Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu xác định chỉ số cạnh tranh trong rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở Tây Nguyên

Chia sẻ: Tri Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu góp phần phát triển phương pháp nghiên cứu chỉ số cạnh tranh của cây rừng tự nhiên và cung cấp cơ sở khoa học về cơ chế cạnh tranh của cây cá thể trong hệ sinh thái rừng nhằm xây dựng các mô hình sinh trưởng và quản lý lâm phần rừng tự nhiên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu xác định chỉ số cạnh tranh trong rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở Tây Nguyên

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT Trêng ®¹i häc l©m nghiÖp -------------------- NGUYÔN THANH S¥N NGHI£N CøU X¸C §ÞNH CHØ Sè C¹NH TRANH TRONG RõNG tù NHI£N L¸ RéNG TH¦êNG XANH ë T¢Y NGUY£N LuËn v¨n th¹c sü khoa häc l©m nghiÖp Hµ néi - 2009
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT Trêng ®¹i häc l©m nghiÖp -------------------- NGUYÔN THANH S¥N NGHI£N CøU X¸C §ÞNH CHØ Sè C¹NH TRANH TRONG RõNG Tù NHI£N L¸ RéNG TH¦êNG XANH ë T¢Y NGUY£N Chuyªn ngµnh: L©m häc M· sè: 60.62.60 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc l©m nghiÖp Ngêi híng dÉn khoa häc : TS. TrÇn V¨n Con Hµ Néi - 2009
LêI C¶M ¥N §Ó kÕt thóc kho¸ häc mçi häc viªn cao häc ph¶i hoµn thµnh b¶n luËn v¨n tèt nghiÖp. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n tèt nghiÖp, t«i ®· nhËn ®îc nhiÒu sù gióp ®ì nhiÖt t×nh cña c¸c thÇy c« gi¸o híng dÉn khoa häc, c¸c nhµ khoa häc, c¸c ®ång nghiÖp, b¹n bÌ gÇn xa. Cã ®îc kÕt qu¶ nh ngµy h«m nay, tríc hÕt t«i xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c ®Õn TS. TrÇn V¨n Con - ngêi híng dÉn khoa häc, ®· tËn t×nh híng dÉn vµ gióp ®ì trong suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n. T¸c gi¶ xin ch©n thµnh c¶m ¬n Khoa sau §¹i häc - Trêng §¹i häc L©m nghiÖp, Phßng L©m sinh – ViÖn Khoa häc l©m nghiÖp ViÖt Nam, C¸n bé c«ng nh©n viªn trung t©m TNLN Kon Hµ Nõng ®· gióp ®ì t«i trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n. Cuèi cïng, t¸c gi¶ xin bµy tá lßng biÕt ¬n ®Õn tÊt c¶ c¸c b¹n ®ång nghiÖp gÇn xa vµ ngêi th©n trong gia ®×nh ®· gióp ®ì t¸c gi¶ c¶ tinh thÇn vµ vËt chÊt trong qu¸ tr×nh hoµn thµnh luËn v¨n nµy. Do thêi gian vµ kinh nghiÖm cßn h¹n chÕ, b¶n luËn v¨n nµy ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. T¸c gi¶ mong nhËn ®îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u cña c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o, c¸c nhµ khoa häc cïng b¹n bÌ ®ång nghiÖp ®Ó luËn v¨n ®îc hoµn thiÖn h¬n. T«i xin cam ®oan c¸c sè liÖu thu thËp, kÕt qu¶ tÝnh to¸n trong luËn v¨n nµy lµ trung thùc. C¸c th«ng tin trÝch dÉn trong luËn v¨n ®Òu ®îc chØ râ nguån gèc. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2009 T¸c gi¶ NguyÔn Thanh S¬n
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Chỉ số cạnh tranh của cây rừng đã được nghiên cứu từ khá sớm. Tuy nhiên, bên cạnh những kết quả đạt được, vẫn còn nhiều điều đang được tranh luận. Việc khám phá và định lượng được chỉ số cạnh tranh ở mức độ lâm phần trở nên quan trọng trong việc quản lý rừng. Vì cạnh tranh dẫn đến giảm tăng trưởng và gia tăng tỷ lệ chết của cây rừng trong lâm phần. Trên thế giới các nghiên cứu về chỉ số cạnh tranh phần lớn tập chung ở các nước châu Âu và đối tượng nghiên cứu chủ yếu là rừng trồng thuần loài. Ở Việt Nam các nghiên cứu về sự cạnh tranh cũng đã xuất hiện trong những năm gần đây và được gắn liền với các nghiên cứu về tăng trưởng và tỉa thưa cho các lâm phần rừng trồng thuần loài cho các loài cây sinh trưởng nhanh phục vụ công nghiệp. Vì vậy, nghiên cứu chỉ số cạnh tranh cho rừng hỗn loài khác tuổi, đặc biệt là rừng tự nhiên là một vấn đề mới mẻ ở Việt Nam. Bên cạnh đó, trước đây việc xác định diện tích tán của các cây cũng như phần diện tích giao nhau thường rất khó khăn và không chính xác, ngày nay việc xuất hiện công nghệ GIS đã tạo những điều kiện thuận lợi, có thể đem lại kết quả mới với tính thuyết phục cao hơn. Chỉ số cạnh tranh là một trong những cơ sở để xây dựng mô hình sinh trưởng cây cá thể trong lâm phần rừng tự nhiên. Việc sống sót hoặc là chết của một cây cá thể trong lâm phần rừng phụ thuộc vào khả năng cạnh tranh để có các điều kiện về không gian sinh trưởng, ánh sáng, nước và dinh dưỡng. Trong khuôn khổ của một luận văn thạc sỹ lâm nghiệp, chúng tôi thực hiện đề tài : "Nghiên cứu xác định chỉ số cạnh tranh trong rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở Tây Nguyên". Đây là một trong những nội dung nghiên cứu của đề tài ưu tiên cấp Bộ "Nghiên cứu các đặc điểm lâm học của một số hệ sinh thái rừng chủ yếu ở Việt Nam do TS. Trần Văn Con, Viện KHLN Việt Nam chủ trì".
2 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Ngoài nước Xét về khía cạnh sinh thái, cây rừng chủ yếu cạnh tranh về không gian, nước và ánh sáng. Cạnh tranh về không gian xẩy ra khi trên một diện tích có giới hạn, có nhiều loài hoặc cá thể cùng chen chúc nhau để sinh sống. Để tồn tại và sinh trưởng cây rừng cần một không gian nhất định. Các ý tưởng hiện có về sự cạnh trạnh giữa các cây trong lâm phần có thể tóm tắt ở 5 tiên đề sau đây (Ford và Sorrensen, 1992 [49]): (1).Cây rừng làm thay đổi môi trường chúng sống theo hướng làm giảm nguồn sống của các cây khác (cạnh tranh); (2).Cơ chế bậc một của cạnh tranh là sự tương tác về không gian sinh trưởng; (3).Cây bị chết là do khi cạnh tranh đã phản ứng chậm hơn dẫn đến sinh trưởng bị suy giảm khi nguồn lực bị cạn kiệt; (4).Cây rừng tự điều chỉnh theo thay đổi của môi trường, phản ứng với sự cạnh tranh và thay đổi bản chất của cạnh tranh và (5).Có sự khác nhau theo loài trong quá trình cạnh tranh. Rất nhiều người đã cố gắng để định lượng một cách súc tích các ý tưởng này trong một chỉ số cạnh tranh; tuy nhiên không thể có một chỉ số nào thoả mãn được các ý tưởng nói trên và có thể thực hiện được bằng thí nghiệm. Có rất nhiều chỉ số cạnh tranh đã được đề xuất, chúng có thể được phân thành 4 nhóm chính: (1) .Vùng ảnh hưởng cạnh tranh (diện tích chồng nhau) = the competitive influence zone (or area overlap) (2) .Diện tích sử dụng được tiềm năng = area potentially available;
3 (3) .Khoảng cách-kích thước (bao gồm theo chiều thẳng đứng và chiều ngang) = size-distance (including horizontal and vertical variants); (4) .Diện tích lộ thiên và tương tác ánh sáng = sky-view and light- interaction. Vùng ảnh hưởng cạnh tranh (hay diện tích chồng nhau) được dựa trên giả thiết là: a) mỗi cây có một vùng ảnh hưởng được xác định bằng kích thước của nó và b) chỉ số cạnh tranh của mỗi cây được đo bằng diện tích chồng nhau tiềm năng của vùng ảnh hưởng. Chỉ số cạnh tranh này có thể được biểu hiện bằng diện tích tán chồng nhau (m2) hoặc bằng chỉ số diện tích tương đối (tỷ lệ từ 0 đến 1) và có thể dùng tỷ lệ theo kích thước cây hoặc các nhân tố khác (Ek và Monserud, 1974 [47] [48]). Một phương án phi không gian của chỉ số này là nhân tố cạnh tranh tán cây, nó diễn đạt diện tích tán được mở cho sinh trưởng của tất cả các cây (bằng tỷ lệ tàn che), như vậy khi tỷ lệ tàn che đạt 100% thì đó là thời điểm khép tán, khi tỷ lệ này lớn hơn 100% sẽ xẩy ra cạnh tranh. Diện tích sử dụng được tiềm năng cho mỗi cây thường được tính bằng cách chia tổng diện tích ô tiêu chuẩn cho các cây theo kích thước và vị thế xã hội của chúng. Điều này có thể thực hiện được bằng cách cắt đôi theo chiều thẳng đứng khoảng cách giữa mỗi cây và các cây kế cận của nó, thường áp dụng tỷ lệ theo kích thước của cây. Trong rừng hỗn loài có thể áp dụng tỷ lệ theo mỗi loài khác nhau. Trong thực tế, có thể rất phức tạp để chắc chắn rằng các đa giác cho mỗi cây không trùng và còn lại các lỗ trống không thực tế, đặc biệt là khi tính chỉ số theo tỷ lệ kích thước cây cho rừng khác tuổi. Tuy nhiên, thuật toán chuẩn cho cách tính toán các chỉ số này đã được phát triển. Các nghiên cứu về chỉ số cạnh tranh thường được chia thành hai nhóm: (i) chỉ số cạnh tranh không phụ
4 thuộc khoảng cách và (ii) chỉ số cạnh tranh phụ thuộc khoảng cách. Trong mỗi nhóm lại chia thành các chỉ số tương đối và các chỉ số tuyệt đối. Sau đây là tổng quan các kết quả nghiên cứu về các chỉ số cạnh tranh: 1.1.1. Các chỉ số cạnh tranh không phụ thuộc khoảng cách Phần lớn các nghiên cứu về các chỉ số cạnh tranh đều tập trung vào những chỉ số liên quan đến sự phân bố không gian của các cây trong lâm phần. Tuy nhiên, có rất nhiều nghiên cứu đã cố gắng phát triển các thước đo hữu dụng về sự cạnh tranh để áp dụng cho các mô hình tăng trưởng không phụ thuộc vào khoảng cách, và chúng đã tỏ ra có ý nghĩa lớn hơn trong các mô hình dự dự đoán sản lượng trong các rừng bản địa. Các chỉ số này chỉ phát huy tính hữu ích đối với các khu rừng tương đối đồng nhất trong phân bố không gian của các cây. Các chỉ số cạnh tranh tuyệt đối Các thí dụ đã công bố về việc sử dụng các biến số như là các chỉ số cạnh tranh tuyệt đối được giới hạn hoàn toàn vào các khái niệm về mật độ duy trì, tổng đường kính hoặc tiết diện ngang trong các công thức thực nghiệm. Những thước đo này có thể hoàn toàn thích hợp. Lemmon và Schumacher (1962a,b) [76] [77] đã nhận thấy rằng giá trị tiết diện ngang được xác định bằng máy đo góc hoặc tỷ lệ cân xứng với độ lớn (PPS) mẫu với hệ số tiết diện nhỏ (BAFs) (tức là các diện tích lớn) thì hầu như có tương quan rất chặt với tăng trưởng. Johnson (1973) [67] đã kết luận rằng tiết diện ngang bình quân của lâm phần cũng ảnh hưởng giống như mật độ trong việc dự đoán sinh trưởng của cây cá thể. Alemdag (1978) [31] đã kết luận rằng các kết quả tốt hơn đã đạt được khi đo chỉ số cạnh tranh cái mà xuất phát từ các vùng ảnh hưởng lớn và nhận thấy rằng rất khó để đáp ứng được chi phí cho việc đo đếm sự phân bố không gian của cây rừng. Stage (1973) [99] đã sử dụng một hàm thực nghiệm về tương
5 quan giữa tiết diện ngang lâm phần, hệ số cạnh tranh tán (CCF) (Krajicek et al, 1961 [70]) và tỷ số tán để dự đoán tăng trưởng tiết diện ngang của các cây cá thể. Hahn và Leary (1979) [54] đã sử dụng tỷ số tán diễn đạt như là một hàm theo tuổi, đường kính bình quân và tiết diện lâm phần (Holdaway et.1979) [60] để dự báo tăng trưởng đường kính. Các chỉ số cạnh tranh tương đối Botkin và các cộng sự (1972) [38] đã sử dụng 2 chỉ số để giảm tăng trưởng tiềm năng của cây như là phản ứng cạnh tranh. Một hàm số có dạng: Trong đó: BA là tiết diện ngang của lâm phần; BAmax là tiết diện ngang cực đại hoặc tiết diện tự nhiên cho lập địa, nó được sử dụng với ý định phản ánh sự cạnh tranh (chia sẻ) các nguồn dinh dưỡng và nước. Chỉ số này cũng đã được Alder (1977, 1978) [28] [29] sử dụng để dự đoán tăng trưởng đường kính trong các rừng trồng thông và Brandt et al (1981) đã sử dụng cho rừng hỗn loài (dẫn theo Jerom K. Vanclay 1992 [66]). Botkin và cộng sự đã sử dụng một hàm phức tạp hơn để tính sự cạnh tranh về ánh sáng. Họ đã cho rằng diện tích lá che bóng thì bằng tổng diện tích lá của tất cả các cây trong ô cao hơn cây đối tượng (nghiên cứu). Như vậy, Trong đó: tham số α là đặc trưng cho loài. Ánh sáng cung cấp được cho cây đối tượng được xác định như sau: Và chỉ số cạnh tranh là:
6 Campbell (1981) [41] đã sử dụng phương trình tương tự qua việc chỉnh lý phương trình Bertalanffy: và nhận thấy rằng việc dự đoán diện tích lá như đã đem lại những kết quả tốt hơn. Brandt et al. (1981) (dẫn theo Jerom K. Vanclay 1992 [67]) đã sử dụng để tính diện tích lá. Điều này có hiệu quả tương tự như phương trình Log được Wykoff và Vanclay sử dụng. Alder và Schneider (1979) [30] đã sử dụng 3 chỉ số cạnh tranh để giảm tăng trưởng tiềm năng trong các mô hình của họ. + Chỉ số đầu tiên: liên quan đến ảnh hưởng của hệ số cạnh tranh tán CCF (biểu diễn bằng tỷ số phần trăm) đến tăng trưởng. Trong đó: Và: + Chỉ số thứ 2: liên quan tới ảnh hưởng đến sự chậm lại của tăng trưởng phát sinh từ sự cạnh tranh trong quá khứ. được biểu diễn bằng đường kính cây đối tượng chia cho đường kính dự đoán của một cây ngoài khoảng trống có cùng chiều cao. + Chỉ số thứ 3: nói về ảnh hưởng của lớp cây thống trị qua kích thước tương đối của các cây đó.
7 Trong đó: Di là đường kính của cây đối tượng; Dmax là giá trị cực đại của đường kính trong lâm phần; C1 là chỉ số thứ nhất được đưa ra ở trên (ảnh hưởng của nhân tố cạnh tranh tán). Đây là một sự xác định về chỉ số C = Di/Dmax đã được Alder (1977, 1978) [28] [29] sử dụng trước đó. Leary và Holdaway (1979) [73] đã sử dụng hàm số: để biểu thị giảm tăng trưởng tiềm năng của một loài do ảnh hưởng của sự cạnh tranh. Tham số α biến thiên theo các loài và các cấu trúc lâm phần khác nhau. Đối với các lâm phần thuần loài, đã giả thiết là: Trong đó: là đường kính trung bình. Trong lâm phần gồm 2 loài, thì hàm số phức tạp hơn: Trong đó: BA1 và BA2 có liên quan đến tiết diện ngang của loài thứ nhất và loài thứ 2. và là đường kính trung bình của mỗi loài. Leary và Holdaway (1979) [73] đã kết luận rằng những biểu thức này, khi sử dụng cùng với các hàm tăng trưởng bình quân của Hahn và Leary (1979) [54] có thể đem lại một ước lượng có ý nghĩa về độ tăng trưởng. Họ cũng nhận ra rằng các ước lượng về tham số a thích hợp với kỳ vọng cho các loài cây lá kim, loài gỗ cứng và cho loài chịu bóng và không chịu bóng.
8 Leary (1980) [74] đã tán thành một hàm số tương tự để tiên đoán nguyên nhân giảm tăng trưởng do thiếu ánh sáng. Hàm số của Leary và Holdaway (1979) [73] và Leary (1980) [74] không có ý định sử dụng đối với các cây cá thể, mà là để dự đoán tổng tăng trưởng đường kính cho một lâm phần đồng tuổi. Holdaway (1984) [61] đã điều chỉnh Trong đó: và R là đường kính tương đối và AD là đường kính bình quân. Một trong các chỉ số cạnh tranh độc lập với khoảng cách có tính đổi mới nhất đã được Harms (1981) [55] đề xuất cho rừng thông thuần loài đều tuổi. Ông đã giả thiết rằng tăng trưởng đường kính của một cây có thể được ước đoán từ tương tác của không gian dinh dưỡng có được của một cây (Si) và sự cạnh tranh của các cây lân cận f(S): [1] Giới hạn tối thiểu của không gian dinh dưỡng S đã được dự đoán bằng hàm ngược của đường tỉa thưa tự nhiên (Reineke 1933 [93], Yoda et al. 1963 [107]): hoặc
9 Điểm giới hạn của không gian dinh dưỡng cho cây nào đó sẽ đạt được thông qua việc thay thế Si và Di vào hàm số này. Sau đó Harms đã tính chỉ số cạnh tranh toàn lâm phần (C1) gần giống với CCF, ∑Si/A và đã nhận thấy chúng có quan hệ với tăng trưởng đường kính bình quân của lâm phần: [2] Ông cũng đã tính một chỉ số cạnh tranh trong lâm phần S/Si, và phát hiện quan hệ với sinh trưởng cây cá thể theo hàm: [3] Sau đó, ông đã biểu diễn chỉ số cạnh tranh tổng quát f(S), bằng công thức do AiKman và Watkinson (1980) [27], như sau: [4] Harm đã sử dụng sự ước lượng tuỳ ý cho u và v, nhưng nó có thể được quan tâm để nghiên cứu hiệu quả của việc sử dụng q và s ở công thức 2 và 3 cũng như u và v tương ứng trong công thức 4. Có một số đề xuất rằng tham số β trong công thức 1 có thể là một hằng số, và tham số α biểu lộ một tương quan đơn giản với tuổi và mật độ. Harms có được kết quả ước lượng về hệ số tương quan r2 khoảng từ 0,2 đến 0,6, tương đối cao đối với các loại dữ liệu và chỉ số cụ thể này. 1.1.2. Chỉ số cạnh tranh phụ thuộc vào khoảng cách Các công trình nghiên cứu về chỉ số cạnh tranh phụ thuộc vào khoảng cách là rất nhiều về số lượng và tập trung chủ yếu vào các chỉ số cạnh tranh tuyêt đối. Điều này được phản ánh ở sự phong phú về số liệu và cách tiếp cận của các công trình công bố.
10 Các chỉ số cạnh tranh tuyệt đối Liu (1981) [79] phân biệt 3 cấp cho các chỉ số cạnh tranh tuyệt đối phụ thuộc vào khoảng cách trên cơ sở tiếp cận để xác định vùng ảnh hưởng; đường tròn ảnh hưởng, đa giác cây và các tiếp cận khoảng cách đường kính. Ngoài ra, một cấp nữa cũng có thể được phân biệt, đó là tiếp cận khoảng cách chiều cao. Trong mỗi cấp này, các thước đo khác nhau về cạnh tranh có thể được thực hiện, bao gồm số cây cạnh tranh, diện tích cạnh tranh và tiết diện ngang cạnh tranh. Lane-Poole (1936) [71] đã thiết lập một tương quan tuyến tính đơn giản giữa đường kính ngang ngực và đường kính tán của các cây sinh trưởng ngoài khoảng trống, và sử dụng tương quan này để xây dựng các hướng dẫn mật độ cho các loài bạch đàn “ưa sáng”. Giải thuyết này đã được minh chứng bằng các nghiên cứu chi tiết hơn của Dawkins (1963) [46] cho cả hai nhóm loài “ưa sáng” và “chịu bóng”. Staebler (1951) [98] đã xem xét thông douglas để có (CIZ) với bán kính R = a + b*D, trong đó các tham số đã được chọn một cách tuỳ ý. Ông cũng đã xem xét rằng các thước đo mong muốn nhất về cạnh tranh sẽ là diện tích của vùng chồng lên nhau của vùng ảnh hưởng cạnh tranh, nhưng loại bỏ điều này vì quá khó để đo và đã lựa chọn một thước đo về khoảng cách của CIZ chồng lên nhau đối với các cây liền kề. Newnham (1964, 1966) [87] [88] [89] đã sử dụng tương quan của Lane-Poole để xác định CIZ và tính toán tỷ lệ của tổng chu vi vùng ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ) của cây mục tiêu bị chiếm lĩnh hoặc chồng lên bởi (CIZ) của các cây cạnh tranh. Để dễ dàng cho việc tính toán, Newnham đã giả thiết rằng sự cạnh tranh chỉ mở rộng bằng 8 lần không gian lúc đầu và điều này đã dẫn đến đường chéo chết trong mô hình của ông khi mô phỏng các lâm phần có mật độ xuất phát rất dày. Chỉ số của Staebler đã không có tương quan tốt với tăng trưởng và Johnson (1973) [67] thảo luận về sự không bình thường trong tiếp cận của Newnham. Fritts (1956) [51] và Gerrad (1969) [52] đã chấp
11 nhận đề xuất của Staebler [98] và đã xác định diện tích vùng chồng lên nhau. Opie (1968) [90] đã tính tiết diện ngang cạnh tranh nhấn mạnh bởi diện tích chồng lên nhau của vùng ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ). Hệ số BAF của ông đã được xác định sao cho tương thích với bán kính vùng ảnh hưởng CIZ, được xác định bằng thực nghiệm của ông. Ông cũng đã cung cấp một phương pháp hiện trường cho phép tính tiết diện ngang cạnh tranh một cách trực tiếp từ việc đếm góc trong ô tiêu chuẩn (PPS) mà không cần có một hình vẽ rõ ràng vùng cạnh tranh (CIZ) và đo diện tích chồng lên nhau. Arney (1973) [33] giả thiết rằng chỉ số (CIZ) được giới hạn bằng đường kính tán của cây sinh trưởng ngoài khoảng trống và đã tính một chỉ số đơn giản cho diện tích chồng nhau của vùng ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ). Bella (1971) [37] bằng thực nghiệm đã xác định rằng một CIZ bằng 3 lần đường kính tán là thích hợp cho nhiều loài, và hơn nữa, tác giả đã cải thiện các chỉ số cạnh tranh thông qua tỷ trọng diện tích chồng lên nhau bằng kích thước tương đối của các cây cạnh tranh. Chen và Rose (1978) [42] đề xuất một chỉ số tương tự với chỉ số của Bella, nhưng với một phương trình phức tạp hơn nhiều để tính tỷ trọng kích thước tương đối tương ứng và đã được tách ra khỏi diện tích của vùng ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ). Kiểm tra thực nghiệm cho thấy rằng không có sự khác nhau một cách có ý nghĩa với chỉ số của Bella. Keister (1971) [68] đã cải tiến hơn cách tiếp cận bằng việc xác định diện tích ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ) như một hàm số của chiều cao cây, bề dày và đường kính tán. Ek và Monserud (1974) [47] [48] cũng đã nhấn mạnh đến công thức của họ bằng một nhân tố có tính đến khả năng chịu bóng của các loài và kích thước cây. Tennant (1975) [103] đã nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính vùng ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ) trên quan hệ giữa tăng trưởng và chỉ số cạnh tranh. Alemdag (1978) [32] đề xuất một phương pháp dựa trên cái mà ông gọi là không gian sinh trưởng theo tỷ lệ, và số cây cạnh tranh, cái mà không thường xuyên biến đổi của cách tiếp
12 cận đường tròn ảnh hưởng, nhưng có liên quan ít đến sự cạnh tranh quan sát được với cây mục đích. Strand (1972) [102] đã sử dụng một chỉ số cạnh tranh mà về cơ bản là một đường tròn ảnh hưởng, nhưng nó cũng kết hợp chặt chẽ các yếu tố của đa giác cây và cách tiếp cận khoảng cách và chiều cao. Ông đã đưa ra chỉ số của mình với sự biện luận chặt chẽ. Tăng trưởng thể tích ở một tuổi cho trước dường như độc lập một cách tương đối với mật độ, qua một phạm vi rộng của các mật độ, ngụ ý rằng tăng trưởng trên mỗi đơn vị diện tích thì độc lập tương đối với số cây. Điều này đề xuất ra một không gian sinh trưởng cho mỗi cây. Quan sát sự kìm hãm của các cây con trong một lâm phần thấy rằng không gian sinh trưởng bị hạn chế với một vùng chuyển dịch rất hẹp. Cạnh tranh giữa 2 cây thì phụ thuộc vào các chiều cao tương đối. Sinh trưởng đường kính chịu ảnh hưởng của mật độ nhiều hơn sinh trưởng chiều cao. Cuối cùng, Strand đã giả thiết rằng không gian mà một cây có thể khai thác hoặc lợi dụng thì tỷ lệ thuận với chiều cao cây. Những nơi mà không gian sinh trưởng tiềm năng (PGS) của 2 cây chồng lên nhau, thì không gian sinh trưởng của mỗi cây bị giảm để tạo thành không gian sinh trưởng thực tế (AGS). Một điểm trong vùng chồng lên nhau của không gian sinh trưởng tiềm năng (PGS) thì được chỉ định cho cây đó với tỷ số khoảng cách chiều cao lớn hơn. Tăng trưởng đường kính được giả thiết là tỷ lệ thuận với tỷ số giữa AGS và đường kính: DI = α.AGS/D và tăng trưởng chiều cao bị giảm bởi tỷ số của AGS tới PGS: HI = f(H).g(AGS/PGS) Nó có thể được nhìn bằng biểu đồ rằng sự giả thiết các hình tròn ảnh hưởng hiếm khi dẫn tới việc khai thác đầy đủ về lập địa vì sự sắp xếp các vòng tròn không đầy đủ. Brown (1965) [40] đã tán thành những đa giác cây tụ
13 tập với nhau giống như các ô trong một tổ ong, đã cấu trúc chúng bằng cách sử dụng các đường phân giác vuông góc nối với tâm của các cây. Quan tâm của Brown không phải để nghiên cứu sinh trưởng, mà là để loại bỏ ảnh hưởng môi trường đóng góp tới kiểu hình của cây, do đó có thể đánh giá tốt hơn kiểu gen của chúng. Jack (1967) [63] đã sử dụng diện tích tiềm năng (APA) cho phép đối với cây mục đích của Brown như là một chỉ số của sự cạnh tranh. Jack cũng đã đề xuất hai chỉ số được trình bày bằng (APA) nhân với đường kính và bề dày tương đối của tán các cây cạnh tranh. Với nhận thức rằng các cây lớn có thể khai thác một diện tích lớn hơn, Stohr (1963) [101] và Johnson (1973) [67] đã nhấn mạnh kích thước các đa giác của chúng bằng đường kính của 3 cây, Moore et al. (1973) [86] và Adlar (1974) [24] bằng tiết diện ngang của các cây, và Jensen (1974) [65] đã xem xét số luỹ thừa của đường kính, việc chọn luỹ thừa 5 của đường kính được cho là dự đoán tốt nhất. Cách tiếp cận của Adlar (1974) [24] tránh được các vấn đề về các góc lõm trong các đa giác cây. Pelz (1978) [92] đã xem xét các đa giác theo tỷ trọng chiều cao, tích số của chiều cao và đường kính, và tích của chiều cao và tiết diện ngang, cũng như các cách tiếp cận của Brown, Stohr và Moore et al... Ông cũng xem xét giá trị thể tích tiềm năng (VPA), nó được xác định bằng tích số của diện tích đa giác và chiều cao cây. Ông đã nhận thấy rằng diện tích đa giác có tỷ trọng của tiết diện ngang nhân với chiều cao là hữu hiệu nhất, và rằng (VPA) là công cụ dự đoán tăng trưởng tốt hơn (APA). Alemdag (1978) [31] đề xuất một chỉ số mà thực chất là số cạnh của đa giác cây (tức là số các cây cạnh tranh) chia cho diện tích của nó. Fraser (1977) [50], Green và Sibson (1977) [53] đã cung cấp các thuật toán hữu ích cho việc dựng hình của các đa giác này. Các tiếp cận theo khoảng cách đường kính và khoảng cách chiều cao đã thừa nhận rằng (CIZ) của một cây không có ranh giới phân biệt, nhưng ảnh
14 hưởng cạnh tranh thì giảm dần theo sự gia tăng khoảng cách đến cây. Bằng chứng thực nghiệm của điều này được Incoll (1979) [62] đưa ra khi quan sát được rằng không có một cây bạch đàn sieberie tái sinh nào xuất hiện trực tiếp dưới tán của một cây gỗ lớn (dẫn theo Newnham, Arney) và tái sinh ở nơi cách xa ba lần đường kính tán của các cây gỗ như vậy thì rõ ràng không chịu ảnh hưởng của cạnh tranh (dẫn theo Bella). Trong vùng chuyển dịch, sự cạnh tranh, được đánh giá qua sự giảm chiều cao tái sinh có quan hệ nghịch đảo với khoảng cách đến cây gỗ lớn. Cách tiếp cận khoảng cách đường kính đã giả định rằng khả năng cạnh tranh của các cây tỷ lệ thuận với đường kính ngang ngực (D1.3) của chúng, và gián tiếp tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng. Nó chỉ loại bỏ ở một mức độ không đáng kể cách tiếp cận đường tròn ảnh hưởng, và một số tiếp cận trước đó có thể được coi giống như tiếp cận đường tròn ảnh hưởng. Tuy nhiên, nhiều áp dụng mới đây không làm những thử nghiệm trực tiếp để xác định vùng ảnh hưởng. Phương pháp tiếp cận bắt nguồn từ các nghiên cứu sinh thái về phân bố không gian của các quần thể. Clark and Evans (1954) [43] đã xem xét khoảng cách tới cây gần nhất và Thompson (1956) [104] đã xem xét khoảng cách trung bình tới những cây liền kề. Kennel (1966) [69] đã thực hiện các phân tích tương quan với sự cố gắng để làm sáng tỏ những cây nào là cây cạnh tranh có ý nghĩa nhất. Steneker and Jarvis (1963) (dẫn theo Jerom K. Vanclay [66]) đã xem xét một chỉ số trên cơ sở lấy tổng đường kính của các cây trong vùng ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ) chia cho khoảng cách từ cây mục tiêu (cây nghiên cứu). Stern (1966) [100] đã tính toán một chỉ số tương tự bằng cách lấy cả đường kính và tiết diện ngang chia cho hoặc khoảng cách hoặc khoảng cách bình phương trong đường tròn bán kính 5m. Stern, tương tự với Brown, đã quan tâm tới biểu hiện của kiểu gen (genotype) hơn là biểu hiện trực tiếp của sinh trưởng. Lemmon và Schumacher (1962a, b) [76] [77]
15 đã sử dụng điểm tiết diện ngang được xác định bằng máy đo góc, và đã xem xét một loạt các hệ số BAFs. Họ đã phát hiện ra rằng BAFs càng nhỏ thì mối quan hệ với sinh trưởng càng cao, và đề nghị rằng sự cạnh tranh tự nó có thể vượt quá một vùng được quan tâm. Một biến thể của Spur (1962) [96] [97] trong cách tiếp cận này đã sử dụng một số tuỳ ý các cây cạnh tranh đối diện với góc lớn nhất từ cây mục tiêu để tính ước lượng điểm của tiết diện cạnh tranh (theo tỷ trọng khoảng cách). Hegyi (1974) [58] đã sử dụng một chỉ số tương tự như của Steneker và Jarvis (1963), nhưng đã sử dụng đường kính tương đối (D cây cạnh tranh/D cây mục tiêu) và khoảng cách tới cây mục tiêu, cộng cho mỗi cây trong vùng ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ). Liu (1981) [79] đã sử dụng chỉ số của Hegyi trên cơ sở của đường kính tương đối và các khoảng cách nhưng việc tính toán được dựa vào 8 cây gần nhất với cây mục tiêu, bất chấp kích thước và khoảng cách của chúng. Deniels (1976) [44] cũng đã sử dụng tiếp cận của Hegyi, nhưng đã lựa chọn các cây cạnh tranh bằng việc sử dụng các góc (PPS) trong ô định vị. Adlard và Smith (1981) [26] đề xuất “mạng lưới tiết diện cây” nhận được từ mối liên hệ giữa độ lớn và khoảng cách của một số cây lý thuyết gần nhất. Nếu góc đối diện qua một cây cạnh tranh ở cây mục tiêu bằng góc đối diện qua cây mục tiêu ở cây cạnh tranh, thì sự cạnh tranh được giả định bằng 0. Nếu cây cạnh tranh nhỏ hơn một cách tương đối thì cạnh tranh không xảy ra, và nếu lớn hơn thì cạnh tranh diễn ra. Họ đã tính sự khác nhau trong bình phương đường kính của cây mục tiêu và cây cạnh tranh, chia cho bình phương khoảng cách bình, và cộng chỉ số này cho mỗi n cây lân cận gần nhất. Chỉ số này là âm nếu cây cạnh tranh là nhỏ hơn và là dương nếu cây cạnh tranh là lớn hơn cây mục tiêu. Kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng chỉ số này không tốt bằng các tiếp cận đa giác cây.
16 Các phương pháp tiếp cận theo khoảng cách chiều cao ít phổ biến hơn. Braathe (1980) [39] đã hiệu chỉnh chỉ số của Hegyi (1974) [58] sử dụng chiều cao tương đối thay vì đường kính. Monserud và Ek (1977) [85] đề xuất một chỉ số nhận được từ một hàm mũ của khoảng cách tương đối và độ rộng tán, có tính tỷ trọng của chiều cao tương đối và đã đạt được các kết quả tốt. Latham (1972) [72] đã đề xuất một phương pháp với giả thiết rằng vùng ảnh hưởng của một cây có thể được biểu diễn bởi một góc nghịch đảo lấy cây mục tiêu làm tâm điểm. Cặp lập thể của các ảnh hàng không có tỷ lệ theo chiều đứng lớn có thể được sử dụng để xác định các cây cạnh tranh, các cây liền kề mà tán của chúng nằm lọt trong hình nón này. Kết quả tương tự cũng có thể đạt được bằng việc đếm các góc thẳng đứng trong ô định vị (tỷ lệ thuận với chiều cao thay cho đường kính). Hatch et al. (1975) [57] đã đề xuất một chỉ số chứa đựng diện tích bề mặt tán nhận được ánh sáng trực tiếp và kích thước tương đối các của cây cạnh tranh, trong đó một cây cạnh tranh được định nghĩa là cây liền kề gần nhất trong trong một khu vực xác định bởi 16 rẽ quạt xuyên tâm. Việc tính toán diện tích bề mặt tán được phơi sáng này đã dựa vào một mô hình của Jahnke và Lawrence (1965) [64] và được giả thiết một độ nghiêng trung bình (510 độ) đối với ánh sáng mặt trời. Tán của 16 cây cạnh tranh được giả định là các góc hình nón, kích cỡ của chúng được xác định bằng độ rộng và độ sâu của tán. Beauregard (1976) [34] đã tính một chỉ số tầm nhìn tán đại diện cho tầm nhìn vòm trời đối với trung tâm của tán cây, dựa trên giả thuyết rằng khả năng cạnh tranh của một cây liên quan trực tiếp tới diện tích không bị che khuất của bề mặt tán. Solomon (1980) [95] đã sử dụng một chỉ số về số lượng tương đối của diện tích bề mặt tán tiềm năng biểu hiện bằng các cây cạnh tranh theo tỷ trọng tỷ lệ tương đối của tán lá.
17 Chỉ số cạnh tranh tương đối Một số chỉ số cạnh tranh tương đối phụ thuộc khoảng cách liên quan đã được công bố và những kết quả phản ánh cách tiếp cận thực nghiệm nhằm mô hình hoá thường rất phù hợp khi có nhiều dữ liệu. Các chỉ số cạnh tranh tương đối phù hợp có thể được tính dễ dàng như là tỷ số trong khoảng (0, 1) của chỉ số tuyệt đối của cây mục tiêu đến chỉ số tuyệt đối có tính giả thuyết cho một cây sinh trưởng ở khoảng trống tương đương. Tiếp cận vùng ảnh hưởng cạnh tranh (CIZ) của Newnham (1964) [87] [88] đã được thảo luận trên đây thể hiện tỷ lệ đường tròn của tán một cây bị chồng lên bởi các cây cạnh tranh (thường có giá trị từ 0 tới 1, nhưng cũng có thể lớn hơn 1 ở những nơi có nhiều hơn một cây cạnh tranh chồng lên nhau tại một điểm) và được Newnham sử dụng như là một chỉ số tương đối để giảm sinh trưởng tiềm năng của các cây. Tuy nhiên, Adlard và Smith (1981) [26] đã báo cáo rằng các cây bị chèn ép có thể tồn tại được với một CIZ bị chồng lên nhau gấp 5 lần hoặc nhiều hơn. Lin (1970) [78] đã tính tỷ số của đường kính tán với đường kính ngang ngực cho cả cây sinh trưởng ngoài trống và các cây bị chèn ép và đã thấy rằng nếu đường kính của một cây đối diện một góc lớn hơn 5,25 độ từ một điểm nào đó thì điểm đó nằm bên trong bán kính tán bị chèn ép của cây. Tương tự, nếu một góc đối diện nhỏ hơn 2,15 độ, thì điểm đó nằm bên ngoài bán kính tán cây sinh trưởng ngoài khoảng trống. Chỉ số cạnh tranh của Lin (chỉ số không gian dinh dưỡng) phản ánh cạnh tranh trung bình từ mỗi cung phần tư của cây mục tiêu. Trong mỗi phần tư, sự cạnh tranh được tính từ đường kính ngang ngực tương đối và góc đối diện của cây mà góc đối diện của nó có giá trị lớn nhất. Nếu góc đối diện nhỏ hơn 2,15, sự cạnh tranh được xem là không đáng kể (0, 0) và nếu lớn hơn 5,25 được xem là cạnh tranh hoàn toàn (1, 0).