Xây dựng cơ sở khoa học cho việc điều tra thể tích thân cây từ kích thước gốc chặt của một số loài cây ở rừng tự nhiên vùng bắc trung bộ​

Bộ giáo dục đào tạo Bộ nông nghiệp PTNT Tr-ờng đại học lâm nghiệp Vũ QUốC PHòNG Xây dựng sở khoa học cho việc điều tra thể tích thân từ kích th-ớc gốc chặt số loài rừng tự nhiên vùng bắc trung bé Chuyên ngành : Lâm học Mã số : 60.62.60 Luận văn thạc sĩ khoa học Lâm nghiệp NGI HNG DẪN KHOA HỌC GS.TS VŨ TIẾN HINH Hµ néi - 2011 i LỜI CẢM ƠN Với mục tiêu góp phần hoàn thiện sở khoa học thực tiễn vấn đề xác định thể tích gỗ thân từ kích thước gốc chặt số lồi khai thác phổ biến Việt Nam, tiến hành thực đề tài: “Xây dựng sở khoa học cho việc điều tra thể tích thân từ kích thước gốc chặt số loài rừng tự nhiên vùng Bắc Trung bộ” Sau thời gian thực hiện, hướng dẫn tận tình GS.TS Vũ Tiến Hinh, với giúp đỡ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp, đến đề tài hồn thành Nhân dịp này, cho phép tơi bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới GS.TS Vũ Tiến Hinh, thầy cô môn Điều tra quy hoạch rừng – Trường Đại học Lâm nghiệp bạn đồng nghiệp giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Mặc dù có cố gắng, lực thân thời gian nghiên cứu hạn chế, nên kết đạt đề tài chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong quan tâm, đóng góp ý kiến thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp người quan tâm đến vấn đề để luận văn hồn thiện Tơi xin cam đoan, số liệu thu thập, kết tính tốn luận văn hồn tồn trung thực trích dẫn rõ ràng Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2011 Tác giả Vũ Quốc Phòng ii MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục ký hiệu ivv Danh mục bảng v ĐẶT VẤN ĐỀ Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Trên giới .2 1.2 Trong nước .7 Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 15 2.2 Đối tượng nghiên cứu 15 2.3 Phạm vi nghiên cứu .15 2.4 Nội dung nghiên cứu: 15 2.4.1 Xác định đặc trưng thống kê đường kính chiều cao gốc chặt 15 2.4.2 Xác lập quan hệ thể tích thân với đường kính chiều cao gốc chặt 16 2.4.3 Xác định thể tích thân phương trình thể tích biểu thể tích lập sẵn 16 2.4.4 Chọn phương pháp xác định thể tích thân thơng qua kích thước gốc chặt 16 2.5 Phương pháp nghiên cứu .16 2.5.1 Quan điểm phương pháp luận 16 2.5.2 Phương pháp thu thập số liệu 17 2.5.3 Phương pháp xử lý số liệu 17 iii Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Khái quát số liệu nghiên cứu 25 3.2 Đặc điểm kích thước gốc chặt 27 3.3 Xác lập quan hệ thể tích thân với đường kính gốc chặt chiều cao gốc chặt .31 3.4 Xác định thể tích thân sở sử dụng phương trình thể tích biểu thể tích lập sẵn .37 3.4.1 Kiểm tra phụ thuộc đường kính ngang ngực D1.3 vào đường kính gốc chặt Dgc, chiều cao gốc chặt Hgc, đường kính gốc D0 37 3.4.2 Xác định quan hệ đường kính ngang ngực D1.3 với đường kính gốc chặt Dgc đường kính gốc D0 39 3.4.3 Xác lập quan hệ đường kính ngang ngực D1.3 với đường kính gốc chặt Dgc chiều cao gốc chặt Hgc 43 3.4.4 Kiểm tra phụ thuộc chiều cao vút Hvn vào đường kính gốc chặt Dgc, chiều cao gốc chặt Hgc, đường kính gốc D0 45 3.4.5 Xác lập quan hệ chiều cao vút Hvn với đường kính gốc chặt Dgc chiều cao gốc chặt Hgc 47 3.4.6 Xác định thể tích gỗ thân bị chặt thơng qua đường kính ngang ngực D 1.3 chiều cao vút H 49 3.4.7 Xác định thể tích gỗ thân sở sử dụng biểu thể tích lập sẵn 55 3.5 Chọn phương pháp xác định thể tích gỗ thân thơng qua kích thước gốc chặt 57 KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 60 Kết luận .60 Tồn .61 Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU D1.3 : Đường kính thân vị trí 1.3m Dgc : Đường kính gốc chặt (đường kính mặt cắt gốc chặt) D0 : Đường kính gốc vị trí sát mặt đất f : Là hình số (độ trịn đầy) Hvn : Chiều cao vút Hgc : Chiều cao gốc chặt khai thác gỗ l : Chiều dài xúc gỗ Ntt: Số tính tốn Nkt: Số kiểm tra PP1 : Phương pháp xác định tương quan V với Dgc Hgc PP2 : Phương pháp xác định tương quan V với D1.3 Hvn PP3 : Phương pháp tra biểu thể tích hai nhân tố D1.3 Hvn R2 : Hệ số xác định R : Hệ số tương quan S% : Hệ số biến động S : Sai tiêu chuẩn Sbi : Phương sai hệ số hồi quy bi V : Thể tích gỗ thân Vt : Thể tích thực tính theo cơng thức kép tiết diện bình qn Vlt : Thể tích theo lý thuyết Xbq : Giá trị bình qn  : Hệ số thon ∆ v%: Sai số thể tích trung bình ∆%ΣV: Sai số tổng thể tích tập hợp thân ∆ v% : Sai số tương đối cá lẻ v DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 3.1: Khái quát số liệu nghiên cứu 26 3.2: Tổng hợp đặc trưng thống kê chiều cao gốc chặt 28 3.4: Kết phân tích tương quan V với Dgc Hgc 32 3.5: Phương trình tương quan V với Dgc Hgc chọn 36 3.6: Kiểm tra phụ thuộc D1.3 vào Dgc, Hgc, D0 38 3.7: Tương quan D1.3 với Dgc D0 40 3.8: Kiểm tra phương trình tương quan D1.3 Dgc 42 3.9: Kết tính tương quan D1.3 với Dgc Hgc 44 3.10: Kết kiểm tra phụ thuộc Hvn vào Dgc, Hgc, D0 46 3.11: Kết tính tương quan Hvn với Dgc Hgc 48 3.12: Kết phân tích tương quan V với Hvn D1.3 50 3.13: Phương trình tương quan V với D1.3 Hvn chọn 54 3.14: Kết tính sai số thể tích thân xác định từ biểu thể tích lập theo tổ f01 56 3.15: Kết xác định sai số thể tích phương pháp 58 ĐẶT VẤN ĐỀ Rừng tự nhiên Việt Nam nói chung vùng Bắc Trung nói riêng có nhiều lồi với nhiều hình dạng kích thước khác Sự đa dạng phong phú có ý nghĩa quan trọng việc phát triển kinh tế, bảo tồn đa dạng sinh học trì ổn định hệ sinh thái Tuy nhiên, việc khai thác rừng tự nhiên Bắc Trung năm vừa qua diễn biến phức tạp, đặc biệt vụ phá rừng với quy mơ lớn nhiều lồi gỗ q quan chức phát cịn lại vết tích gốc chặt Điều gây nhiều khó khăn cho cơng tác điều tra, kiểm kê, đánh giá lượng gỗ bị hàng năm, địi hỏi phải tốn nhiều cơng sức tiền Trong năm gần đây, Việt Nam có nhiều nghiên cứu lập biểu thể tích cho loài chủ yếu Tuy nhiên, phần lớn nghiên cứu tập trung vào đối tượng rừng trồng mà có điều kiện quan tâm đến lồi nhóm lồi rừng tự nhiên Có dừng lại việc lập biểu thể tích hai nhân tố (thường đường kính D1.3 chiều cao Hvn), hai nhân tố phải xác định gián tiếp từ kích thước gốc chặt Xuất phát từ u cầu thực tế nói trên, chúng tơi tiến hành thực đề tài: “Xây dựng sở khoa học cho việc điều tra thể tích thân từ kích thước gốc chặt số loài rừng tự nhiên vùng Bắc Trung bộ” Kết đề tài góp phần vào việc đề xuất phương pháp xác định thể tích gỗ thân cho số loài chủ yếu rừng tự nhiên vùng Bắc Trung bộ, đồng thời đảm bảo độ xác cần thiết giảm chi phí giá thành so với phương pháp khác Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Mục đích đề tài lựa chọn phương pháp xác định thể tích gỗ thân thơng qua kích thước gốc chặt mà đảm bảo độ xác cần thiết, phần tổng quan chủ yếu đề cập đến phương pháp xác định thể tích có mơ hình dự đốn mối quan hệ kích thước gốc chặt với nhân tố tham gia cấu thành thể tích gỗ thân D1.3, Hvn , làm sở cho việc định hướng lựa chọn phương pháp nghiên cứu 1.1 Trên giới Các phương pháp tính thể tích Cho đến nay, giới có nhiều cơng trình nghiên cứu liên quan đến lập biểu thể tích thân thiết lập mối quan hệ nhân tố dễ xác định với nhân tố cấu thành thể tích thân cây, giới hạn cho phép đề tài đề cập đến số kết tiêu biểu có liên quan đến nội dung nghiên cứu Ngay từ cuối kỷ XIX nhà lâm học biết sử dụng công thức hình học (viên trụ, paraboloid bậc cụt, đơn tiết diện giữa, đơn tiết diện bình quân, Simpson, Hostfeild,…) để đo tính thể tích xúc gỗ sản phẩm cá lẻ Sang đầu kỷ XX xuất nghiên cứu điều tra gỗ tròn Trước hết tác giả xây dựng loại biểu thể tích hình viên trụ, thực chất bảng tính sẵn để tiện cho việc áp dụng công thức hình học nêu Tuy nhiên, loại biểu khó sử dụng phải biết đường kính số vị trí xúc gỗ Giai đoạn 1906 – 1908 Cruidener, giám đốc sở lâm nghiệp Hoàng gia (nước Nga) lập biểu thể tích gỗ trịn cho lồi (phân biệt thành gỗ trịn có chứa phần bạnh gốc không gồm bạnh gốc) Do biểu ban đầu lập theo phương pháp thực nghiệm, dung lượng mẫu có hạn, nên cịn mắc sai số lớn, đặc biệt cỡ cực đoan Mendeleep D.I(1899), Belanovxki I.G(1917) Wimmenauer K(1918) đặt mục tiêu xác định hình dạng đường sinh biểu thị phương trình tốn học, xem đường kính (Y) hàm chiều cao (x): Y = F(x) đề nghị biểu thị hàm số phương trình bậc hai, bậc ba bậc bốn (Theo Đồng Sĩ Hiền 1974) Theo (Skindele LeMay, 2006; Đồng Sĩ Hiền, 1974; Husch et al, 2003), mơ hình tốn học thể tích thân xem hàm biến độc lập: đường kính, chiều cao hình số [26] Nó biểu thị dạng phương trình: V = F(D, H, f) (1.1) Petrovxki V.S (1963, 1964) Liên Xô cũ, biểu thị quan hệ đường kính lấy vị trí với khoảng cách (L) từ đường kính đến gốc phương trình Parabol sau: X2 = 2.P.(y - h) Trong đó: + P thông số tiêu đỉnh đường sinh +X, y toạ độ Parabol, h chiều dài thân bớt 1m Khi thể tích thân tính theo cơng thức: H V =   X dl   M d 052 H Trong M tuỳ thuộc vào lồi (1.2) Turxki (theo Anoutchin [1971]) dùng phương pháp biểu đồ để nắn số liệu Cruidener hiệu chỉnh thành biểu lấy tên tác giả thừa nhận làm tiêu chuẩn quốc gia sử dụng Liên xô cũ ngày Tuy nhiên, sai số phương pháp biều đồ cao so với loại biểu thể tích hình viên trụ trước Ở cộng hòa Séc Korsum (theo Anoutchin [1971]) cho thể tích gỗ trịn quan hệ chặt chẽ với chiều dài sản phẩm theo dạng phương trình: v  k  lm (1.3) Và xét nhân tố đường kính thì: v  k  lm  d n (1.4) Nghiên cứu thực nghiệm Korsum kết luận k, m, n khác tính tốn cho đối tượng khác nên việc ứng dụng tương quan tương đối khó khăn vào giai đoạn kỷ XX Vấn đề nghiên cứu hình dạng thân phục vụ cho việc lập biểu thể tích thực ý vào năm cuối thể kỷ XX Các tiêu tác giả đặc biệt quan tâm độ thon tuyệt đối, độ thon bình quân (Anoutchin [1971]), độ thon tương đối (Zakharov [1967]) hình số gỗ trịn (Dementiev) Anoutchin dựa vào tài liệu 4000 súc gỗ tròn xác định độ thon bình quân phụ thuộc chặt chẽ vào đường kính đầu sản phẩm theo phương trình: s  0,39  0,021d (1.5) Đồng thời xác định s dao động từ 0.77 đến 1.87, bình quân = 0.96 Hệ số biến động từ 26 đến 47% bình quân 38%, tương ứng với đường kính thay đổi từ 15 đền 55cm 52 TT 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Loài Dạng PT 2.21 2.22 Táu nước 2.23 2.24 2.21 2.22 Trâm Móc 2.23 2.24 2.21 2.22 Trám Trắng 2.23 2.24 2.21 2.22 Trường Sâng 2.23 2.24 2.21 2.22 Trường Vải 2.23 2.24 2.21 2.22 Kiền Kiền 2.23 2.24 2.21 2.22 Chò nâu 2.23 2.24 2.21 2.22 Dầu rái 2.23 2.24 2.21 2.22 Trám Chủa 2.23 2.24 2.21 2.22 Ươi 2.23 2.24 Phương trình V1 = 0.00013614*D^1.5676*H^1.1606 V2 = 0.1392+0.00003596*D^2*H V3 = -0.3209+0.0421*H+0.00003031*D^2*H V4 = 0.00009497*(D^2*H)^0.9170 V1 = 0.00004635*D^2.2404*H^0.6154 V2 = -0.0627+0.00004085*D^2*H V3 = 0.6892-0.0479*H+0.00004305*D^2*H V4 = 0.00002633*(D^2*H)^1.0373 V1=0.000126*D^1.9509*H^0.6134 V2=0.2075+0.0000297*D^2*H V3=0.8066-0.0361*H+0.0000312*D^2*H V4=0.0000794*(D^2*H)^0.9203 V1= 0.00001997*D^2.1278*H^1.0571 V2 = -0.1260 + 0.00004178*D^2*H V3 =-0.1376+0.0008*H+0.00004172*D^2*H V4 = 0.00001988*(D^2*H)^1.0625 V1 = 0.00009601*D^1.7803*H^0.9888 V2 = 0.0952+0.00003715*D^2*H V3 = 0.1340-0.0029*H+0.00003742*D^2*H V4 = 0.00009967*(D^2*H)^0.9130 V1 = 0.000040*D^2.1185*H^0.8203 V2 = 0.0077+0.0000362*D^2*H V3 = 0.5626-0.0285*H+0.0000381*D^2*H V4= 0.0000392*(D^2*H)^0.9930 V1 = 0.000067*D^1.7389*H^1.1305 V2 = 0.7201+0.000029*D^2*H V3 = -2.9782+0.1507*H+0.000025*D^2*H V4= 0.000097*(D^2*H)^0.9111 V1 = 0.00022*D^1.9969*H^0.4505 V2 = 0.7376+0.0000276*D^2*H V3 = 0.3233+0.0158*H+0.0000272*D^2*H V4= 0.0000982*(D^2*H)^0.9079 V1 = 0.000096*D^1.8138*H^0.9195 V2 = 0.5033+0.000029*D^2*H V3 = -0.5779+0.0522*H+0.000027*D^2*H V4= 0.0000969*(D^2*H)^0.9095 V1 = 0.000046*D^2.0381*H^0.8582 V2 = -0.0582+0.0000339*D^2*H V3 = 0.7804-0.03657*H+0.0000358*D^2*H V4= 0.0000391*(D^2*H)^0.9861 R2 0.92 0.90 0.92 0.90 0.94 0.94 0.95 0.93 0.93 0.92 0.92 0.93 0.94 0.94 0.94 0.94 0.98 0.98 0.98 0.98 0.97 0.95 0.95 0.97 0.99 0.98 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.98 0.99 0.98 0.98 0.99 0.96 0.95 0.95 0.96 R 0.96 0.95 0.96 0.95 0.97 0.97 0.97 0.96 0.96 0.96 0.96 0.96 0.97 0.97 0.97 0.97 0.99 0.99 0.99 0.99 0.98 0.98 0.98 0.98 Sig 4E-21 1E-20 4E-21 7E-21 5E-18 2E-18 2E-21 5E-13 4E-22 2E-22 4E-21 3E-23 5E-23 3E-24 8E-23 2E-24 1E-32 2E-34 9E-33 4E-34 1E-23 2E-22 5E-21 5E-25 Ntt 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 34 34 34 34 0.99 5E-19 31 0.99 5E-20 31 0.99 4E-19 31 0.99 2E-20 31 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.98 0.97 0.98 0.98 2E-30 5E-33 3E-31 4E-31 6E-30 9E-29 1E-27 9E-32 5E-21 5E-21 9E-20 2E-22 35 35 35 35 35 35 35 35 32 32 32 32 53 Kết nghiên cứu cho thấy: - Giữa thể tích gỗ thân với đường kính D1.3 Hvn lồi ln tồn mối quan hệ với hệ số xác định dao động từ mức chặt đến chặt (0.83 ÷ 0.99) - Xác suất kiểm tra tồn hệ số R2 nhỏ 0.05, chứng tỏ thực tồn hệ số R2 tổng thể (R2 > 0) Qua phân tích tương quan V với D1.3 Hvn cho thấy dạng phương trình áp dụng thực tế để xác định thể tích gỗ thân cho lồi Tuy nhiên, để có sở lựa chọn phương trình phù hợp nhất, đề tài tiến hành tính sai số xác định thể tích theo dạng phương trình cho lồi từ kiểm tra Kết tính sai số dạng phương trình tổng hợp phụ biểu 10 Qua phụ biểu 10 cho thấy phương trình có số lần mắc sai số (-) (+) cân nhau, tỷ lệ 666/690, chứng tỏ phương trình khơng mắc sai số hệ thống Số lần sai số > 20% chiếm 6% tổng số lần kiểm tra tính chung cho lồi, sai số chấp nhận điều tra thể tích riêng lẻ Sai số thể tích trung bình 8.6% sai số tổng thể tích kiểm tra chung cho dạng phương trình 3.5%, với sai số đáp ứng độ xác cơng tác điều tra rừng Để thuận tiện cho công tác điều tra tính tốn, lồi cần chọn dạng phương trình tốt nhất, đảm bảo độ tin cậy Căn vào mức  độ phức tạp phương trình, sai số thể tích trung bình  v % , sai số tổng thể tích ∆%ΣV, hệ số xác định R2 chênh lệch sai số âm, dương phương trình lồi, đề tài chọn phương trình biểu thị tốt mối quan hệ thể tích V với D1.3 Hvn Kết cụ thể sau: 54 Bảng 3.13: Phương trình tương quan V với D1.3 Hvn chọn TT Loài 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Bộp Chẹo Dẻ đỏ Dẻ Trắng Nang Táu Muối Vạng Trứng Ngát Dẻ Bốp Dẻ Cau Gội Tẻ Vàng Tâm Bời Lời Bộp Vàng Cây Chủa Cây Trín Gội Nếp Lim Xanh Ràng Ràng Re Đá Táu Nước Trâm Móc Trám Trắng Trường Sâng Trường Vải Kiền Kiền Chò nâu Dầu rái Trám Chủa Cây Ươi Phương trình V2 = -0.1691+0.00003614*D^2*H V2 = 0.3006+0.00002452*D^2*H V2 = 0.0627+0.00002821*D^2*H V2=-0.0747+0.00003081*D^2*H V2 = 0.0532+0.00003390*D^2*H V2 = -0.3036+0.00004027*D^2*H V2=-0.0226+0.00002812*D^2*H V2 = 0.0827+0.00002543*D^2*H V2 = 0.1146+0.0000314*D^2*H V2 = 0.0471+0.00002648*D^2*H V2 = -0.1206+0.00003213*D^2*H V2 = -0.0962+0.0000343*D^2*H V2 = 0.0365+0.00003672*D^2*H V2=0.0335+0.00003989*D^2*H V2 = 0.3857+0.00002999*D^2*H V2 = 1.2261+0.00002322*D^2*H V2 = 0.1745+0.00003461*D^2*H V2 = 0.2119+0.00004132*D^2*H V2 = 0.1700+0.00003794*D^2*H V2 = -0.02064+0.00004321*D^2*H V2 = 0.1392+0.00003596*D^2*H V2 = -0.0627+0.00004085*D^2*H V2=0.2075+0.0000297*D^2*H V2 = -0.1260 + 0.00004178*D^2*H V2 = 0.0952+0.00003715*D^2*H V2 = 0.0077+0.0000362*D^2*H V2 = 0.7201+0.000029*D^2*H V2 = 0.7376+0.0000276*D^2*H V2 = 0.5033+0.000029*D^2*H V2 = -0.0582+0.0000339*D^2*H R2 Nkt % Số lần sai số  ∆%  % max + ΣV v