Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Ứng dụng phương trình đường sinh lập biểu thể tích bộ phận thân cho một số loài cây rừng tự nhiên

Chia sẻ: Tri Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xây dựng một số cơ sở khoa học cơ bản để ứng dụng phương trình đường sinh lập biểu thể tích gỗ dưới cành và gỗ to thân cây cho một số loài cây rừng tự nhiên. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Ứng dụng phương trình đường sinh lập biểu thể tích bộ phận thân cho một số loài cây rừng tự nhiên

i MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................I DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... II DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. IV DANH MỤC CÁC HÌNH.................................................................................................... VI ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................................................................4 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ................................................................. 4 1.1.1. Trên thế giới ........................................................................................... 4 1.1.1.1. Nghiên cứu hình dạng thân cây............................................................ 4 1.1.1.2. Nghiên cứu về đƣờng sinh thân cây đối với loài cây gỗ...................... 6 1.1.2. Ở Việt Nam ........................................................................................... 10 1.1.2.1. Nghiên cứu hình dạng thân cây rừng Việt Nam ................................ 10 1.1.2.2. Nghiên cứu ứng dụng đƣờng sinh để lập biểu trong điều tra rừng .... 13 1.2. Đặc điểm đối tƣợng nghiên cứu ............................................................ 19 1.3. Giới hạn nghiên cứu ............................................................................... 20 1.4. Ý kiến thảo luận ..................................................................................... 21 Chƣơng 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........24 2.1. Mục tiêu................................................................................................... 24 2.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 24 2.2.1. Nghiên cứu hình dạng thân cây và bộ phận của thân cây ................ 24 2.2.2. Nghiên cứu qui luật độ cao tương đối gỗ to thân cây (h7%) ............. 24 2.2.3. Nghiên cứu qui luật độ cao tương đối gỗ dưới cành (hdc%) .............. 24 2.2.4. Lựa chọn phương pháp lập biểu v7 và vdc từ phương trình đường sinh thân cây ........................................................................................................... 25 2.2.5. Lập biểu thể tích gỗ dưới cành và gỗ to thân cây ............................... 25
ii 2.2.6. Kiểm nghiệm biểu................................................................................. 25 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................... 25 2.3.1. Quan điểm phương pháp luận............................................................. 25 2.3.2. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu ............................................... 27 2.3.2.1. Phƣơng pháp thu thập ........................................................................ 27 2.3.2.2. Phƣơng pháp xử lý số liệu.................................................................. 29 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ................................................39 3.1. Khái quát về số liệu nghiên cứu ............................................................. 39 3.2. Nghiên cứu hình số tự nhiên.................................................................. 42 3.2.1. Nghiên cứu qui luật hình số tự nhiên gỗ dưới cành (f01.dc) ............... 43 3.2.1.1. Quy luật phân bố số cây theo hình số tự nhiên gỗ dƣới cành (N/f01dc) ......................................................................................................................... 43 3.2.1.2. Kiểm tra sự phụ thuộc hình số tự nhiên dƣới cành vào yếu tố loài cây ......................................................................................................................... 46 3.2.1.3. Nghiên cứu mối quan hệ của hình số tự nhiên dƣới cành với hình số tự nhiên thân cây (f01.dc- f01) ........................................................................... 48 3.2.2. Nghiên cứu qui luật hình số tự nhiên gỗ to (f01.7) .............................. 53 3.2.2.1. Quy luật phân bố số cây theo hình số tự nhiên gỗ to (N/f01.7) ........... 53 3.2.2.2. Kiểm tra sự phụ thuộc hình số tự nhiên gỗ to vào yếu tố loài cây .... 55 3.2.2.3. Nghiên cứu mối quan hệ của hình số tự nhiên gỗ to với hình số tự nhiên thân cây (f01.7 - f01) ................................................................................ 56 3.3. Nghiên cứu một số qui luật độ cao tƣơng đối bộ phận thân cây (hdc% và h7%) ........................................................................................................... 60 3.3.1. Độ cao tương đối dưới cành (hdc%) các loài cây nghiên cứu ............ 60 3.3.1.1. Quy luật phân bố số cây theo độ cao tƣơng đối dƣới cành (N/hdc%) 60 3.3.1.2. Kiểm tra sự phụ thuộc độ cao tƣơng đối dƣới cành vào yếu tố loài cây ................................................................................................................... 62 3.3.1.3. Nghiên cứu mối quan hệ của độ cao tƣơng đối dƣới cành với đƣờng kính ngang ngực và chiều cao men thân (hdc% - d1.3 và hdc% - h) ................. 63
iii 3.3.2. Đặc điểm độ cao tương đối gỗ to (h7%) thân cây ............................... 66 3.3.2.1. Quy luật phân bố số cây theo độ cao tƣơng đối (N/h7%) ................. 66 3.3.2.2. Kiểm tra sự phụ thuộc độ cao tƣơng đối gỗ to vào yếu tố loài cây 68 3.3.2.3. Nghiên cứu mối quan hệ của độ cao tƣơng đối gỗ to với đƣờng kính ngang ngực và chiều cao men thân (h7% - d1.3 và h7% - h) ............................ 69 3.3.2.4. Xác lập quan hệ h7% với d1.3 hoặc h thân cây.................................. 71 3.4. Đề xuất phƣơng pháp lập biểu thể tích dƣới cành và thể tích gỗ to thân cây từ phƣơng trình đƣờng sinh đã có ............................................... 74 3.4.1. Phương pháp 1 ..................................................................................... 74 3.4.2. Phương pháp 2 ..................................................................................... 74 3.4.3. Lựa chọn phương pháp lập biểu thể tích dưới cành và gỗ to thân cây . 75 3.5. Lập biểu thể tích dƣới cành và thể tích gỗ to thân cây rừng tự nhiên............... 77 3.6. Kiểm nghiệm, đánh giá và hƣớng dẫn sử dụng biểu .......................... 80 3.6.1. Kiểm tra biểu ........................................................................................ 80 3.6.1.1. Kiểm tra tính thích ứng của phƣơng pháp lập biểu............................ 80 3.6.1.2. Kiểm nghiệm sai số của biểu khi sử dụng trong thực tiễn ................. 81 3.5.2. Hướng dẫn sử dụng biểu ..................................................................... 83 3.5.2.1. Sử dụng biểu xác định trữ lƣợng gỗ dƣới cành, gỗ to lâm phần........ 83 3.5.2.2. Sử dụng biểu để xác định tổng thể tích gỗ dƣới cành hoặc gỗ to của một tập hợp (n) cây đứng trong lâm phần ....................................................... 83 3.5.2.3. Sử dụng biểu để xác định thể tích dƣới cành và gỗ to 1 cây cá lẻ .... 83 Chƣơng 4. KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ...............................................85 4.1. Kết luận ................................................................................................... 85 4.2. Tồn tại...................................................................................................... 86 4.3. Kiến nghị ................................................................................................. 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
i LỜI NÓI ĐẦU Luận văn với đề tài “Ứng dụng phương trình đường sinh lập biểu thể tích bộ phận thân cho một số loài cây rừng tự nhiên” đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Lâm nghiệp theo chƣơng trình đào tạo cao học lâm nghiệp khóa 15 (2007 -2009). Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ của: Ban giám hiệu, Khoa Đào tạo Sau đại học và các thầy cô giáo trƣờng Đại học Lâm nghiệp, tập thể cán bộ công nhân viên Viện nghiên cứu cây nguyên liệu giấy Phú Thọ. Nhân dịp này cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến các Thầy, Cô giáo đã giảng dạy tôi sau nhiều năm ngồi trên ghế nhà trƣờng. Đặc biệt là TS. Phạm Ngọc Giao - ngƣời hƣớng dẫn khoa học - đã tận tình giúp đỡ và có những ý kiến chỉ dẫn quý báu, dành những tình cảm tốt đẹp cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn. Qua quá trình làm việc khẩn trƣơng và nghiêm túc, tôi xin cam đoan số liệu trong luận văn là trung thực không sao chép của bất kỳ tác giả nào. Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, nhƣng chắc chắn luận văn còn tồn tại nhiều thiếu sót, hạn chế. Rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quí báu từ các nhà khoa học, từ bạn bè và đồng nghiệp để luận văn thêm hoàn thiện và có thể ứng dụng vào thực tiễn. Cuối cùng kết quả này một phần đƣợc dành cho gia đình, nguồn cổ vũ tinh thần và mong muốn kết quả tốt đẹp nhất Hà Nội, tháng 10 năm 2009 Tác giả Lê Thị Yến
ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT d1.3 Đƣờng kính ngang ngực d01 Đƣờng kính ở vị trí 1/10 thân cây h Chiều cao thân cây hdc Chiều cao dƣới cành h7 Chiều cao gỗ to vcv Thể tích thân cây cả vỏ v7 Thể tích gỗ to thân cây vdc Thể tích gỗ dƣới cành h7% Độ cao tƣơng đối gỗ to Độ cao tƣơng đối bình quân gỗ to hdc% Độ cao tƣơng đối dƣới cành Độ cao tƣơng đối bình quân dƣới cành f01 Hình số tự nhiên f01.7 Hình số tự nhiên gỗ to Hình số tự nhiên bình quân gỗ to Hình số tự nhiên bình quân dƣới cành f01.dc Hình số tự nhiên dƣới cành f1.3 Chỉ số hình dạng thân cây (hình số thƣờng) η Tỷ tƣơng quan η2 Tỷ tƣơng quan bình phƣơng Fη,r, Fr Tiêu chuẩn F của Fisher
iii ln Lôgarit cơ số e n Dung lƣợng quan sát R Hệ số tƣơng quan R2 Hệ số xác định của phƣơng trình qh2 Hệ số bạnh Hohenald Trị số bình quân của đại lƣợng quan sát S2 Phƣơng sai mẫu S Sai tiêu chuẩn Sk Độ lệch phân bố Ex Độ nhọn S% Hệ số biến động P% Hệ số chính xác Δ% Sai số tƣơng đối Sai số bình quân χ2b, χ2 Tiêu chuẩn χ2 Pearson Sa Sai số hệ số tự do a Sb Sai số hệ số hồi qui b Tổ HD Tổ hình dạng
iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Phiếu điều tra cây ngả 28 Bảng 2.2 Tài liệu cơ sở loài cây 29 Bảng 3.1 Khái quát về số liệu nghiên cứu 39 Bảng 3.2 Danh sách phân loại và chia tổ hình dạng của 15 loài 41 Bảng 3.3 Các đặc trƣng mẫu - Kết quả mô hình hóa quy luật 45 phân bố N /f01.dc theo hàm Weibull Bảng 3.4 Kiểm tra sai dị của f01.dc giữa 15 loài nghiên cứu 47 Bảng 3.5 Kiểm tra mối quan hệ giữa f01.dc với f01 49 Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả phân tích và kiểm tra tồn tại tƣơng 51 quan dạng f01.dc = a + b*f01 Bảng 3.7 Kiểm tra sự thuần nhất các phƣơng trình tƣơng quan 52 giữa f01.dc với f01 Bảng 3.8 Các đặc trƣng mẫu - Kết quả mô hình hóa quy luật 54 phân bố N/f01.7 theo hàm Weibull Bảng 3.9 Kiểm tra sai dị của f01.7 giữa 15 loài nghiên cứu 55 Bảng 3.10 Kiểm tra mối quan hệ giữa f01.7 và f01 56 Bảng 3.11 Tổng hợp kết quả phân tích và kiểm tra tồn tại tƣơng 58 quan dạng f01.7 = a + b*f01 Bảng 3.12 Kiểm tra sự thuần nhất các phƣơng trình tƣơng quan 59 giữa f01.7 với f01
v Bảng 3.13 Các đặc trƣng mẫu - Kết quả mô hình hóa quy luật 61 phân bố N/hdc% theo hàm Weibull Bảng 3.14 Kiểm tra sai dị của hdc% giữa 15 loài nghiên cứu 63 Bảng 3.15 Khẳng định mối quan hệ và tồn tại tỷ tƣơng quan của 64 hdc% với d1.3 và hdc% với h Bảng 3.16 Quan hệ giữa hdc% với d1.3 và h cho một số loài cây 65 Bảng 3.17 Các đặc trƣng mẫu - Kết quả mô hình hóa quy luật 67 phân bố N / h7% theo hàm Weibull Bảng 3.18 Kiểm tra sai dị của h7% giữa 15 loài nghiên cứu 68 Bảng 3.19 Kiểm tra sự phụ thuộc của h7% vào d1.3 và h thân cây 70 Bảng 3.20 Tƣơng quan h7% = a + b*d1.3 + c*d1.3 cho 15 loài 72 nghiên cứu Bảng 3.21 Tƣơng quan h7% = a + b*ln(h) cho 15 loài nghiên cứu 73 Bảng 3.22 Kết quả về giá trị bình quân của hình số tự nhiên (f01, 78 f01.dc, f01.7 ) của các tổ hình dạng Bảng 3.23 Biểu thể tích dƣới cành, thể tích gỗ to và thể tích thân 79 cây đứng rừng tự nhiên - tổ hình dạng 3 (trích đoạn) Bảng 3.24 Kiểm tra tính hợp lý của phƣơng pháp lập biểu 80 Bảng 3.25 Sai số xác định vdc và v7 từ biểu thể tích mới lập 81
vi DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1 Phƣơng pháp chia đoạn để đo cây tiêu chuẩn 27 Hình 3.1 Biểu đồ phân bố N / f01.dc của loài cây Bời Lời, Kiền Kiền, 44 Hoàng Mang, Lim Xanh. Hình 3.2 Biểu đồ đám mây biểu thị mối quan hệ của f 01.dc - f01 loài Bời 50 Lời, Hoàng mang, Kiền Kiền và Lim Xanh Hình 3.3 Biểu đồ phân bố N/f01.7 của loài cây Bời Lời và Lim Xanh 53 Hình 3.4 Biểu đồ đám mây biểu thị mối quan hệ của f 01.7 - f01 loài Bời 57 Lời và Lim Xanh Hình 3.5 Biểu đồ phân bố N/hdc% của loài cây Bời Lời và Lim Xanh 61 Hình 3.6 Biểu đồ phân bố N/h7% của loài cây Kiền kiền, Lim xanh, 66 Máu Chó và Re Hình 3.7 Biểu đồ đám mây biểu thị mối quan hệ của (h 7% - d1.3) và 71 (h7% - h) loài cây Hoàng Mang và Lim Xanh
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Một trong những mục tiêu và nhiệm vụ của điều tra rừng là đánh giá đƣợc số lƣợng và chất lƣợng tài nguyên gỗ của rừng. Theo Phạm Ngọc Giao (2004) [4] số lƣợng tài nguyên gỗ đƣợc biểu thị thông qua một nhân tố tổng hợp là trữ lƣợng cây đứng (có d1.3 ≥ 6 cm), còn chất lƣợng đƣợc đánh giá qua nhân tố trữ lƣợng sản phẩm mà rừng có thể cung cấp đƣợc. Ở rừng tự nhiên nhiệm vụ thứ nhất đã đƣợc khoa học điều tra rừng giải quyết tƣơng đối toàn diện thể hiện qua biểu thể tích toàn quốc (biểu thể tích 2 nhân tố thân cây cả vỏ lập cho tổ loài cây có hình dạng thuần nhất và sử dụng cho toàn quốc). Biểu này đƣợc GS.TSKH Nguyễn Ngọc Lung và các cộng sự thuộc Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam xây dựng trên cơ sở ứng dụng và phát triển phƣơng pháp hệ đƣờng sinh thân cây do GS.TSKH Đồng Sỹ Hiền đề xuất vào những năm đầu thập niên 70 của thế kỷ 20. Nhiệm vụ xác định trữ lƣợng sản phẩm cho đến nay còn chƣa đƣợc giải quyết cả về mặt lí luận và thực tiễn. Tồn tại này khiến cho số liệu điều tra rừng công bố theo định kỳ hoặc hàng năm còn thiếu đầy đủ và chƣa đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn, đặc biệt khi cần lập các kế hoạch sản xuất và điều chế rừng, định giá rừng... Nguyên nhân của hạn chế này là chƣa lập đƣợc biểu sản phẩm (một công cụ không thể thiếu đƣợc) cho rừng hỗn giao khác tuổi. Nhƣ đã biết thân cây gỗ là tổ hợp của nhiều bộ phận, mỗi bộ phận có kích thƣớc, hình dạng, phẩm chất và giá trị sử dụng khác nhau. Biểu sản phẩm chính là một loại biểu không chỉ cho thể tích của thân cây mà quan trọng hơn là thể tích của từng bộ phận của cây phù hợp với tiêu chuẩn qui định thống nhất của quốc gia. Việc lập biểu sản phẩm cho cây rừng tự nhiên đến nay còn chƣa giải quyết đƣợc những vấn đề về lí luận và thực tiễn do sự phức tạp của qui luật kết cấu sản phẩm của lâm phần hỗn giao, khác tuổi lại đã bị tác động bất qui tắc lâu dài của con ngƣời.
2 Tuy nhiên thực tiễn cũng cho thấy một thân cây gỗ sinh trƣởng phát triển bình thƣờng là tổng hợp của ba bộ phận: Thân dƣới cành, thân trong tán và ngọn cây. Thể tích ba bộ phận này tùy thuộc vào kích thƣớc và hình dạng mà không bị chi phối bởi các yếu tố phẩm chất và tiêu chuẩn qui định cứng nhắc của con ngƣời nhƣ sản phẩm gỗ đã đề cập ở trên. Theo Nguyễn Ngọc Lung (1971) [8] chiều cao gỗ dƣới cành chỉ bằng 20 - 28% chiều cao nhƣng chiếm 60 - 90% thể tích thân cây và là bộ phận chủ yếu tạo ra các sản phẩm gỗ tròn kích thƣớc lớn hiện nay. Theo Phạm Ngọc Giao (2004) [4] gỗ to thân cây thƣờng chiếm hơn 90% thể tích thân cây và là bộ phận chủ yếu tạo ra các sản phẩm khi khai thác cây gỗ. Trong bối cảnh chƣa có biểu sản phẩm cho rừng tự nhiên, việc xác định thể tích gỗ dƣới cành hoặc gỗ to thân cây là đòi hỏi bức thiết của thực tiễn điều tra rừng và có thể xem nhƣ là một giải pháp tình thế hiện nay. Cũng vì lẽ đó khi lập một biểu thể tích thân cây ngƣời ta thƣờng đồng thời công bố những số liệu cho phép xác định thể tích của các bộ phận nói trên (thể tích dƣới cành, thể tích gỗ to của thân cây). Trong cuốn Sổ tay điều tra quy hoạch rừng (1995) [14] đã công bố chỉ tiêu tỷ lệ chiều cao đoạn gỗ dƣới cành (Pht%) và tỉ lệ thể tích đoạn thân dƣới cành (Pvdc%) cho 75 loài cây các tỉnh phía Bắc, 19 loài cây vùng Duyên Hải Trung Bộ, 23 loài vùng Tây Nguyên và 21 loài Đông Nam Bộ. Tuy nhiên số liệu này mới chỉ đúc kết trên cơ sở tính toán trị số bình quân giản đơn ở một dung lƣợng mẫu thực nghiệm có hạn nên khi sử dụng trong thực tiễn còn có những băn khoăn nhất định. Chẳng hạn tính đại diện của các trị số này nhƣ thế nào? Chúng có phụ thuộc vào kích thƣớc (đƣờng kính ngang ngực và chiều cao thân cây) hay không? Sai số khi sử dụng để xác định thể tích thân cây dƣới cành là bao nhiêu?... Phạm Thế Anh (2008) [1] đã kiểm tra 32 cây Lim Xanh, 33 cây Táu Mật và cho biết sai số bình quân khi dùng phƣơng pháp này xác định thể tích
3 dƣới cành một cây riêng lẻ là 17,6% và 24%. Chúng tôi cũng kiểm nghiệm ở 50 cây Dẻ, 50 cây Dung, 72 cây Lim Xanh, 38 cây Sến Mật, 31 cây Trƣờng Mật và 41 cây Vên Vên thấy sai số lần lƣợt là: 23,4%, 18,9%, 25,1%, 18,5%, 63,6% và 17,1%. Khi xác định tổng thể tích dƣới cành của hàng loạt thân cây, sai số tƣơng ứng của các loài cây nêu trên lần lƣợt là: 10,8%, 6,2%, 18,7%, 9,8%, -25,7% và 5,8%. Nhìn chung các kết quả kiểm tra đều cho thấy sai số vƣợt quá giới hạn cho phép thƣờng dùng trong thực tiễn là 1,96) trong tất cả các loài cây kiểm tra. Trƣớc thực trạng trên, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn quyết định phải xây dựng biểu thể tích thân, cành, ngọn mới cho rừng tự nhiên và nhiệm vụ này đƣợc giao cho các nhà khoa học thuộc trƣờng Đại học lâm nghiệp thực hiện từ năm 2009. Nhằm góp phần định hƣớng giải quyết vấn đề nêu trên, đề tài “Ứng dụng phƣơng trình đƣờng sinh lập biểu thể tích bộ phận thân cho một số loài cây rừng tự nhiên” đƣợc lựa chọn nghiên cứu và có thể xem là một công trình nhỏ góp phần từng bƣớc hoàn thiện biểu thể tích đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn công tác điều tra rừng tự nhiên hiện nay.
4 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Nghiên cứu về hình dạng và đƣờng sinh thân cây rừng làm cơ sở khoa học phục vụ công tác điều tra, kinh doanh rừng hiệu quả. Rất nhiều tác giả trong và ngoài nƣớc đã nghiên cứu lĩnh vực này cho các đối tƣợng, bằng các phƣơng pháp khác nhau và nhằm các mục đích khác nhau. Vì vậy, trong khuôn khổ một đề tài thạc sỹ, tác giả chỉ khái quát một số công trình tiêu biểu trong và ngoài nƣớc có liên quan tới nội dung nghiên cứu của đề tài để làm cơ sở định hƣớng cho việc lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu. 1.1.1. Trên thế giới 1.1.1.1. Nghiên cứu hình dạng thân cây Thân cây rừng là một khối lập thể và trong thực tiễn cũng đã gặp nhiều trƣờng hợp các cây rừng có kích thƣớc cơ bản giống nhau (cùng chiều cao và cùng đƣờng kính lấy ở vị trí quy chuẩn nào đó, ví dụ ở cách gốc cây 1,3m), song thể tích của chúng lại rất khác nhau. Vì vậy có thể nói: “Trong mối liên hệ nhất định giữa chiều cao với đường kính, hình dạng trở thành nhân tố quyết định thể tích thân cây rừng” Vũ Tiến Hinh - Phạm Ngọc Giao (1997) [6] là cơ sở khoa học của Điều tra rừng. -Về hình dạng tiết diện ngang thân cây, rất nhiều các tác giả nhƣ: X.R. Oxetrov, I.IA. Đobrovlianxki, H.Beckman, B.Matem, H.E. Wolff, O. Wiilfing… đã đi tìm sai số tƣơng đối khi tính diện tích tiết diện ngang bằng những công thức đơn giản từ đó rút ra kết luận: Trong khoa học đo cây có thể coi tiết diện ngang là hình tròn và thân cây hoặc bộ phận của nó đƣợc xem nhƣ các thể hình học tròn xoay đầy hay cụt - Phạm Ngọc Giao (2004)[5]
5 - Về hình dạng tiết diện dọc thân cây đƣợc nhiều tác giả quan tâm và kết quả đạt đƣợc cũng rất phong phú, đa dạng: + Một số tác giả nhƣ: A.Shiffel (1899-1902), W.Hohenadl (1922- 1923), N.V.Tretiakov (1952) nghiên cứu hình dạng tiết diện dọc bằng cách trực tiếp biểu thị hình dạng thân cây thông qua việc so sánh đƣờng kính đo ở các vị trí khác nhau trên thân cây với một đƣờng kính lấy ở vị trí nào đó trên phần gốc cây làm chuẩn. + Các tác giả Mendeleev (1899), Belanovxki (1917), Wimmonauer (1918), Miller (1960), Wanthoz (1964), Giurgiu (1963), Heijbel (1965), Ozumi (1965)… không đi vào nghiên cứu những nguyên nhân phức tạp tác động đến hình dạng thân cây mà trên cơ sở nhìn nhận kết quả tổng hợp hình thành nên thân cây để đặt mục tiêu xác định dạng đƣờng sinh của nó. + Zakharov V. K (1955, 1957, 1958, 1961, 1965) khi nghiên cứu liên hệ giữa các nhân tố hình dạng tƣơng đối (hình số và hệ số thon tự nhiên) với các nhân tố đƣờng kính, chiều cao cho các loài cây chính của Belorussi đã nhận thấy chúng không có sự phụ thuộc vào nhau. Nghiên cứu của các tác giả Floreseu I. (1964), Heger L. (1965) cũng cho kết luận tƣơng tự (theo Đồng Sỹ Hiền (1971) [7]). + Dittmar (1958) thấy rằng có trƣờng hợp hình số tự nhiên không phụ thuộc vào đƣờng kính ngang ngực, nhƣng cũng có những trƣờng hợp lại phụ thuộc, chủ yếu là rừng non, rừng nhiều tầng hoặc chăm sóc kém không thuần nhất về đƣờng kính và chiều cao. Các nghiên cứu của Altherr (1953, 1963), Krauter G. (1961) cũng cho kết luận có sự phụ thuộc giữa hình số tự nhiên và đƣờng kính ngang ngực (theo Đồng Sỹ Hiền (1971) [7]). + Grochowski J. (1962) khi nghiên cứu lâm phần Thông rụng lá nhận thấy hình số tự nhiên có liên hệ với chiều cao. Còn tác giả Glazov N. M. (1963) khi nghiên cứu loài Thông rụng lá ở vùng Amour đã phủ nhận quan điểm của
6 Zakharov V. K. và khẳng định rằng hệ số thon tự nhiên có phụ thuộc vào đƣờng kính. Những kết luận khác nhau của các tác giả nói trên có khi trái ngƣợc hẳn với nhau về tính độc lập của hình số và hệ số thon tự nhiên, có thể làm cho chúng ta phân vân và cho thấy rõ ràng không thể chấp nhận bất kỳ một quan điểm nào một cách giản đơn, mà phải tiến hành nghiên cứu và tìm ra các quy luật. 1.1.1.2. Nghiên cứu về đường sinh thân cây đối với loài cây gỗ Khi nghiên cứu về tiết diện ngang, tiết diện dọc thân cây, các tác giả đã đi đến kết luận nhƣ sau: “Trong nhiều trường hợp có thể coi tiết diện ngang thân cây là hình tròn và thân cây như một thể tròn xoay mà đường sinh là giới hạn của mặt cắt dọc thân cây và trục xoay của nó là trục của thân cây theo chiều cao. Nếu biết được phương trình đường sinh thì vấn đề xác định thân cây trở thành bài toán trong hình học phẳng với những phép tính chính xác và giản đơn" Phạm Ngọc Giao (2004) [5] Nhƣ đã biết, phƣơng trình tổng quát đƣờng sinh của khối hình học tròn xoay có dạng: ya = c xb (1.1) Trong đó: - y là bán kính - x là khoảng cách từ ngọn cây đến bán kính y - a, b là số mũ tƣơng ứng của y và x, - c là hệ số của phƣơng trình. Theo Vũ Tiến Hinh - Phạm Ngọc Giao (1997) [6] phƣơng trình thích hợp cho thân cây gỗ là: y2 = A.xm (1.2) Trong đó: - y là đƣờng kính, bán kính hoặc hệ số thon ở vị trí bất kỳ trên thân cây.
7 - x là độ cao tƣơng ứng của y tính từ ngọn cây - A là hệ số của phƣơng trình Tùy theo m = 0; 1; 2; 3 mà có phƣơng trình đƣờng sinh là thể viên trụ, paraboloit bậc 2, nón hay neiloid. Từ lâu ngƣời ta đã cố gắng tiếp cận đƣờng sinh thân cây bằng một hàm toán học, trong đó có các tác giả A.G H jer (1903), T. Jonhnson (1911), L Tiren (1922); W, Hohenadl (1924); H.Ptherson (1926); C.E.Behte (1927); I. Heijbel (1928); H.E.Wolff, V.Wiiejing (1930,1933); V.Edgren và P. Nylinder (1949). - Mendeleev D.I (1899), Belanovxki I.G (1917) và Wimmenauer K (1918) đã định dạng phƣơng trình đƣờng sinh và biểu thị nó bằng phƣơng trình toán học, xem đƣờng kính y nhƣ là một hàm của chiều cao x: Y = F(x) (1.3) Mendeleev D.I, Belanovxki I.G đã biểu thị hàm (1.3) dạng bậc 2 và 3 còn Wimmenauer K đề nghị biểu thị hàm (1.2) dạng bậc 4. Y = a + bx + cx2 (1.4) Y = a + bx + cx2 + dx3 (1.5) Y = a + bx + cx2 + dx3 + ex4 (1.6) Do các phƣơng trình toán học thƣờng rất cứng nhắc nên việc sử dụng để xác định đƣờng kính ở các vị trí trên cao thƣờng mắc sai số đáng kể. Việc tính toán tốn nhiều công thức, thời gian cũng là một nhƣợc điểm đáng lƣu ý. - Wauthoz (1961) đã xây dựng phƣơng pháp xác định thể tích thân cây và lập biểu thể tích thân cây đƣợc tính nhƣ sau: V= (1.7) Trong đó: g0 là tiết diện ngang ở cổ rễ thân cây. - Heijbel. I (1965), ở Thụy Điển đã sử dụng 3 phƣơng trình kết hợp lại tiếp cận phƣơng trình đƣờng sinh thân cây.
8 n = i - Ktg. [K( n - i)] (1.8) Trong đó: - n là hệ số độ thon tự nhiên: n= ; - n là chiều cao tƣơng đối: n = ; - K, i, i: là những hệ số cố định. Khi đó thể tích cơ bản sẽ là: 2 Vg = i - Ktg. [ K( n - i)] }.dn (1.9) - Petrovxki. V.S (1963, 1964) ở Liên Xô cũ, biểu thị quan hệ đƣờng kính lấy ở vị trí bất kỳ với khoảng cách L từ đƣờng kính đó đến gốc bằng phƣơng trình Parabol sau: X2 = 2.P.(y - h) (1.10) Trong đó: - P là thông số tiêu đỉnh của đƣờng sinh; - X, y lần lƣợt là tọa độ parabol; - H là chiều cao của thân bớt đi 1m. Từ đó thể tích thân cây đƣợc xác định theo công thức cơ bản sau: V= = .M .H (1.11) Trong đó: M tùy thuộc vào loài cây. Nhìn chung các nghiên cứu về phƣơng trình đƣờng sinh đã đạt đƣợc những kết quả nhất định. Tuy nhiên, các kết quả trên mới chỉ ứng dụng cho một số loài cây gỗ cụ thể nào đó chứ chƣa có đúc kết thành một hƣớng đi chung cho nhiều loài cây rừng. Đồng thời các kết quả đó chỉ phù hợp cho những loài ở châu Âu. Còn những loài khác ở rừng nhiệt đới chƣa có nghiên cứu nhiều. Chỉ khi xuất hiện máy tính tốc độ cao mới cho phép kiểm tra phƣơng trình đƣờng sinh bằng các tiêu chuẩn thống kê và tạo khả năng ứng dụng
9 đƣờng sinh trong thực tiễn điều tra. Trong đó J. Fries và B. Mate,rn (1965) đã đƣa ra một hệ phƣơng trình đƣờng sinh cho loài Cáng Lò. Trọng tâm của hệ thống này là tạo ra một đa thức bậc cao (có thể tới bậc thứ 58). Biến phụ thuộc là d và biến độc lập là độ cao tƣơng ứng với những bậc khác nhau kể từ x = 0 (ngọn cây) đến x = 1 (mặt đất). Trị số x = 0,99 biểu thị vị trí chuẩn của mặt cắt gốc chặt. Chỉ với bậc 3 là có thể thỏa mãn khi biểu diễn hình dạng của thân cây. - D. Bruce, R.O Cuttis và C. Van Coevering (1968) đã dùng một đa thức bậc rất cao để biểu thị đƣờng sinh loài Thông đỏ. Để biểu diễn đƣờng sinh thân cây, họ dùng đến bậc 40 cho trị số x, với x đƣợc tính bằng: x= (1.12) Trong đó: - H là chiều cao thân cây - Hm là chiều cao đo bằng đơn vị "foot" (ft) Ngƣời ta cũng chọn biến phụ thuộc là tỷ số của đƣờng kính bất kỳ bình phƣơng (bib)2 với đƣờng kính ở vị trí chuẩn bình phƣơng (dbhs ob)2 ( tức là đƣờng kính ngang ngực ). - A. Kozak, D.D Munro và J.D. Smith (1969) cho rằng có thể dùng phƣơng trình đơn giản hơn cũng đã đảm bảo mô tả đƣờng sinh thân cây. Qua nghiên cứu họ đã chọn hàm Parabol bậc 2 nhƣ sau: (1.13) Trong đó: - d là đƣờng kính ở vị trí bất kỳ trên thân cây tính bằng ft - h là độ cao của d tính từ mặt đất - D là đƣờng kính ngang ngực tính bằng in - H là Chiều cao thân cây tính bằng foot - bo, b1, b2 là các hệ số hồi qui
10 Dạng phƣơng trình này đƣợc dùng cho 19 loài cây và nhóm loài cây ở Columbia thuộc Anh. Với nhóm 9 loài cây, phƣơng trình này cho phép tìm d với sai số < 1in, còn 1 nhóm 6 loài khác < 1,5in. Sai số hệ thống trung bình khi xác định d ở 0,7H dao động trong khoảng từ - 0,7in (loài Linh Sam đỏ ven biển) đến +1,39in (Loài Tuyết tùng ven biển) và với nhóm 9 loài cây sai số ≤ 0,25in. - K. Pfeiffe (1967) cho rằng với thân cây nhìn thấy rõ nếu đo d ở các độ cao khác nhau bằng thƣớc Barr và Stroud cũng mắc sai số từ 0,25 0,5in so với trị số thực. Căn cứ vào đó A. Kozak, D.D Munro và J.D. Smith thừa nhận rằng không cần phải đo hoặc ƣớc lƣợng đƣờng kính dƣới cành (dbole) mà có thể tính qua phƣơng trình đƣờng sinh sẽ đơn giản và đỡ tốn kém hơn nhiều. Theo Loetsch, Z hrer, Haller (1973) nếu sử dụng phƣơng trình đƣờng sinh trong kiểm kê tài nguyên rừng thì việc trƣớc tiên là cần biết sai số vốn có của nó là bao nhiêu. Nếu vậy sai số cho việc sử dụng đƣợc thể hiện ở độ chính xác định đƣờng kính ở vị trí nhỏ nhất đƣợc qui định trƣớc hoặc độ cao khác nhau trên cây sẽ quyết định sai số thể tích khi tích phân phƣơng trình đƣờng sinh. Khi chia thân cây thành 3 phần (gốc, thân, ngọn) và lập phƣơng trình đƣờng sinh riêng cho từng bộ phận thì kết quả sẽ chính xác hơn. Ở các nƣớc nhiệt đới việc lập phƣơng trình đƣờng sinh cho bộ phận thân cây từ gốc chặt đến vị trí dƣới cành có thể đảm bảo thõa mãn trong kiểm kê tài nguyên rừng. 1.1.2. Ở Việt Nam 1.1.2.1. Nghiên cứu hình dạng thân cây rừng Việt Nam Hình dạng thân cây gỗ rừng tự nhiên Việt Nam đƣợc bắt đầu nghiên cứu từ giữa thập niên 50 của thể kỷ 20. Năm 1956 - 1958 các chuyên gia Cộng hòa dân chủ Đức (nay là Cộng hòa liên bang Đức) đã nghiên cứu đặc
11 điểm hình dạng của 6 loài cây thƣờng gặp ở các tỉnh phía Bắc thông qua chỉ tiêu hình số f01 sử dụng rộng rãi ở nƣớc Đức. Các tác giả kết luận về cơ bản hình dạng thân cây các loài cây khác nhau là thuần nhất với nhau và lấy đó làm tiền đề lập biểu thể tích chung cho các loài cây rừng tự nhiên (Biểu thể tích tạm thời nƣớc Việt Nam Dân chủ cộng hòa). Năm 1962 - 1964, đoàn chuyên gia Trung Quốc đã sử dụng chỉ tiêu q2/1 của Tretchiacov để nghiên cứu hình dạng thân cây làm cơ sở lập biểu thể tích theo cấp chiều cao rừng tự nhiên khu sông Hiếu - Nghệ Tĩnh (theo Đồng Sỹ Hiền (1971) [7]). Kết quả kiểm tra sai dị bình quân ở 24 loài cây thƣờng gặp bằng tiêu chuẩn t của Student các tác giả cũng kết luận là thuần nhất. từ đó đã lập biểu thể tích thân cây đứng theo cấp chiều cao vùng lƣu vực Sông Hiếu - Nghệ An và còn đƣợc sử dụng cho đến ngày nay. Cũng trong thời gian này, rút kinh nghiệm của các tác giả đi trƣớc, Đồng sỹ Hiền và các cộng sự thuộc tổ lập biểu Viện khoa học lâm nghiệp đặt vấn đề nghiên cứu sâu sắc và toàn diện hơn về hình dạng thân cây thân cây rừng Việt Nam từ nguồn tài liệu thực nghiệm phong phú, bằng phƣơng pháp nghiên cứu khoa học và hiện đại các tác giả đã rút ra những kết quả có tính định hƣớng cho khoa học điều tra rừng Việt Nam đó là: - Dãy số thon của Hohenalld thể hiện trung thực và toàn diện hình dạng thân cây gỗ rừng Việt Nam và đồng thời là tài liệu cơ sở tốt nhất để lập phƣơng trình đƣờng sinh thân cây. - Hình số tự nhiên (f01) là chỉ tiêu cô đọng biểu thị trung thực hình dạng thân cây, đại lƣợng này chính bằng tích phân của phƣơng trình đƣờng sinh thân cây đã nói trên. - Hình dạng trung bình của một loài cây thể hiện ở sự ổn định của dãy số thon, bậc và vị trí điểm uốn phƣơng trình đƣờng sinh cũng nhƣ hình số tự nhiên bình quân của loài đó. - Hình dạng thân cây rừng Việt Nam phụ thuộc chủ yếu vào loài, phụ thuộc không đáng kể vào yếu tố địa phƣơng.