Xây dựng mô hình sản lượng cho rừng thông ba lá tại Gia Lai

Rừng Thông 3 lá chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng diện tích rừng trồng của tỉnh Gia Lai. Qua số liệu kiểm kê rừng theo Chỉ thị 286TTg của Thủ tướng Chính phủ, thì trong tổng diện tích 14.300 ha rừng trồng của tỉnh đã có 4.497 ha rừng Thông 3 lá. Đến nay, toàn tỉnh có 6.186 ha rừng thông 3 lá với mục đích chủ yếu kinh doanh gỗ lớn kết hợp tận dụng khai thác nhựa. Nhiều vùng trồng cho mục tiêu phòng hộ. Hiện nay, Chính phủ đang có kế hoạch xây dựng nhà máy giấy Kon Tum, các đơn vị trên địa bàn tỉnh Kon Tum và Gia Lai đang tập trung trồng Thông 3 lá để cung ứng nguyên liệu. Mặc dù Thông 3 lá được trồng rộng rãi với diện tích lớn như vậy, nhưng cho đến nay, những công trình nghiên cứu về loài cây này thật sự không nhiều, ngoài nghiên cứu của Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Lung. Đây là công trình đầu tiên nghiên cứu một cách có hệ thống các quy luật sinh trưởng, năng suất, sản lượng cho Thông 3 lá ở Tây Nguyên. Tuy vậy, nghiên cứu chủ yếu được thực hiện trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng. Tại Gia Lai, Thông 3 lá là một trong những cây trồng chính hiện nay cả cho mục tiêu sản xuất và phòng hộ. Nhiều chủ doanh nghiệp muốn bỏ vốn để trồng rừng sản xuất, nhưng thiếu các thông tin cụ thể về tăng trưởng, sản lượng để hạch toán bước đầu trước khi lên kế hoạch đầu tư. Các diện tích rừng Thông 3 lá hiện có cũng thiếu các thông tin để điều khiển cả quá trình từ gây trồng đến nuôi dưỡng, khai thác. Các cơ quan quản lý nhà nước thiếu cơ sở khoa học để xây dựng quy trình nuôi dưỡng, khai thác cho đối tượng rừng này. Do vậy, việc nghiên cứu làm cơ sở dự đoán sản lượng và xác định hệ thống biện pháp kinh doanh hợp lý cho rừng trồng Thông 3 lá ở Gia Lai là rất cần thiết

1 Lời cảm ơn Phần Mở đầu Chơng Lợc sư nghiªn cøu 1.1 ThÕ giíi Mơc lơc 1.1.1.Nghiªn cøu sinh trởng cá thể lâm phần 1.1.2.Xây dựng mô hình dự đoán sản lợng 1.1.3.Nghiên cứu sinh khối cá thể lâm phần 1.2 Việt Nam 1.2.1.Nghiên cứu sinh trởng cá thể lâm phần 1.2.2.Xây dựng mô hình dự đoán sản lợng lập biểu trình sinh trởng 1.2.3.Nghiên cứu sinh khối cá thể lâm phần 1.3 Thảo luận Chơng Mục tiêu, đối tợng, phạm vi giới hạn nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2.1.1.Về lý luận 2.1.2.Về thực tiễn 2.2 Đối tợng nghiên cứu 2.2.1.Một số đặc điểm Thông 2.2.2.Việc trồng rừng Thông Gia Lai 2.2.3.Địa điểm đặc điểm khu vực nghiên cứu 2.3 Phạm vi giới hạn nghiên cứu Chơng nội dung phơng pháp nghiên cứu 3.1 Nội dung nghiên cứu 3.1.1.Kiểm nghiệm biểu đà lập cho rừng Thông Lâm Đồng 3.1.2.Xác lập số mô hình dự đoán sản lợng 3.1.3.Xác lập quan hệ hệ số tỉa tha với cờng độ tỉa tha 3.1.4.Mô hình lý thuyết xác định sinh khối tơi thân lâm phần 3.1.5.ứng dụng kết nghiên cứu 3.2 Phơng pháp nghiên cứu 6 6 12 14 14 15 18 19 21 21 21 21 21 21 21 22 23 24 25 25 25 25 25 26 26 26 27 3.2.1.Quan điểm phơng pháp luận 3.2.2.Phơng pháp thu thập tài liệu 3.2.3.Phơng pháp kiểm nghiệm biểu đà lập cho Thông Lâm Đồng 3.2.4.Phơng pháp xây dựng số mô hình sản lợng 3.2.5.Phơng pháp nghiên cứu sinh khối 3.2.6.Phơng pháp tÝnh to¸n xư lý sè liƯu néi nghiƯp 27 28 30 32 36 36 4.1.1.KiĨm nghiƯm biĨu thĨ tÝch Th«ng Lâm Đồng 4.1.2.Xác lập phơng trình thể tích thân 4.1.3.Kiểm nghiệm biểu trình sinh trởng 37 38 41 Chơng 37 kết nghiên cứu thảo luận 37 4.1 Kiểm nghiệm biểu thể tích biểu trình sinh trởng Thông Lâm đồng 37 4.2 Xây dựng số mô hình sản lợng 4.2.1.Xác định chiều cao bình quân hình cao lâm phần 4.2.2.Mô hình mật độ tối u 4.2.3.Mô hình trữ lợng 4.2.4.Mô hình tổng tiết diện ngang 4.2.5.Xác định đờng kính bình quân 4.2.6.Cơ sở lựa chọn phơng pháp xác ®Þnh M, G, dg 47 47 48 49 50 51 51 4.2.7.Mô hình chiều cao bình quân 4.3 xác định hệ số tỉa tha cờng độ tỉa tha 4.3.1.Xác định hệ số tỉa tha theo thể tích 4.3.2.Xác định hệ số tỉa tha theo tiết diện ngang 4.3.3.Xác định hệ số tỉa tha theo chiều cao 4.3.4.Mô hình xác định cờng độ tỉa tha theo trữ lợng theo tiÕt diÖn 53 53 53 55 56 57 4.4 Mô hình lý thuyết xác định Sinh khối tơi thân lâm phần 60 4.5 ứng dụng kết nghiên cứu 65 4.4.1.Quan hệ sinh khối tơi thân có vỏ với tiêu biểu thị kích thớc thể tích 61 4.4.2.Quan hệ sinh khối tơi thân không vỏ với thể tích thân không vỏ sinh khối tơi thân có vỏ 62 4.4.3.Mô hình sinh khối cá thể 63 4.4.4.Mô hình sinh khối lâm phần 64 4.5.1.Lập biểu tra số tiêu sản lợng biện pháp tác động cho lâm phần Thông 65 4.5.2.Lập biểu thể tích đứng tạm thời cho Thông vïng Gia Lai 67 4.5.3.LËp biĨu tra sinh khèi t¬i thân tạm thời cho Thông vùng Gia Lai 68 Chơng Kết luận - tồn đề nghị 5.1 Kết luận 5.2 Tồn đề nghị Tài liệu tham khảo 76 76 76 77 79 Lời cảm ơn Để hoàn thành chơng trình đào tạo Cao học lâm nghiệp khóa học 1999 - 2002, đợc trí Trờng Đại học Lâm nghiệp, tiến hành triển khai thực đề tài tốt nghiệp: Xác lập số mô hình sản lợng cho rừng trồng Thông (Pinus kesiya Royle ex Gordon) t¹i tØnh Gia Lai Díi sù híng dÉn khoa häc cđa Gi¸o s - TiÕn sü Vị tiÕn hinh, sau tháng thực thi, đến luận văn đà hoàn thành Cho phép bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến Thầy, Cô giáo đà tham gia giảng dạy năm qua, đặc biệt GS - TS Vũ Tiến Hinh thời gian hớng dẫn thực luận văn tốt nghiệp, đà dành nhiều thời gian bảo cho kiến thức chuyên môn Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình LÃnh đạo, Thầy, Cô giáo, đồng nghiệp Trờng Đại học Lâm nghiệp, Khoa sau đại học - Trờng Đại học Lâm nghiệp, Trờng Đại học Tây Nguyên, Khoa Nông Lâm nghiệp, Phòng Đào tạo - Trờng Đại học Tây Nguyên, Sở Nông nghiệp Phát triển nông thôn Gia Lai, Phòng Kỹ thuật Lâm nghiệp - Sở Nông nghiệp Phát triển nông thôn Gia Lai, Lâm trờng An Khê, Ban quản lý rừng phòng hộ Bắc An Khê, Ban quản lý rừng phòng hộ Mang Yang, Ban quản lý rừng phòng hộ Hà Ra, Lâm trờng Mang Yang 2, Công ty cổ phần sản xuất kinh doanh lâm sản Gia Lai đà tạo điều kiện vật chất tinh thần giúp đỡ trình thực luận văn tốt nghiệp Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn đơn vị, cá nhân đà hết lòng quan tâm đến nghiệp đào tạo cán khoa học Lâm nghiệp cho sở Gia Lai, ngày 20 tháng 10 năm 2002 Trần văn Linh Phần Mở đầu Thông (Pinus kesiya Royle ex Gordon) thuộc họ Pinaceae, Coniferales loài gỗ lớn, thờng xanh, cã thĨ cao tíi 40m ë ViƯt Nam, Th«ng phân bố tập trung Lâm Đồng, Kon Tum mọc tự nhiên nhiều số địa phơng phía Bắc nh Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái, Lào Cai, Lai Châu Thông thờng mọc loài hổn giao với số rộng khác nhng không đáng kể tạo thành loại rừng tha kim Thông loài sinh trởng tơng đối nhanh, a sáng, có biên ®é sinh th¸i réng ®èi víi nhiƯt ®é, Èm ®é đất, thích hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa vùng núi cao Rừng Thông nguồn cung cấp nguyên liệu có giá trị Gỗ Thông có phẩm chất tốt Giác dầy màu nâu vàng, lõi xẫm Gỗ thờng dùng để xây dựng, đóng đồ mộc gia đình, xẻ ván, làm diêm, bột giấy, làm cột điện, làm nhà, làm hàng xuất Nhựa có chất lợng tốt, nhng Thông Cô lô phan tinh dầu chế biến từ nhựa thông đợc sử dụng cho nhiều ngành công nghiệp nớc xuất Không thế, rừng Thông có ý nghĩa việc bảo vệ môi trờng, bảo vệ đất có giá trị văn hóa - xà hội Rừng Thông l¸ chiÕm mét tû träng lín tỉng diƯn tÝch rõng trång cđa tØnh Gia Lai Qua sè liƯu kiểm kê rừng theo Chỉ thị 286/TTg Thủ tớng ChÝnh phđ, th× tỉng diƯn tÝch 14.300 rõng trồng tỉnh đà có 4.497 rừng Thông Đến nay, toàn tỉnh có 6.186 rừng thông với mục đích chủ yếu kinh doanh gỗ lớn kết hợp tận dụng khai thác nhựa Nhiều vùng trồng cho mục tiêu phòng hộ Hiện nay, Chính phủ có kế hoạch xây dựng nhà máy giấy Kon Tum, đơn vị địa bàn tỉnh Kon Tum Gia Lai tập trung trồng Thông để cung ứng nguyên liệu Mặc dù Thông ®ỵc trång réng r·i víi diƯn tÝch lín nh vËy, nhng nay, công trình nghiên cứu loài thật không nhiều, nghiên cứu Giáo s - Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Lung Đây công trình nghiên cứu cách có hệ thống quy luật sinh trởng, suất, sản lợng cho Thông Tây Nguyên Tuy vậy, nghiên cứu chủ yếu đợc thực địa bàn tỉnh Lâm Đồng Tại Gia Lai, Thông trồng cho mục tiêu sản xuất phòng hộ Nhiều chủ doanh nghiệp muốn bỏ vốn để trồng rừng sản xuất, nhng thiếu thông tin cụ thể tăng trởng, sản lợng để hạch toán bớc đầu trớc lên kế hoạch đầu t Các diện tích rừng Thông có thiếu thông tin để điều khiển trình từ gây trồng đến nuôi dỡng, khai thác Các quan quản lý nhà nớc thiếu sở khoa học để xây dựng quy trình nuôi dỡng, khai thác cho đối tợng rừng Do vậy, việc nghiên cứu làm sở dự đoán sản lợng xác định hệ thống biện pháp kinh doanh hợp lý cho rừng trồng Thông Gia Lai cần thiết Để đáp ứng phần yêu cầu thực tiễn sản xuất, đợc phép Trờng Đại học Lâm nghiệp, thực đề tài tốt nghiệp Xác lập số mô hình sản lợng cho rừng trồng Thông (Pinus keysia Royle ex Gordon) tỉnh Gia Lai Đề tài đợc thực với mong muốn xác lập số mô hình sản lợng, sở đó, lập biểu tra số tiêu sản lợng cần thiết nh đề xuất biện pháp kỹ thuật cho lâm phần Thông trồng địa bàn tỉnh Gia Lai Tuy nhiên, thời gian điều kiện kinh phí hạn hẹp nên tránh khỏi tồn định Vì vậy, tác giả mong mn cã sù ®ãng gãp, bỉ sung ý kiÕn cđa Thầy, Cô giáo, nhà khoa học, sở sản xuất đồng nghiệp để công trình ngày hoàn thiện Chơng Lợc sử nghiên cứu Từ năm đầu kỷ XX, đà xuất nhiều công trình nghiên cứu cấu trúc, sinh trởng sản lợng rừng Nhiều vấn đề trớc thuộc phạm trù nghiên cứu định tính, mô tả đà trở thành khoa học định lợng xác Định hớng nghiên cứu cấu trúc, sinh trởng sản lợng rừng đà đợc nhà khoa học khái quát dới dạng mô hình toán học nhằm định lợng quy luật tự nhiên, sở giải nhiều vấn đề kinh doanh rừng, đặc biệt lĩnh vực lập biểu chuyên dụng phục vụ điều tra xác định biện pháp kinh doanh cho đối tợng cụ thể 1.1 Thế giới 1.1.1 Nghiên cứu sinh trởng cá thể lâm phần Cơ sở ban đầu để hình thành môn sản lợng rừng nghiên cứu sản lợng cho đối tợng rừng lâm phần Từ thử nghiệm ban đầu, ngời bớc hiểu biết sinh trởng sản lợng số loại trồng chÝnh Qua nghiªn cøu thùc nghiƯm cho thÊy, sinh trëng lâm phần phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có biện pháp tác động môi trờng Vì vậy, thực nghiệm khoa học làm sáng tỏ Nhận thức điều này, từ năm 1870 Châu Âu bắt dầu xuất Ô nghiên cứu lâu dài (Ô định vị) sản lợng Điểm qua lịch sử khoa học sản lợng rừng giới, cho thấy ngời đúc kết thành tựu nghiên cứu tăng trởng rừng R Weber vào năm 1881 với tựa đề Bài giảng điều chế rừng sở quy luật tăng trởng Lần tác giả đa mô hình lý thuyết mô quy luật đà biết Vanselow coi lý thuyết sản lợng, tăng trởng rừng môn khoa học sinh thái Theo Weck, lý thuyết sản lợng rừng khoa học có định hớng thực tiễn Nhiệm vụ xây dựng tảng cho quy luật sinh học mà cụ thể quy luật tăng trởng rừng Mặc dù tác giả có hớng nghiên cứu, giải vấn đề khác thực tiễn, nhng có chung mục đích tìm hiểu nh÷ng quy lt sinh trëng (Sù phơ thc cđa sinh trởng sản lợng vào thời gian); Sự liên quan sinh trởng sản lợng vào không gian dinh dỡng ( Điều chỉnh mật độ); ảnh hởng đặc tính di truyền đến sinh trởng sản lợng (Xuất xứ, kiểu sinh trởng); Quy luật kết cấu lâm phần ,kết hợp với thành tựu khoa học tự nhiên để mô quy luật nhng mô hình toán học Cho đến nay, nói số lợng hàm toán học mô tả trình sinh trởng đợc tác giả đa phong phú Trong số đó, hàm Gompertz, Schumacher, Korf thờng hay đợc vận dụng Từ lâu, hàm sinh trởng đợc ứng dụng lâm nghiệp, đặc biệt lĩnh vực sinh trởng sản lợng Nh hàm Schumacher đà đợc Alder sử dụng để mô tả quy luật sinh trởng chiều cao tầng trội làm sở phân chia đờng cong thị cấp đất cho loài Cupressus lusitanica Keynia 1.1.2 Xây dựng mô hình dự đoán sản lợng Thực chất việc nghiên cứu xây dựng mô hình dự đoán sản lợng nghiên cứu quy luật biến đổi theo thời gian tiêu sản lợng, nh: Mật độ (N), tổng tiết diện ngang (G), trữ lợng lâm phần (M), đờng kính chiều cao có tiết diện bình quân (dg hg), tổng diện tích tán (St) 1.1.2.1 Mô hình xác ®Þnh mËt ®é tèi u Chilmi (1971)[52] ®· ®a mô hình: N N e ( t  t ) Víi: N No (1-1) : Mật độ tối u cần xác định thời điểm t : Mật độ ban đầu lâm phần xuất hiện tợng tỉa tha tự nhiên (ứng với thời ®iĨm to)  : HƯ sè tØa tha tù nhiªn Cujenkov (1971) [52] xác định mật độ tối u theo phơng trình: N N e c.t x (1-2) t 10 Với t x c : đợc xác định gần phơng trình c = a + b.No Roemisch (1971) [52] xác định mật độ tối u theo phơng trình: N N E e  t x  N e  bt x Với NE : Mật độ thời điểm kết thúc tỉa tha tự nhiên (1-3) Mật độ phụ thuộc vào tuổi điều kiện lập địa Hai nhân tố đợc phản ảnh tổng hợp qua kích thớc bình quân Từ đó, số tác giả đà xác lập quan hệ mật độ tối u với đờng kính chiều cao bình quân lâm phần Giữa mật độ tối u với đờng kính bình quân lâm phần (thờng dùng đờng kính bình quân theo tiết diện dg) luôn tồn mối quan hệ mật thiết thờng đợc biểu thị theo dạng phơng trình: N a.d gb (1-4) Với: a, b tham số phơng trình Diskovski xây dựng mô hình mật độ sở chiều cao có tiết diện bình quân hg): dN bN dhg (1-5) Tích phân phơng trình (1-5) ta có: N N e b ( hg  hg ) Víi (1-6) No : Số lúc lâm phần bắt đầu khép tán hgo : Chiều cao lâm phần lúc bắt đầu khép tán N : Mật độ tối u thời điểm xác định hg : Chiều cao Thomasius (1972) [52] đà dựa vào quan hệ tăng trởng thể tích với diện tích dinh dỡng để xác định mật độ tối u cho lâm phần thời điểm t Quan hệ đợc tác giả mô phơng trình sau: Z V Z V max  e  c  a  a0  Víi ZV (1-7) : Tăng trởng năm hay tăng trởng bình quân định kỳ thể tích ZVmax : Tăng trởng thể tích lớn a : Diện tÝch dinh dìng ao : DiƯn tÝch dinh dìng tèi thiểu, rừng sống nhng không sinh trởng Phơng trình (1-7) cho thấy, a tăng ZV tăng theo, nhng đến giới hạn đó, ZV tăng chậm tiệm cận ZVmax Điều có ý nghĩa thực tiễn không nên để mật độ lâm phần thấp, mật độ tăng trởng ZV không phụ thuộc vµo diƯn tÝch dinh dìng Thay N 10 a , tăng trởng trữ lợng đợc xác định theo công thøc: 10 ZM  Z V max  e  c ( a  a0 ) a   (1-8) DiƯn tÝch dinh dìng øng víi gi¸ trị lớn ZM gọi diện tích dinh dỡng tối u (aOPT), mật độ tơng ứng gọi mật độ tối u (NOPT) N OPT 10 a OPT (1-9) Solynis (Wenk - 1990) [52] diện tích tán để xác định mật độ tối u: N Víi Q S 1 P   100 (1-10) Q : Tổng diện tích tán tối u S : Diện tích hình chiếu tán bình quân tối u sinh trởng tốt (để lại nuôi dỡng) P : Độ giao tán tối u S phụ thuộc vào đặc tính loài cây, điều kiện lập địa nh mục đích kinh doanh Để xác định mật độ tối u sở diện tích tán, cần quan tâm đến mối quan hệ sau: Quan hệ tổng diện tích tán với cấp đất tuổi Quan hệ tổng diện tích tán với chiều cao bình quân Quan hệ tổng diện tích tán với chiều cao bình quân mật độ Một số kết nghiên cứu rừng trồng Đức đà phản ánh quan hệ thứ Với số loại trồng vùng nhiệt đới, Alder (1980) [49] số tác giả khác cho rằng, chiều cao bình quân tiêu tổng hợp phản ánh cấp đất tuổi, đà dựa 10 vào quan hƯ thø hai Khi biÕn ®éng cđa mËt ®é lớn (do biện pháp tác động ch a ổn định), dựa vào quan hệ thứ ba để xác định tổng diện tích tán lâm phần Nhng Thuật Hùng (1989)[17] đà xác định cờng độ tỉa tha theo tiết diện ngang cho loài Bạch đàn chanh Bạch đàn liễu Lôi Châu - Trung Quốc sở độ đầy lâm phần (P) GC% = P(1- 0,7).100 1.1.2.2 (1-11) Mô hình dự đoán trữ lợng tổng diện ngang nớc châu Âu, đặc biệt Đức, tổng tiết diện ngang (G) đợc dự đoán từ động thái phân bố số theo cỡ đờng kính (N - D) theo c«ng thøc:  m G   ni d i2 Víi m : Sè cì kÝnh ni : Sè c©y thc cì kÝnh thø i di : Giá trị cỡ kính thứ i (1-12) Nhiều tác giả xác định tiêu trực tiếp từ chiều cao mật độ Alder (1980) [49] lập biểu sinh trởng cho loài Pinus patula đà dựa vào mối quan hệ G với chiều cao bình quân tầng trội (ho) mật độ (N) : G = f (h0, N) (1-13) Để xác định trữ lợng (M) thời điểm khác nhau, tác giả thờng dùng phơng pháp: Lấy mô hình xác định tổng diện ngang làm sở M=G.HF Với (1-14) Tổng diện ngang (G) hình cao (HF) đợc tÝnh tõ c¸c quan hƯ: G = f (h0, N) (1-15) HF = f (h0) (1-16) Xác định M = f (h0, N, A) cho tất tuổi Nếu lấy mô hình trữ lợng làm sở, dựa vào quan hệ (1-14), (1-16) để xác định G