Trên thế giới
1.1.1 Về tương quan giữa thể tích với đường kính và chiều cao
Thể tích và trữ lượng gỗ được đo bằng mét khối (m³) và phản ánh khối lượng gỗ từ khi cây xuất hiện đến một thời điểm nhất định Mặc dù thân cây thường được coi là hình khối tròn xoay, việc đo đạc kích thước và hình dạng của cây đứng gặp nhiều khó khăn, khiến cho việc xác định thể tích bằng các công thức hình học truyền thống trở nên không khả thi 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 chỉ ra rằng thể tích của thân cây hoặc bộ phận thân cây có thể được xác định qua công thức: j j h f d.
Với V là thể tích của thân cây hoặc bộ phận của nó, d j là đường kính qui chuẩn được chọn tại vị trí gốc cây để thuận tiện cho việc đo đạc, h là chiều cao của thân cây, và f j là đại lượng biểu thị hình dạng của thân cây hoặc bộ phận tương ứng với d j đã chọn.
Theo Akindele và Lemay (2006) cùng với Đồng Sĩ Hiền (1974), các mô hình toán học về thể tích thân cây được biểu diễn như một hàm của các biến độc lập, bao gồm đường kính, chiều cao và hình số.
V: Thể tích thân cây d: Đường kính ngang ngực h: Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều cao một vị trí bất kì trên thân cây f- Chỉ số hình dạng
Spurr S.H (1952), đã đề xuất phương trình
Shumacher B và Hall (1933), đã đề xuất phương trình:
Theo Jayaraman (1999) và Nguyễn Văn Thuận (2010) đã chỉ ra rằng trong lâm nghiệp, một số phương trình tương quan thường được sử dụng để tính thể tích cây thông qua các biến độc lập như đường kính ngang ngực và chiều cao.
V = a1 + a2.d 2 + a3.h + a4.d 2 h (1-7) Dưới đây là một số phương trình tính thể tích thân cây thường được áp dụng: Kiểu nhân tố hình dạng không đổi: V= b 1 d 2 h (1-8) Kiểu kết hợp biến: V= b 0 b 1 d 2 h (1-9)
V= b 1 d b 2 h b 3 (1-10) Dạng biến đổi logarit: V= logb1 + b2logd + b3logh (1-11) Đổi biến của Honer: V= 1
Theo nghiên cứu của Loetsch-Zoehrer-Haller (1973) dẫn theo Bảo Huy (1993), độ cao gốc chặt trung bình thường 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 phần gỗ ngọn cây thường 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 nghiên cứu loài Pinus patula tại Kenya, xác định đường kính giới hạn trên là 20cm và thiết lập mối quan hệ giữa thể tích thân cây từ gốc chặt đến đường kính giới hạn với đường kính và chiều cao.
FAO (1981) đã giới thiệu về sản phẩm gỗ từ loài pinus halepensis tại miền Tây Malaysia, trong đó gỗ được tính từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS) Thể tích của thân cây được xác định thông qua VS bằng cách sử dụng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã thiết lập bảng 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 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
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 từ cổ rễ, và các chỉ tiêu hình dạng tương đối của ông đã được công nhận rộng rãi ở các nước nói tiếng Đức và Cộng hòa liên bang Đức, cũng như ngày càng được thừa nhận trên toàn thế giới Để xây dựng biểu chung cho tất cả các loài cây hoặc riêng cho từng loài, G Krauter đã nghiên cứu hình dạng theo đại lượng tương đối và sử dụng hình số tự nhiên f01 (λ 0.9) Để kiểm tra sự đồng nhất về hình dạng, ông chia thành năm tổ, mỗi tổ gồm 50 cây tiêu chuẩn, trong đó bốn tổ đại diện cho các loài Lim, Dẻ, Táu và Trám, còn tổ thứ năm bao gồm 50 cây được chọn ngẫu nhiên từ tất cả các loài.
G Krauter lập bảng phân tích phương sai nhưng không kết luận Để tính hình số G Krauter đã dùng phương trình:
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
2 q H = a + b.d Trong đó qH là hệ số Hohennal:
Ông đã 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 q H2 với d của loài Lim, đã sai lệch so với các phương trình khác trong khoảng đường kính từ 30-50cm G.Krauter đã tính toán phương trình chung cho tất cả các loài: f01 = 0.5234 – 0.000175d (1-14).
Công thức 2 q H = 0.9432 + 0.0049d (1-15) cho phép tính f1.3 = 01 2 q H f cho từng kích thước đường kính mà không cần phân biệt chiều cao khác nhau Qua việc kiểm tra bằng biểu đồ, kết quả f1.3 tính theo phương pháp này đã khớp với các giá trị hình số được tính từ f01 và qH theo công thức: f1.3 = 01 2 q H 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:
(1-16) 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
Ngoài việc sử dụng phương pháp tương quan để tính toán thể tích cây dựa trên các hàm quan hệ giữa thể tích với các biến độc lập như đường kính, chiều cao và hình số, còn có thể áp dụng phương pháp đường sinh để xác định thể tích cây.
Mặc dù từ thế kỷ 19, người ta đã biết rằng thể tích của thân cây có thể được tính toán thông qua tích phân phương trình đường sinh, nhưng do sự phức tạp của đường cong này, các đề nghị từ 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 đã ra đời Theo Đồng Sĩ Hiền, Muller (1960) đã chỉ ra mối liên hệ giữa đường kính và chiều cao cây theo các công thức nhất định Đầu thế kỷ 20, nhu cầu phát triển công nghiệp gỗ đã thúc đẩy nghiên cứu về điều tra gỗ, dẫn đến việc xây dựng biểu thể tích hình viên trụ để tính thể tích gỗ theo chiều dài và đường kính, trong đó Criudener đã lập biểu thể tích cho 6 loài cây vào giai đoạn 1906 - 1908.
Mendelep D.I (1899), Belanovxki I.G (1917), và Wimmenauer K (1918) đã nghiên cứu hình dạng của đường sinh và biểu diễn nó bằng phương trình toán học với đường kính như một hàm của chiều cao: Y = F(x), đề xuất sử dụng các phương trình bậc hai, bậc ba và bậc bốn Tại Mỹ, Spurr K.N (1952) đã lập biểu sản phẩm cho loài Thông, ghi lại thể tích gỗ từ gốc cây đến vị trí có đường kính 4 inch (1 inch = 2.5 cm) Cùng thời gian này, một số biểu khác cũng được phát triển, bao gồm biểu phục vụ tỉa thưa của Bradl R xuất bản ở Anh năm 1966 và biểu theo cấp chiều cao của Ivarsannet xuất bản ở Thụy Điển năm 1988.
Ở Việt Nam
1.2.1 Các công trình nghiên cứu về quan hệ giữa thể tích với đường kính và chiều cao
Công trình nghiên cứu đầu tiên về lập biểu thể tích được thực hiện bởi tác giả Đồng Sĩ Hiền vào năm 1974 Ông đã tiến hành thử nghiệm với hai dạng parabol khác nhau.
3 dạng lũy thừa cho một số loài cây rừng tự nhiên ở nước ta: v = a + b.d 2 (1-23) v = a + b1.d + b2logd (1-24) logv = a + blogd (1-25) logv = a +b1logd + b2logh (1-26) logv = a +b1logd + b2logh + b3logq2
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng hai dạng parabol thường phù hợp, tuy nhiên đối với loài Sâng và Táu cũng như dạng Dầu 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, đường kính và chiều cao để lập biểu thân cây đứng cho rừng trồng Thông đuôi ngựa và Thông nhựa, qua đó cho thấy dạng hàm của mối quan hệ này.
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 dạng lũy thừa để lập biểu thể tích 1 hoặc 2; tuy nhiên, biểu 3 nhân tố không có tác dụng thực tế ở nước ta Do đó, trong điều kiện của nước ta, hai dạng phương trình (1-3) và (1-4) là phù hợp để áp dụng.
Cũng trong thời gian này Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh (1999,[13]), đã thử nghiệm các dạng phương trình thể tích dạng (1-4) cùng các hàm sau:
V= a + b1h + b2G (1-28) LogV = a + blogd (1-29) LogV = a +b1logd+ b2logh (1-30) LogV = a +b1logd + b2logh + b3logq2 (1-31)
Kết quả thử nghiệm cho thấy, hệ số tương quan r của dạng phương trình đơn giản nhất V= a+ b.d 2 h và V= a + b1h + b2G đạt tới hơn 0,99 dạng
LogV = a + blogd, có r là 0,9734, kiểm tra sự tồn tại của mọi tham số phương trình bi bằng tiêu chuẩn tb = b/Sb đều đạt yêu cầu
1.2.2 Về hình số tự nhiên
Theo Đồng Sĩ Hiền (1974,[7]), 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
1 thì ta có các 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 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 hình số thực, được định nghĩa 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.
0.j có thể là 0.0 ; 0.055 ; 0.1 ; 0.15 Đồng Sĩ Hiền (1974), chọn f01 làm hệ số tính thể tích thân cây f01 được xác định bằng phương pháp tích phân phương trình đường sinh thân cây: f01 = 1
1.2.3 Về phương trình đường sinh thân cây
Công trình nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1974) đánh dấu bước khởi đầu cho việc lập biểu thể tích và biểu độ thon cho cây đứng ở rừng Việt Nam Ông đã áp dụng hàm Meyer và chọn đường cong Person để điều chỉnh các phân bố thực nghiệm số cây theo kích thước kính của rừng tự nhiên Nghiên cứu này dựa trên độ thon tương đối ổn định của từng loài cây gỗ, từ đó xây dựng hàm số hoặc tương quan đường sinh thể hiện độ thon bình quân, với đường kính quanh trục OX tạo thành thể tích thân cây Đồng Sĩ Hiền cũng giới thiệu phương pháp Scheaychev-Fisher để lập phương trình đường sinh với 11 điểm tựa, đây là một phương pháp mới mà ông 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, với 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 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.
Vũ Tiến Hinh cùng các cộng sự (1999) đã tiến hành nghiên cứu nhằm lập biểu thương phẩm cho loài Quế tại Văn Yên, dựa trên việc ứng dụng phương trình đường sinh trưởng của cây.
1.2.4 Phương pháp xác định thể tích gỗ sản phẩm thân cây
Biểu gỗ sản phẩm là công cụ ghi nhận thể tích của thân cây và các sản phẩm có thể thu hoạch từ cây, tính theo kích thước và hình dạng Khi biểu thể tích được xác định dựa trên hai yếu tố d và h, mỗi tổ hợp cỡ d.h không chỉ cung cấp thể tích bình quân mà còn cho biết thể tích hoặc tỷ lệ thể tích tương ứng với từng loại sản phẩm.
Biểu sản phẩm của Anoutchin, Vũ Tiến Hinh và Phạm Ngọc Giao (1997,[9]), ghi thể tích các loại gỗ sản phẩm tương ứng với từng cỡ d và h
Burkhart Thomas Eugene Avery (1983), lập biểu thể tích cho loài Lobolly
Pine bằng phương trình (1-4) Trong đó tỉ lệ thể tích gỗ thương phẩm (từ gốc chặt đến đường kính đầu nhỏ dn) được tính theo phương trình:
Thể tích thân cây được xác định từ gốc cây đến chiều cao tối đa hoặc từ độ cao nơi chặt đến đường kính nhỏ nhất Công thức tính thể tích này là R=1-k*(1-34) và log(h)=bo+b1/d(1-).
FAO (1984) đã phát triển quy trình hướng dẫn xử lý số liệu để lập biểu thể tích cho một số nước nhiệt đới, sử dụng phương trình của Spurr và phương trình tích phân tiết diện ngang của thân cây nhằm tính toán thể tích các loại gỗ sản phẩm trên thân cây.
Kozak et al (1983) developed an integral equation based on the cross-sectional area of tree trunks to calculate the volume of wood products and the overall volume of Coastal Douglas-fir trees.
1.2.5 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 các 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 là rất quan trọng trong việc đánh giá tính chính xác và hiệu quả của phương trình.
Hệ số xác định cao nhất;
Sai tiêu chuẩn hồi quy bé nhất;
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học để lập biểu thể tích gỗ từ thân cây cho năm loài cây: Bằng lăng, Bo bo, Kiền kiền, Trám trắng và Chò xót trong rừng tự nhiên khu vực Tây Nguyên Mục tiêu là cung cấp dữ liệu chính xác và ứng dụng hiệu quả trong quản lý và bảo tồn tài nguyên rừng.
Chọn được phương pháp thích hợp lập biểu thể tích gỗ lợi dụng thân cây cho 5 loài cây: Bằng lăng, Bo bo, Kiền kiền, Trám trắng, Chò xót.
Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Xác định thể tích thân cây từ phương trình thể tích thân cây và hình số tự nhiên thân cây
2.2.1.1 Xác định thể tích thân cây từ phương trình thể tích thân cây
Thử nghiệm một số phương trình thể tích
Chọn phương trình thể tích
2.2.1.2 Xác định thể tích thân cây đứng từ hình số tự nhiên f 01 bình quân
Một số đặc điểm của hình số tự nhiên
Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên
Xác lập quan hệ d01 và d1.3
Xác định sai số thể tích thân cây tính theo f01 bình quân của các loài
2.2.1.3 Đề xuất phương pháp xác định thể tích thân cây
Khái quát về số liệu nghiên cứu
Lâm trường EaH'Leo, huyện EaH'Leo, tỉnh Đăk Lăk
Lâm trường Madrak, huyện Madrak, tỉnh Đăk Lăk
Lâm trường K ’ Bang 2 huyện K ’ Bang, tỉnh Gia Lai
3.1.2 Loài cây lập biểu Đề tài đã thu thập số liệu để lập biểu thể tích cho 5 loài cây trên địa bàn của 2 huyện, thuộc tỉnh Gia Lai và Đăk lăk Số liệu các loài cây này được thống kê trong bảng 3.1.1
Bảng 3.1.1 Danh lục và địa điểm các loài cây điều tra
STT Tên phổ thông Tên khoa học Địa điểm
1 Bằng lăng Lagerstroemia speciosa (L.) EaH'Leo
2 Bo bo Coix lacryma jobi EaH'Leo
3 Kiền kiền Hopea siamensis Heim EaH'Leo
4 Trám trắng Canarium album Lour Madrak
5 Chò xót Schima wallichii (DC) Korth K’bang2
3.1.3 Khái quát số liệu lập biểu thể tích
Nghiên cứu này kế thừa dữ liệu từ đề tài cấp Bộ mang tên “Lập biểu thể tích gỗ, thân, cành, ngọn cho một số loài cây khai thác chủ yếu ở rừng tự nhiên Việt Nam,” do GS.TS Vũ Tiến Hinh và cộng sự thực hiện.
Số liệu nghiên cứu của đề tài được tổng hợp trong bảng 3.2
Bảng 3.1.2 Khái quát số liệu các loài cây nghiên cứu
Qua bảng 3.1.2 cho thấy: Đối tượng nghiên cứu gồm 296 cây ngả thuộc
Trong khu vực Tây Nguyên, có 5 loài cây rừng tự nhiên tiêu biểu, chủ yếu là các loài cây gỗ lớn với giá trị thương phẩm cao Trong số đó, loài Bo bo có số lượng ít nhất với 44 cây, trong khi Chò xót có số lượng nhiều nhất với 71 cây Đường kính thân cây dao động từ 29 cm đến 127 cm, và chiều cao thân cây từ 13,4 m đến 41,3 m Tất cả các loài đều có số lượng cây lớn hơn 30, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cho kết quả nghiên cứu Trong số các cây này, những cây được sử dụng để thiết lập phương trình thể tích gọi là cây tính toán, còn cây dùng để kiểm tra sai số về thể tích được gọi là cây kiểm tra.
Nhược điểm của nguồn tài liệu là số lượng cây của mỗi loài không được thu thập trên cùng một ô tiêu chuẩn do tần suất xuất hiện thấp Điều này có thể làm ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu bởi yếu tố địa phương Theo kết luận của Đồng Sĩ Hiền (1974) và Nguyễn Ngọc Lung (1971), hình dạng thân cây rừng tự nhiên không phụ thuộc nhiều vào yếu tố địa phương, dẫn đến việc thân cây của một số loài có thể giống nhau nếu có cùng đường kính (d1.3) và chiều cao (h), mặc dù chúng phát triển ở các địa phương khác nhau.
Như vậy, có thể kết luận số liệu trên đủ điều kiện cho việc thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài.
Nghiên cứu chọn phương pháp tính thể tích thân cây đứng
3.2.1 Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích thân cây
3.2.1.1 Các phương trình thử nghiệm Để chọn phương trình thích hợp mô tả quan hệ giữa thể tích thân cây với đường kính, chiều cao làm cơ sở lập biểu thể tích, đề tài thử nghiệm 3 phương trình hay được vận dụng, đó là các phương trình
Phương trình (1): Vc = b0*d b1 *h b2 (3.2-1) Phương trình (2): Vc = b0 + b1*h +b2*(d 2 *h ) (3.2-2) Phương trình (3): Vc = b0*(d 2 *h) b1 (3.2-3)
Phương trình (1): đặt Y = log (Vc); X1 = log (d1.3); X2 = log( hvn); đưa phương trình về dạng tuyến tính có dạng: Y = a0 +a1*X1+ a2*X2
Phương trình (2): đặt Y = Vc; X1 = hvn; X2 = d 2 *h; đưa phương trình về dạng tuyến tính: Y = a0 + a1*X1 + a2*X2
Phương trình (3): Logarit hai vế của phương trình ta được: log(V)
=log(b0)+ b2* log(d 2 *h) Đặt Y = logV; X = log(d 2 *h) A0 = log(b0) a1 = b1 Phương trình (3) đưa về dạng sau: Y = a0+a1*X
3.2.1.2 Phương pháp chọn phương trình thể tích
Phương trình có hệ số xác định R² lớn nhất và sai số nhỏ nhất, đồng thời nằm trong giới hạn sai số cho phép, sẽ được chọn để tính thể tích cây đứng Phương trình tốt nhất này sẽ được áp dụng cho tất cả 5 loài mà không phân biệt từng loài cụ thể.
3.2.1.3 Kết quả chọn phương trình thể tích
Phương trình được lựa chọn có hệ số xác định cao nhất và tất cả các hệ số hồi quy đều tồn tại Kết quả tính toán tương quan và hồi quy chi tiết của các phương trình đã được tổng hợp trong bảng 3.2.1.
Bảng 3.2.1: Tổng hợp kết quả tính hệ số xác định theo phương trình thể tích
STT Loài cây Hệ số R 2 Hệ số R 2 lớn nhất
Dựa vào bảng 3.2.1, hệ số xác định R² của các phương trình tính thể tích đều rất cao, với giá trị lớn hơn 0,9, cho thấy mối quan hệ giữa các đại lượng trong các phương trình này rất chặt chẽ Để chọn phương trình tốt nhất cho việc tính thể tích thân cây, chúng ta sẽ căn cứ vào hệ số xác định R², và phương trình nào có R² lớn nhất sẽ được ưu tiên lựa chọn.
Hệ số xác định R² của các phương trình thể tích thân cây dao động từ 0,9665 đến 0,9916 Cụ thể, hệ số R² ở các phương trình của từng loài cây giảm dần theo thứ tự.
Loài Bằng lăng, theo thứ tự hệ số xác định R 2 của các phương trình giảm dần từ (3.2.2) - (3.2.1) - (3.2.3), giá trị R 2 tương ứng là: 0,9861; 0,9804; 0,9804);
Loài Bo bo, theo thứ tự hệ số xác định R 2 của các phương trình giảm dần từ (3.2.1) - (3.2.2) - (3.2.3), giá trị R 2 tương ứng là: 0,9758; 0,9741; 0,9665);
Loài Kiền kiền, theo thứ tự hệ số xác định R 2 của các phương trình giảm dần từ (3.2.2) - (3.2.1) - (3.2.3), giá trị R 2 tương ứng là: 0,9916; 0,9869; 0,9868);
Loài Trám trắng, theo thứ tự hệ số xác định R 2 của các phương trình giảm dần từ (3.2.1) - (3.2.2) - (3.2.3), giá trị R 2 tương ứng là: 0,9804; 0,9803; 0,9775);
Loài Chò xót, theo thứ tự hệ số xác định R 2 của các phương trình giảm dần từ (3.2.1) - (3.2.3) - (3.2.2), giá trị R 2 tương ứng là: 0,9816; 0,9813; 0,9792);
Trong số 5 loài cây, có 3 loài có hệ số xác định R² lớn nhất thuộc phương trình (3.2.1) và 2 loài thuộc phương trình (3.2.2) Hệ số xác định R² của phương trình (3.2.2) ở các loài cây đều cao hơn so với phương trình (3.2.3) Do đó, khi sử dụng chỉ tiêu R² để xác định phương trình phù hợp nhất, phương trình (3.2.1) và (3.2.2) cho hệ số xác định lớn nhất Vì vậy, đề tài đã chọn hai phương trình này để tiến hành thử nghiệm các bước tiếp theo nhằm lựa chọn phương trình chính xác hơn để lập biểu Kết quả kiểm tra các tham số của phương trình (3.2.1) và (3.2.2) được tổng hợp trong bảng 3.2.2.
Bảng 3.2.2 Sự tồn tại các tham số của phương trình thể tích thân cây
STT Loài cây số hệ số tồn tại/ số hệ số của phương trình
Kết quả ở bảng 3.2.2 cho thấy:
Trong phương trình (3.2.1), tất cả 5 loài cây đều có đầy đủ các tham số, trong khi đó, ở phương trình (3.2.2), chỉ có một loài duy nhất tồn tại tất cả các tham số, còn lại 4 loài chỉ có một tham số tồn tại, các tham số khác không có.
Kết luận: Dựa vào hệ số xác định R² và việc kiểm tra sự tồn tại của các tham số trong phương trình thể tích, chúng tôi đã lựa chọn phương trình (3.2.1) làm cơ sở để tính toán thể tích của cây.
3.2.1.4 Xác định tham số của phương trình được chọn
Kết quả xác định tham số của phương trình thể tích V = b0*d b1 *h b2 được tổng hợp ở bảng 3.2.3
Bảng 3.2.3 Các tham số của phương trình V = b0*d b1 *h b2 ở các loài cây
TT Loài N tính R 2 Tham số k b2 b3
Theo bảng 3.2.3, hệ số xác định R² của phương trình (3.2.1) ở năm loài cây dao động từ 0,9758 đến 0,9869, với tất cả các loài đều có R² lớn hơn 0,95 Điều này cho thấy mối quan hệ giữa thể tích, đường kính và chiều cao của các loài cây được mô tả bởi phương trình (3.2.1) là rất chặt chẽ.
3.2.1.5 Xác định sai số của phương trình thể tích
Dựa vào các tham số của phương trình thể tích trong bảng 3.2.3 và công thức tại mục 2.3.3.2, chúng tôi đã xác định các loại sai số của phương trình thể tích (3.2.1) cho 5 loài cây điều tra Kết quả được tổng hợp trong bảng 3.2.4.
Bảng 3.2.4 Sai số thể tích thân tính theo phương trình V= b0*d b1 *h b2
Từ bảng 3.2.4 ta có thể rút ra một số nhận xét về sai số của phương trình thể tích (3.2.1) như sau:
Sai số lớn nhất ở cây đơn lẻ dao động từ 8,35% (Bo bo) đến 13,23% (Bằng lăng), với bình quân sai số lớn nhất của các loài là 10,82% Không có loài cây nào có sai số cây cá lẻ vượt quá 15%.
Sai số bình quân về thể tích ở cây đơn lẻ của từng loài dao động trong khoảng từ 3,61% (Chò xót) đến 4,97% (Trám trắng), bình quân là 4,36%, cả
5 loài cây đều có sai số bình quân thể tích nhỏ hơn 5%
Sai số quân phương về thể tích của các cây đơn lẻ dao động từ 5,01% đối với cây Chò xót đến 6,06% với cây Trám trắng Trung bình, sai số quân phương là 5,38%, và tất cả 5 loài cây đều có sai số nhỏ hơn 10%.
Hệ số chính xác từ 1,29% (Chò xót) đến 1,56% ( Bằng lăng), bình quân là 1,39%
Sai số tổng thể tích của từng loài cây dao động từ 0,26% (Chò xót) đến 2,26% (Bo bo)
Nhận xét chung về kết quả nghiên cứu chọn phương trình thể tích
Dựa vào hệ số xác định, phương trình thể tích tốt nhất được xác định là V = b0 * d^b1 * h^b2, trong đó có 3 trong tổng số 5 loài cây nghiên cứu có hệ số xác định lớn nhất cho phương trình (3.2.1) Hai loài cây còn lại có hệ số xác định cao nhất cho phương trình (3.2.2) Tuy nhiên, phương trình (3.2.1) chỉ có một tham số tồn tại cho 4 trong số 5 loài cây.
Kết quả tính sai số thể tích ở cây kiểm tra cho thấy rằng sai số của phương trình nằm trong phạm vi cho phép khi điều tra thể tích cây đứng.
Phương trình (3.2.1) được lựa chọn để mô tả mối quan hệ giữa thể tích, đường kính và chiều cao của các loài cây trong nghiên cứu.
Kiền kiền: V= 0.00009 x d 1,8158 x h 0,9543 (3.2-6) Trám trắng: V= 0.00003 x d 1,9676 x h 1,0513 (3.2-7) Chò xót: V= 0.00006 x d 1,8746 x h 0,9905 (3.2-8)
3.2.2 Xác định thể tích thân cây đứng từ hình số tự nhiên f01
Nghiên cứu phương pháp xác định tỉ lệ các loại gỗ lợi dụng thân cây 46 1 Nghiên cứu phương pháp xác định thể tích gỗ lớn
Theo Quyết định số 40/2005/QĐ-BNN ngày 07 tháng 07 năm 2005 của
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã ban hành Quy chế khai thác gỗ và lâm sản, trong đó xác định các loại gỗ được khai thác từ thân cây, bao gồm gỗ lớn, gỗ tận dụng và củi.
Gỗ lớn là loại gỗ được chú trọng nhất trong ba loại gỗ, chiếm từ 71,14% đến 80,48% thể tích thân cây, với trung bình là 76,57% Do đó, việc nghiên cứu phương pháp xác định thể tích gỗ lớn là rất quan trọng, nhằm làm cơ sở cho việc xác định tỷ lệ các loại gỗ còn lại.
3.3.1 Nghiên cứu phương pháp xác định thể tích gỗ lớn Để chọn được phương pháp xác định thể tích gỗ lớn, đề tài thử nghiệm
3 phương pháp nghiên cứu cho tất cả các loài cây lập biểu:
Phương án 1: Thể tích gỗ lớn được xác định thông qua mối quan hệ với thể tích thân cây:
Phương án 2: Sử dụng tỉ lệ gỗ lớn bình quân của loài
Phương án 3: Xác định thể tích gỗ lớn thông qua thể tích thân cây và hệ số chiều cao dưới cành
Việc lựa chọn phương pháp xác định thể tích gỗ lớn phù hợp cần dựa vào độ sai số và khả năng áp dụng thực tế của từng phương pháp trong điều tra rừng hiện nay.
Thể tích của thân cây được tính toán theo công thức (3.2.9), trong đó số tự nhiên bình quân theo loài được xác định, và d01 được suy diễn từ d dựa trên mối quan hệ (3.2-10) được thiết lập cho từng loài (bảng 3.2.8).
3.3.1.1 Nghiên cứu xác định thể tích gỗ lớn theo phương án 1
Kết quả tính giá trị các tham số của phương trình (3.3.1), được tổng hợp tại bảng 3.3.1
Bảng 3.3.1: Các tham số PT quan hệ VL = a + b*V ở các loài cây
TT Loài n tính R 2 Tham số a b
Hệ số xác định của phương trình (3.3.1) từ 0,9132 đến 0,9870 Như vậy, ta có thể khẳng định mối quan hệ tuyến tính giữa VL với V tồn tại ở mức rất chặt
Sai số xác định thể tích gỗ lớn từ phương trình (3.3-1) của các loài được cho ở bảng 3.3.2
Bảng 3.3.2: Sai số thể tích gỗ lớn tính theo phương trình: VL = a+b*V
Sai số lớn nhất xác định VL ở cây đơn lẻ dao động từ 17,3% đến 45,27%, trong đó có 2 trong tổng số 5 loài cây (40%) có sai số lớn hơn 20%
Sai số bình quân của phương trình dao động từ 6,74% đến 10,78 %, trong đó có 1 trong tổng số 5 loài cây (20%) có sai số lớn hơn 10%
Hệ số chính xác của phương trình dao động nằm trong khoảng từ 2,29% đến 3,88% Đối với tất cả các loài cây, sai số của phương trình đều có giá trị nhỏ hơn 5%.
Sai số tổng thể tích của các loài cây dao động từ 1,22% đến 2.89%, trung bình là 2,13%
Trong phương án 1, 40% số loài cây có sai số lớn nhất ở cây đơn lẻ vượt quá 20%, trong khi 20% số loài có sai số bình quân vượt quá 10% Tuy nhiên, sai số xác định tổng thể tích gỗ lớn không có loài nào vượt quá 5%.
Phương pháp này chỉ được áp dụng để xác định tổng thể tích gỗ lớn của các loài cây, mà không dùng để đo thể tích gỗ lớn cho từng cây đơn lẻ của mỗi loài.
3.3.1.2 Nghiên cứu xác định thể tích gỗ lớn theo phương án 2
Sai số xác định thể tích gỗ lớn thân cây (VL) từ tỉ tệ gỗ lớn bình quân của loài được cho ở bảng 3.3.3
Bảng 3.3.3 Sai số thể tích gỗ lớn tính theo tỉ lệ gỗ lớn bình quân
TT Loài nkt Sai số ∆%
Sai số thể tích lớn nhất ở cây cá lẻ dao động từ 10,28% đến 20,76%, có một loài có sai số lớn hơn 20%
Sai số bình quân thể tích ở cây cá lẻ dao động từ 4,9% đến 9,61%, các loài đều có sai số bình quân nhỏ hơn 10%
Sai số tổng thể tích gỗ lớn của từng loài từ 1,2% đến 6,43%, có 1 trong tổng số 5 loài có sai số lớn hơn 5%
Để xác định thể tích gỗ lớn của một loài cây một cách hiệu quả, nên sử dụng tỉ lệ gỗ lớn bình quân Phương pháp này không chỉ dễ sử dụng mà còn đảm bảo sai số nằm trong giới hạn cho phép của điều tra rừng.
3.3.1.3 Nghiên cứu xác định thể tích gỗ lớn theo phương án 3 a Xác lập quan hệ tỉ lệ gỗ lớn với hệ số chiều cao dưới cành
Qua thử nghiệm các dạng phương trình cho các loài cây, nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa tỉ lệ thể tích gỗ lớn và hệ số chiều cao dưới cành có thể được mô tả bằng một phương trình cụ thể.
Kết quả phân tích hồi quy các tham số của phương trình cho từng loài cây được tổng hợp ở bảng 3.3.4
Bảng 3.3.4: Các tham số của phương trình: Pl = a + b*log( hdc/h vn)
STT Loài cây N tính R 2 Tham số a b
Qua bảng 3.3.4, có nhận xét:
Hệ số xác định của phương trình (3.3-4) nằm trong khoảng từ 0,711 đến 0,898, cho thấy mối quan hệ giữa tỉ lệ gỗ lớn và hệ số chiều cao dưới cành ở mỗi loài cây đều tồn tại ở mức chặt.
Kết quả kiểm tra cho thấy các tham số trong phương trình đều tồn tại, cho phép chúng ta tính toán tỉ lệ gỗ lớn của từng loài cây dựa trên mối quan hệ của phương trình (3.3-4) Bên cạnh đó, cần xác định sai số khi tính thể tích gỗ lớn theo phương án 3.
Sai số xác định thể tích gỗ lớn theo quan hệ giữa tỉ lệ gỗ lớn với hệ số chiều cao dưới cành (3.3-4) được tổng hợp ở bảng 3.3.5
Bảng 3.3.5 Sai số tính thể tích gỗ lớn theo tỉ lệ gỗ lớn: PL = a + b*log(h dc/hvn)
Sai số lớn nhất thể tích gỗ lớn (VL) ở cây đơn lẻ của các loài dao động từ 8,58% đến 14,82%
Sai số bình quân thể tích gỗ lớn (VL) ở cây đơn lẻ của các loài dao động từ 3,45% đến 5,44%, và không có trường hợp nào có sai số bình quân vượt quá 10%.
Hệ số chính xác dao động từ 1,19% đến 1,77%
Sai số tổng thể tích gỗ lớn dao động từ -0,16% đến 3,14 %
Nhận xét: Từ kết quả thử nghiệm của 3 phương án tính thể tích gỗ lớn thân cây ở trên, nhận thấy:
Không nên xác định thể tích gỗ lớn cho từng cây đơn lẻ chỉ dựa vào thể tích thân cây và tỷ lệ gỗ lớn, vì sai số có thể rất cao Thực tế cho thấy, có khoảng 1 trong 5 loài cây có sai số vượt quá 20% cho cây cá lẻ, và một loài cây có sai số bình quân vượt 10%.
Sai số tổng thể tích gỗ lớn của tất cả các phương án đều dưới 10%, với mức cao nhất là 6,6% ở phương án 1 Điều này cho thấy nếu chỉ cần xác định tổng thể tích gỗ lớn theo loài cây mà không quan tâm đến sai số từng cây, phương án 2 là lựa chọn hợp lý hơn, vì tỉ lệ gỗ lớn bình quân của loài thường được dùng để tính trữ lượng gỗ Tuy nhiên, nếu yêu cầu độ chính xác cao cho thể tích từng cây, phương án 3 nên được áp dụng để xác định thể tích gỗ lớn của từng thân cây.
3.3.2 Nghiên cứu phương pháp xác định thể tích gỗ lợi dụng thân cây
Thể tích gỗ tận dụng và gỗ củi thân cây chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng thể tích toàn bộ thân cây, với tỷ lệ trung bình là 13,3% cho gỗ tận dụng và 5,04% cho gỗ củi Hai loại thể tích này được xác định dựa trên thể tích gỗ lợi dụng 25 (VLd(25)), thể tích gỗ lớn (VL) và thể tích gỗ lợi dụng (VLd).
Thể tích gỗ lợi dụng và thể tích gỗ lợi dụng (25) được xác định theo các phương pháp dưới đây
3.3.2.1.Phương pháp xác định thể tích gỗ lợi dụng
Kết luận
Từ kết quả đã trình bày, có thể rút ra một số kết luận cơ bản sau:
1 Về số liệu nghiên cứu: Đề tài đã sử dụng số liệu từ 296 cây ngả thuộc 5 loài cây rừng tự nhiên, phân bố tại các tỉnh thuộc khu vực Tây Nguyên để nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích gỗ lợi dụng thân cây Số lượng cây ở mỗi loài đều lớn, đảm bảo kết quả tính toán ở các phương pháp xác định thể tích gỗ lợi dụng có đủ độ tin cậy
2 Về phương trình tính thể tích thân cây: Qua thử nghiệm 3 dạng phương trình để xác thể tích thân cây, đã lựa chọn được dạng phương trình thích hợp nhất dùng để tính thể tích thân cây cho 5 loài cây: Bằng lăng, Bo bo, Kiền kiền, Trám trắng, Chò xót, ở rừng tự nhiên của khu vực Tây Nguyên, đó là dạng phương trình
3 Tính thể tích thân cây từ hình số tự nhiên thân cây bình quân:
Hình số tự nhiên thân cây (f01) ở năm loài cây trong nghiên cứu này tuân theo quy luật phân bố chuẩn và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như đường kính và chiều cao của thân cây.
Sai số của phương pháp xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên (f01) ở cả 5 loài cây đều nằm trong giới hạn sai số cho phép, với sai số bình quân về thể tích ở cây đơn lẻ nhỏ hơn 10% và sai số tổng thể tích nhỏ hơn 5% Đề tài này sử dụng (f01) bình quân để xác định thể tích thân cây trong nghiên cứu lập biểu thể tích gỗ cho 3 loài cây: Bằng lăng, Bo bo, Chò xót, cùng với 2 loài cây Kiền kiền và Trám trắng, áp dụng phương trình thể tích thân cây, cụ thể là phương trình 3.2.1 để tính toán thể tích.
4 Thể tích gỗ lớn thân cây được xác định qua thể tích gỗ thân cây và hệ số chiều cao dưới cành có độ chính xác cao nhất, theo công thức xác định
5 Thể tích gỗ lợi dụng thân cây được xác định từ tỉ lệ gỗ lợi dụng bình quân và thể tích thân cây, phương pháp này có ưu điểm là độ chính xác đảm bảo yêu cầu, các loại sai số nằm trong phạm vi giới hạn cho phép, đơn giản trong tính toán
6 Thể tích gỗ củi và thể tích gỗ tận dụng thân cây được tính từ thể tích gỗ lợi dụng, thể tích gỗ lợi dụng (25) và thể tích gỗ lớn
Tồn tại
Trong nghiên cứu này, chỉ có 5 loài cây được xem xét, trong khi khu vực Tây Nguyên có nhiều loài cây khác chưa được khai thác và nghiên cứu Do đó, chưa thể đưa ra kết luận tổng quát về thể tích gỗ lợi dụng của các loài cây trong rừng tự nhiên ở khu vực này.
Số liệu kiểm nghiệm độ chính xác của các phương pháp xác định thể tích hiện còn hạn chế, ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào cơ sở khoa học để lập biểu, nhưng chưa xây dựng biểu thể tích cụ thể cho từng loài trong khu vực nghiên cứu.
Trong luận văn thạc sỹ này, tác giả chỉ tập trung vào một số phương pháp xác định thể tích thân cây đã được công bố và ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, nghiên cứu chưa mở rộng đến các phương pháp khác, điều này có thể ảnh hưởng đến tính khách quan của kết quả nghiên cứu.
Kiến nghị
Để kết quả của đề tài được hoàn chỉnh hơn, tác giả có kiến nghị sau:
Nghiên cứu các phương pháp xác định thể tích thân cây và thể tích gỗ lợi dụng khác nhằm tăng cường độ chính xác của kết quả đối chứng, từ đó lựa chọn phương pháp xác định hiệu quả nhất.
Kết quả đề tài cần được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn để có đánh giá và kiểm chứng kết quả nghiên cứu
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1- Nguyễn Văn Cẩn (1999), Nghiên cứu lập biểu thể tích từ phương trình đường sinh thân cây mỡ (Manglietia glauca) trồng tại vùng nguyên liệu giấy Khóa luận tôt nghiệp Trường Đại học Lâm nghiệp
Phạm Ngọc Giao (1989) đã thực hiện nghiên cứu về mô phỏng động thái cấu trúc đường kính lâm phần thông đuôi ngựa khu Đông Bắc Bài viết tóm tắt một số kết quả nghiên cứu khoa học từ năm 1985 đến 1989 tại Trường Đại học Lâm nghiệp.
Phạm Ngọc Giao (1996) đã thực hiện một nghiên cứu về mô phỏng động thái của một số quy luật kết cấu lâm phần, với ứng dụng trong việc điều tra và kinh doanh rừng thông đuôi ngựa tại vùng Đông Bắc Việt Nam Luận án này thuộc lĩnh vực khoa học Nông nghiệp, đóng góp vào hiểu biết về quản lý rừng và phát triển bền vững trong khu vực.
Trường Đại học Lâm nghiệp
4-Bảo Huy (1993), Góp phần nghiên cứu đặc điểm lâm học rừng nửa rụng lá
Rụng lá ưu thế của cây bằng lăng là một yếu tố quan trọng trong việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật khai thác và nuôi dưỡng cây trồng tại Đăk Lăk, Tây Nguyên Nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp tại Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và sử dụng nguồn tài nguyên rừng bền vững.
5-Bảo Huy (2008), Biểu sản lượng rừng trồng trám trắng (Canarium album Raeusch) tại các tỉnh: Lạng Sơn, Bắc Giang, Quảng Ninh
6- Bảo Huy (2009), Sản lượng rừng, Đại học Tây Nguyên
7- Đồng Sĩ Hiền (1974), Lập biểu thể tích và biểu độ thon cây đứng cho rừng
Việt Nam, NXB Khoa học – Kỹ thuật, Hà Nội
8- Cao Thị Thu Hiền (2008), Xác định công thức tổ thành và chỉ số đa dạng tầng cây gỗ cho một số trạng thái rừng tự nhiên, Khóa luận tôt nghiệp
Trường Đại học Lâm nghiệp
9-Vũ Tiến Hinh – Phạm Ngọc Giao (1997) Điều tra rừng, Nhà xuất bản Nông nghiệp
Giáo trình điều tra qui hoạch rừng học phần I, II, III do các tác giả Vũ Tiến Hinh, Vũ Văn Nhâm, Phạm Ngọc Giao, Lê Sỹ Việt, Ngô Sỹ Bích và Chu Thị Bình biên soạn vào năm 1992, được xuất bản bởi Đại học Lâm nghiệp.
11- Vũ Tiến Hinh (1998) Giáo trình sản lượng rừng, Trường Đại học Lâm nghiệp
12- Nguyễn Ngọc Lung (1999), Nghiên cứu tăng trưởng và sản lượng rừng trồng áp dụng cho rừng Thông ba lá (Pinus kesiya Royle ex Gordon) ở Việt Nam, NXB Nông nghiệp
13-Nguyễn Ngọc Lung, Đào Công Khanh (1999), Nghiên cứu tăng trưởng và sản lượng rừng trồng (áp dụng cho rừng Thông ba lá ở Việt Nam),
NXBNN TP Hồ Chí Minh
14-Vũ Nhâm (1988), Lập biểu cấp đất cho rừng thông đuôi ngựa kinh doanh gỗ trụ mỏ khu Đông Bắc, Tạp chí Lâm nghiệp
Tăng Công Tráng (1997) đã nghiên cứu sản lượng gỗ khai thác từ rừng nữa rụng lá ưu thế Bằng Lăng (Lagerstroemia calyculata Kurz) dựa trên cấu trúc cơ bản của Lâm phần tại Đắc Lắc trong luận văn thạc sỹ khoa học của mình.
Lâm nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp
16- Nguyễn Hải Tuất, Vũ Tiến Hinh, Nguyễn Kim Khôi, (2006), Phân tích thống kê trong Lâm nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội
17- Nguyễn Văn Thuận (2010), Nghiên cứu mối quan hệ giữa thể tích gỗ thân to (V 7 ) với thể tích thân cây (V), đường kính ngang ngực (D 1.3 ) và chiều cao (H vn , H dc ) một số loài cây làm cơ sở ứng dụng trong điều tra
