TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trên thế giới
1.1.1 Về tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao
Thể tích và trữ lượng gỗ, tính bằng mét khối (m³), là chỉ số quan trọng để đánh giá tài nguyên rừng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ Mặc dù thân cây thường được xem là khối hình học tròn xoay, việc đo kích thước và hình dạng của cây đứng thực tế gặp nhiều khó khăn, khiến việc xác định thể tích bằng công thức hình học trở nên phức tạp Để khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng các bảng tra thể tích dựa trên đường kính chuẩn, chiều cao và hình dạng của cây, được gọi là biểu thể tích Khoa học Điều tra rừng đã xác định rằng thể tích của thân cây hoặc bộ phận thân cây có thể tính toán bằng công thức: V = π × (d/2)² × h × f.
Với V là thể tích của thân cây hoặc bộ phận của nó, d j là đường kính chuẩn được chọn tại một vị trí trên gốc cây để dễ dàng đo lường Chiều cao của thân cây được ký hiệu là h, trong khi f j là đại lượng biểu thị hình dạng của thân cây hoặc bộ phận tương ứng với đường kính d j đã chọn.
Theo nghiên cứu của Akindele và Lemay (2006), Đồng Sĩ Hiền (1974), và Husch (2003), các mô hình toán học về thể tích thân cây được xây dựng dựa trên các biến độc lập như đường kính, chiều cao và hình số Mô hình này được biểu diễn dưới dạng hàm số.
H: Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều cao một vị trí bất kì trên thân cây
Spurr S.H (1952) đã đề xuất phương trình
Perrey T.O và Yates P.A (1964) đã kiểm nghiệm và cho rằng phương trình (1-16) ở Canada và khi kiểm tra theo phương pháp rút chọn thì đề xuất phương trình:
Trong quá trình điều tra, tổng thiết diện ngang, chiều cao và đường kính được đo lường và áp dụng các biểu đồ dựa trên phương trình đã thiết lập Carrow.John (1963) đã sử dụng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình Bitterlich để thực hiện nghiên cứu này.
Sau khi kiểm nghiệm, tác giả nhận định rằng phương trình Spurr có thể được sử dụng để dự đoán lượng tăng trưởng thường xuyên dựa trên các tổ hợp khác nhau giữa đường kính và chiều cao.
Shumacher B và Hall (1933) đã đề xuất phương trình:
Theo Jayaraman (1999), trong lĩnh vực lâm nghiệp, các công thức tương quan sinh trưởng thường được áp dụng để tính toán thể tích hoặc sinh khối cây Các công thức này sử dụng các biến độc lập như đường kính ngang ngực và chiều cao của cây để xác định biến phụ thuộc.
Y 0.5 = a + b.D 2 + c.H + d.D 2 H (1-13) Dưới đây đưa ra một số hàm thể tích chung phổ biến được áp dụng: Kiểu nhân tố hình dạng không đổi: V= b 1 D 2 H (1-14) Kiểu kết hợp biến: V= b 0 b 1 D 2 H (1-15) V= 1 2 3 b b H
Dạng biến đổi logarit: V= logb1 + b2logD + b3logH (1-17) Đổi biến của Honer: V= 1
Theo nghiên cứu của Loetsch-Zoehrer-Haller (1973), độ cao gốc chặt thường được xác định là 0,3m Ở các quốc gia nhiệt đới, chiều cao này thường lớn hơn do sự hiện diện của bạnh gốc ở nhiều loài cây Tại châu Âu, đường kính giới hạn cho phần gỗ ngọn cây thường là 7cm, nhưng con số này có thể thay đổi tùy thuộc vào kích thước sản phẩm và điều kiện sử dụng gỗ.
Alder D (1980) đã nghiên cứu loài Pinus patula tại Kenya, xác định đường kính giới hạn trên là 20cm và thiết lập mối quan hệ giữa thể tích thân cây từ gốc chặt đến đường kính giới hạn với đường kính và chiều cao của cây.
FAO (1981) giới thiệu biểu gỗ sản phẩm loài pinus halepensis ở miền
Tây Malaysia là khu vực mà sản phẩm gỗ được tính từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS) Thể tích thân cây được xác định thông qua chiều cao dưới tán bằng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã thiết lập một biểu sản phẩm cho rừng khô, bao gồm các loại gỗ tròn với đường kính lớn hơn 40cm, gỗ tròn có đường kính nhỏ hơn 40cm, gỗ cột, củi, và sản lượng quả Gỗ thương phẩm được xác định từ gốc cây đến đường kính đầu nhỏ đạt 7,5cm.
Với đối tượng kinh doanh gỗ nhỏ hay bột giấy thì gỗ thân cây cũng chính là gỗ thương phẩm
1.1.2 Về hình số tự nhiên
Theo Hohenadl (1922-1923) đã đề xuất hệ số thon và hình số tự nhiên dựa trên đường kính ở vị trí 0.1 của chiều cao tính từ cổ rễ Các chỉ tiêu hình dạng tương đối của ông đã được công nhận rộng rãi tại các nước nói tiếng Đức và Cộng hòa Liên bang Đức, đồng thời ngày càng được thừa nhận trên toàn thế giới.
Vào năm 1961, Theo G Krauter đã nghiên cứu để xây dựng biểu mẫu hình dạng cho tất cả các loài cây hoặc từng loài riêng biệt Ông đã sử dụng đại lượng tương đối và hình số tự nhiên f01 (λ 0.9) để phân tích hình dạng Để đảm bảo tính đồng nhất của hình dạng, Krauter đã chia thành năm tổ, mỗi tổ gồm 50 cây tiêu chuẩn; bốn tổ dành cho các loài Lim, Dẻ, Táu và Trám, trong khi tổ thứ năm bao gồm 50 cây được chọn ngẫu nhiên từ tất cả các loài Mặc dù ông đã lập bảng phân tích phương sai, nhưng không đưa ra kết luận rõ ràng Để tính toán hình số, Krauter đã áp dụng một phương trình cụ thể.
Trong đó f01 là hình số thon tự nhiên, K05 là hệ số thon tự nhiên ở giữa thân tức là η05; a và b là hệ số phương trình, r là hệ số tương quan
G Krauter đã chuyển từ f01 sang f1.3 theo công thức: f1.3 = 01 2 q H f bằng cả hai phương trình tương quan f01 = a + b.d q H 2 = a + b.d
Trong đó qH là hệ số Hohennal:
Ông đã lập phương trình cho bốn loài chính, nhưng sau khi kiểm tra, nhận thấy phương trình của các loài giống nhau, ngoại trừ phương trình q2H với d của loài Lim bị sai lệch trong khoảng đường kính từ 30-50cm G Krauter đã tính toán phương trình chung cho tất cả các loài, cụ thể là f01 = 0.5234 – 0.000175d và qH2 = 0.9432 + 0.0049d Ông cũng đã tính f1.3 = 01 2 qH f cho mỗi cỡ đường kính mà không phân biệt chiều cao khác nhau Qua kiểm tra, bảng biểu đồ cho thấy f1.3 tính theo phương pháp này khớp với các trị số hình số tính từ f01 và qH theo công thức f1.3 = 01 2 qH f.
Hình số tự nhiên phổ biến nhất là f01 Hohenadl đã đề nghị tính thể tích của cây theo 5 đoạn bằng nhau mỗi đoạn có chiều dài bằng 0,2h
Vậy thể tích sẽ là:
Hình số tự nhiên theo 5 đoạn sẽ là: f01 h d d d d d h d
1.1.3 Về phương trình đường sinh
Ngoài việc tính toán thể tích cây bằng phương pháp tương quan thông qua các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc và thể tích với các biến độc lập như đường kính, chiều cao và hình số, thể tích cây còn có thể được xác định thông qua phương pháp đường sinh.
Mặc dù từ thế kỷ 19, các nhà khoa học đã nhận ra rằng thể tích của thân cây có thể được tính toán thông qua tích phân của phương trình đường sinh, nhưng do độ phức tạp của đường sinh này, những đề xuất của Mendeleev, Wimmenauer và Belanovski chỉ dừng lại ở lý thuyết Đến giữa thế kỷ 20, nhờ vào sự phát triển của công nghệ tính toán, phương pháp đường sinh thân cây mới được thực hiện Theo Đồng Sĩ Hiền, Muller đã chỉ ra mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao cây theo các phương trình D = a × h^b hoặc D = a × e^(ln b) × h Thời kỳ đầu thế kỷ 20, nhu cầu phát triển công nghiệp đã thúc đẩy sự đa dạng hóa sản phẩm gỗ, dẫn đến việc hình thành các nghiên cứu cơ bản về điều tra gỗ, trong đó có việc xây dựng bảng tính thể tích hình trụ cho các khúc gỗ, và giai đoạn 1906 - 1908, Criudener đã lập biểu thể tích gỗ tròn cho 6 loài cây.
Ở Việt Nam
1.2.1 Các công trình nghiên cứu về quan hệ thể tích, đường kính và chiều cao
Công trình nghiên cứu đầu tiên về lập biểu thể tích được thực hiện bởi Đồng Sĩ Hiền vào năm 1974, trong đó tác giả đã thử nghiệm hai dạng parabol và ba dạng lũy thừa cho một số loài cây rừng tự nhiên tại Việt Nam Các phương trình được sử dụng bao gồm: v = a + b.d², v = a + b1.d + b2logd, logv = a + blogd, logv = a + b1logd + b2logh, và logv = a + b1logd + b2logh + b3logq².
Kết quả cho thấy rằng hai dạng parabol thường phù hợp, tuy nhiên, đối với hai loài Sâng và Táu, cũng như dạng đầu với Bứa, có sự sai lệch rõ rệt giữa r2 và η2.
Vào năm 1976, Phạm Ngọc Giao đã tiến hành nghiên cứu mối quan hệ giữa thể tích thân cây đứng với đường kính và chiều cao, nhằm xây dựng biểu đồ cho cây rừng trồng như Thông đuôi ngựa và Thông nhựa Kết quả thử nghiệm cho thấy mối quan hệ này có dạng hàm nhất định.
Trong việc xác định thể tích gỗ cây đứng, biến số q2 thường không cần thiết, mà có thể tính toán thông qua đường kính và chiều cao Tại Việt Nam, ba phương trình dạng lũy thừa thường được áp dụng để lập biểu thể tích, tuy nhiên, biểu 3 nhân tố không có tác dụng thực tế Theo nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh (1999), hai phương trình 3 và 4 là những phương pháp hiệu quả nhất trong việc đo tính trữ lượng gỗ.
Cũng trong thời gian này, (Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh,
1999) đã thử nghiệm các dạng phương trình thể tích dạng (1-9) và (1-10) cùng các hàm như sau:
V= a + b1H + b2G (1-34) LogV = a + blogD (1-35) LogV = a +b1logD+ b2logH (1-36) LogvV = a +b1logD + b2logH + b3logq2 (1-37)
Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ số tương quan r của phương trình đơn giản nhất V= a + b.D²H và V= a + b1H + b2G đạt trên 0,99, trong khi phương trình LogV = a + blogD có r là 0,9734 Kiểm tra sự tồn tại của mọi tham số trong phương trình bi bằng tiêu chuẩn tb = b/Sb đều đạt yêu cầu.
Lập biểu thể tích cho loài Keo Tai tượng, nghiên cứu của Đào Công Khanh (2001) đã thử nghiệm các hàm dạng (1-7) và (1-13) Phương trình V = K.D^a H^b được xác định là phù hợp nhất cho việc lập biểu thể tích cho một số loài cây, trong đó nhân tố hình dạng được phản ánh qua đường kính và chiều cao Nghiên cứu của Phan Nguyên Hy (2003) đã sử dụng SPSS để thử nghiệm các phương trình dạng (1-9), (1-10) và (1-17), cho thấy cả ba phương trình này đều thích hợp cao trong việc lập biểu thể tích cho rừng Thông Nhựa.
1.2.2 Về hình số tự nhiên
Theo Đồng Sĩ Hiền (1971) Hệ số thon tự nhiên là tỷ lệ giữa đường kính đo ở tầm cao 0.ih so với đường kính đo ở tầm cao 0,jh
3 và 0,j = 0.25 4 1 thì ta có cá hệ số thon K01; K2.1; K3.1 tức là q01; q2.1; q3.1
Nếu 0,i = 0,0; 0,1; 0,2 ; …0,9 c và 0,j = 0,1 thì ta có các hệ số thon K0,0; K01; K02; … K09
Hình số tự nhiên, hay còn gọi là chỉnh số hình thái, là tỷ lệ giữa thể tích thực của cây và thể tích của viên trụ có cùng chiều cao, với đáy bằng tiết diện thân cây tại độ cao 0 Công thức tính được biểu diễn như sau: f0,j =
Theo Đồng Sĩ Hiền (1974), phương pháp lập biểu thể tích được áp dụng để tính toán thể tích thân cây Tác giả đã chọn f01 làm hệ số tính thể tích, được xác định thông qua việc tích phân phương trình đường sinh của thân cây, cụ thể là f01 = ∫ 1.
1.2.3 Về phương trình đường sinh thân cây
Năm 1974, Đồng Sĩ Hiền đã khởi xướng nghiên cứu về biểu thể tích và biểu độ thon cho rừng Việt Nam bằng cách áp dụng hàm Meyer và đường cong Person để điều chỉnh phân bố số cây theo kích thước kính của rừng tự nhiên Tác giả đã xác định rằng các độ thon tương đối của từng loài cây gỗ là ổn định, từ đó xây dựng một hàm số thể hiện độ thon bình quân, với đường kính quanh trục OX tạo ra thể tích thân cây Đặc biệt, tác giả đã sử dụng phương pháp Scheaychev-Fisher để lập phương trình đường sinh với 11 điểm tựa, một phương pháp mới mà ông đề xuất.
Năm 1979, Viện Nghiên cứu Lâm nghiệp đã thực hiện việc lập biểu thể tích và sản phẩm cho lâm phần thông tại Lâm Đồng, trong đó các biểu ghi thể tích sản phẩm được tính từ gốc cây đến độ cao có đường kính 6 cm.
Vũ Văn Nhâm(1988) đã nghiên cứu lập biểu độ thon, biểu sản phẩm và biểu thương phẩm cho rừng thông đuôi ngựa kinh doanh gỗ vùng Đông Bắc
Bảo Huy (1997) và Tăng Công Tráng (1997) đã áp dụng phương pháp lập biểu thể tích và biểu thương phẩm cho loài Xoan Mộc, Bằng Lăng, cùng với các nhóm cây ưu thế tại rừng tự nhiên Tây Nguyên.
GS.TS Vũ Tiến Hinh và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu vào năm 1999 nhằm lập biểu thương phẩm cho loài quế tại Văn Yên, sử dụng phương trình đường sinh thân cây để phân tích và đánh giá.
Cao Thị Thu Hiền (2009) đã nghiên cứu cơ sở khoa học để xây dựng biểu quá trình sinh trưởng và sản lượng rừng luồng thuần loài tại tỉnh Thanh Hoá Tác giả thực hiện đo đếm các chỉ tiêu như D1.3, Dt, Hvn, mật độ, đường kính gốc bụi và tiến hành chọn chặt cây tiêu chuẩn Dựa trên số liệu thu thập, tác giả tính toán tỷ lệ phần trăm số cây non, trung niên và cây già, đồng thời lập phương trình đường sinh trưởng Qua thử nghiệm các phương trình từ bậc 1 đến bậc 5 cho thân ngoài và thân trong, tác giả lựa chọn phương trình phù hợp nhất để tính thể tích thân cây Luồng Bên cạnh đó, trọng lượng tươi được xác định theo đường kính và chiều cao thông qua hai dạng phương trình: Wt = a*D^b*H^c và Wt = a + b*D^2*H, nhằm lựa chọn phương trình tối ưu Tác giả cũng lập tương quan giữa trọng lượng khô và trọng lượng tươi sau khai thác qua các phương trình bậc 1, bậc 2, bậc 3, logarit, compound và Power để tìm ra phương trình phù hợp Cuối cùng, nghiên cứu xác định chỉ tiêu sinh trưởng làm căn cứ phân hạng đất trồng Luồng và xác định mật độ trồng thích hợp, từ đó lập biểu quá trình sinh trưởng và sản lượng.
1.2.4 Về việc đánh giá, lựa chọn phương pháp qua cây kiểm tra biểu xây dựng được Đào Công Khanh, 2001 đã sử dụng một số tiêu chí sau đây để lựa chọn phương trình tối ưu cho cá phương trình thử nghiệm:
- Sự tồn tại của phương trình thông qua kiểm tra sự tồn tại của các tham số theo tiêu chuẩn t của Student
- Có hệ số tương quan cao
- Sai số hồi quy (Sy/x) của phương trình thấp
- Đơn giản trong sử dụng
Nguyễn Trọng Bình (2003) đã sử dụng một số tiêu chí sau đây để chọn hàm sinh trưởng cho phù hợp:
- Các tham số của phương trình
-Sai số tương đối của phương trình %
Phương trình được lựa chọn phải có hệ số xác định cao nhất, sai số nhỏ nhất và các tham số tồn tại Theo Phan Nguyên Hy (2003), các tiêu chí này rất quan trọng trong việc đánh giá độ chính xác và tính khả thi của phương trình.
- Hệ số xác định cao nhất
- Sai tiêu chuẩn hồi quy bé nhất
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, NỘI
Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng cơ sở khoa học lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài cây ở rừng tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ
Chọn phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở khoa học về việc lập biểu thể tích gỗ cho các loài cây chủ yếu khai thác ở rừng tự nhiên Quảng Bình là cần thiết để quản lý bền vững tài nguyên rừng Việc này giúp xác định chính xác thể tích gỗ của từng loài, từ đó hỗ trợ các hoạt động khai thác và bảo tồn hiệu quả Thông qua nghiên cứu, chúng ta có thể nâng cao hiểu biết về đặc điểm sinh trưởng và phát triển của cây, góp phần vào việc phát triển lâm nghiệp bền vững trong khu vực.
Hà Tĩnh - Sau khi thực hiện điều tra và khảo sát khu vực nghiên cứu, đề tài đã quyết định nghiên cứu cơ sở khoa học để lập biểu thể tích cho 4 loài.
- Vối thuốc ( Syzygium cuminiI Choisy)
- Trường sâng (Amesiodendron chinense Merr.)
Nghiên cứu này tập trung vào một số loài cây quan trọng như Dẻ trắng, Trâm móc, Lim xanh, Trường sâng và Vối thuốc, được thực hiện tại các tỉnh thuộc Bắc Trung Bộ Những loài cây này không chỉ có giá trị kinh tế mà còn đóng góp vào sự đa dạng sinh học của khu vực.
Về phương pháp tính thể tích cây đứng:
Bài viết này tập trung vào việc thử nghiệm ba phương pháp tính thể tích, bao gồm phương pháp dựa vào phương trình thể tích, phương pháp sử dụng hình số tự nhiên và phương pháp tính thể tích từ phương trình đường sinh.
- Đề tài chỉ thực hiện xử lý số liệu cho cây có vỏ ở cả ba phương pháp.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích
+ Thử nghiệm một số phương trình thể tích
+ Tính sai số của phương trình thể tích
+ Chọn phương trình thể tích
- Xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên
+ Một số đặc điểm của hình số tự nhiên F01
+ Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên
+ Kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào một số đại lượng điều tra cây đứng
+ Xác lập quan hệ D01 với D1.3
+ Tính sai số thể tích xác định từ hình số tự nhiên
- Xác định thể tích thân cây từ phương trình đường sinh
+ Tính hình số tự nhiên từ phương trình đường sinh
+ Tính và sai số thể tích từ phương trình đường sinh
- Chọn phương pháp tính thể tích cây đứng làm cơ sở cho việc lập biểu thể tích
- Xác lập quan hệ giữa Vcvo và Vkvo
- Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính cho các loài cây nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu
Thân cây gỗ có hình dạng như các khối hình học tròn xoay, nhưng do cây rừng là một chỉnh thể sinh học, nên chúng có nhiều hình dạng khác nhau Để xác lập các quy luật mang tính toán học và sinh học của cây rừng, cần thực hiện các thí nghiệm trên mẫu đủ lớn.
Trong nghiên cứu ứng dụng vào sản xuất kinh doanh rừng, việc kế thừa tài liệu có sẵn là rất quan trọng để lựa chọn các mô hình toán học phù hợp Điều này không chỉ đảm bảo độ chính xác cần thiết mà còn giúp dễ dàng trong việc áp dụng.
2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu
Số liệu trên cây ngả được thu thập như sau:
+ Đo chiều dài men thân(Hmt) bằng thước dây và tiến hành chia thân cây thành 10 đoạn bằng nhau theo các vị trí 00H, 01 H, 02 H, 03 H, 04 H …, 09
H Đo đường kính có vỏ và không vỏ tại vị trí 1,3 m kể từ gốc cây và các vị trí khác đã chia trên thân cây
+ Đo chiều cao, đường kính có vỏ và không vỏ gốc chặt
Bảng 2.1 Biểu đo đếm các chỉ tiêu cây ngả
CV KV CV KV CV KV CV KV
Sau khi thu thập số liệu, quá trình kiểm tra và loại bỏ sai sót được thực hiện để đảm bảo độ chính xác trong đo lường Tiếp theo, các chỉ tiêu cần thiết được tổng hợp, xử lý và tính toán bằng phần mềm Excel và SPSS.
2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu
2.4.3.1 Tính thể tích thân cây
Thể tích thân cây được tính theo công thức kép tiết diện bình quân với
10 đoạn có độ dài tuyệt đối bằng nhau
Trong đó: V là thể tích thân cây d00, d01, d02…d09 là đường kính tại các vị trí phần mười thân cây, h là chiều cao thân cây
2.4.3.2 Tính thể tích bằng phương trình thể tích
Bước 1: Xác lập quan hệ thể tích thân cây bằng các phương trình:
Từ các phương trình trên chọn ra một phương trình thích hợp nhất cho các loài cây
Bước 2: Cơ sở lựa chọn phương trình thể tích
- Hệ số xác định của phương trình lớn nhất
- Các tham số đều tồn tại
- Sai số khi kiểm tra nhỏ nhất
Từ kết quả tính toán tổng hợp các biểu
Bảng 2.2 Kết quả xác lập phương trình thể tích
PT R 2 sig.F Sig.tb 0 Sig.tb 1 Sig.tb 2
Bảng 2.3 Kết quả tính sai số phương trình thể tích
- Sai số tương đối về thể tích cây cá lẻ
- Sai số tương đối về tổng thể tích
Công thức: %∑V tt tt lt
Trong đó: ∆%: Sai số tương đối về thể tích
%∑V: Phần trăm tổng thể tích
Vlt : Thể tích tính theo phương trình
Vtt: Thể tích đo đếm
Bước 3: Chọn mô hình tốt nhất để tính thể tích bằng cách dùng cây kiểm tra
- Phương trình có sai số bình quân ở cây cá lẻ là nhỏ nhất và không vượt quá 10% Sai số lớn nhất không vượt quá 20%
- Sai số tổng thể tích nhỏ nhất
2.4.3.3 Tính thể tích từ hình số tự nhiên f 01
Thể tích thân cây được tạo thành từ ba nhân tố: đường kính, chiều cao và hình dạng, theo công thức kinh điển:
D01: Đường kính thân cây được đo ở vị trí 0,1.Hvn
Hvn: Chiều cao vút ngọn thân cây f01 : Hình số tự nhiên thân cây
Bước 1: Đặc điểm của F 01 (có vỏ) gồm
- Mean: giá trị trung bình
Nghiên cứu một số đặc điểm của hình số tự nhiên
Hình số tự nhiên là tỷ lệ giữa thể tích của thân cây (hoặc bộ phận của nó) và thể tích của một hình trụ có chiều cao tương đương với chiều cao của thân cây, với tiết diện ngang được lấy ở độ cao 1/10 chiều cao của thân cây.
Công thức xác định hình số tự nhiên: f01 h g
- f01, là hình số tự nhiên thân cây
- Vc là thể tích thân cây
- g01: Tiết diện ngang cây cả vỏ tại vị trí chia 1/10 thân cây tính từ gốc
Tính toán các đặc trưng mẫu:
- Tính trị số bình quân (mean):
Nghiên cứu biến động của hình số tự nhiên
Hệ số biến động của hình số tự nhiên là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ biến động trung bình tương đối Chỉ tiêu này được tính toán theo một công thức cụ thể, giúp phản ánh sự biến đổi của dữ liệu một cách chính xác.
Trong đó: - S% là hệ số biến động
- S là sai tiêu chuẩn mẫu
- f 01 : là hình số tự nhiên bình quân
Bước 2: Kiểm tra luật phân bố chuẩn số cây theo hình số tự nhiên theo dạng chuẩn
Dựa vào kết quả tính toán hình số tự nhiên f01 từ các cây điều tra, chúng tôi tiến hành chỉnh lý tài liệu quan sát và kiểm tra luật phân bố chuẩn theo tiêu chuẩn K-S trong SPSS.
Để kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên f01 vào các đại lượng điều tra, chúng ta sử dụng tiêu chuẩn F (Fisher) Trong phần mềm SPSS, lệnh thực hiện được thực hiện như sau:
Bước 4: Xác lập mối quan hệ giữa D 01 và D 1.3
Mối quan hệ của D01 và D1.3 được thiết lập qua phương trình sau:
Thay D01 vào phương trình (3-16) để tính thể tích thân cây:
Kết quả xác lập quan hệ D01 và D1.3 được tổng hợp ở bảng biểu sau:
Bảng 2.4 Kết quả xác lập quan hệ D 01 và D 1.3
Stt Loài Sig F R 2 SigTo SigTa a b
Bước 5: Tính sai số thể tích xác định từ hình số tự nhiên
- Sai số tương đối về thể tích cây cá lẻ theo công thức (2-6a)
- Sai số tương đối về tổng thể tích theo công thức (2-6b)
Kết quả tính toán được tổng hợp vào biểu sau
Bảng 2.5 : Kết quả xác lập phương trình thể tích từ F 01
2.4.3.4 Tính thể tích bằng phương trình đường sinh thân cây
Phương trình đường sinh thân cây mô tả quy luật biến đổi chiều cao tương đối của thân cây, với f01 là hệ số thon tự nhiên.
K01 Để tiếp cận phương trình đường sinh thân cây, trước hết tính hệ số thon Hohenad ở các vị trí phần 10 thứ i của thân cây
- D0i là đường kính ở các vị trí phần 10 thứ i
- D01 là đường kính ở vị trí phần 10 thứ nhất
Trên cơ sở đó, xác định phương trình đường sinh phù hợp
Phương trình đường sinh tổng quát có dạng: y = a0 + a1x + a2x 2 + + an x n (2-22)
- x là giá trị phần 10 chiều cao tương ứng với đường kính Doi
- a0, a1, a2, an là các tham số của phương trình
- n là bậc của phương trình
Việc xác định các tham số của phương trình tương quan tuyến tính được thực hiện bằng 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 được bậc phù hợp, tiến hành khảo sát đường sinh của thân cây để kiểm tra sự tương thích với hình dạng thực tế Cuối cùng, cần hiệu chỉnh phương trình sao cho đồ thị của hàm số đi qua hai điểm lý thuyết có tọa độ (0;0) và (0,9;1).
H hi , Xi sẽ nhận giá trị từ 0 (vị trí ngọn cây) đến 1(vị trí gốc cây) Trong đó:
- hi là chiều dài tương ứng với vị trí i trên phần 10 thân cây
- H là chiều dài cả cây
Hình suất Hohenald (Koi) và Xi có mối liên hệ mật thiết, được Đồng Sĩ Hiền (1974) xác lập cho các loài cây rừng tự nhiên ở nước ta Mối liên hệ này là cơ sở để lập biểu thể tích và biểu độ thon của cây đứng thông qua phương trình tổng quát koi = f(x).
Từ phương trình đường sinh đã xác định được ta tính f01 theo công thức: f01 = 1
- y là phương trình đường sinh đã chọn và điều chỉnh
Thể tích thân cây được xác định thông qua f01 bằng công thức:
1 vào phương trình đường sinh (2-23) sẽ tính được qH
Từ đó xác định thể tích cây theo công thức:
2.4.3.5 Chọn phương pháp lập biểu thể tích
- Sai số tương đối về thể tích cây cá lẻ nhỏ nhất được tính theo công thức
- Sai số tương đối về tổng thể tích nhỏ nhất được tính theo công thức (3-6b)
2.4.4 Xác lập mối quan hệ giữa V cvo và V kvo Để xác định thể tích của thân cây không vỏ một cách nhanh nhất đề tài tiến hành lập tương quan giữa Vcvo và Vkvo theo quan hệ tuyến tính thông qua phương trình :
2.4.5 Thăm dò quan hệ giữa D và H, xác định giới hạn lập biểu
Quan hệ giữa D và H được mô phỏng bằng các dạng hàm có sẵn trong SPSS, phù hợp với quy luật sinh trưởng chiều cao của cây rừng, bao gồm các dạng hàm như Logarithmic, Quadratic và Compound.
Trong mỗi cỡ kính, chiều cao của các cây có sự khác biệt, thường dao động trong một phạm vi nhất định Biến động chiều cao này sẽ dẫn đến việc suy ra phạm vi biến động thể tích tương ứng, và quá trình phân tích có thể được thực hiện bằng phần mềm SPSS.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Khái quát số liệu nghiên cứu
3.2 Kết quả tính hệ số xác định và tham số cho các phương trình thể tích theo loài
3.3 Kết quả tính sai số của các phương trình thể tích 33
3.4 Một số đặc điểm của hình số tự nhiên 36
3.5 Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên 37
3.6 Kết quả kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào D1.3 và
3.7 Kết quả tính toán quan hệ Doi và D1.3 39
3.8 Kết quả tính sai số từ hình số tự nhiên 40
3.9 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Dẻ trắng 42 3.10 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Trâm móc 44 3.11 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Trín Qb 46 3.12 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Lim xanh 48 3.13 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của loài Trường sâng 50 3.13 Tổng hợp sai số thể tích từ f01 phương trình đường sinh 53 3.15 Tổng hợp sai số của ba phương pháp xác định thể tích thân cây 55
3.16 Kết quả quan hệ giữa Vcvo và Vkvo 56
3.17 Quan hệ giữa D1.3 và Hvn loài Dẻ trắng 58
3.18 Quan hệ giữa D1.3 và Hvn loài Trâm móc 58
3.19 Kết quả xác lập quan hệ giữa D1.3 và Hvn loài Vối thuốc 59 3.20 Kết quả xác lập quan hệ D1.3 và Hvn loài Lim xanh 59 3.21 Kết quả xác lập quan hệ D1.3 và Hvn loài Trường sâng 60 3.22 Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính 61
2.1 Sơ đồ phương pháp nghiên cứu 28
3.1 Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây của loài Dẻ trắng 43 3.2 Biều đồ phương trình đường sinh của loài Trâm móc 45 3.3 Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Trín Quảng Bình 47 3.4 Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Lim xanh 49 3.5 Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Trường sâng 51 3.6 Quan hệ giữa Vkv và Vcv loài Dẻ trắng 57
3.7 Quan hệ Vkvovà Vcvo loài Trâm móc 57
3.8 Đường cong giới hạn đường kính và chiều cao loài Trường sâng 60 ĐẶT VẤN ĐỀ
Cây rừng là một cơ thể sống thống nhất, với sự phát triển đồng thời về kích thước theo chiều ngang và chiều cao qua mỗi mùa sinh trưởng Mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính thân cây tồn tại nhưng không đồng nhất do ảnh hưởng của nhiều yếu tố nội tại và ngoại cảnh Để quản lý và khai thác rừng hiệu quả, cần xác định gần đúng trữ lượng rừng, từ đó áp dụng các biện pháp hợp lý nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế Mặc dù đã có biểu lập trữ lượng rừng từ hơn bốn thập niên trước, chủ yếu tập trung vào rừng giàu và nguyên sinh, nhưng hiện nay, rừng nghèo và rừng trung bình đang là đối tượng kinh doanh chủ yếu tại Việt Nam.
Trong suốt hàng chục năm phát triển, khoa học điều tra rừng đã xây dựng biểu thể tích cho toàn quốc và cho từng nhóm loài cây, cũng như các vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên Những biểu thể tích này đã hỗ trợ hiệu quả cho hoạt động kinh doanh rừng Tuy nhiên, do điều kiện môi trường thay đổi, các đặc điểm hình thái của cây rừng cũng đã biến đổi, dẫn đến việc cần thiết phải lập biểu thể tích mới để bổ sung cho các loài cây ở các vùng miền khác nhau trên cả nước Do đó, đề tài nghiên cứu tập trung vào "Nghiên cứu cơ sở khoa học lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài cây ở rừng tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ".
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.1 Về tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao
Thể tích và trữ lượng gỗ (tính bằng m³) là chỉ số quan trọng để đánh giá tài nguyên rừng của mỗi quốc gia Việc xác định thể tích cây hoặc bộ phận cây gặp khó khăn do hình dạng và kích thước không đồng nhất, khiến cho các công thức hình học không thể áp dụng dễ dàng Để khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng bảng tra thể tích dựa trên đường kính chuẩn, chiều cao và hình dạng của cây, được gọi là biểu thể tích Khoa học Điều tra rừng đã chứng minh rằng thể tích của cây có thể tính toán bằng công thức: V = π × d² × h × f.
Với V là thể tích của thân cây hoặc bộ phận của nó, d j là đường kính chuẩn được đo tại một vị trí cụ thể trên gốc cây để dễ dàng thực hiện Chiều cao của thân cây được ký hiệu là h, trong khi f j là đại lượng thể hiện hình dạng của thân cây hoặc bộ phận tương ứng với đường kính d j đã chọn.
Các mô hình toán học về thể tích thân cây được nghiên cứu như là một hàm của các biến độc lập, bao gồm đường kính, chiều cao và hình số, theo các tác giả như Akindele và Lemay (2006), Đồng Sĩ Hiền (1974) và Husch (2003).
H: Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều cao một vị trí bất kì trên thân cây
Spurr S.H (1952) đã đề xuất phương trình
Perrey T.O và Yates P.A (1964) đã kiểm nghiệm và cho rằng phương trình (1-16) ở Canada và khi kiểm tra theo phương pháp rút chọn thì đề xuất phương trình:
Trong quá trình điều tra, người ta tiến hành đo tổng thiết diện ngang, chiều cao và đường kính, đồng thời áp dụng các biểu đồ được xây dựng dựa trên phương trình đã nêu Carrow.John (1963) đã sử dụng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình Bitterlich để thực hiện các phép đo này.
Sau khi kiểm nghiệm, tác giả nhận định rằng phương trình Spurr có thể được áp dụng để dự đoán lượng tăng trưởng thường xuyên, dựa trên các tổ hợp khác nhau giữa đường kính và chiều cao.
Shumacher B và Hall (1933) đã đề xuất phương trình:
Theo Jayaraman (1999), trong lâm nghiệp, các công thức tương quan sinh trưởng thường được áp dụng để tính toán thể tích hoặc sinh khối của cây Các biến độc lập được sử dụng trong những công thức này bao gồm đường kính ngang ngực và chiều cao của cây.
Y 0.5 = a + b.D 2 + c.H + d.D 2 H (1-13) Dưới đây đưa ra một số hàm thể tích chung phổ biến được áp dụng: Kiểu nhân tố hình dạng không đổi: V= b 1 D 2 H (1-14) Kiểu kết hợp biến: V= b 0 b 1 D 2 H (1-15) V= 1 2 3 b b H
Dạng biến đổi logarit: V= logb1 + b2logD + b3logH (1-17) Đổi biến của Honer: V= 1
Theo nghiên cứu của Loetsch-Zoehrer-Haller (1973), độ cao gốc chặt thường được xác định là 0,3m, nhưng ở các nước nhiệt đới, chiều cao này thường lớn hơn do sự hiện diện của bạnh gốc ở nhiều loài cây Tại châu Âu, đường kính giới hạn của phần gỗ ngọn cây thường được quy định là 7cm, tuy nhiên, tiêu chuẩn này có thể thay đổi tùy thuộc vào kích thước sản phẩm và điều kiện sử dụng gỗ.
Alder D (1980) đã nghiên cứu loài Pinus patula tại Kenia và xác định đường kính giới hạn trên là 20cm Nghiên cứu này cũng thiết lập mối quan hệ giữa thể tích thân cây từ gốc chặt đến đường kính giới hạn với đường kính và chiều cao của cây.
FAO (1981) giới thiệu biểu gỗ sản phẩm loài pinus halepensis ở miền
Tây Malaysia là khu vực nổi bật với sản phẩm gỗ, trong đó việc đo lường được thực hiện từ gốc cây đến chiều cao dưới tán (VS) Thể tích thân cây được xác định thông qua VS bằng cách sử dụng phương trình parabon bậc 2.
FAO (1989) đã xây dựng biểu sản phẩm cho rừng khô, bao gồm các loại sản phẩm gỗ tròn với đường kính lớn hơn 40cm, gỗ tròn có đường kính nhỏ hơn 40cm, gỗ cột, củi và sản lượng quả Gỗ thương phẩm được xác định từ gốc cây đến đường kính đầu nhỏ là 7,5cm.
Với đối tượng kinh doanh gỗ nhỏ hay bột giấy thì gỗ thân cây cũng chính là gỗ thương phẩm
1.1.2 Về hình số tự nhiên
Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích
Theo Đồng Sĩ Hiền (1971), trong các lâm phần của rừng nhiệt đới Việt Nam, có những quy luật liên hệ giữa các yếu tố hình thành nên hệ sinh thái này, có thể được biểu thị bằng các phương trình tương quan chính xác Mặc dù sự liên hệ giữa đường kính và chiều cao cây có thể được diễn đạt dưới dạng phương trình tương tự, nhưng các phương trình cụ thể lại khác nhau đáng kể Với sự đa dạng loài trong rừng nhiệt đới Việt Nam, nhưng mỗi loài thường có số lượng cây đại diện rất ít, việc xây dựng biểu thể tích hai nhân tố là cần thiết Do đó, nghiên cứu này tập trung vào ba phương pháp để xây dựng biểu thể tích hai nhân tố.
- Phương pháp tính thể tích từ một số phương trình thể tích
- Tính thể tích thân cây từ hình số tự nhiên f01
- Tính thể tích thân cây bằng f01 tính từ phương trình đường sinh
3.2.1 Thử nghiệm một số phương trình thể tích Đề tài được thử nghiệm với 4 phương trình thể tích như sau:
(4) V = K.(D 2 H) b Để phương trình trên đưa về dạng tuyến tính thì ta có thể làm như sau: ● Phương trình (1) V = K.D b H c ln hai vế của phương trình ta được
● Phương trình (4) V = K.(D 2 H) b Logarit cơ số e hai vế của phương trình ta được (4) ↔ lnV = lnK + b.ln(D 2 H)
Sau khi lập tương quan và tính toán kết quả được tổng hợp trong bảng 3.2
Bảng 3.2 trình bày kết quả tính toán hệ số xác định và các tham số cho các phương trình thể tích theo từng loài cây Các thông số bao gồm chỉ số R², giá trị sig.F, và các giá trị sig.tb cho 0, 1, và 2.
Theo bảng 3.2, tất cả các loài cây và các phương trình đều có mức ý nghĩa F < 0,05, cho thấy hệ số xác định (R²) tồn tại ở cả bốn phương trình Hệ số R² của các loài cây dao động từ 0,876 đến 0,992, chứng tỏ mối tương quan giữa V, D1.3, Hvn là từ chặt đến rất chặt Phương trình (1) có R² lớn nhất với loài Dẻ trắng và Vối thuốc, trong khi phương trình (3) có R² lớn nhất với hai loài Lim xanh và Trâm móc.
Kết quả kiểm tra hệ số xác định và các tham số của phương trình đối với loài Dẻ trắng cho thấy mức ý nghĩa đều nhỏ hơn 0,05, chứng tỏ cả bốn phương trình đều tồn tại Trong đó, phương trình (3) và (4) có R² lớn nhất, trong khi phương trình (2) có R² nhỏ nhất Do đó, phương trình (1) là phương trình mô phỏng tốt nhất mối quan hệ giữa V, H, D ở loài Dẻ trắng.
Loài Lim xanh có mối quan hệ giữa các yếu tố V, H, D với hệ số R2 dao động từ 0,986 đến 0,988, cho thấy mối liên hệ chặt chẽ Kết quả kiểm tra các tham số trong phương trình (1) và (4) đều tồn tại, xác nhận tính chính xác của các mối quan hệ này.
Cả phương trình (2) và (3) đều có từ 1 đến 3 tham số không tồn tại trong tổng thể, với giá trị Sig Tb0 của phương trình (2) là 0,22 (lớn hơn 0,05) và giá trị Sig Tb0 của phương trình (3) là 0,487 cùng với Sig Tb1 là 0,634 (cả hai đều lớn hơn 0,05) Do đó, cả hai phương trình này đều không thích hợp.
Loài Vối thuốc cho thấy R² dao động từ 0,876 đến 0,897 Kiểm tra sự tồn tại của các tham số trong phương trình cho thấy đa số các mức ý nghĩa đều nhỏ hơn 0,05, ngoại trừ phương trình (3) với sig Tb0 là 0,208 và sig Tb1 là 0,805, do đó phương trình (3) không thích hợp.
* Loài Trâm móc: Kết quả ở bảng 3.2 cho thấy R 2 của loài Trâm móc dao động từ 0,931-0,960 Mức ý nghĩa sig T < 0,05 ở cả ba phương trình (1);
(3); (4) → các tham số tồn tại trong tổng thể Còn phương trình (2) có sig Tb0 là 0,875 > 0,05 nên phương trình (2) không thích hợp
Loài Trường sâng có hệ số xác định R² từ 0,931 đến 0,954, cho thấy mối quan hệ giữa các biến là chặt chẽ Kết quả kiểm tra tham số cho thấy chỉ hai phương trình (1) và (4) đạt mức ý nghĩa dưới 0,05.
→ chứng tỏ các tham số đều tồn trong tổng thể
Kết luận cho thấy rằng các phương trình (1) và (4) có hệ số xác định cao và tất cả các tham số đều tồn tại Do đó, nghiên cứu đã chọn hai phương trình này để tính toán sai số của cây kiểm tra, nhằm xác định phương trình phù hợp nhất.
3.2.2 Chọn phương trình thể tích tối ưu nhất
Việc lựa chọn phương trình tối ưu nhất căn cứ vào những điều kiện sau:
- Sai số phần trăm tổng thể tích nhỏ nhất
- Sai số phần trăm tính theo giá trị tương đối nhỏ nhất
- Sai số trung bình không vượt quá 10% và sai số lớn nhất không vượt quá 20%
Sai số tương đối ∆ V % = 100× thucte lythuyet thucte
Sai số phần trăm tổng thể tích ∑ V % = 100×
Kết quả tính sai số của hai phương trình thể tích được tổng hợp ở bảng 3.3
Bảng 3.3 Kết quả tính sai số của các phương trình thể tích
STT Loài cây Loa ̣i PT Loại cây Sai số ∆V%
1 Dẻ trắng 1 Cây kiểm tra 9 6 8,14 3,95 10 5 0 0 1,8546
2 Lim xanh 1 Cây kiểm tra 5 10 15,15 4,90 10 2 2 1 0,8356
3 Vối thuốc 1 Cây kiểm tra 8 2 12,88 5,06 5 4 1 0 1,1521
4 Trâm móc 1 Cây kiểm tra 10 5 9,96 6,01 7 8 0 0 1,2119
5 Trường sâng 1 Cây kiểm tra 10 5 9,35 4,88 7 8 0 0 2,4262
Kết quả kiểm tra sai số của loài Dẻ trắng cho thấy sai số dương và âm lần lượt là 9 và 6 Sai số lớn nhất ở phương trình (1) là 8,14%, thấp hơn 9,05% của phương trình (4) Đồng thời, sai số trung bình của phương trình (1) là 3,95%, cũng thấp hơn 4,42% ở phương trình (4).
- Loài Lim xanh: Sai số (-) và (+) ở loài Lim xanh là 5 và 10 Sai số lớn nhất ở phương trình (1) là 15,5% < 15,9% là sai số lớn nhất của phương trình
(4) Sai số trung bình ở phương trình (1) là 4,9% và ở phương trình (4) là 5,07% Sai số phần trăm tổng thể tích ở phương trình (1) là 0,84% và ở phương trình (4) là 0,89%
Loài Vối thuốc bao gồm 4/5 loài như Dẻ trắng, Lim xanh, Vối thuốc và Trâm móc, trong đó sai số phần trăm tổng thể tích ở phương trình (1) nhỏ hơn so với phương trình (4).
Kết quả kiểm tra 15 cây cá lẻ của loài Trâm móc cho thấy sai số trung bình của hai phương trình lần lượt là 6,01% và 5,09%, cả hai đều nhỏ hơn 10% Cụ thể, phương trình (1) có 15/15 cây có sai số dưới 10%, trong khi phương trình (4) có 14/15 cây đạt tiêu chuẩn này Đặc biệt, sai số của phương trình (1) là 1,21%, thấp hơn sai số 1,303% của phương trình (4).
Loài Trường sâng cho thấy rằng sai số (-) ở cả hai dạng phương trình có tỷ lệ 10/15 cây Sai số lớn nhất ở hai phương trình đều dưới 10% Cụ thể, sai số trung bình của phương trình (1) là 4,88%, thấp hơn so với 4,92% của phương trình (4).
Kết quả kiểm tra sai số cây kiểm tra cho thấy
- Có tổng số 3/5 có sai số tương đối đạt nhỏ nhất ở phương trình (1) là loài Dẻ trắng, Lim xanh, Trường sâng
- Với 4/5 loài cây có sai số tổng thể tích nhỏ nhất ở phương trình (1) là cây Dẻ trắng, Lim xanh, Trâm móc.
Xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên F 01
lớn nhất và phương trình (4) có 1/5 loài có R 2 lớn nhất
Kết luận: Cả hai phương trình (1) và (4) đều có khả năng mô phỏng mối quan hệ giữa V, D, H, tuy nhiên, phương trình (1) nổi bật hơn với nhiều ưu điểm Dựa trên các tiêu chí đã nêu, phương trình (1) được chọn là phương trình tối ưu để xác định thể tích thân cây dựa trên đại lượng đo D1.3.
Hvn Cụ thể với các loài cây ta có
3.3 Xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên F 01
3.3.1 Một số đặc điểm của hình số tự nhiên
Hình số tự nhiên được định nghĩa là tỷ số giữa thể tích của thân cây (hoặc một bộ phận của nó) và thể tích của một hình viên trụ có chiều cao tương đương với chiều cao của thân cây, trong khi tiết diện của hình viên trụ được xác định tại độ cao 1/10 chiều cao của thân cây.
Công thức xác định hình số tự nhiên thân cây: f01 h g
Theo Đồng Sĩ Hiền (1971), hình số tự nhiên có ưu điểm lý luận nổi bật là tính độc lập, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như đường kính, chiều cao, điều kiện lập địa và tuổi cây Điều này giúp hình số tự nhiên đặc trưng tốt cho hình dạng thân cây của các loài.
Trong phương pháp hai mục (2.4.3.3), tác giả sử dụng hình số tự nhiên trung bình như một yếu tố kết hợp với D01 và Hvn để tính thể tích thân cây theo công thức (3-6).
Từ đó tác giả đi nghiên cứu một số đặc điểm của f01 Kết quả nghiên cứu đặc điểm của hình số tự nhiên được tổng hợp ở bảng 3.4.
Bảng 3.4 Một số đặc điểm của hình số tự nhiên
STT Loài N TB S S% Min Max
Theo bảng 3.4, giá trị f01 dao động từ 0,4742 đến 0,5525, với giá trị trung bình thấp nhất ở cây Dẻ trắng là 0,4742 và cao nhất ở cây Vối thuốc là 0,5241 Sai số chuẩn của f01 rất nhỏ, chỉ từ 0,0215 đến 0,0525 Độ biến động của hình số tự nhiên ở cây Vối thuốc đạt mức cao nhất là 9,54%, trong khi cây Lim xanh có độ biến động thấp nhất là 4,33%.
3.3.2 Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên hình số tự nhiên Để có cơ sở khẳng định giá trị trung bình của f01 ở mỗi loài cây có đại diện tốt cho các cây trong loài hay không đề tài tiến hành kiểm tra luật phân bố chuẩn của f01 bằng tiêu chuẩn One – Sample Kolmogorov Smirnov Tets
Kết quả kiểm tra quy luật phân bố chuẩn được tổng hợp trong bảng 3.5
Bảng 3.5 Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên
Loài cây Asymp.sig Kết luận
Lim xanh 0,604 Phân bố chuẩn Vối thuốc 0,506 Phân bố chuẩn Trường sâng 0,52 Phân bố chuẩn Trâm móc 0,654 Phân bố chuẩn
Dẻ trắng 0,73 Phân bố chuẩn
Theo bảng 3.4, tất cả các loài cây nghiên cứu đều có mức ý nghĩa của đại lượng kiểm tra lớn hơn 0,05, cho thấy hình số tự nhiên của các loài này tuân theo quy luật phân bố chuẩn Điều này cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc áp dụng giá trị của từng loài cây trong việc xác định thể tích cây đứng theo công thức (3-6).
Kết quả nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1974) cho thấy sự phân bố của các chỉ tiêu hình dạng, đặc biệt là hình số f01 và f1.3, thể hiện rõ dạng phân bố một đỉnh gần giống với phân bố chính thái, từ đó có thể lập biểu cho hình dạng bình quân.
3.3.3 Kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào một số đại lượng điều tra cây đứng Đại lượng f01 bình quân của loài cây nào đó đại diện tốt cho những cây trong loài khi đại lượng này độc lập với đường kính, chiều cao của cây và tuân theo luật phân bố chuẩn Đề tài sử dụng phương pháp phân tích phương sai trong phân tích hồi quy để kiểm tra sự phụ thuộc của f01 vào D1.3 và Hvn Kết quả kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào D 1.3 và H vnđược tổng hợp ở biểu 3.6
Bảng 3.6 Kết quả kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào D 1.3 và H vn
Loài cây Nhân tố Sig.F (Fisher) Kết luận
Vối thuốc D 1.3 0,55 Không phụ thuộc
Trường sâng D 1.3 0,25 Không phụ thuộc
Trâm móc D 1.3 0,38 Không phụ thuộc
Dẻ trắng D 1.3 0,13 Không phụ thuộc
Theo bảng 3.6, các loài cây cho thấy các nhân tố D1.3 và Hvn có mức ý nghĩa lớn hơn 0,05, khẳng định rằng f01 ở các loài cây nghiên cứu là độc lập với D1.3 và Hvn Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1971), nhấn mạnh rằng ưu điểm của các chỉ tiêu hình dạng tương đối là sử dụng đường kính tại tầm cao tương đối để tính toán các hệ số thon và hình số, từ đó loại trừ tác động của chiều cao và đường kính.
Kết luận từ kết quả kiểm tra cho thấy các loài cây f01 đều tuân theo luật phân bố chuẩn và không phụ thuộc vào các giá trị D1.3 và Hvn Do đó, có thể áp dụng f01 để tính thể tích thân cây theo công thức (3-6).
3.3.4 Xác lập quan hệ D 01 và D 1.3
Quan hệ giữa D1.3 và D01 được mô tả bằng phương trình
Bảng 3.7 Kết quả tính toán quan hệ D 01 và D 1.3
Hệ số xác định của các phương trình trong bảng 3.7 rất cao, dao động từ 0,998 đến 0,999, cho thấy tính chính xác của chúng Do đó, đề tài sẽ áp dụng các phương trình này để xác định D01 cho các loài cây được nghiên cứu.
Sau khi xác định được D01 thay D01 từng cây và f01 trung bình vào phương trình (3-6) tính thể tích cây đứng
Stt Loài Sig F R 2 SigTo SigTa Phương trình tương quan
3.3.5 Tính sai số thể tích xác định từ hình số tự nhiên
Bảng 3.8 Kết quả tính sai số thể tích xác định theo công thức (3-6)
Stt Loài cây T Trung bình N Sai số
Các loại sai số được tính theo công thức (2-6a) và (2-6b) Kết quả tính sai sô cho thấy:
Sai số âm dương phân bố đồng đều ở loài Dẻ trắng, Trâm móc và Vối thuốc, trong khi đó, phân bố lệch xảy ra ở loài Trường sâng và Lim xanh Điều này cho thấy đặc điểm phân bố của loài Dẻ trắng có sự khác biệt rõ rệt so với các loài khác.
Trâm móc mắc phải sai số hệ thống thấp hơn
- Sai số lớn nhất dao động từ 7,59- 15,48 % , nhỏ nhất ở loài Dẻ trắng và cao nhất ở loài Lim xanh
- Sai số cây kiểm tra ở các loài cây thường dao động ở khoảng từ 0-15% Chỉ có loài Lim xanh có một cây có sai số lên đến 15, 48%
- Sai số phần trăm tổng thể tích khá thấp tiệm cận giá trị 0 Lớn nhất là 2,02%
* Loài Dẻ trắng: sai số (-) và sai số (+) phân bố khá đều lần lượt là 9,
6 Sai số lớn nhất là 7,59 % Sai số phần trăm tổng thể tích là 0,87%
* Loài Lim xanh: Loài lim xanh là loài có sai số (-); (+) không cân đối
Lim xanh có sai số lớn nhất là 15,48% Sai số tương đối về thể tích của loài khá cao, trong khoảng sai số 10-15% và > 15%
Loài Trâm móc có sai số lớn nhất là 10,04%, theo bảng 4.8 Không có cây nào vượt quá sai số 15%, với 8 cây có sai số (-) và 7 cây có sai số (+) trong số 15 cây kiểm tra Tổng thể, sai số tương đối nhỏ cho thấy sự ổn định của loài Trâm móc.
Loài Vối thuốc có độ sai số âm là 5 cây và sai số dương cũng là 5 cây, cho thấy sự phân bố sai số đều Đặc biệt, sai số lớn nhất ghi nhận được là 14,55%.
Đề xuất phương pháp xác định thể tích thân cây
Sau khi đánh giá sai số của các phương pháp xác định thể tích thân cây, việc lựa chọn phương pháp tối ưu là cần thiết để xây dựng biểu thể tích chính xác.
Phương pháp được chọn để xác định thể tích phải có sai số bình quân tương đối nhỏ nhất, sai số càng nhỏ thì độ chính xác càng cao
Bảng 3.15 Tổng hợp sai số của ba phương pháp xác địnhthể tích thân cây
Stt Loài cây Loại cây Theo phương trình thể tích Theo hình số tự nhiên Phương pháp phương trình đường sinh
Max TB ∑% Max TB ∑% Max TB ∑%
Kết quả bảng 3.15 cho thấy :
- Sai số cực đại ở phương pháp thứ 3 lớn nhất, dao động từ 8,19-
19,73% Sai số cực đại ở phương pháp 1 và phương pháp 2 từ 8-15% Sai số trung bình ở phương pháp 3 cũng lớn nhất trong ba phương pháp, dao động từ
3,64-9,35% Sai số trung bình của phương pháp 1 tương đối đồng đều giữa các loài Sai số tổng thể tích của phương pháp 1dao động từ 0,89-2,53%
Phương pháp 2 có sai số phần trăm tổng thể tích dao động từ -0,87% đến 5%, trong khi phương pháp 3 dao động từ -0,69% đến 9,31% Điều này cho thấy phương pháp 1 và phương pháp 2 có thống kê sai số cực đại và sai số trung bình tương tự nhau Tuy nhiên, phương pháp 1 lại có sai số phần trăm tổng thể tích nhỏ hơn, vì vậy đề tài đã chọn phương pháp 1 làm phương pháp lập biểu thể tích.
Xác lập quan hệ giữa V cvo và V kvo
Bảng 3.16 Kết quả xác lập mối quan hệ giữa V cvo và V kvo
Các phương trình tương quan lập được có hệ số xác định R 2 = 0,9988 -
Mối quan hệ giữa thể tích không vỏ (Vkvo) và thể tích có vỏ (Vcvo) được thể hiện rất chặt chẽ với hệ số 0,9997 Kết quả kiểm tra các giá trị Sig F, Sig.Ta, Sig.Tb đều nhỏ hơn 0,05, chứng tỏ sự liên kết mạnh mẽ giữa hai đại lượng này Do đó, các phương trình trong bảng 3.16 có thể được sử dụng để xác định Vkvo từ Vcvo cho các loài cây nghiên cứu với độ chính xác cao Mối quan hệ này được minh họa qua hình 3.6 và hình 3.7 cho loài Dẻ trắng và loài Trâm móc.
Stt Loài cây Phương trình tương quan R 2 Sig.F S Sig.Ta Sig.Tb
Hình 3.6 Quan hệ giữa V kv và V cv Hình 3.7 Quan hệ V kvo và V cvo loài Dẻ trắng loài Trâm móc
Qua hình 3.6 và hình 3.7 thấy quan hệ giữa Vkvo và Vcvo có quan hệ rất chặt.
Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính
Trong một lâm phần đồng tuổi, mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao của cây là rất chặt chẽ Với mỗi kích thước đường kính D, chúng ta có thể xác định chiều cao bình quân H một cách chính xác.
Giới hạn lập biểu là chiều cao tối đa tương ứng với đường kính trong biểu thể tích, phản ánh phạm vi ngoại suy của giá trị Hvn lý thuyết với giá trị D Để xác định giới hạn này, cần dựa vào khoảng ước lượng cá biệt giữa D1.3 và Hvn, đảm bảo rằng giới hạn lập biểu không vượt quá khoảng ước lượng này.
Mục đích của việc thăm dò quan hệ giữa D1.3 và Hvn là:
- Để tìm ra dạng hàm mô phỏng tốt nhất cho mối quan hệ đó
Để xây dựng đường cong giới hạn lập biểu, cần thông qua khoảng ước lượng cá biệt Đề tài đã thử nghiệm mô phỏng mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn bằng nhiều dạng hàm phổ biến nhằm xác định dạng hàm phù hợp nhất.
Compound: Hvn = b0 (b1) D1.3 hoặc ln(Hvn) = ln(b0) + (ln(b1) D1.3)
Power: Hvn = b0 (D1.3) b1 ) hoặc ln(Hvn) = ln(b0) + (b1 ln(D1.3))
Kết quả xác lập quan hệ D-H ở các loài được tổng hợp lần lượt vào các bảng 3.17; 3.18; 3.19; 3.20; 3.21
Bảng 3.17 Quan hệ giữa D 1.3 và H vn loài Dẻ trắng
Bảng 3.17 cho thấy hệ số xác định R² dao động từ 0,82 đến 0,901, với mức ý nghĩa Sig T và Sig F đều nhỏ hơn 0,05 ở tất cả các phương trình, chứng tỏ tất cả các tham số đều có sự tồn tại Đặc biệt, trong phương trình Quadratic, hệ số xác định đạt giá trị 0,901, là giá trị lớn nhất, do đó, nghiên cứu chọn dạng hàm Quadratic để xác lập mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn ở loài Dẻ trắng.
Bảng 3.18 Quan hệ giữa D 1.3 và H vn loài Trâm móc
Kết quả bảng 3.18 cho thấy ở loài Trâm móc R 2 dao động từ 0,266 đến 0,320 Mức ý nghĩa Sig F và Sig T ở tất cả các phương trình < 0,05 →
Phương trình Quadratic với R² lớn nhất trong bốn phương trình đã được chọn để xác lập mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn ở loài Trâm móc, chứng minh rằng các tham số và hệ số xác định tồn tại trong tổng thể.
Kết quả xác lập quan hệ giữa D1.3 và Hvn được tổng hợp trong bảng 3.19
Bảng 3.19 Kết quả xác lập quan hệ giữa D 1.3 và H vn loài Vối thuốc
Tương tự hai loài Trâm móc và Vối thuốc, với R 2 bằng 0,331 phương trình Quadratic cũng là phương trình tốt nhất mô tả mối quan hệ D1.3 và Hvn
Bảng 3.20 Kết quả xác lập quan hệ D 1.3 và H vn loài Lim xanh
Theo bảng 3.20, giá trị R² dao động trong khoảng từ 0,463 đến 0,481 Các mức ý nghĩa kiểm tra sự tồn tại của R² và tham số đều nhỏ hơn 0,05, cho thấy các phương trình đều phù hợp để mô tả mối quan hệ giữa D1.3 và Hvn của loài Lim xanh.
Square F df1 df2 Sig Constant b1 b2
Logarithmic có R 2 bằng 0,481 cao nhất Từ đó, đề tài chọn phương trình Logarithmic để xác lập quan hệ D1.3 và Hvn cho loài
Bảng 3.21 Kết quả xác lập quan hệ D 1.3 và H vn loài Trường sâng
Kết quả từ bảng 3.21 cho thấy giá trị R² dao động trong khoảng 0,117 đến 0,146 Mức ý nghĩa Sig F và Sig T đều lớn hơn 0,05, điều này cho thấy cả bốn phương trình không phù hợp để xác lập mối tương quan giữa D1.3 và Hvn loài Trường sâng.
Kết luận: Hàm Quadratic là dạng hàm tốt nhất trong bốn dạng hàm nghiên cứu để xác lập quan hệ giữa D1.3 và Hvn ở các loài nghiên cứu
Sau khi xác định được hàm xác lập quan hệ D1.3 và Hvn ở các loài, chúng tôi đã sử dụng phần mềm SPSS để giới hạn khoảng biến động của đường kính và chiều cao.
Giới hạn lập biểu của một số loài cây được mô phỏng ở hình 3.8: d13
Fit line for Total Quadratic Observed
Hình 3.8 Đường cong giới hạn đường kính và chiều cao loài Trường sâng
Square F df1 df2 Sig Constant b1 b2
Sau khi hoàn thành việc lập đường cong chiều cao và mã hóa biến D1.3 trong phần mềm SPSS, bảng 3.17 đã tổng hợp kết quả giới hạn chiều cao và giá trị trung bình của D1.3 theo từng cỡ kính Kết quả này đóng vai trò là cơ sở cho việc thiết lập giới hạn thể tích cho mỗi loài.
Bảng 3.17 Khoảng biến động chiều cao và thể tích
Dẻ trắng Lim xanh Trâm móc Vối thuốc
TB Khoảng Gh TB Khoảng Gh TB Khoảng Gh TB Khoảng Gh
KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ
Sau khi tiến hành thử nghiệm với nhiều phương trình thể tích khác nhau, phương trình (1) đã được xác định là phương trình tối ưu nhất trong việc mô phỏng mối quan hệ giữa thể tích của thân cây, đường kính ngang ngực và chiều cao.
* Hình số tự nhiên f01 của năm loài nghiên cứu đều tuân theo quy luật phân bố chuẩn
* Hình số tự nhiên f01 của năm loài nghiên cứu đều không phụ thuộc vào hai chỉ tiêu đường kính ngang ngực và chiều cao vút ngọn
* Về vấn đề chọn phương pháp lập biểu thể tích
- Sai số lớn nhất về thể tích của phương pháp 1 từ 8,14 – 15,5% Sai số bình quân dao động từ 3,95 – 6,01 % Sai số tổng thể tích dao động từ 0,84 đến 2,42%
- Sai số lớn nhất về thể tích của phương pháp 2 từ 7,59 đến 15,58% Sai số bình quân dao động từ 2,69 đến 6,48% Sai số tổng thể tích từ - 0,87 đến 5%
- Sai số lớn nhất về thể tích ở phương pháp 3 từ 8,19 đến 19,73% Sai số bình quân từ 2,69 đến 6,48% Sai số tổng thể tích dao động từ -0,69 đến
9,31% Phương trình đường sinh thân cây của các loài nghiên cứu được mô tả thích hợp là phương trình Parabol bậc 7
Kết luận: Phương pháp một là phương pháp tốt nhất tính thể tích thân cây cho năm loài nghiên cứu
Mối quan hệ giữa Vcvo và Vkvo đã được xác lập với độ tin cậy cao, cho phép xác định nhanh chóng thể tích của thân cây không vỏ.
Không nên sử dụng biểu thể tích để tính toán thể tích của cây cá lẻ do sai số lớn Thay vào đó, chỉ nên áp dụng phương pháp này cho một nhóm cây, khi đó sai số hệ thống sẽ bù trừ cho nhau, giúp sai số cuối cùng gần với giá trị thực tế hơn.
Nghiên cứu chỉ được thực hiện trên 5 loài cây trong số nhiều loài cây khai thác tại khu vực, do đó chưa thể đưa ra kết luận tổng quát cho tất cả các loài cây rừng tự nhiên.
Dữ liệu khách quan hiện có để kiểm tra độ chính xác của các phương pháp xác định thể tích vẫn còn hạn chế và chưa phong phú, điều này ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả kiểm nghiệm.
Đề tài hiện tại chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu cơ sở khoa học để lập biểu, nhưng chưa đi sâu vào việc xây dựng biểu thể tích cho khu vực nghiên cứu.
