Sản lượng rừng docx

1 Giới thiệu tổng quan về môn học 1. Vị trí môn học. Sản lợng rừng là môn khoa học chuyên nghiên cứu về quy luật sinh trởng của cây rừng và lâm phần. Từ đó xây dựng phơng pháp dự đoán tăng trởng và sản lợng, cũng nh thiết lập hệ thống biện pháp kinh doanh cho mỗi loài cây trồng. Vì thế, sản lợng rừng vừa mang tính chất của môn học cơ sở, vừa mang tính chất của môn học chuyên môn trong cơ cấu chơng trình đào tạo Đại học và Sau đại học ngành Lâm nghiệp. Nó có liên quan chặt chẽ về mặt kiến thức với nhiều môn học khác, nh Điều tra rừng, Lâm sinh, Trồng rừng Sở dĩ nh vậy vì, kiến thức của các môn học này là cơ sở định hớng nghiên cứu về tăng trởng và sản lợng cho mỗi loài cây, từ việc bố trí hệ thống ô nghiên cứu, theo dõi thu thập số liệu, đến việc thiết lập mô hình tăng trởng và sản lợng phục vụ kinh doanh rừng. Để giải quyết vấn đề này, cần có những kiến thức về Lâm sinh và Trồng rừng cùng một số môn học khác có liên quan. 2. Nhiệm vụ môn sản lợng rừng trong Lâm nghiệp. Pressler đã định nghĩa: "Tăng trởng học là một bộ phận của lâm nghiệp, nó bao gồm các quy luật tăng trởng, các phơng pháp xác định tăng trởng, trồng rừng và tăng trởng rừng". Vanselow (Wenk,G. 1990) coi lý thuyết về sản lợng, tăng trởng rừng là môn khoa học về sinh thái. Theo Wenk,G. (1990), lý thuyết về sản lợng rừng là môn khoa học có định hớng thực tiễn. Nhiệm vụ của nó là xây dựng nền tảng cho các quy luật sinh học, mà cụ thể là quy luật tăng trởng rừng. Nhiệm vụ chính của sản lợng rừng là giải quyết một số vấn đề có tính mấu chốt dới đây: - Nghiên cứu quy luật sinh trởng (sự phụ thuộc của tăng tr ởng và sản lợng vào thời gian). - Sự liên quan giữa tăng trởng và sản lợng với điều kiện lập địa. - Sự phụ thuộc của tăng trởng và sản lợng vào mật độ. 2 - ảnh hởng của đặc tính di truyền đến tăng trởng và sản lợng (xuất xứ, kiểu sinh trởng). - Tìm hiểu quá trình sinh trởng cây rừng và lâm phần tạo cơ sở cho việc tác động các biện pháp kỹ thuật đúng hớng và có hiệu quả, dần dần tiến đến việc lựa chọn các biện pháp tác động tối u. - Trên cơ sở những hiểu biết về quy luật sinh trởng và tăng trởng lâm phần, xây dựng phơng pháp dự đoán sản lợng. - Xây dựng hệ thống các biểu sản lợng phục vụ điều tra và kinh doanh mỗi loài cây trồng. Bên cạnh những nhiệm vụ trên, còn hàng loạt các vấn đề khác cần giải quyết trong lĩnh vực sản lợng rừng, nh: - Biện pháp tác động tối u. - Sự tăng sản lợng qua bón phân và cải tạo rừng. - Xác định giới hạn của các tác hại sinh vật và phi sinh vật đến sản lợng rừng. - Sự tăng lên của sản lợng thông qua gây trồng những loài cây cho năng suất cao, dẫn giống. - Định hớng mối quan hệ giữa điều kiện lập địa và sản lợng. 3. Nội dung môn học. Sản lợng rừng là môn khoa học nghiên cứu quy luật sinh trởng của cây cá thể và lâm phần làm cơ sở dự đoán tăng trởng và sản lợng, đồng thời đề xuất hệ thống biện pháp kỹ thuật tác động hợp lý, sao cho lâm phần đạt năng suất cao, đáp ứng mục đích kinh doanh. Để đạt đợc mục tiêu đặt ra, nội dung môn học đợc thiết kế gồm bốn phần tơng ứng với bốn chơng: Chơng 1: Sinh trởng cây cá thể và lâm phần. Nội dung chính của ch ơng này là cung cấp những kiến thức chung nhất về quy luật sinh trởng của cây cá thể và lâm phần, đồng thời đề cập đến 3 các nhân tố ảnh hởng đến sinh trởng của cây và đến cấu trúc cũng nh sinh trởng của lâm phần. Đây là những kiến thức cần thiết làm cơ sở cho việc nghiên cứu các nội dung tiếp theo của môn học. Chơng 2: Phân chia đơn vị dự đoán sản lợng và kinh doanh rừng. Nh đã biết, với mỗi loài cây, diện tích trồng rừng thờng rất lớn, từ vài nghìn đến hàng trăm nghìn hecta, phạm vi phân bố rộng, trên nhiều vùng lãnh thổ và sinh thái khác nhau, tạo nên sự đa dạng về điều kiện lập địa. Vì lẽ đó, chơng này sẽ đúc kết và giới thiệu các phơng pháp thông dụng nhất để phân chia đối tợng rừng trồng cho mỗi loài cây thành các đơn vị đồng nhất, phục vụ kinh doanh và dự đoán sản lợng. Kiến thức đợc giới thiệu ở chơng này bao gồm các nội dung từ việc lựa chọn chỉ tiêu đến phơng pháp phân chia cấp đất và hớng dẫn cách sử dụng hệ thống phân chia cấp đất vào thực tế sản xuất lâm nghiệp. Đây chính là những kiến thức cơ sở cần thiết cho nghiên cứu các phơng pháp dự đoán tăng trởng và sản lợng tiếp theo. Chơng 3: Dự đoán tăng trởng và sản lợng. Chơng này tập trung giới thiệu các phơng pháp thờng dùng để dự đoán các chỉ tiêu sản lợng, mà cụ thể là việc thiết lập các mô hình tăng trởng và sản lợng lâm phần. Qua nghiên cứu các nội dung, độc giả có thể nắm đợc một cách hệ thống các mô hình mà các tác giả trong và ngoài nớc vận dụng để lập biểu tăng trởng và sản lợng cho rừng trồng. Từ đó, lựa chọn ph ơng pháp và mô hình thích hợp cho từng đối tợng nghiên cứu cụ thể. Chơng 4. Thu thập và xử lý số liệu cho việc thiết lập mô hình tăng trởng và sản lợng. Chơng này giới thiệu 3 nội dung chính, đó là lựa chọn và bố trí hệ thống ô mẫu để thu thập số liệu nghiên cứu tăng trởng và sản lợng cho mỗi loài cây trồng, bao gồm từ ô tạm thời đến ô cố định với một số lần đo lặp. Các ô này đợc lựa chọn khi đã có rừng. Nội dung thứ hai đợc đề cập ở chơng này là thiết kế các ô thí nghiệm trồng rừng theo dự kiến ban đầu để theo dõi 4 lâu dài, trong đó có một tỷ lệ ô nhất định tồn tại từ khi trồng đến khi khai thác chính. Nội dung cuối cùng đợc giới thiệu là phơng pháp thu thập và xử lý số liệu đối với các loại ô mẫu phục vụ cho việc thiết lập các mô hình tăng trởng và sản lợng cho mỗi loài cây trồng. 4. Lịch sử hình thành và phát triển môn học. Sự hiểu biết về các lĩnh vực của con ngời đợc coi là một quá trình lịch sử. Nó có quan hệ chặt chẽ với sự phát triển của lực lợng sản xuất và quan hệ sản xuất. Cũng nh các lĩnh vực khác, lý thuyết về tăng trởng và sản lợng rừng đợc hình thành trong lịch sử phát triển xã hội và khi khoa học bắt đầu có sự chuyên môn hoá. So với các lĩnh vực khoa học khác, môn học sản lợng rừng hình thành tơng đối muộn hơn cả về sự hiểu biết cũng nh giảng dạy. Cơ sở ban đầu để hình thành môn học này là những nghiên cứu về sản lợng cho đối tợng cây rừng và lâm phần. Từ những thí nghiệm ban đầu, con ngời có hiểu biết về sinh trởng của một số loài cây trồng chính. Sản lợng học đợc phát triển đầu tiên ở các nớc châu Âu ngay từ thế kỷ XIX. Đến nay, đối với chúng ta, nó còn là môn khoa học mới mẻ, mặc dù từng nội dung đã đợc đề cập ở các môn học khác nh: Điều tra rừng, Trồng rừng, Lâm sinh học Sự phát triển của khoa học sản lợng rừng gắn liền với tên tuổi của những ngời đã khai sinh ra nó nh: Baur, Borggreve, Breymann, Cotta, H.Danckelmann, Draudt, Hartig, Weise, Tuy nhiên, những nghiên cứu của họ mới chỉ đi sâu về mặt lý thuyết, còn thiếu cơ sở thực tế. Sinh trởng của cây và lâm phần phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có biện pháp tác động và môi trờng. Vì vậy, không có những thực nghiệm khoa học, thì không thể làm sáng tỏ quy luật sinh tr ởng và phát triển của lâm phần. Nhận thức đợc điều này, từ năm 1870, ở châu Âu bắt đầu xuất hiện những ô nghiên cứu lâu dài (ô định vị) về sản lợng. Sự hiểu biết kết hợp với 5 kinh nghiệm có đợc thông qua những thí nghiệm về tỉa tha, đã hình thành môn học về tăng trởng và sản lợng rừng. Sau đó, hàng loạt những giáo trình về sản lợng rừng đợc biên soạn, nhng đợc đánh giá cao nhất là tác phẩm của Schwappach và Wiedemann. Ngời đúc kết những thành tựu nghiên cứu về tăng trởng rừng đầu tiên là R.Weber vào năm 1891 với tựa đề "Bài giảng về điều chế rừng trên cơ sở các quy luật tăng trởng". Trong đó, lần đầu tiên đa ra những mô hình lý thuyết mô phỏng các quy luật đã biết. Bài giảng đầu tiên về sản lợng rừng của Vanselow vào năm 1933 ở Muenchen. Sau đó, đến bài giảng của Richard ở Tharandt (CHLB Đức). Những bài giảng này là mốc lịch sử đầu tiên về giảng dạy môn sản lợng rừng. Giáo trình đầu tiên "Giới thiệu lý thuyết về tăng trởng và sản lợng rừng" của Vanselow vào năm 1941. Sau đó, một loạt các giáo trình khác đợc biên soạn nh của Weck (1948 và 1955). Giáo trình của Assmann xuất bản vào năm 1961 đã đợc sử dụng rộng rãi ở các nớc. Tiếp đó, đến hàng loạt các giáo trình sản lợng rừng đã xuất hiện. 6 Chơng 1 Sinh trởng cây cá thể v lâm phần Quy luật sinh trởng cây cá thể và lâm phần là trọng tâm nghiên cứu của sản lợng rừng, là nền tảng cho việc lựa chọn phơng pháp xây dựng các mô hình tăng trởng và sản lợng, cũng nh xác định các hệ thống biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao năng suất của rừng và hiệu quả kinh doanh. Sinh trởng cây cá thể và lâm phần là thể thống nhất, trong đó mỗi cây là một cá thể tạo nên một quần thể có những đặc trng xác định. Tuy nhiên, để có cơ sở nghiên cứu sinh trởng lâm phần, cần có những hiểu biết nhất định về sinh trởng cây cá thể. Mục tiêu chính khi nghiên cứu sinh trởng cây cá thể và lâm phần là: - Làm rõ quy luật sinh trởng cây cá thể và mô hình hoá chúng bằng hàm lý thuyết. - Tìm hiểu nhân tố ảnh hởng đến sinh trởng và hình thái của cây. - Giải thích đợc một cách chung nhất quy luật sinh trởng của lâm phần cùng các nhân tố ảnh hởng làm cơ sở đề xuất biện pháp kinh doanh và nghiên cứu xây dựng mô hình sản lợng lâm phần. - Hiểu rõ đặc điểm cấu trúc lâm phần và những phơng pháp mô tả động thái cũng nh ứng dụng vào điều tra, dự đoán sản lợng lâm phần 1.1. Sinh trởng cây cá thể. Vấn đề cần giải quyết ở nội dung này là quy luật sinh trởng của cây từ khi trồng rừng cho đến khi khai thác kết thúc chu kỳ kinh doanh. Nguyễn Ngọc Lung (1999), khi nghiên cứu nội dung này, đã đề cập đến đặc điểm sinh trởng của cây con từ giai đoạn vờn ơm đến và rừng trồng trớc và sau khi khép tán. Những đại l ợng sinh trởng của cây đợc quan tâm đến là: đờng kính ngang ngực (D), chiều cao (H), thể tích (V) và đờng kính tán (Dt). 7 1.1.1. Khái niệm về sinh trởng. Từ trớc đến nay, có nhiều khái niệm hoặc định nghĩa về sinh trởng, nhng theo V. Bertalanfly ( Wenk, G. 1990) thì, sinh trởng là sự tăng lên của một đại lợng nào đó nhờ kết quả đồng hoá của một vật sống. Trong sản lợng rừng, sinh trởng đợc hiểu là sự biến đổi theo thời gian của một đại lợng nào đó ở cây cá thể nh D, H, V, Dt Sinh trởng gắn liền với thời gian, vì thế thờng đợc gọi là quá trình sinh trởng. Tơng ứng với các đại lợng, ta có khái niệm về sinh trởng đờng kính, sinh trởng chiều cao, sinh trởng thể tích Hình 1.1 dới đây minh hoạ cho khái niệm sinh trởng của các đại lợng nói trên. Hình 1.1. Minh hoạ sinh trởng D, H bằng tài liệu cây giải tích loài Kiefer 130 tuổi (Wenk, G. 1990) Để nhận biết sinh trởng của cây cá thể, có thể áp dụng một trong hai phơng pháp sau: 8 - Giải tích thân cây: Thân cây sau khi chặt ngả, tiến hành ca thành các phân đoạn. Thông qua số vòng năm ở mỗi thớt trên các vị trí khác nhau của thân cây, ớc lợng chiều cao tơng ứng cho từng tuổi hay cấp tuổi với độ chính xác mong muốn, đồng thời cũng xác định đợc đờng kính ở các vị trí khác nhau trên thân cây (hình 1.1). Đây là cơ sở để xác định sinh trởng D, H,V của cây. Việc xác định sinh trởng của cây thông qua giải tích chỉ thích hợp với những loài thể hiện rõ quy luật sinh trởng vòng năm, một số đại lợng khác nh đờng kính tán, vỏ cây thì không thể xác định đợc. - Nhận biết sinh trởng của cây bằng mô hình sinh trởng. Mô hình sinh trởng là mô hình toán học biểu thị mối quan hệ giữa từng đại lợng nh đờng kính, chiều cao, thể tích của cây với các yếu tố có liên quan nh tuổi, diện tích dinh dỡng, điều kiện môi trờng. Từ mô hình sinh trởng, thông qua các biến cần thiết, ớc lợng sinh trởng cho từng đại lợng. 1.1.2. Mô tả sinh trởng của cây. Sự biến đổi theo thời gian của mỗi đại lợng điều tra ở cây cá thể nh: D, H, V đều thể hiện rõ quy luật (hình 1.2) Hình 1.2. Sinh trởng D, H, V cây bình quân lâm phần Sa mộc cấp đất I 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 A (tuổi) V (m 3 ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 02468101214161820 A (tuổi) H (m) 0 3 6 9 12 15 18 21 0 2 4 6 8 101214161820 A (tuổi) D (cm) 9 Từ hình 1.2 nhận thấy, có thể mô tả quy luật sinh trởng của mỗi đại lợng D, H, V bằng biểu thức toán học. Trong biểu thức đó, Y là đại lợng sinh trởng và đợc coi là một hàm của thời gian (t) cùng yếu tố môi trờng (u): Y = F(t,u) (1.1) Yếu tố môi trờng rất đa dạng, nh: CO 2 , H 2 O, nhiệt độ, độ ẩm, lợng ma, pH Cho đến nay, vẫn cha đánh giá đợc ảnh hởng cụ thể của từng yếu tố này đến sinh trởng của cây nh thế nào. Do đó, yếu tố môi trờng đợc coi là hằng số và sinh trởng chỉ phụ thuộc và thời gian. Y = F(t) (1.2) Phơng trình (1.2) đợc gọi là phơng trình sinh trởng và có các đặc điểm sau: - Luôn tăng theo thời gian. - ít nhất có một điểm uốn. - Có điểm tiệm cận với t = 0 và t = t max . - Không đối xứng và điểm uốn tại vị trí t u < t max /2 D=31,28*exp(-3,2327*exp(-0,1335*A)) H=30*exp(-3,5975*exp(-0,1246*A)) V=1,1516*exp(-5,5684*exp(-0,0879*A)) Hình 1.3. Đờng sinh trởng D, H, V lý thuyết cây bình quân lâm phần Sa mộc cấp đất I 0 5 10 15 20 25 30 35 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 A (tuổi) D (cm) 0 5 10 15 20 25 30 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 A (tuổi) H (m) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 3 6 9 12151821242730 A (tuổi) V (m 3 ) 10 Từ các hình trên và phơng trình sinh trởng cho thấy: Sinh trởng đờng kính có điểm uốn tại tuổi 9 (D = 11,83cm). Sinh trởng chiều cao có điểm uốn tại tuổi 11 (H = 12,03m) Sinh trởng thể tích có điểm uốn tại tuổi 20 (V= 0,44096m 3 ) 1.1.3. Tốc độ sinh trởng và tăng trởng. Tốc độ sinh trởng là đạo hàm bậc nhất theo thời gian của sinh trởng. Nếu coi Y là phơng trình sinh trởng, Y' là tốc độ sinh trởng, ta có: Y' = F'(t) = f(t) (1.3) Ví dụ, sinh trởng đờng kính: 0,1692.A 3,6616.e 23,5624.eD = (1.4) Tốc độ sinh trởng đờng kính: A1692,0 e6616,3A1692,0 e1692,06616,35624,23'D = (1.5) Quy luật biến đổi của Y và Y' đợc minh hoạ ở hình 1.4. Đặc điểm chung của tốc độ sinh trởng: - Trớc khi đến điểm cực đại thì tăng nhanh, sau đó giảm nhanh, càng về sau càng giảm chậm. - Sau cực đại có một điểm uốn, trớc cực đại có thể có hoặc không có điểm uốn. - Thời điểm Y' đạt cực đại trùng với thời điểm Y đạt điểm uốn. - Tại t = 0, và t = t max , Y' bằng không, với tất cả các tuổi khác Y' luôn dơng. Tăng trởng là hiệu số của đại lợng sinh trởng giữa 2 thời điểm khác nhau và đợc ký hiệu là ZY: ZY = Yt - Y(t-t) (1.6) [...]... học, có thể viết dới dạng tổng quát: PY = Y' F ' (t ) f (t ) ì 100 = ì 100 = ì 100 Y F (t ) F (t ) (1.10) 1.1.4 Một số hàm sinh trởng thờng dùng Trong tài liệu "Nghiên cứu tăng trởng và sản lợng rừng trồng áp dụng cho rừng Thông ba lá ở Việt Nam" Nguyễn Ngọc Lung (1999) có dẫn một số 13 hàm sinh trởng triển vọng nhất đợc thử nghiệm với loài cây mọc nhanh ở Việt Nam Dới đây xin giới thiệu các phơng trình... cơ sở lập biểu sản lợng rừng Thông ba lá, vì hàm sinh trởng này xuất phát từ gốc tọa độ Viên Ngọc Hùng (1985), Trịnh Đức Huy (1988), Vũ Văn Mễ và Nguyễn Thanh Đạm (1989) dùng hàm Schumacher mô tả sinh trởng chiều cao làm cơ sở lập biểu cấp đất cho Thông ba lá, Bồ đề và Phi lao 1.1.4.4 Phơng pháp lựa chọn phơng trình thích hợp mô tả sinh trởng cây bình quân Khi nghiên cứu sinh trởng và sản lợng cho mỗi... Y=Y 100 2 a 0 + a 1T + T Kiviste 1 1,0 T c ) Y=Y (1 e cT ) max b + c log T 14 Từ các biểu sản lợng lập cho các loài cây trồng mọc nhanh ở Việt Nam trong thời gian qua, điểm lại, có hai hàm qua thử nghiệm đợc nhiều tác giả sử dụng nhất, đó là hàm Gompertz và hàm Schumacher Khi nghiên cứu cho đối tợng rừng Thông ba lá ở Việt Nam, Nguyễn Ngọc Lung (1999) cũng nhận xét, trong số các hàm thử nghiệm,... phơng trình mật độ tối u ứng với tăng trởng tối đa của trữ lợng lâm phần Nguyễn Ngọc Lung (1999) đã nghiên cứu các chỉ số hiệu suất sử dụng không gian dinh dỡng của cây rừng làm cơ sở đề xuất giải pháp lâm sinh đối với tỉa tha nuôi dỡng rừng trồng Các hệ số đợc thử nghiệm là: KD = Dt/D1,3 (1.15) KS = St/g1,3 (1.16) Hế số KD và KS sẽ giảm dần theo tuổi cây Điều đó có nghĩa là, tuổi càng tăng (D1,3 càng... cây bình quân theo đơn vị cấp đất, đôi khi cho cây bình quân của cả đối tợng nghiên cứu (chung cho các cấp đất) Các phơng trình sinh trởng đợc tính toán cụ thể này sẽ là cơ sở để lập biểu cấp đất, biểu sản lợng Vì 27 thế, tính thích ứng của biểu cũng nh mức độ đại diện của các đờng sinh trởng lý thuyết phụ thuộc rất nhiều vào mức độ thích hợp của hàm toán học đợc sử dụng Từ đó cho thấy việc lựa chọn... trởng lâm phần đợc coi là sự biến đổi theo thời gian của các đại lợng mà ta cần quan tâm, còn lợng biến đổi đợc của mỗi đại lợng trong một đơn vị thời gian đợc gọi là tăng trởng Lâm phần là tổng thể cây rừng, trong quá trình sinh trởng và phát triển luôn luôn xảy ra hai quá trình ngợc chiều nhau Đó là kích thớc của từng cây tăng lên, đồng thời cùng với thời gian, một bộ phận cây mất đi do đào thải 36 . Sản lợng rừng là môn khoa học chuyên nghiên cứu về quy luật sinh trởng của cây rừng và lâm phần. Từ đó xây dựng phơng pháp dự đoán tăng trởng và sản. xác định tăng trởng, trồng rừng và tăng trởng rừng& quot;. Vanselow (Wenk,G. 1990) coi lý thuyết về sản lợng, tăng trởng rừng là môn khoa học về sinh