợp Cuối cùng, tác giả chọn chỉ tiêu sinh trưởng làm căn cứ phân hạng đất trồng Luồng và xác định 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 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 rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng 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 cho việc lập biểu thể tích gỗ thân cây đứng là cần thiết để xác định khối lượng gỗ cho một số loài cây khai thác chủ yếu ở rừng tự nhiên khu vực Quảng Bình Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa quản lý tài nguyên rừng mà còn đảm bảo phát triển bền vững trong khai thác gỗ.
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 một số loài cây như Dẻ trắng, Trâm móc, Lim xanh, Trường sâng và Vối thuốc tại các tỉnh Bắc Trung Bộ nhằm tìm hiểu đặc điểm và giá trị sinh thái của chúng.
Về phương pháp tính thể tích cây đứng:
Bài viết này thử nghiệm ba phương pháp tính thể tích: 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, nhưng do cây rừng là một hệ sinh thái phức tạp, nên chúng có nhiều hình dạng khác nhau Để xác định các quy luật toán học và sinh học của cây rừng, cần tiến hành các thí nghiệm trên mẫu 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 dạng toán học phù hợp, đảm bảo độ chính xác cần thiết và dễ dàng 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, quá trình kiểm tra và loại bỏ sai sót trong đo lường được thực hiện 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 số giữa thể tích của thân cây hoặc bộ phận của nó và thể tích của hình viên trụ có chiều cao tương đương chiều cao của thân cây, với tiết diện ngang được lấy ở độ cao 1/10 chiều cao 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 để đánh giá mức độ biến động trung bình tương đối của nó, được tính toán theo một công thức cụ thể.
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 đã tiến hành chỉnh lí 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 áp 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, dựa trên 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, 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 được bậc thích hợp, tiến hành khảo sát đường sinh của thân cây để đảm bảo phù hợp 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 mật thiết, được Đồng Sĩ Hiền (1974) xác lập cho các loài cây rừng tự nhiên tại Việt Nam Mối liên hệ này là cơ sở để lập biểu thể tích và biểu độ thon của 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 khoảng nhất định Biến động chiều cao này sẽ dẫn đến việc xác định phạm vi biến động thể tích tương ứng, được phân tích thông qua 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, phát triển đồng thời theo chiều ngang và chiều dọc, tạo nên mối liên hệ giữa chiều cao và đường kính thân cây Mặc dù quy luật này đã được khẳng định bởi các nhà khoa học, sự tăng trưởng không giống nhau ở các vị trí khác nhau trên thân cây và theo thời gian Các yếu tố nội tại và ngoại cảnh ảnh hưởng đến mối quan hệ này, vì vậy cần có sự điều chỉnh phù hợp trong quản lý rừng Để khai thác hiệu quả, việc xác định trữ lượng rừng là cần thiết, giúp đưa ra các biện pháp quản lý hợp lý Tuy nhiên, các biểu đồ trữ lượng được lập từ hơn bốn thập niên trước chủ yếu tập trung vào rừng giàu và nguyên sinh, trong khi rừng nghèo và trung bình hiện nay 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 biểu thể tích cho toàn quốc và cho nhóm loài cây, cũng như cho các vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên Các biểu thể tích này đã hỗ trợ đắc lực 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 nhu cầu 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 để đánh giá tài nguyên rừng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ Mặc dù thân cây thường được xem như một khối hình học đơn giản, việc đo kích thước và hình dạng thực tế của cây đứng gặp nhiều khó khăn, khiến việc xác định thể tích theo các công thức hình học truyền thống trở nên phức tạp Để khắc phục vấn đề này, người ta thường sử dụng các bảng tra thể tích dựa trên đường kính tiêu chuẩn, chiều cao và hình dạng của cây, được gọi là biểu thể tích Khoa học Điều tra rừng đã phát triển công thức xác định thể tích thân cây hoặc bộ phận thân cây đứng: 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 quy chuẩn được chọn tại một vị trí trên gốc cây để dễ dàng đo lường Chiều cao của thân cây được ký hiệu là h, và f j là đại lượng biểu thị 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 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 các biểu đồ được lập dựa trên phương trình đã nêu Carrow.John (1963) đã áp dụng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình Bitterlich để thực hiện nghiên cứu.
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, 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 lâm nghiệp, các công thức tương quan sinh trưởng thường được áp dụng để tính toán thể tích hoặc sinh khối của cây Các biến độc lập chính trong những công thức này là 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 Loetsch-Zoehrer-Haller (1973), độ cao gốc chặt thường được lấy trung bình 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 phần gỗ ngọn cây thường được quy định là 7cm, tuy nhiên, giá trị 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 Kenya và xác định đường kính giới hạn trên là 20cm, đồng thời 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
Tây Malaysia sử dụng gỗ sản phẩm từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS), và thể tích thân cây được xác định thông qua VS bằng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã xây dựng biểu sản phẩm cho rừng khô, bao gồm các loại gỗ tròn với đường kính lớn hơn 40cm, gỗ tròn 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
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 của rừng nhiệt đới Việt Nam, tồn tại những quy luật liên hệ giữa các nhân tố hình thành chúng Những quy luật này có thể được biểu thị bằng các phương trình tương quan với 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 khác biệt đáng kể Trong bối cảnh rừng nhiệt đới Việt Nam với sự đa dạng loài nhưng số lượng cây đại diện mỗi loài rất hạn chế, việc xây dựng biểu thể tích hai nhân tố là cần thiết Do đó, nghiên cứu tập trung vào ba phương pháp để phát triển 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 toán 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 các bậc 0, 1, và 2, giúp đánh giá sự phù hợp của các phương trình này với dữ liệu thu thập được.
Theo bảng 3.2, tất cả các loài cây đều có mức ý nghĩa F < 0,05, cho thấy hệ số xác định (R²) tồn tại ở cả bốn phương trình Hệ số R² của các loài cây dao động từ 0,876 đến 0,992, chứng tỏ mối tương quan giữa V, D1.3, Hvn là từ chặt đến rất chặt Phương trình (1) có R² lớn nhất với loài Dẻ trắng và Vối thuốc, trong khi 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 đối với loài Dẻ trắng cho thấy mức ý nghĩa đều nhỏ hơn 0,05, chứng tỏ 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 Do đó, 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 phương trình có mối quan hệ chặt chẽ Kết quả kiểm tra các tham số trong phương trình (1) và (4) đều tồn tại.
Cả phương trình (2) và (3) đều có 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 phương trình (3) có Sig Tb0 là 0,487 cùng với Sig Tb1 là 0,634, cũng lớn hơn 0,05 Do đó, cả hai phương trình này không thích hợp.
Loài Vối thuốc cho thấy hệ số R² dao động từ 0,876 đến 0,897 Kiểm tra sự 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, cả hai đều lớn hơn 0,05, do đó phương trình (3) không phù 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 Trường sâng có hệ số xác định R² trong khoảng 0,931-0,954, cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các biến Kết quả kiểm tra tham số chỉ ra rằng phương trình (1) và (4) có 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 các tham số đều tồn tại Do đó, bài viết lựa chọn hai phương trình này để tính toán sai số 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) Ngoài ra, 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%
Trong nghiên cứu về loài Vối thuốc, 4/5 loài như Dẻ trắng, Lim xanh, Vối thuốc và Trâm móc đã cho thấy sai số phần trăm tổng thể tích nhỏ hơn khi áp dụng phương trình (4) so với phương trình (1).
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 có sai số dưới 10%, trong khi phương trình (4) có 14/15 cây đạt tiêu chí này Đặc biệt, 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 đều có tỷ lệ 10/15 cây Sai số lớn nhất ở hai phương trình 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 cho thấy rằng cả hai phương trình (1) và (4) đều phù hợp để 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 để tính toán thể tích thân cây khi đã 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 là tỷ lệ giữa thể tích của thân cây (hoặc một bộ phận của nó) và thể tích của hình trụ có chiều cao tương đương với chiều cao của thân cây Tiết diện của hình trụ 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 tính độc lập, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như đường kính, chiều cao, điều kiện lập địa và tuổi Điều này giúp hình số tự nhiên đặc trưng tốt cho hình dạng thân cây của các loài.
Trong phương pháp hai mục (2.4.3.3), tác giả áp dụng 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 từ 0,4742 đến 0,5525, với giá trị trung bình thấp nhất ở cây Dẻ trắng (0,4742) và cao nhất ở cây Vối thuốc (0,5241) Sai số chuẩn của f01 rất nhỏ, nằm trong khoảng 0,0215 đến 0,0525 Độ biến động cao nhất thuộc về cây Vối thuốc 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 gũi với dạng 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, các loài cây cho thấy các nhân tố D1.3 và Hvn có mức ý nghĩa lớn hơn 0,05, khẳng định rằng f01 ở các loài cây nghiên cứu là 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 luận cho thấy rằng kết quả kiểm tra luật phân bố chuẩn và sự phụ thuộc của hình số vào giá trị D1.3 và Hvn cho từng loài cây f01 đều tuân theo luật chuẩn và độc lập với D1.3, Hvn Do đó, đề tài có thể áp 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 Các tham số đều có mặt, 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 xuất hiện ở loài Trường sâng và Lim xanh Điều này cho thấy rằng loài Dẻ trắng có sự phân bố đồng đều hơn so với các loài khác.
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 Tất cả 15 cây kiểm tra đều không có sai số vượt quá 15%, với 8 cây có sai số âm và 7 cây có sai số dương Tổng thể, sai số của loài này tương đối nhỏ và không ghi nhận sai số nào vượt quá 15%.
Loài vối thuốc có sai số phân bố đều với sai số âm là 5 cây và sai số dương cũng là 5 cây, trong đó sai số lớn nhất đạt 14,55%.
Đề xuất phương pháp xác định thể tích thân cây
Sau khi đánh giá sai số của các phương pháp xác định thể tích thân cây, việc lựa chọn phương pháp tối ưu là cần thiết để xây dựng 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% Điều này cho thấy phương pháp 1 và phương pháp 2 có thống kê sai số cực đại và sai số trung bình tương tự nhau Tuy nhiên, phương pháp 1 lại có sai số phần trăm tổng thể tích nhỏ hơn, vì vậy 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 Kết quả kiểm tra các giá trị Sig F, Sig.Ta, Sig.Tb đều nhỏ hơn 0,05, chứng minh tính chính xác của mối liên hệ này 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 Mối quan hệ này được minh họa qua hình 3.6 và hình 3.7 cho 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 lâm phần đồng tuổi, mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao của cây thuộc loài thuần nhất là rất chặt chẽ Mỗi kích thước đường kính D đều tương ứng với một chiều cao bình quân H có độ chính xác cao.
Giới hạn lập biểu là chiều cao tối đa tương ứng với đường kính trong biểu thể tích, phản ánh phạm vi ngoại suy của giá trị Hvn lý thuyết tương ứng với giá trị D Để xác định giới hạn này, cần dựa vào khoảng ước lượng cá biệt giữa D1.3 và Hvn, đảm bảo rằng giới hạn lập biểu không vượt quá khoảng ước lượng đã xác định.
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 khoảng ước lượng cá biệt, bài viết xây dựng đường cong giới hạn lập biểu nhằm xác định dạng hàm mô phỏng tốt nhất cho mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn Để thực hiện điều này, đề tài đã thử nghiệm mô phỏng mối quan hệ này bằng một số dạng hàm thông dụng.
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 tất cả các phương trình, cho thấy tất cả các tham số trong bốn phương trình đều có ý nghĩa Đặc biệt, phương trình Quadratic có hệ số xác định cao nhất là 0,901, 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 được chứng minh là tồn tại trong tổng thể Phương trình Quadratic, với giá trị R² lớn nhất trong bốn phương trình, được lựa chọn để thiết 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 đều nhỏ hơn 0,05 Điều này chứng tỏ rằng các phương trình đều phù hợp để mô tả mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn của loài Lim xanh.
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 cho thấy giá trị R² dao động trong khoảng 0,117 đến 0,146 Mức ý nghĩa Sig F và Sig T đều lớn hơn 0,05, điều này cho thấy 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 hàm quan hệ D1.3 và Hvn cho các loài, chúng tôi đã sử dụng phần mềm SPSS để phân tích và 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 từng 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 tiến hành thử nghiệm với nhiều phương trình thể tích khác nhau, phương trình (1) đã được xác định là phương trình tối ưu nhất trong việc 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 giữa Vcvo và Vkvo đã được xác lập với độ tin cậy cao, cho phép xác định nhanh chóng thể tích của thân cây không vỏ.
Không nên sử dụng biểu thể tích để tính toán thể tích cho từng cây cá lẻ do sai số lớn Thay vào đó, việc áp dụng cho một nhóm cây sẽ giúp sai số hệ thống bù trừ cho nhau, từ đó làm giảm sai số cuối cùng gần với giá trị thực tế 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 đưa ra kết luận chung cho tất cả các loài cây rừng tự nhiên.
Số liệu khách quan để kiểm nghiệm độ chính xác các phương pháp xác định thể tích hiện vẫn còn hạn chế và không đủ phong phú, điều này ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả kiểm nghiệm.
Đề tài hiện tại chỉ 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.