Nghiên cứu khoa học " Áp dụng kỹ thuật lập trình tuyến tính trong công tác điều chế rừng tràm ở vùng đồng bằng sông Cửu Long " pot

Áp dụng kỹ thuật lập trình tuyến tính trong công tác điều chế rừng tràm ở vùng đồng bằng sông Cửu Long Hồ Văn Phúc Phân Viện Khoa học Lâm nghiệp Nam bộ Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Điều chế rừng (forest regulation) là quá trình phân tích và tính toán nhằm hình thành một phơng án khai thác-tái sinh rừng tối u. Phơng án này vừa thỏa mãn một số yêu cầu của chủ rừng (yêu cầu điều chế rừng) vừa tiếp cận ở mức cao nhất mục tiêu quản lý rừng. Điều chế rừng là một mục tiêu chính của quản lý rừng. Mục tiêu quản lý rừng (MTQLR): Mục tiêu quản lý rừng là điểm mà chủ rừng muốn đạt đợc. Một số chủ rừng có mục tiêu quản lý là tối đa hóa khối lợng gỗ sản xuất trên mỗi ha đất. Một số chủ rừng khác quan tâm đến lợi ích kinh tế thờng muốn tối đa hóa lợi nhuận do rừng đem lại. Yêu cầu điều chế rừng (YCĐCR): Chủ rừng luôn luôn mong muốn đạt đợc mục tiêu của mình. Tuy nhiên, cùng một lúc với việc đề ra mục tiêu, chủ rừng thờng đa ra một số điều kiện nào đó. Những điều kiện cần đợc thỏa mãn này đợc gọi là yêu cầu điều chế rừng. Ví dụ nh ở một số chủ rừng, do khu rừng hiện tại của mình có phân bố diện tích không đều giữa các cấp tuổi nên khi điều chế, chủ rừng thờng đa ra yêu cầu điều chỉnh lại cấu trúc khu rừng (thông qua khai thác và tái sinh) để có một lợng sản phẩm hàng năm tơng đối ổn định trong kỳ kế hoạch tới. Để đạt đợc mục tiêu quản lý rừng ở mức tối đa, chủ rừng áp dụng độ dài tối u của chu kỳ kinh doanh (CKKD). Những chủ rừng lấy lợi nhuận làm mục tiêu kinh doanh thì độ dài tối u của CKKD là độ dài mà tại đó mỗi ha rừng đem lại lợi nhuận tối đa. Những chủ rừng lấy sản lợng làm mục tiêu thì độ dài tối u của CKKD là độ dài mà tại đó rừng cho ra năng suất bình quân năm/ha cao nhất. Tuy nhiên, trong hầu hết các trờng hợp, chủ rừng không thể áp dụng CKKD tối u nh đã trình bày ở trên, vì khai thác và tái sinh rừng theo độ dài tối u của CKKD không thể thỏa mãn các yêu cầu của ĐCR. Vì vậy, một vấn đề đợc đặt ra đối với chủ rừng là làm cách nào hình thành một phơng án khai thác-tái sinh rừng vừa thỏa mãn một số YCĐCR vừa tiếp cận ở mức cao nhất MTQLR. Bài viết này giới thiệu việc ứng dụng kỹ thuật lập trình tuyến tính (linear programming technique) với sự hỗ trợ của phần mềm PCPROG trong điều chế rừng tràm (Melaleuca cajuputi) ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. 1. Các bớc tiến hành khi điều chế một khu rừng Điều chế một khu rừng thờng phải qua các bớc sau: - Xác định mục tiêu quản lý rừng và yêu cầu điều chế rừng Hai khái niệm này đã đợc giải thích ở mục 1. - Chọn đơn vị điều chế (cutting units, tạm dịch là đơn vị điều chế) Khu rừng đa vào điều chế đợc chia ra thành nhiều đơn vị điều chế. Mỗi đơn vị điều chế là một phần diện tích (có thể tập trung hoặc phân tán) trên đó các phơng án lâm sinh đợc đa ra để xem xét. - Chọn các phơng án lâm sinh để xem xét ở các đơn vị điều chế Mỗi phơng án lâm sinh là một chuỗi các hoạt động lâm sinh nh khai thác, trồng lại rừng, bón phân, tỉa tha theo một phơng thức nhất định. Các phơng án lâm sinh th- ờng khác nhau do sự kết hợp của các hoạt động lâm sinh khác nhau. - Xác định lợi ích mỗi ha rừng sinh ra từ từng phơng án lâm sinh Lợi ích (thể hiện bằng chỉ tiêu lợi nhuận hoặc năng suất rừng) mà mỗi ha rừng sinh ra từ một phơng án lâm sinh là phần đóng góp của mỗi ha rừng của phơng án lâm sinh đó mang lại cho mục tiêu quản lý rừng. Tổng lợi ích do tất cả các phơng án lâm sinh đem lại thể hiện mức độ đạt đợc mục tiêu quản lý rừng. - Tính toán và xác định tổ hợp các phơng án lâm sinh tối u Tính toán để có đợc tổ hợp các phơng án lâm sinh tối u, vừa thỏa mãn các YCĐCR vừa tiếp cận tối đa MTQLR là nhiệm vụ của ĐCR. Đây là một bài toán lập trình tuyến tính bao gồm một hệ thống phơng trình phức tạp. Tuy nhiên, ngày nay nhờ sự hỗ trợ của máy vi tính và một phần mềm chuyên dùng, bài toán loại này đợc giải một cách dễ dàng. 2.ápdụng kỹ thuật lập trình tuyến tính và phần mềm PCPROG trong điều chế rừng Tràm Sau đây là 2 ví dụ minh họa việc áp dụng kỹ thuật lập trình tuyến tính với sự hỗ trợ của phần mềm PCPROG trong việc điều chế rừng Tràm với mục đích sản xuất cừ. Một chủ rừng ở huyện Thạnh Hóa tỉnh Long An có 20ha rừng tràm thâm canh, trong đó vào năm 2002 có 7ha ở tuổi 3 (trồng vào năm 1999) và 13ha ở tuổi 4 (trồng vào năm 1998). Do phân bố diện tích rừng không đều ở các cấp tuổi nên vào cuối năm 2001, chủ rừng muốn tổ chức lại khu rừng của mình thông qua một kỳ kế hoạch 5 năm (2002 – 2006). Công việc điều chế rừng đợc tiến hành qua các bớc sau: a)Xác định mục tiêu quản lý rừng và yêu cầu điều chế rừng Mục tiêu: Lợi nhuận tối đa. Chỉ tiêu tính toán: Lợi nhuận ròng đợc chiết khấu (quy về giá trị hiện tại) với lãi suất 6%/năm. Yêu cầu điều chế rừng: Có 2 trờng hợp: A) chủ rừng có 1 yêu cầu: Muốn có khu rừng chuẩn (có diện tích rừng ở các độ tuổi bằng nhau) vào đầu kỳ kế hoạch tới (năm 2007); B) chủ rừng có 2 yêu cầu: 1) Có đợc tổng số tiền bán sản phẩm trong 2 năm 2003 và 2004 là 800 triệu đồng để mở mang cơ sở hạ tầng, và 2) Diện tích rừng khai thác trong các năm còn lại của kỳ kế hoạch (2002, 2005, 2006) bằng nhau. b) Chọn đơn vị điều chế Đơn vị điều chế ở đây là diện tích rừng có cùng một độ tuổi. Nh vậy chủ rừng có 2 đơn vị điều chế là: S1 = 7ha (3 tuổi vào năm 2002) và S2 = 13ha (4 tuổi vào năm 2002). c) Chọn các phơng án lâm sinh để xem xét ở các đơn vị điều chế Với sản phẩm là cừ tràm, ở tuổi 3 rừng Tràm đã đem lại lợi nhuận. Vì vậy, khi lập các phơng án lâm sinh, chủ rừng chọn tuổi 3 làm tuổi nhỏ nhất có thể khai thác. Có 9 phơng áp lâm sinh đợc đa ra xem xét trên mỗi đơn vị điều chế. Chúng có đặc điểm sau: Kỳ kế hoạch: 5 năm P. án lâm sinh 2002 2003 2004 2005 2006 A - - - - - B X - - - - C X - - X - D X - - - X E - X - - - F - X - - X G - - X - - H - - - X - I - - - - X Ghi chú: X = Khai thác và trồng lại ngay d) Xác định lợi ích mỗi ha rừng Tràm sinh ra từ từng phơng án lâm sinh Đây là tổng số lợi ích trớc mắt và lâu dài mà mỗi ha rừng đem lại. Lợi ích này gồm 3 thành phần: a/ Lợi nhuận ròng từ sản phẩm khai thác đợc trong kỳ kế hoạch, b/ Giá trị của rừng (cây đứng) cha đến tuổi khai thác vào cuối kỳ kế hoạch, và c/ Giá trị kỳ vọng của đất (land expectation value) tính ở thời điểm rừng ở tr- ờng hợp b/ đợc khai thác. Tất cả các thành phần nói trên đều phải đợc quy về giá trị hiện tại. Đối với rừng Tràm thâm canh trên điều kiện lập địa trung bình của huyện Thạnh Hóa tỉnh Long An, tổng lợi ích mỗi ha rừng tạo ra từ từng phơng án lâm sinh nh sau: Tổng lợi ích từ 1 ha rừng quy về giá trị hiện tại (1000 đồng) Phơng án lâm sinh Đơn vị điều chế 1 Đơn vị điều chế 2 A 194.733 190.562 B 212.731 237.278 C 198.689 223.236 D 207.199 231.746 E 232.184 248.300 F 210.147 226.263 G 233.793 237.292 H 223.408 221.850 I 208.840 205.579 e) Tính toán và xác định tổ hợp các phơng án lâm sinh tối u ápdụng kỹ thuật lập trình tuyến tính (với phần mềm PCPROG) để giải bài toán điều chế rừng. ã Trờng hợp A: Các phơng trình đợc thiết lập nh sau: Tối đa hóa mục tiêu: Maximize: 194733X1a + 212731X1b + 198689X1c + 207199X1d + 232184X1e + 210147X1f + 233793X1g + 223408X1h + 208840X1i + 190562X2a + 237278X2b + 223236X2c + 231746X2d + 248300X2e + 226263X2f + 237292X2g + 221850X2h + 205579X2i Theo các yêu cầu sau: Kết quả tính toán giá trị kỳ vọng của đất cho thấy, 4 năm (tuổi rừng tơng ứng là 5) là CKKD tối u đối với rừng Tràm thâm canh trên điều kiện lập địa trung bình của huyện Thạnh Hóa tỉnh Long An. Vì vậy, chủ rừng muốn vào năm đầu của kỳ kế hoạch tiếp theo (năm 2007) trên 20 ha đất của mình có một khu rừng chuẩn với diện tích ở các độ tuổi nh sau: S tuổi 1 = S tuổi 2 = S tuổi 3 = S tuổi 4 = 5 ha. Để đợc nh vậy, chủ rừng phải đa ra các yêu cầu tính toán nh sau: 1/ X1a + X1b + X1c + X1d + X1e + X1f + X1g + X1h + X1i = 7 2/ X2a + X2b + X2c + X2d + X2e + X2f + X2g + X2h + X2i = 13 3/ X1a + X2a + X1b + X2b + X1e + X2e = 5 (để hình thành 5ha rừng tuổi 1 vào 2007) 4/ X1g + X2g = 5 (để hình thành 5ha rừng tuổi 2 vào 2007) 5/ X1c + X2c + X1h + X2h = 5 (để hình thành 5ha rừng tuổi 3 vào 2007) 6/ X1d + X2d + X1f + X2f + X1i + X2i = 5 (để hình thành 5ha rừng tuổi 4 vào 2007) (Hai yêu cầu 1/ và 2/ là các yêu cầu bắt buộc về diện tích khống chế của 2 đơn vị điều chế.) Ghi chú: - X = biến số (diện tính cần đợc xác định); - 1a = đơn vị điều chế 1, phơng án lâm sinh A; - 1b = đơn vị điều chế 1, phơng án lâm sinh B; - 2a = đơn vị điều chế 2, phơng án lâm sinh A; - v.v… Giải hệ thống các phơng trình với mục tiêu và các yêu cầu điều chế nói trên bằng phần mềm PCPROG cho ra kết quả sau: X1g = 2 ha, X1h = 5 ha, X2d = 5 ha, X2e = 5 ha, X2g = 3 ha. Với kết quả này, tổng lợi nhuận mà khu rừng Tràm (20 ha) sẽ đem lại cho chủ rừng là 4.696.732.000 đồng (đã quy về giá trị hiện tại). ã Trờng hợp B: Tối đa hóa mục tiêu: Maximize: 194733X1a + 212731X1b + 198689X1c + 207199X1d + 232184X1e + 210147X1f + 233793X1g + 223408X1h + 208840X1i + 190562X2a + 237278X2b + 223236X2c + 231746X2d + 248300X2e + 226263X2f + 237292X2g + 221850X2h + 205579X2i Theo các yêu cầu sau: 1/ X1a + X1b + X1c + X1d + X1e + X1f + X1g + X1h + X1i = 5 2/ X2a + X2b + X2c + X2d + X2e + X2f + X2g + X2h + X2i = 15 3/ 49883X1e + 66981X2e + 49883X1f + 66981X2f + 66981X1g + 73613X2g = 800.000 (đơn vị tính: 1.000 đồng) 4/ X1b + X2b + X1c + X2c + X1d + X2d = X1c + X2c + X1h + X2h = X1d + X2d + X1f + X2f + X1i + X2i (các trị số ở yêu cầu 3 = giá bán sản phẩm của 1 ha rừng khai thác) Giải phơng trình trên cho ra kết quả sau: X1e = 3,41 ha, X1h = 3,59 ha, X2d = 3,59 ha, X2e = 9,41 ha. Tổng lợi nhuận: 4.762.168.000 đồng (đã quy về giá trị hiện tại). 3. Đề nghị Kỹ thuật lập trình tuyến tính và phần mềm PCPROG rất thích hợp và tiện dụng trong điều chế rừng tràm. Tuy nhiên, để áp dụng kỹ thuật này, chủ rừng cần có một số kiến thức nhất định và một phần mềm chuyên dùng. Yêu cầu này thờng vợt quá khả năng của nhiều chủ rừng, nhất là những chủ rừng có quy mô sản xuất nhỏ. Vì vậy, sự giúp đỡ của Nhà nớc về lĩnh vực này là hết sức cần thiết. Tài liệu tham khảo 1. Lutter và cộng sự. 1983. Timber Management: A Quantitative Approach. John Wiley & Sons, New York. 2. Leuschner, W. A. 1984. Introduction to Forest Resource Management. Wiley & Sons, New York. 3. Sharifi, M. A. 1994. Introduction to Decision Support System for Natural Resource Management: Exercises on the Application of Mathematical Programming Techniques in Natural Resource Management. ITC lecture note, Enschede, The Netherlands. 4. Hồ Văn Phúc và cộng sự, 2002. Phơng pháp thu thập và phân tích thông tin phục vụ cho công tác lập kế hoạch quản lý rừng Tràm ở một đơn vị sản xuất thuộc vùng Đồng bằng sông Cửu Long (báo cáo tóm tắt). Dự án Phát triển kỹ thuật trồng rừng trên đất phèn đồng bằng sông Cửu Long – Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và JICA. SUMMARY Forest management is the process of analysis and calculation aimed at developing an optimal forest exploitation regeneration plan. This plan satisfies both requirement of forest owner and approach to highest level of forest management. . Áp dụng kỹ thuật lập trình tuyến tính trong công tác điều chế rừng tràm ở vùng đồng bằng sông Cửu Long Hồ Văn Phúc Phân Viện Khoa học Lâm nghiệp Nam bộ Viện Khoa học Lâm nghiệp. 2.ápdụng kỹ thuật lập trình tuyến tính và phần mềm PCPROG trong điều chế rừng Tràm Sau đây là 2 ví dụ minh họa việc áp dụng kỹ thuật lập trình tuyến tính với sự hỗ trợ của phần mềm PCPROG trong. tuyến tính (linear programming technique) với sự hỗ trợ của phần mềm PCPROG trong điều chế rừng tràm (Melaleuca cajuputi) ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. 1. Các bớc tiến hành khi điều chế một