Đang tải... (xem toàn văn)
Cùng với công tác trồng rừng phủ xanh đất trống đồi núi trọc, một nhiệm vụ quan trọng của ngành Lâm nghiệp là nghiên cứu các biện pháp kinh doanh rừng trồng một cách hợp lý. Việc mô hình hoá quá trình sinh trưởng và thiết lập các biểu sản lượng càng trở nên quan trọng nhằm đáp ứng các nhu cầu thực tiễn đặt ra. Bên cạnh đó, khi mô hình hoá sinh trưởng và lập biểu cấp đất cần thiết phải mô hình hoá quá trình sinh trưởng của cây rừng và lâm phần, chính vì thế, việc thiết lập các phương trình sinh trưởng bình quân chung theo đơn vị cấp đất trở nên quan trọng và cần thiết trong nghiên cứu và dự đoán sinh trưởng. Mặt khác, khi nghiên cứu sinh trưởng, các tác giả trước đây chủ yếu tập trung nghiên cứu cho từng đối tượng cụ thể, việc thử nghiệm đồng thời các phương trình sinh trưởng trên nhiều đối tượng khác nhau thì chưa được chú ý nhiều. Trong quá trình tính toán, xác định các tham số của phương trình sinh trưởng ở những nghiên cứu trước đây là thông qua chương trình Excel nên việc lựa chọn các chỉ tiêu so sánh giữa phương trình này với phương trình khác là chưa thực sự phù hợp. Từ những lý do đó, việc nghiên cứu sinh trưởng cần có những đánh giá tổng quan nhất đối với các loài cây trồng, đây là vấn đề quan trọng và cần thiết đòi hỏi được quan tâm hơn nữa.
Lời nói đầu Để hoàn thành chơng trình đào tạo Cao học Lâm nghiệp khoá học 20002003, đợc đồng ý Khoa sau đại học - Trờng Đại học Lâm nghiệp, thực đề tài tốt nghiệp: "Đánh giá khả ứng dụng phơng trình sinh trởng vào mô tả dự đoán sinh trởng cho số loài trồng nớc ta" Sau thời gian tiến hành làm đề tài tốt nghiệp đến luận văn đà đợc hoàn thành Cho phép đợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy, Cô giáo, đặc biệt GS.TS Vũ Tiến Hinh đà tận tình hớng dẫn, bảo giúp đỡ hoàn thành luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến GS.TS Nguyễn Hải Tuất Thầy giáo môn điều tra - Quy hoạch rừng đà cho Tôi ý kiến đóng góp quý báu Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất bạn bè đồng nghiệp ngời thân đà giúp đỡ có đợc luận văn Tác giả vui lòng nhận đợc góp ý, bổ sung bạn đọc để luận văn đợc hoàn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Tây, tháng 07 năm 2003 Tác giả Đặt Vấn Đề Trải qua thời gian dài, diện tích rừng Việt Nam giảm liên tục (Năm 1943 14,3 triệu năm 1993 9,3 triệu ha) Tuy nhiên, năm gần đây, diện tích rừng đà đợc mở rộng khắp địa phơng phạm vi toàn quốc Kết kiểm kê rừng năm 1999, cho biết: tổng diện tích có rừng nớc 10,9 triệu ha, độ che phủ tơng ứng 33,2% Tuy diện tích rừng có tăng nhng chất lợng ngày giảm sút Đối với rừng trồng, tỷ lệ thành rừng thấp, suất không cao chất lợng rừng Trớc thực tế rừng nhu cầu gỗ, đảm bảo an ninh môi trờng nh nhu cầu phát triển bền vững đất nớc, nhiều năm qua, Chính phủ Việt Nam với trợ giúp tổ chức phủ, phi phủ đà đầu t lớn vật t, tiền vốn để trồng, phục hồi phát triển rừng thông qua chơng trình mục tiêu nh Dự án trång míi triƯu rõng (1998 - 2010); Ch¬ng trình 327 Trong Dự án triệu rừng, có tới triệu rừng sản xuất đợc trồng lâm nghiệp tạo nguồn nguyên liệu cho công nghiệp giấy ván nhân tạo, gỗ trụ mỏ, đặc sản, rừng gỗ quý Cùng với công tác trång rõng phđ xanh ®Êt trèng ®åi nói träc, mét nhiệm vụ quan trọng ngành Lâm nghiệp nghiên cøu c¸c biƯn ph¸p kinh doanh rõng trång mét c¸ch hợp lý Việc mô hình hoá trình sinh trởng thiết lập biểu sản lợng trở nên quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiễn đặt Bên cạnh đó, mô hình hoá sinh trởng lập biểu cấp đất cần thiết phải mô hình hoá trình sinh trởng rừng lâm phần, thế, việc thiết lập phơng trình sinh trởng bình quân chung theo đơn vị cấp đất trở nên quan trọng cần thiết nghiên cứu dự đoán sinh trởng Mặt khác, nghiên cứu sinh trởng, tác giả trớc chủ yếu tập trung nghiên cứu cho đối tợng cụ thể, việc thử nghiệm đồng thời phơng trình sinh trởng nhiều đối tợng khác cha đợc ý nhiều Trong trình tính toán, xác định tham số phơng trình sinh trởng nghiên cứu trớc thông qua chơng trình Excel nên việc lựa chọn tiêu so sánh phơng trình với phơng trình khác cha thực phù hợp Từ lý đó, việc nghiên cứu sinh trởng cần có đánh giá tổng quan loài trồng, vấn đề quan trọng cần thiết đòi hỏi đợc quan tâm Xuất phát từ thực tế đó, tiến hành thực đề tài: Đánh giá khả ứng dụng phơng trình sinh trởng vào mô tả dự đoán sinh trởng cho số loài trồng nớc ta Chơng Tổng quan vấn đề nghiên cứu Nghiên cứu sinh trởng dự đoán sản lợng rừng đà đợc nhiều tác giả giới Việt nam đề cập tới từ kỷ thứ 19 Những nghiên cứu có xu hớng xây dựng sở khoa học lý luận cho việc kinh doanh rừng có hiệu Cơ sở ban đầu để hình thành lĩnh vực nghiên cứu sản lựơng cho đối tợng rừng lâm phần Từ thí nghiệm ban đầu, ngời đà có hiểu biết sinh trởng sản lợng số loài Những nghiên cứu định tính chuyển sang định lợng qui luật tự nhiên góp phần giải nhiều vấn đề kinh doanh rừng Điểm qua số công trình nớc liên quan đến nội dung nghiên cứu đề tài 1.1 Trên giới 1.1.1 Nghiên cứu sinh trởng, tăng trởng, sản lợng rừng * Nghiên cứu sinh trởng, tăng trởng rừng Có thể nói nay, vấn đề mô hình hoá sinh trởng sản lợng rừng đợc tranh luận rộng rÃi ngày hoàn thiện Sinh trởng rừng thay đổi kích thớc, trọng lợng, thể tích theo thời gian cách liên tục Các nhà lâm học thờng phân chia đời sống rừng lâm phần làm giai đoạn: Rừng non, rừng sào, rừng trung liên, rừng thành thục thành thục (Belov,1983, 1985) Qui lt sinh trëng chung cđa thùc vËt lµ lúc đầu chậm , tăng dần, chậm dần đạt giá trị tối đa Từ vấn đề đặt cho nghiên cứu sinh trởng, sản lợng rừng trồng phải thể sinh trởng trình liên tục Nh đà biết, sinh trởng rừng lâm phần phụ thuộc vào tổng hợp yếu tố môi trờng biện pháp tác động Vì vậy, nghiên cứu thực nghiệm khoa học, làm sáng tỏ qui luật loài Nhận thức đợc điều này, từ kỷ 18 đà xuất nghiên cứu tác giả Octtelt, Pauslen, Bause, Borggreve, Breymann, Cotta, H Danckelmann, Draudt, Hartig, Weise Nhìn chung nghiên cứu sinh trởng rừng lâm phần phần lớn đợc xây dựng thành mô hình toán học chặt chẽ đợc công bố công trình Meyer, M.A, H.A D.D Stevenson(1949), Schumacher, F.X vµ Coile T.X (1960), Alder(1980), Clutter, j.L; Allison, B.j(1973) Phơng pháp nghiên cứu sinh trởng sản lợng tác giả chủ yếu áp dụng kỹ thuật phân tích thống kê toán học, phân tích tơng quan hồi quy qua xác định sản lợng gỗ lâm phần Qui luật sinh trởng rừng đợc mô nhiều hàm sinh trëng kh¸c nh: Gompert (1825), Mitchterlilch (1919), Petterson (1929), Korf (1965), Verhulst (1925) Michailor (1953), Thomasius H (1965), Schumacher, F.X (1980) Đây hàm toán học mô Đây hàm toán học mô đợc qui luật sinh trởng rừng nh lâm phần dựa vào sinh trởng nhân tố điều tra lâm phần để dự đoán giá trị lớn đại l ợng sinh trởng (Theo Nguyễn Trọng Bình (1996)[3]) * Những nghiên cứu thử nghiệm chọn lựa hàm sinh trởng Khi mô hình hoá sinh trởng, sản lợng rừng, tác giả nhiều nớc đà sử dụng hàm toán học, từ kiểu dạng đến mức độ đơn giản, phức tạp khác nhau, đối số đầu vào khác nhau, song điều quan trọng sở thống kê, luận giải cho lựa chọn điều kiện áp dụng nh vấn đề cần quan tâm nghiên cứu ( Ngun Ngäc Lung (1999){24}) Trong mÊy thËp niªn qua, mô hình hoá sinh trởng sản lợng rừng ngày đợc trọng Nhiều hàm sinh trởng đợc thử nghiệm đề xuất Korsun (1935)[46] đề xuất hàm sinh trởng đợc ứng dụng có kết nhiều năm Liên Xô cũ nh sau: X Y= a bx cx Vµ Y = aX (b+c log X) (1.1) (1.2) Hàm toán học dạng đơn giả Teragaki (1907) đề Y= a.e -b/X đà đợc Schumacher (1939), Larson (1972){39}, Avery Burkhart (1983) đà khẳng định hiệu sử dụng Chính Schumacher (1950)[44] đà đề xuất hàm sinh trởng: Y = a bT e m ( 1.3) Drakin Vuevsi đề xuÊt hµm Y = a( 1- e -kT)m vµ sau ®ã ®ỵc nhiỊu ngêi sư dơng nh: Chiabe ( 1982), Sokolov 1986) Hai hàm đợc sử dụng để mô tả qui luật sinh trởng cho số đại lợng sinh trởng rừng, là: - Hàm Gompertz (1825) dạng: Y= m e -be cA - Hàm Verhulst Robertson (1845) dạng: Y = (1.4) m e a (T b ) (1.5) Trên giới, số lợng hàm toán học dùng để mô tả trình sinh trởng rừng phong phú, số hàm đợc sử dụng phổ biến mô tả sinh trởng cho mọc nhanh nhiệt đới đợc Nguyễn Ngäc Lung(1999) ®Ị cËp ë biĨu 1.1 BiĨu 1.1 Các hàm số triển vọng đợc thử nghiệm với mọc nhanh nhiệt đới Việt Nam Dạng hàm số Gompert (1925) Verhulst-Robertso(1925) Koller (1878) C«ng thøc (3.79) Y= m e -be cA m Y= e a (T b ) (3.80) Y=a.Tb.e-cT (3.81) Weber(1891) M· sè Y=Ymax 1,0.T c (3.82) b T Torazaki(1907) Y= a.e Mitchterlich(1919) Y=Ymax(1- e-cT) (3.85) Tichendorf(1925) Y=(Ymax-Y0)(1- e-cT) (3.86) Korsun-strand(1935)(1964) Y= Tretchiakov(1937) Schumacher(1939) Drakin-Vuevski (1940) Assmann-Franz (1964) Nikitin(1963) Thomasius(1964) T2 a bT cT TY=aT+b Y=m e -b/A C Y= a(1-e-KT)m Y=aTb +clogT Y=a+bT+cT2+dT3 Y=Ymax[1-e-cT(1-e dT )] (3.87 (3.88) (3.89) (3.90) (3.91) (3.92) (3.93) Korf(1973) Y=me-aT b Hagglund(1974) (3.84) (3.94) Y-Y0=a(1-e-KT)1-m (3.95) Rawat-Franz(1974) Y=a(1-be-KT) 1 m (3.96) Kiviste (1984) (a a 1)T a2 Y=Y100[ ] a a T T 1 (3.97) Nh vậy, từ kết thống kê hàm sinh trởng cho thấy, tất hàm số có dạng phức tạp, biểu diễn trình sinh học phức tạp rừng hay lâm phần dới chi phối tổng hợp nhân tố nội ngoại cảnh Tóm lại, điểm qua công trình nghiên cứu tác giả cho thấy, nhìn chung với phơng pháp nghiên cứu từ mô tả định tính chuyển dần sang định lợng dới dạng mô hình toán học phơng pháp nghiên cứu thể tiến nghiên cứu qui luật sinh học Tuy nhiên, qua mô tả biến đổi lợng đại lợng sinh trởng theo thời gian, tác giả có hớng nghiên cứu giải vấn đề cách khác 1.1.2 Nghiên cứu cấp đất Cùng với tuổi tăng lên tiêu sản lợng lâm phần không ngừng biến đổi theo, cần thiết phải dự đoán trớc tiêu nh biện pháp kỹ thuật cần tác động cho lâm phần thời điểm khác chu kỳ kinh doanh Đơn vị để dự đoán sản lợng đợc gọi cấp đất Trong lâm nghiệp cấp đất công cụ dùng để đánh giá sản l ợng loài điều kiện lập địa cụ thể Căn vào hệ thống cấp đất, phân chia lâm phần thực tế thành đơn vị khác nhau, đơn vị tơng ứng với cấp sản lợng hệ thống biện pháp tác động khác Bởi lẽ đó, với loài cần thiết phải tiến hành phân chia cấp đất sở tiêu sản lợng Cho đến có nhiều công trình nghiên cứu sinh trởng, phân chia cấp đất làm sở cho việc xây dựng biểu trình sinh trởng với mô hình toán học chặt chẽ, song hầu hết tập trung chủ yếu vào đối tợng rừng trồng loài tuổi Nội dung việc phân chia cấp đất xác định tiêu biểu thị cấp đất mối quan hƯ cđa nã víi ti, ®ång thêi cã quan hƯ mật thiết với trữ lợng lâm phần, chịu ảnh hởng biện pháp tỉa tha qúa trình nuôi dỡng Qua nghiên cứu, nhiều tác giả đà khẳng định chiều cao lâm phần tuổi xác định tiêu biểu thị tốt cho sức sản xuất lâm phần Vì việc thiết lập đờng cong sinh trởng chiều cao khác sở để phân chia lâm phần thuộc loài ®ã theo c¸c cÊp ®Êt kh¸c Theo E.Richhorn (1904), lâm phần sinh trởng điều kiện lập địa khác có trữ lợng chúng có chiều cao bình quân Chiều cao đợc sử dụng để lập biểu cấp đất chiều cao bình quân hay chiều cao tầng trội Nh vậy, công việc để phân chia cấp đất phải tìm đợc mối quan hệ theo tuổi đại lợng sinh trởng đợc lựa chọn Đại lợng phải tiêu có quan hệ chặt chẽ với trữ lợng, chịu ảnh hởng biện pháp tác động trình kinh doanh Khi xác định mô hình sinh trởng chiều cao theo tuổi để ứng dụng vào lập biểu cấp đất, ngời ta thờng sử dụng hàm sinh trởng để mô tả qui luật sinh trởng chiều cao theo đơn vị cấp đất Thật vậy, từ năm đầu kỷ XX, nớc khác nhau, tác giả đà dùng chiều cao lâm phần cấp tuổi để phân chia cấp đất thay cho dùng suất lâm phần nh: Bauer (1876), Dobrovisky(1909), Orlov (1911,1925), Roth (1916), Frothingham(1915) Tại Đức, cấp đất đợc xác định từ 1847 theo độ phì đất (Kotta, De Pedemar), Phần Lan cấp đất đợc lập theo kiểu lâm hình (Iivessalo 1927, 1937) Còn Anh, Hamilton , Christie (1971)[32] Bradley(1966) lại vào lợng tăng trởng gỗ.(theo Nguyễn Ngọc Lung(1999) {24} Hiện vấn đề bàn cÃi để lập biểu cấp đất, vào chiều cao bình quân Mỹ Tây âu đa số nhà lâm nghiệp dùng H dom Nga trớc thờng dùng quan hệ H /Tuổi lâm phần để phân chia cấp đất, nhng gần nhiều tác giả đà chuyển sang dùng Hdom, nh giáo s Savalor (1967,1963), Bus Ievil(1984) Sau tính u việt Hdom đợc thể nhiều, hệ số biến động nhỏ, không phụ thuộc vào mật ®é vµ chÕ ®é tØa tha cđa rõng so víi H Theo hớng này, để lập biểu cấp đất, trớc hết phải tính toán đờng cong Hdom/ tuổi Từ đờng cong Hdom tuổi đợc biểu thị b»ng hµm mị (Schumacher (1939)[45]) nh sau: Y = m e -b/A C (1.6) Víi b< Trong ®ã: Y: chiỊu cao u thÕ( Hdom ) cđa c©y ë ti T e: số nêpe a,b Các tham số m: Hệ số đặc trng sinh trởng loài tiêu sinh trởng Khi logarit tự nhiên hàm Schumacher, ta đợc: Ln Y= Lna- bt-m (1.7) Nếu ký hiÖu Y* = lnY; A= ln a B = -b; X= T-m Phơng trình có dạng : Y = A+Bx (1.8) Đà từ lâu hàm sinh trởng đợc ứng dụng lâm nghiệp đặc biệt lĩnh vực sản lợng rừng Marschall nh nhiều tác giả khác đà khẳng định qui luật sinh trởng chiều cao loài vùng khác có khác biƯt râ nÐt Tõ ®ã øng víi kiĨu sinh trëng chiều cao, cần xác lập hệ thống cấp đất tơng øng Nh vËy øng víi mét hƯ thèng cÊp ®Êt cần thiết phải thiết lập phơng trình sinh trởng chung, đại diện cho sinh trởng chiều cao bình quân Từ phơng trình này, phân thành đờng cong sinh trởng khác gọi đờng cong thị cấp đất Tóm lại, phân chia cấp đất cho dù sử dụng tiêu thực chất đánh giá phân chia trực tiếp mức độ sinh trởng rừng 1.1.3 Thiết lập mô hình dự đoán sinh trởng * Mô hình sinh trởng bình quân Cây bình quân lâm phần tiêu thiếu thiết lập mô hình sản lợng lâm phần hay lập biểu sản lợng cho loài Cùng với trữ lợng, kích thớc bình quân phản ánh chất lợng lâm phần Từ kích thớc bình quân thời điểm, suy tiêu sản lợng nh tổng tiết diện ngang trữ lợng Ngoài ra, qua kích thớc bình quân, ớc lợng phần trăm trữ lợng cho loại gỗ sản phẩm lâm phần Từ cho thấy, việc xác lập đờng sinh trởng cho đại lợng đờng kính, chiều cao thể tích theo đơn vị cấp đất bớc khởi đầu cho việc thiết lập mô hình sản lợng lâm phần Nh vậy, bình quân lâm phần tích bình quân Từ thể tích bình quân, suy đờng kính chiều cao tơng ứng Đờng kính chiều cao phải thoả mÃn điều kiện: Khi thay chúng vào phơng trình thể tích phải đợc giá trị gần thể tích bình quân lâm phần * Mô hình dự đoán đờng kính chiều cao bình quân lâm phần - Mô hình đờng kính bình quân lâm phần Trong loại đờng kính bình quân lâm phần, đờng kính bình quân theo tiết diện có ý nghĩa cả, đợc xác định theo công thức: Dg=1,1286 G (1.8) N Mô hình dự đoán chiều cao bình quân lâm phần: Có nhiều loại chiều cao bình quân, chiều cao bình quân theo tiết diện đợc sư dơng réng r·i §Ĩ sư dơng chiỊu cao H g, ngêi ta thêng dùa vµo quan hƯ Hg / H Khi lập biểu sản lợng cho loài Acacia nilitica, Abdalla (1985) ®· sư dơng mèi quan hƯ Hg với Ho theo phơng trình: Hg =a+b H0 (1.9) Tveite Franz (1967) , xác định chiều cao bình quân lâm phần thông qua dạng quan hệ: Ln H =a1ln.H0 +a2ln N 100 + a3ln.H ln N 100 (1.10) Trong ®ã: H = H0 – Hg Qua nghiên cứu cho thấy H tăng dần theo tuổi, đến thời điểm đạt cực đại, sau giảm theo tuổi Vì vậy, với loài có chu kỳ kinh doanh dài, nên dựa vào mô hình Tveite Franz, loài có chu kỳ kinh doanh ngắn, xác định hg trùc tiÕp qua H0 1.2 Trong níc 1.2.1 Nghiªn cứu sinh trởng, tăng trởng 1.2.1.1 Nghiên cứu sinh trởng, tăng trởng rừng lâm phần Phùng Ngọc Lan (1986){22} đà khảo nghiệm phơng trình sinh trởng Schumacher Gompertz cho số loài nh Mỡ, Thông nhựa, Bồ đề Bạch đàn số điều kiện lập địa khác cho thấy: Đờng sinh trởng thực nghiệm đờng sinh trởng lý thuyết đa số cắt điểm Chứng tỏ sai số phơng trình nhỏ , song có hai giai đoạn có sai số ngợc dấu cách hƯ thèng Ngun Ngäc Lung cịng nhËn xÐt t¬ng tù thư nghiƯm 18 hµm sè triĨn väng nhÊt ( biểu 1.1) để biểu thị trình sinh trởng D, H, V cho loài Thông ba Qua nghiên cứu tác giả đà cho nhận xét: Hàm Gompertz số hàm sinh trởng lý thuyết khác có điểm xuất phát không gốc toạ độ, x= 0, Y = m.e -a> Tác giả cho rằng, mọc chậm cỡ tuổi đầu , 10 năm không quan trọng, nhng điều kiện mọc nhanh cần lu ý vấn đề Và tác giả đà nhận xét hàm Schumacher có u điểm tuyệt đối xuất phát từ gốc toạ độ 0(0:0), có điểm uốn, có tiệm cận nằm ngang đáp ứng đợc yêu cầu biểu thị đờng cong sinh trởng tợng sinh học Cuối tác giả đề nghị dùng phơng trình Schumacher để mô tả qui luật sinh trởng cho số đại lợng H, D, V loài thông Đà Lạt Lâm Đồng Xu hớng toán học hoá nghiên cứu sinh trởng đà đợc nhiều tác giả quan tâm, nh : Vũ Tiến Hinh (1993)[12], Nguyễn Ngọc Lung (1987){25} (1993){26}, Trịnh Đức Huy (1987,1988) [14,16], Vũ Nhâm (1988) [29], Đào Công Khanh (1994) [18] Đây hàm toán học mô Các tác giả đà sử dụng t ơng quan nhân tố điều tra lâm phần để xác định qui luật sinh trởng Những công trình nghiên cứu nhằm phục vụ cho việc xác định cờng độ tỉa tha, dự đoán sản lợng gỗ, lập biểu cấp đất Đây hàm toán học mô cho số loài trồng nh: Pinus massoniana, Manglietia glauca, Styrax tonkinensis, Acacia auriculifomis Gần đây, có số công trình nghiên cứu tiếp tục hớng vào định lợng mô hình hoá trình sinh trởng để từ đề xuất biện pháp kỹ thuật lâm sinh cho rừng trồng loài Nguyễn Trọng Bình (1996)[3] đà thử nghiệm số phơng pháp mô trình sinh trởng sở vận dụng lý thuyết trình ngẫu nhiên cho ba loài nh Pinus mercusii, Pinus massoniana Manglietia glauca Tác giả đà kết luận, sinh trëng nhanh nh Manglietia glauca cã thĨ dïng hµm Gompertz để mô trình sinh trởng, hai loài Thông có tốc độ sinh trởng trung bình nh Pinus massoniana vµ sinh trëng chËm nh Pinus mercusii, hµm Korf thích hợp