TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trên thế giới
1.1.1 Về tương quan giữa thể tích với đường kính và chiều cao
Phương pháp lập biểu thể tích dựa trên phương trình thể tích được ứng dụng rộng rãi hơn so với phương pháp dựa vào nhân tố cấu thành thể tích Theo phương pháp này, thể tích của thân cây được xác định thông qua mối quan hệ với đường kính và chiều cao.
Theo Prodan M (1964), Spurr đã đưa ra các phương trình để thể hiện mối quan hệ giữa thể tích thân cây với đường kính và chiều cao của một số loài cây tại châu Âu.
Schumacher và Hall (Thomas Eugene Avery.,1983) đề xuất dùng phương trình:
V=bo*d b1 h b2 (1-6) để lập biểu thể tích hai nhân tố
Lembke (Dittmar O.,1976) sử dụng phương trình (1-6) lập biểu thể tích cho loài Kiefe ở Đức
Thomas Eugene Avery (1983) dùng phương trình (1-5) lập biểu thể tích cho loài Slash pine ở Mĩ
Edminster et al.,( Thomas Eugene Avery.,1983) cũng dùng phương trình (1-5) lập biểu thể tích cho loài Ponderosa pine ở Colorado, Hoa Kì và dùng phương trình:
V=K*(d 2 h) (1-7) lập biểu gỗ thương phẩm cho loài cây này
Wensel và Schoenheide (Thomas Eugene Avery.,1983) dùng phương trình (1-4) lập biểu gỗ thương phẩm cho loài Douglas fir
Khi hướng dẫn lập biểu thể tích gỗ thân cho rừng hỗn giao ở Malaysia, FAO
(1992) có đưa ra quy trình gồm các bước sau:
Đo D1.3 và đường kính tại các độ cao 16 feet, 32 feet và dưới cành, cùng với chiều cao vút ngọn, cho 16.000 cây đứng (mẫu sơ cấp) là cần thiết để thiết lập công thức tính thể tích cây đứng.
- Chặt ngả, đo chi tiết để xác định thể tích thân cây cho 720 cây trong số 16.000 cây ở mẫu sơ cấp
Tính thể tích cho 720 cây đứng dựa trên số liệu đường kính ở các vị trí như ngang ngực, độ cao 16 feet, 32 feet, vị trí dưới cành và chiều cao vút ngọn trước khi chặt ngả Sau đó, tiến hành tính thể tích cho 720 cây ngả (Vf) và xác lập phương trình tương ứng.
Phương trình (2-8) được sử dụng để xác định thể tích cho 16.000 cây trong mẫu sơ cấp Dựa trên dữ liệu của 16.000 cây, chúng ta thiết lập phương trình thể tích cho từng loài và cấp chiều cao.
V= ao+a1*d+a2*d 2 ( 1-9) Để lập biểu thể tích cây đứng cho vùng núi Aues ở Algeria, người ta tiến hành như sau:
- Đo đường kính và chiều cao vút ngọn cho một số lượng lớn cây trên những ô mẫu trải đều ở khu vực cần lập biểu ( mẫu sơ cấp)
- Chọn ngẫu nhiên một số lượng cây nhất định trong những ô mẫu để chặt ngả, đo tỉ mỉ xác định thể tích (mẫu thứ cấp)
Để xác lập phương trình thể tích cho các loài cây từ số liệu mẫu thứ cấp, chúng ta sử dụng phương trình chuẩn (1-6) và (1-7) Những phương trình này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thể tích của các cây được điều tra trong mẫu sơ cấp.
- Thiết lập phương trình chiều cao theo đường kính (parabol bậc 2) theo loài và cấp chiều cao để lập biêu thể tích cấp chiều cao.
1.1.2 Về hình số tự nhiên
Do đặc điểm đo tính cây đứng khác với cây ngả, thể tích của cây thường được tính theo công thức: v = * *h* (1-10) Trong công thức này, d là đường kính thân cây ở độ cao ngang ngực hoặc ở độ cao một phần mười chiều cao của cây (d01), và fj là hình số tương ứng.
Với dj là đường kính ngang ngực: v = * *h* (1-11) Với dj là đường kính ở độ cao một phần mười thân cây: v = * *h* (1-12) b1 Tính thể tích thân cây theo công thức (1-11)
Khi tính thể tích thân cây theo công thức (1-11), cần xác lập quan hệ f1.3 với các chỉ tiêu biểu thị kích thước của cây
Prodan M (1964) đã tổng hợp một số phương trình biểu thị quan hệ giữa hình số thường với đường kính và chiều cao:
- Quan hệ f1.3 với d và h f1.3 = ao+ a1* + a2* (1-16) f1.3 = ao+ a1* + a2* + a3* (1-17) f1.3 = ao+ a1* + a2* + a3* + a4* + a5* (1-18) f1.3 = ao+ a1* + a2* + a3* (1-19) log (f1.3) = ao+ a1*log(d) + a2* log(h) (1-20)
Kunze M (Prodan M.,1964) dùng phương trình đường thẳng biểu thị quan hệ giữa f1.3 với hình xuất q2
Schiffel A.( Prodan M.,1964) xác định f1.3 thông qua quan hệ với hình suất q2 và chiều cao, Spiranec (1941) xác định f1.3 thông qua quan hệ với chiều cao
Ngoài việc xác định f1.3 từ các phương trình tương quan, đôi khi đại lượng này còn được xác định thông qua tích phân của phương trình:
Với y = , di là đường kính tương ứng với vị trí chiều cao hi trên thân cây, h là chiều cao vút ngọn
Từ (1-21), được xác định theo:
Từ đó, tiết diện ngang thân cây tương ứng được biểu thị theo phương trình: gi= * *( ao*+a1* + a2* + a3* ) (1-22)
Từ phương trình (1-22), thể tích thân cây được tính theo phương trình tích phân: v = * * * + a2* + a3* )*dh (1-23) Lấy tích phân được: v = * *[ ao*hi+a1* +a2* +a3* ] │ (1-24)
Từ phương trình (1-24), thể tích của một đoạn gỗ sản phẩm nào đó trên thân cây từ vị trí h1 đến h2 được xác định theo công thức:
V(h1)= * * * + a2* + a3* )* dh (1-27) Ở phương trình (1-27) khi hi=h, ta có: v = *d1.3 2*[ ao+ + + ]*h (1-28) Đặt k = [ ao+ + + ], thì v = k* *h
Ngoài việc sử dụng hình số thường để tính thể tích thân cây, hình số tự nhiên f01 cũng được áp dụng Đối với mỗi loài cây, f01 có sự biến động nhỏ và gần như không phụ thuộc vào đường kính (d) và chiều cao (h) Khi áp dụng f01, thể tích thân cây đứng được tính theo công thức (1-12).
Hình số tự nhiên f01 trong công thức (1-12) được xác định theo từng đơn vị loài cây hoặc loài địa phương Giá trị bình quân của f01 được áp dụng để tính thể tích cây đơn lẻ và xác định trữ lượng lâm phần Phương pháp tính toán giá trị f01 có sự khác biệt tùy thuộc vào từng đơn vị, với các phương pháp cụ thể được sử dụng để đại diện cho từng loại cây.
Tính bình quân cộng từ giá trị f01 của những cây điều tra trong từng đơn vị
Tính từ tích phân phương trình đường sinh thân cây
1.1.3 Về phương trình đường sinh
Thể tích cây không chỉ được tính toán qua phương pháp tương quan với các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc và thể tích cùng các biến độc lập như đường kính, chiều cao, và hình số, mà còn có thể được xác định bằng phương pháp đường sinh.
Vào thế kỷ 19, lý thuyết về thể tích thân cây được hình thành dựa trên khối hình học tròn xoay, nhưng do đường sinh của nó quá phức tạp, các đề xuất của Mendeleev (1899), Wimmenauer (1918), và Belanovski (1917) chỉ dừng lại ở lý thuyết Đến giữa thế kỷ 20, nhờ vào các phương tiện tính toán hiện đại, những đề xuất này mới trở thành hiện thực với phương pháp lập biểu thể tích mới gọi là phương pháp đường sinh thân cây Đồng Sĩ Hiền (1974) và Muller (1960) tại Đức đã chỉ ra rằng đường kính thân cây có mối quan hệ với chiều cao theo các công thức D = a × h^b hoặc D = a × e^(ln b h).
Giả thiết rằng bề dày vòng năm của cây không thay đổi, đường sinh của thân cây sẽ tương ứng với đường cong chiều cao Do đó, thể tích của thân cây được tính bằng công thức v = ∫ h D dh.
Mặc dù giả thuyết về bề dày vòng năm cố định trên thân cây đã được đưa ra, nhưng thực tế cho thấy nó thường không phù hợp, dẫn đến việc đề xuất này ít được áp dụng rộng rãi.
Năm 1964, một giả thiết được đưa ra rằng nếu xác định được chỉ số hình dạng m cho một hình học tưởng tượng có thể tích tương đương với thể tích của thân cây, thì thể tích này có thể được tính bằng công thức: v = ∫ h Ax m dx = m g + h.
Chỉ số m được tìm từ số đo đường kính ở 2 khoảng cách khác nhau tính từ ngọn cây theo công thức:
2 1 2 1 lg lg 2 h h d d m Từ đó lập thành biểu hf theo m (hoặc
Phương pháp xác định thể tích thân cây dựa trên đường kính (d1.3) và chiều cao (h) có thể cho kết quả chính xác, như nghiên cứu trên 21 cây Lãnh Sam với d1.3 từ 18,8 – 21,7 cm và h từ 18,3 – 24,6 m cho thấy sai số thể tích không đáng kể Tuy nhiên, một hạn chế của phương pháp này là chỉ số hình dạng (m) của thân cây thường biến đổi phức tạp, khiến việc chấp nhận một giá trị bình quân cho các thân cây khác nhau trở nên khó khăn, ngay cả khi chúng cùng sống trên một lập địa Năm 1965, Heijbel tại Thụy Điển đã áp dụng dãy số thon tương ứng với độ cao tương đối trên thân cây để cải thiện độ chính xác trong tính toán thể tích.
Ở Việt Nam
Các biểu thể tích phục vụ cho điều tra rừng tự nhiên và rừng trồng ở Việt Nam đã phát triển đa dạng từ những năm 1960 Đặc biệt, nhiều biểu thể tích được thiết lập để hỗ trợ công tác điều tra trữ lượng rừng tự nhiên ở miền Bắc, như Biểu thể tích cây đứng theo cấp chiều cao lưu vực Sông Hiếu, khu vực Hà Tĩnh-Quảng Bình và Quảng Ninh Để đáp ứng yêu cầu về độ chính xác cao hơn trong công tác điều tra, một số biểu thể tích hai nhân tố đã được xây dựng cho cả rừng tự nhiên và rừng trồng, chủ yếu dựa trên mối quan hệ giữa thể tích thân cây với đường kính và chiều cao, cũng như công thức v = ( ).d².h.f.
Công trình khoa học của Đồng Sỹ Hiền (1974) về lập biểu thể tích và biểu độ thon cây đứng cho rừng tự nhiên Việt Nam mang tính lý luận và thực tiễn cao, tạo nền tảng cho khoa học lập biểu thể tích và điều tra rừng tại Việt Nam Phương pháp thu thập và xử lý số liệu cùng với phương pháp lập biểu được tóm tắt như sau:
-Từ kết quả nghiên cứu cấu trúc lâm phần, tác giả cho thấy đối tượng lập và sử dụng biểu thể tích là những lâm phần cụ thể
Để điều tra cây ngả, chúng tôi đã tiến hành chắt trắng cho 14 ô tiêu chuẩn đại diện cho 14 lâm phần và 6 ô tiêu chuẩn phụ, mỗi ô tiêu chuẩn có từ 300 cây trở lên Tổng cộng, 3122 cây thuộc 183 đơn vị loài địa phương đã được thu thập và sử dụng Trong đó, có 90 loài có từ 4 cây trở lên trên mỗi ô tiêu chuẩn và 30 loài có từ 20 cây trở lên Đặc biệt, 34 loài xuất hiện ở từ 2 đến 9 địa phương khác nhau.
- Hình số tự nhiên từng cây được tính theo công thức 5 đoạn bằng nhau
- Sử dụng f01 làm chỉ tiêu biểu thị hình dạng thân cây
- Trong mỗi lâm phần, phân bố số cây theo f01 từng loài tiệm cận luật chuẩn, từ đó có cơ sở lập biểu theo f01 bình quân loài
Trong mỗi lâm phần, việc phân bố số cây theo f01 cho các loài tiệm cận luật chuẩn là rất quan trọng, nhằm tạo cơ sở lập biểu thể tích bình quân cho các loài.
Trong số 34 loài, có 25 loài f01 thuần nhất giữa các địa phương, trong khi 9 loài còn lại gồm 50 đơn vị f01 không thuần nhất Tổng cộng có 131 đơn vị lập biểu, với 25 loài f01 thuần nhất và 50 đơn vị của 9 loài f01 không thuần nhất giữa các địa phương Đặc biệt, có 56 loài chỉ xuất hiện ở một địa phương duy nhất.
Phân tích phương sai đã phân chia 131 đơn vị thành 4 tổ thuần nhất dựa trên f01 Kết quả ban đầu cho thấy một số đơn vị loài địa phương thuộc cùng tổ hình dạng, trong khi sự khác biệt về f01 giữa các địa phương của một số loài khác bị bỏ qua Phân tích phương sai lần hai được thực hiện cho 90 đơn vị loài, với số liệu thống kê về các tổ hình dạng là 20, 29, 38 và 3.
- Biểu thể tích được lập theo f01 bình quân của từng tổ thuần nhất về hình dạng và lập biểu thể tích theo f01 bình quân cho tất cả các loài
F01 bình quân của các tổ và f01 bình quân chung được tính toán từ tích phân của phương trình đường sinh thân cây, với hệ số thon koi được sử dụng để biểu thị đương sinh của thân cây Phương pháp này giúp khắc phục hạn chế về số lượng cây của một số loài Hệ thống phương pháp luận lập biểu thể tích thân cây rừng tự nhiên của Đông Sĩ Hiền có thể được tóm tắt như sau:
- Dùng dẫy hệ số thon koi của Hohenald với 11 điểm tựa để tiếp cận đường sinh thân cây
- Coi đường sinh thân cây là một đa thức bậc cao không định bậc, có dạng tổng quát là:
Tích phân giới hạn phương trình (1-39) xác định thể tích tương đối của cây, so sánh thể tích thân cây với thể tích hình trụ có đáy là tiết diện ngang tại vị trí 1/10 chiều cao của cây tính từ gốc, có chiều cao bằng chiều cao cây.
Thể tích thân cây được tính theo công thức: v = * h* f01
Với qH Khi thay x bằng độ cao tương đối của bộ phận nào đó trên thân cây, tính được hình số tự nhiên tương ứng f01j:
Thể tích của bộ phận thân cây này được tính theo công thức: vj= * * h* f01j
Phương pháp lập biểu thể tích của Đồng Sĩ Hiền đã được mở rộng với nhiều loài cây từ các vùng như Tây Nguyên, Duyên hải Tung Bộ và Đông Nam Bộ Trong cuốn Sổ tay Điều tra quy hoạch rừng-1995, biểu được xây dựng cho 5 nhóm loài cây đồng nhất về hình dạng cùng một biểu chung Biểu ghi lại thể tích thân cây, bao gồm cả vỏ, và cung cấp các chỉ tiêu như hình số tự nhiên f01 bình quân, tỉ lệ thể tích vỏ, tỉ lệ thể tích gỗ dưới cành và tỉ lệ chiều cao dưới cành so với chiều cao vút ngọn Những thông tin này giúp xác định thể tích cả vỏ, thể tích không vỏ của gỗ thân cây và thể tích gỗ dưới cành tương ứng cho từng tổ hợp d, h.
Nguyễn Ngọc Lung (1999) đã xây dựng biểu sản phẩm cho rừng Thông Ba lá dựa trên phương trình đường sinh trưởng của cây có vỏ và không vỏ Biểu sản phẩm này cung cấp thông tin về thể tích thân cây và tỷ lệ phần trăm thể tích tương ứng với từng loại sản phẩm cho mỗi tổ hợp chiều cao (h) và đường kính (d).
Vũ Nhâm (1988) đã xây dựng biểu thể tích và biểu sản phẩm cho rừng trồng thông đuôi ngựa, phục vụ cho việc kinh doanh gỗ mỏ tại vùng Đông Bắc Việt Nam.
Sử dụng hàm Weibull mô tả phân bố số cây theo đường kình cho các lâm phần
Sử dụng hàm logarit một chiều để xác lập đường cong chiều cao lâm phần
Sử dụng phương trình đường sinh thân cây xác định độ thon thân cây làm cơ sở phân chia sản phẩm cho các tổ hợp d,h
Tính tỉ lệ từng loại gỗ sản phẩm cho cây bình quân tương ứng với từng tổ hợp d,h
Trần Văn Con (1991) đã xây dựng biểu thể tích cây đứng cho rừng Khộp tại Tây Nguyên dựa trên phương trình (1-8) Trong đó, chiều cao của cây được xác định theo công thức: h = a + b * ln(d) (1-39).
Bảo Huy (1993) đã áp dụng phương trình (1-6) để xây dựng biểu thể tích cho cây đứng trong rừng Bằng lăng chiếm ưu thế tại Đăk Lăk Đồng thời, đường cong chiều cao được xác định theo phương trình (1-32).
Các biểu thể tích cho rừng trồng bao gồm Mỡ, Thông đuôi ngựa, Sa mộc, Keo lá tràm, Tếch, và Dầu rái được xây dựng dựa trên các phương trình từ Bộ Nông nghiệp và PTNT (2003) Riêng biểu thể tích cho rừng trồng quế được thiết lập dựa trên phương trình đường sinh trưởng của cây.
Từ các công trình lập biểu thể tích cũng như biểu sản phẩm trong và ngoài nước được tổng hợp ở trên cho thấy:
- Hầu hết các biểu được lập là biểu hai nhân tố
Trong các biểu hai nhân tố, thể tích thân cây và thể tích gỗ sản phẩm thân cây chủ yếu được mô tả qua các phương trình (1-5) và (1-6), trong đó phương trình (1-6) là dạng phổ biến nhất.
- Thể tích thân cây và thể tích các loại gỗ sản phẩm trên thân cây chủ yếu được xác định trực tiếp từ cây ngả
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng cơ sở khoa học lập biểu thể tích gỗ lợi dụng 5 loài cây: Giổi xanh, Choại, Kháo, Re, Cốc đá ở rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên.
Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Khái quát về số liệu nghiên cứu
2.2.2 Một số đặc trưng thống kê của hình số tự nhiên và tỉ lệ gỗ lợi dụng
- Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích
- Thử nghiệm một số phương trình thể tích
- Chọn phương trình thể tích
2.2.3 Xác định thể tích thân cây đứng từ hình số tự nhiên f 01
- 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 giá trị f01 bình quân của các loài
- Chọn phương pháp tính thể tích thân cây
2.2.4 Tính số cây cần thiết cho mỗi loài
- Chọn đại lượng làm tiêu chí tính số cây cần thiết
- Tính f01 bằng phương trình đường sinh thân cây
- Tính sai số thể tích xác định theo phương pháp đường sinh thân cây
2.2.5 Đề xuất phương pháp xác định thể tích thân cây
2.2.6 Nghiên cứu phương pháp xác định tỉ lệ gỗ lợi dụng thân cây
- Chọn phương pháp xác định tỉ lệ gỗ lớn (4 phương pháp)
- Nghiên cứu xác định thể tích gỗ tận dựng và gỗ củi thân cây
Phương pháp nghiên cứu
Thân cây gỗ thường có hình dạng tròn xoay đầy hoặc cụt, nhưng do cây rừng là một hệ sinh thái phức tạp, hình dạng của chúng rất đa dạng Để xác định các quy luật sinh học và toán học chính xác về cây rừng, cần thực hiện các thí nghiệm trên mẫu cây đủ lớn.
Trong việc ứng dụng nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh rừng, việc kế thừa tài liệu có sẵn là cần thiết để lựa chọn các dạng toán học phù hợp, đảm bảo độ chính xác và tính dễ sử dụng.
2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu
- Số liệu trên cây ngả được thu thập như sau:
Đo chiều dài thân cây bằng thước dây và chia thành 10 đoạn bằng nhau theo các vị trí 00, 01, 02, 03, 04… 09 Tiến hành đo đường kính có vỏ và không vỏ tại vị trí 1,3 m từ gốc cây cùng các vị trí tương ứng khác trên thân cây.
+ Đo chiều cao, đường kính có vỏ và không vỏ gốc chặt;
+ Đo chiều cao dưới cành;
+ Xác định chiều cao thân cây tại vị trí d có vỏ bằng 25cm (Hd = 25);
Đo đường kính gốc cành (doc) cho những cành có đường kính vỏ lớn hơn 25 cm Tiến hành đo chiều dài từ vị trí phân cành đến vị trí cành có đường kính vỏ bằng 25 cm (dc = 25) và thực hiện đo đường kính cành có vỏ và không vỏ theo từng đoạn 2 m.
2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu
2.3.3.1 Tính thể tích thân cây và thể tích gỗ lợi dụng
- Tính thể tích thân cây
Thể tích thân cây được tính theo công thức kép tiết diện bình quân với 10 đoạn có chiều dài tương 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
- Tính thể tích gốc chặt
- Tính thể tích gỗ dưới cành dc dc n n n dc h d d L d d d d
Vdc là thể tích gỗ dưới cành, trong khi d00, d01, d02 đại diện cho đường kính tại các vị trí phần mười của thân cây Đường kính ở vị trí dưới cành được ký hiệu là ddc, và dn là đường kính tại vị trí đoạn chia cuối cùng trước khi đo đường kính dưới cành.
L dc : Chiều dài từ vị trí chia cuối cùng đến vị trí đo đường kính dưới cành
Vd25 là thể tích của thân cây đo từ mặt đất đến vị trí có đường kính vỏ đạt 25 cm Các giá trị d00, d01, d02,… đại diện cho đường kính ở các vị trí phần mười của thân cây, trong khi dn là đường kính tại vị trí chia cuối cùng trước khi đạt đường kính 25 cm.
Ld25: Chiều dài từ vị trí chia cuối cùng (dn) đến vị trí có đường kính bằng 25 cm
- Thể tích gỗ tận dụng:
- Thể tích gỗ lợi dụng
2.3.3.2 Xác định thể tích bằng phương trình thể tích
Khi kiểm nghiệm biểu hay xác định sai số của các phương trình thể tích, đề tài sử dụng một số loại sai số thường dùng:
- Sai số tương đối về thể tích cây đơn lẻ:
- Sai số lớn nhất mắc phải ở cây đơn lẻ: ∆% max
P% - Sai số tổng thể tích:
Trong các công thức, Vt đại diện cho thể tích thực và Vlt là thể tích lý thuyết, trong khi ∑Vt và ∑Vlt là tổng thể tích thực và tổng thể tích lý thuyết của cây kiểm tra Trong nghiên cứu rừng, sai số bình quân thường được sử dụng hơn so với sai số quân phương, mặc dù hai loại sai số này hoàn toàn thống nhất khi sai số bình quân được tính theo giá trị tuyệt đối Do đó, để đơn giản hóa các bảng tính sai số, đề tài này chọn sử dụng sai số bình quân.
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 bảng 2.2; 2.3 ở phụ lục
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
2.3.3.3 Tính thể tích từ hình số tự nhiên f 01 và tỉ lệ các loại gỗ lợi dụng
Thể tích thân cây được tạo thành từ ba nhân tố: đường kính, chiều cao và hình dạng, theo công thức kinh điển:
Hình số tự nhiên thân cây:
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 Hình số tự nhiên gỗ lợi dụng:
Hình số tự nhiên gỗ lớn:
(2-17) Hình số tự nhiên gỗ tận dụng h d f td v td
Hình số tự nhiên gỗ củi:
Bước 1: Đặc điểm của F 01(cv) gồm
- Mean: giá trị trung bình
2.3.3.4 Nghiên cứu 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 một bộ phận của nó) và thể tích của hình trụ có chiều cao tương đương với chiều cao của thân cây, trong khi tiết diện ngang của hình trụ được lấy ở độ cao 1/10 chiều cao của thân cây.
Công thức xác định hình số tự nhiên: f01 h g
- f01 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):
(2-24) Nghiên cứu biến động của hình số tự nhiên
Hệ số biến động của hình số tự nhiên là chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ biến động trung bình tương đối Nó được tính toán dựa trên một công thức cụ thể, giúp phân tích sự biến đổi của dữ liệu một cách hiệu quả.
- S% là hệ số biến động
- S là sai tiêu chuẩn mẫu
- f 01 : là hình số tự nhiên bình quân
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 kiểm tra này được thực hiện theo các bước cụ thể.
• Analyze/Compare Mean/One Way Anova
• Trong hộp thoại One Way Anova khai báo Dependent Lits: F 01 ; lần lượt đưa đường kính và chiều cao vào Factor
• Nháy chuột vào Post Hoc chọn LSD Duncan Trong Option chọn
Discriptive và Homogeneity of variance Test để có các đặc trưng mẫu và kiểm định sự bằng nhau của phương sai
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:
26) Thay D01 vào phương trình (2-14) để tính thể tích thân cây:
Kết quả xác lập quan hệ D01 và D1.3 được tổng hợp bảng 2.4 (phụ biểu):
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;
- Sai số tương đối về tổng thể tích theo công thức;
Kết quả tính toán được tổng hợp vào bảng 2.5 (phụ biểu)
2.3.3.6 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 hệ số thon tự nhiên K01 Để hiểu rõ hơn về phương trình này, trước tiên cần tính toán hệ số thon (Hohenad) tại 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 (2-29) Trong đó:
- x là giá trị phần 10 chiều cao tương ứng với đường kính Doi
- a0 a1 a2 .anlà 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 trên máy tính, theo quy trình hướng dẫn trong giáo trình Tin học ứng dụng trong lâm nghiệp (Nhà xuất bản Nông nghiệp-2001).
Bậc của phương trình được xác định bằng cách so sánh sai số giữa các bậc khác nhau Sau khi chọn bậc phù hợp, tiến hành khảo sát đường sinh để kiểm tra sự tương thích với hình dạng thân cây 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 xác lập vào năm 1974 cho các loài cây rừng tự nhiên ở Việt Nam Mối liên hệ này là cơ sở để xây dựng 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 (3-15) sẽ tính được qH
Từ đó xác định thể tích cây theo công thức:
2.3.3.7 Chọn phương pháp lập biểu thể tích
- Sai số tương đối về thể tích cây cá lẻ nhỏ nhất được tính theo công thứ (2-8)
- Sai số tương đối về tổng thể tích nhỏ nhất được tính theo công thức (2-11)
2.3.3.8 Nghiên cứu phương pháp xác định tỉ lệ gỗ lợi dụng thân cây
- Tỉ lệ gỗ lớn của từng cây được tính theo công thức Pl = 100* (2-33)
- Tỉ lệ gỗ lớn sẽ được tính trực tiếp hoặc gián tiếp qua thể tích gỗ lớn
- Để chọn được phương pháp xác định tỉ lệ gỗ lớn, đề tài thử nghiệm 4 phương án sau:
Phương án 1: Thể tích gỗ lớn được xác định thông qua mối quan hệ với thể tích thân cây VL= a+b*V (2-34)
Kết quả tính, được tổng hợp vào bảng 2.6; 2.7; 2.8
Phương án 2: Thể tích gỗ lớn được xác định thông qua hình số tự nhiên gỗ lớn bình quân theo loài:
VL= ( )*d01 2*h* (2-35) Kết quả tính, được tổng hợp bảng sau 2.9; 2.10
Phương án 3: Sử dụng tỉ lệ gỗ lớn bình quân của loài
Kết quả tính được đưa vào bảng 2.11; 2.12 (phụ biểu)
Phương án 4: Tỉ lệ gỗ lớn được xác định thông qua quan hệ với tỉ số chiều cao dưới cành và chiều cao vút ngọn (KH):
Kết quả tính phương trình PL = a + b*log(KH) được tổng hợp bảng 2.1 Kết quả tính sai số của phương án 4 theo phương trình (2-36) được tổng hợp bảng (2.14)
2.3.3.9 Nghiên cứu phương pháp xác định tỉ lệ gỗ tận dụng và củi
Để xác định tỉ lệ gỗ củi từ thân cây, đề tài áp dụng phương trình Pc = k*(D^2*h) hoặc công thức log(Pc) = a + b * log(D62*h) Kết quả phân tích đã được tổng hợp trong bảng dưới đây.
Xác định tỉ lệ gỗ tận dụng, đề tài sử dụng công thức Ptd = Pld – pL - pc , và thử nghiệm 2 phương án để chọn phương án tốt nhất
Phương án 1 Tỉ lệ gỗ lợi dụng được tính thông qua thể tích Vld theo công thức Vld = a+b*V
Phương án 2 Sử dụng tỉ lệ gỗ lợi dụng bình quân
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Khái quát về số liệu nghiên cứu
Nghiên cứu này dựa trên số 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”, được thực hiện bởi GS.TS Vũ Tiến Hinh và các cộng tác viên.
Bảng 3.1 trình bày đối tượng nghiên cứu gồm 258 cây ngả thuộc 5 loài cây rừng tự nhiên tại các tỉnh vùng Tây Nguyên Các loài này đại diện cho nhóm gỗ lớn, là những loài khai thác chủ yếu trong khu vực nghiên cứu với giá trị thương phẩm cao, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của người dân Các cây điều tra có dung lượng lớn, với số lượng tối thiểu 46 cây (loài Choại) và tối đa 60 cây (loài Kháo); đường kính dao động từ 35 cm đến 107 cm; chiều cao từ 22,5 m đến 45,7 m; và thể tích từ 1,09 m³ đến 12,73 m³ Những cây được sử dụng để thiết lập phương trình thể tích được gọi là cây tính toán, trong khi những cây dùng để tính sai số về thể tích cho các phương trình hay phương pháp lập biểu được gọi là cây kiểm tra.
Bảng 3.1: Khái quát chung về số liệu nghiên cứu
TT Vùng Tỉnh Địa điểm Loài cây Tên Khoa học
1 Tây Nguyên Gia Lai K’bang1 Giổi xanh
2 Tây Nguyên Gia Lai K’bang1 Kháo Symplocos ferruginea 60
3 Tây Nguyên Gia Lai K’bang1 Choại Terminalia bellirica 46
4 Tây Nguyên Gia Lai K’bang2 Re Cinamomum albiflorum 55
5 Tây Nguyên Gia Lai K’bang2 Cốc đá Garuga pierrei Guill 50
Một nhược điểm của tài liệu này là số lượng cây của mỗi loài không được thu thập trên cùng một ô tiêu chuẩn do tần suất xuất hiện thấp trong khu vực mẫu Kết quả nghiên cứu có thể bị ảnh hưởng 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, cho thấy rằng 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 khu vực 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
Một số đặc trưng thống kê của hình số tự nhiên và tỷ lệ gỗ lợi dụng
3.2.1 Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích thân cây Để xây dựng được biểu thể tích có độ chính xác cao thì việc lựa chọn phương pháp xác định thể tích là rất cần thiết Phương pháp tính thể tích thân cây đứng khi lập biểu thể tích còn được gọi là phương pháp lập biểu thể tích
Từ tổng quan, có hai phương pháp chính để tính thể tích khi lập biểu, bao gồm phương pháp biểu đồ (hay còn gọi là phương pháp kinh nghiệm) và phương pháp giải tích toán học.
- Phương pháp tính thể tích từ 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
3.2.2 Thử nghiệm một số phương trình thể tích Đề tài thử nghiệm 3 phương trình thể tích để tính thể tích thân cây cho
5 loài cây nghiên cứu là:
Phương trình (1): Vc = b0*D b1 *Hb2 (1-6) Phương trình (2): Vc = b0 + b1*H +b2*(D 2 *H ) (1-4 )
- 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: logV =logb0+ 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
Sau khi lập tương quan và tính toán kết quả được tổng hợp trong bảng 3.2
Bảng 3.2: Kết quả tính hệ số xác định của các phương trình thể tích Stt Loài cây Loa ̣i PT R 2 sig,F Sig,ta 0 Sig,ta 1 Sig,ta 2
Để lựa chọn phương trình thể tích phù hợp nhất, cần chú ý đến hệ số xác định R² và các giá trị tồn tại của phương trình cùng các tham số liên quan Căn cứ vào hệ số xác định R² và hệ số tồn tại của phương trình (sig.F) sẽ giúp đưa ra nhận xét chính xác hơn.
Hệ số xác định của các loài cây R 2 dao động từ 0,8971 đến 0,9903 trong đó hệ số xác định R 2 ở các phương trình giảm dần trong từng loài là:
- Loài Giổi xanh lần lượt là các phương trình (2) - (1) - (3) (tương ứng có
- Loài Kháo có R 2 giảm dần từ phương trình (1) - (3) - (2) (R 2 lần lượt là 0,9768; 0,9748; 0,9731);
- Loài Choại có R 2 lần lượt là từ phương trình (3) - (2) - (1) (có R 2 lần lượt là 0,9903; 0,9868; 0,9788);
- Loài Re có R 2 giảm dần từ phương trình (1) - (2) - (3) (R 2 lần lượt là 0,9728; 0,9716; 0,9712);
- Loài Cốc đá có R 2 giảm dần từ phương trình (1) - (3) - (2) (có R 2 lần lượt là 0,9475; 0,9471; 0,8971)
Ba phương trình trên có hệ số xác định R² lớn nhất lần lượt là phương trình (1), (3) và (2) Khi sử dụng chỉ tiêu R² để xác định phương trình thích hợp nhất, phương trình (1) và (3) cho kết quả R² lớn nhất Do đó, đề tài đã chọn phương trình (1) và (3) để tiến hành thử nghiệm các bước tiếp theo nhằm xác định chính xác hơn phương trình thích hợp nhất để lập biểu Căn cứ vào sự tồn tại các tham số của phương trình.
Một tham số trong phương trình được coi là tồn tại khi giá trị P-value nhỏ hơn 0,05 (hay sig 0,05, thì giả thuyết về phân bố chuẩn của f01(l) được chấp nhận Kết quả kiểm tra luật chuẩn của f01(l) cùng với sự phụ thuộc của f01(l) vào đường kính và chiều cao được trình bày trong bảng 3.23.
Bảng 3.23: Kết quả kiểm tra luật phân bố chuẩn và sự phụ thuộc của hình số tự nhiên gỗ lớn vào đường kính và chiều cao
Sig Kết luận Sig Kết luận Sig Kết luận
1 Giổi 47 0,6723 Độc lập 0,0447 Phụ thuộc 0,9975 Phân bố chuẩn
2 Choại 46 0,1998 Độc lập 0,9608 Độc lập 0,8500 Phân bố chuẩn
3 Kháo 60 0,2135 Độc lập 0,6557 Độc lập 0,7324 Phân bố chuẩn
4 Re 55 0,3033 Độc lập 0,8075 Độc lập 0,6955 Phân bố chuẩn
5 Cốc đá 50 0,4479 Độc lập 0,0880 Độc lập 0,6814 Phân bố chuẩn
Bảng 3-23: cả 5 loài cây f01(L) đều tuân theo luật chuẩn
Khi f01(L) trong mỗi loài cây tuân theo luật chuẩn giá trị bình quân, nó sẽ phản ánh chính xác hình số tự nhiên gỗ lớn của các cá thể trong loài đó Điều này tạo ra cơ sở vững chắc để xây dựng biểu thể tích theo f01(L) bình quân cho từng loài cây.
Sự phụ thuộc của f01(L) vào d và h được đánh giá thông qua tiêu chuẩn F trong phân tích phương sai (ANOVA) trong hồi quy Kết quả của phân tích phương sai được trình bày trong bảng 3.23.
Kết quả từ bảng 3.23 cho thấy rằng cả 5 loài f01(L) đều không phụ thuộc vào đường kính và chiều cao của cây Điều này cho phép chúng ta kết luận rằng hình số tự nhiên của gỗ lớn không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố này Bên cạnh đó, cần xem xét tính sai số trong việc xác định thể tích gỗ lớn theo phương án 2.
Sai số xác định VL từ hình số tự nhiên gỗ lớn bình quân của loài theo công thức (3-6) được cho ở bảng 3.24
Bảng 3.24: Kết quả tính sai số phương trình thể tích gỗ lớn theo phương án 2
Loài cây n loại cây Min- Max+ SS(+) SS(-) max TB 15% SS qp Độ CX TT
Kết quả ở bảng 3.24: cho thấy:
- Sai số xác định VL ở cây đơn lẻ lớn nhất mắc phải dao động từ 16,18 đến 56,49%
- Sai số ở cây đơn lẻ bình quân dao động từ 7,95% đến 11,79% trong đó có 2/5 loài >10%, bình quân của loại sai số này là 9,512%
- Sai số tổng thể tích gỗ lớn từ 0,22% đến 2,03% trung bình là 0,94%
Phương án 2 cho thấy rằng có 2/5 loài cây có sai số xác định thể tích gỗ lớn ở cây đơn lẻ bình quân vượt quá 10%, trong khi sai số xác định tổng thể tích gỗ lớn không có loài nào vượt quá 10% và đều nhỏ hơn 5% Kết quả này cho thấy giá trị cụ thể của các loại sai số xác định thể tích gỗ lớn của phương án (1) và phương án (2) là tương đương nhau Do đó, cả hai phương án đều có thể được sử dụng để xác định thể tích gỗ lớn theo loài cây ở mỗi địa điểm khai thác, nhưng không thể áp dụng cho cây đơn lẻ Kết quả chi tiết được trình bày trong bảng 3.24.
3.6.1.3 Nghiên cứu xác định tỉ lệ gỗ lớn theo phương án 3
Trước khi tiến hành nghiên cứu xác định tỷ lệ gỗ lớn theo phương án (3), cần kiểm tra luật phân bố chuẩn và mối quan hệ giữa tỷ lệ gỗ lớn với kích thước của cây Cụ thể, việc kiểm tra này sẽ tập trung vào sự phụ thuộc của tỷ lệ gỗ lớn vào đường kính và chiều cao của cây.
Sử dụng tiêu chuẩn Kolmogorov-Smirnov để kiểm tra phân bố chuẩn của tỷ lệ gỗ lớn, đồng thời áp dụng phương pháp phân tích phương sai trong hồi quy nhằm xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ gỗ lớn với đường kính và chiều cao, kết quả được trình bày trong bảng 3.25.
Bảng 3.25: Kết quả kiểm tra sự phụ thuộc của tỉ lệ gỗ lớn (P L ) vào d (sig d) vào h (sig h) và luật phân bố chuẩn (sig nor) của tỉ lệ gỗ lớn
( sig d ≥ 0,05 PL độc lập với d; sig h ≥ 0,05 PL độc lập với h; ( sig nor ≥
0,05 PL tuân theo luật chuẩn )
TT Loài cây sig (d) sig (h) sig (nor)
- Ở tất cả các loài tỷ lệ gỗ lớn đều tuân theo luật chuẩn vì Sig(nor) > 0,05
- Ở tất cả các loài tỉ lệ gỗ lớn độc lập với đường kính Sig d > 0,05, trong 5 loài có loài Giổi tỉ lệ gỗ lớn phụ thuộc vào chiều cao
Tỉ lệ gỗ lớn của các loài cây tuân theo luật chuẩn và không phụ thuộc vào đường kính và chiều cao Do đó, có thể áp dụng tỉ lệ gỗ lớn bình quân của loài để tính thể tích cho từng cây trong loài, với thể tích gỗ lớn được xác định theo công thức cụ thể.
Kết quả tính sai số thể tích gỗ lớn bình quân được tổng hợp ở bảng 3.26
Bảng 3.26: Kết quả tính sai số xác định thể tích gỗ lớn từ tỉ lệ gỗ lớn bình quân
Sai số cây kiểm tra
Trong 15 cây kiểm tra, phương pháp này cho thấy sai số trung bình dao động từ 16,11% đến 56,78%, với sai số tổng thể tích từ -1,92% đến 0,34% và trung bình là -0,872%, không có trường hợp nào vượt quá 10% Điều này khẳng định rằng tỷ lệ gỗ lớn của các loài được xác định từ cây điều tra đại diện là chính xác, từ đó đề xuất sử dụng tỷ lệ gỗ lớn bình quân để xác định trữ lượng gỗ lớn theo từng loài cây tại các địa điểm khai thác.
3.6.1.4 Nghiên cứu xác định tỉ lệ gỗ lớn theo phương án 4 a Xác lập quan hệ P L = a + b*log(K H ) (3-25)
Từ số liệu của các loài cây điều tra đã xác định quan hệ (3-25) cho từng loài (bảng 3.27)
Bảng 3.27: Kết quả tính phương trình P L = a + b*log(K H )
R^2 Tham số Sai số a b Sa Sb
Hệ số xác định R² của phương trình (3-21) nằm trong khoảng từ 0,5190 đến 0,9869, cho thấy mối quan hệ giữa khối lượng (PL) và tỉ số chiều cao (KH) theo dạng logarit từ mức vừa phải đến rất chặt chẽ Điều này cho phép xác định tỷ lệ gỗ lớn của từng cây thông thông qua chiều cao dưới cành Bên cạnh đó, cần tính toán sai số trong việc xác định tỷ lệ gỗ lớn theo phương án 4.
Sai số xác định thể tích gỗ lớn cho các loài cây từ phương trình (3-25) được tập hợp ở bảng 3.28
Bảng 3.28: Kết quả tính sai số xác định thể tích gỗ lớn thông qua quan hệ
Sai số cây kiểm tra
Min- Max+ max TB QP P% %TT
5 Cốc đá 15 -11,76 11,45 11,76 6,88 7,8 2,02 1,59 Bảng 3.28 cho thấy:
Sai số xác định VL ở cây đơn lẻ lớn nhất mắc phải dao động từ 11,76% đến 19,73%
Sai số xác định VL bình quân ở cây đơn lẻ dao động từ 5,31% đến 6,88% trong đó không có trường hợp >10%
Sai số tổng thể tích từ -0,12 đến 1,59%.bình là 0,35%
Từ kết quả thử nghiệm cho 4 phương án trên nhận thấy:
