Chương 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
3.5. Phương pháp nghiên cứu
3.5.3. Phương pháp phân tích số liệu
3.5.3.1. Phân tích kết cấu loài cây gỗ
Kết cấu loài cây gỗtrên những ô tiêu chuẩn được xác định theo phương pháp của Thái Văn Trừng (1999)[22] (Công thức 3.1); trong đó IVI% là tỷ lệ trung bình theo N%, G% và V%. Giá trị V = g*H*F, với F = 0,45.
IVI% = (N% + G% + V%)/3 (3.1)
Sự tương đồng về thành phần loài cây gỗ giữa các ô mẫu được xác định theo hệ số tương đồng của Sorensen (CS) (Công thức 3.2); trong đó a là số loài cây gỗ bắt gặp ở ô tiêu chuẩn 1; b là số loài cây gỗ bắt gặp ở ô tiêu chuẩn 2.
CS = (2*c/(a+b))*100 (3.2)
Sau đó tập hợp kết cấu loài cây gỗ thành bảng và phân tích: (a) tổng số loài cây gỗ bắt gặp (S, loài); (b) những loài cây gỗ ưu thế và đồng ưu thế; (c) những loài cây gỗ khác; (d) hệ số tương đồng.
3.5.3.2. Phân tích cấu trúc quần thụ
(a) Phân tích kết cấu N, G và M. Trước hết thống kê N, G và M của những quần thụ trên những ô tiêu chuẩn theo 3 nhóm D (< 10, 10 – 20 và > 20 cm) và 3 lớp H (< 10, 10 – 15 và > 15 m). Sau đó phân tích tỷ lệ N%, G% và M% theo các nhóm D và lớp H.
(b) Phân tích phân bố N/D và phân bố N/H. Trước hết xác định những đặc trưng thống kê mô tả phân bố N/D và phân bố N/H đối với hai trạng thái rừng trên những ô mẫu. Chỉ tiêu tính toán bao gồm giá trị trung bình (X), giá trị lớn nhất (Max), giá trị nhỏ nhất (Min), sai tiêu chuẩn (S), hệ số biến động (CV%), độ lệch (Sk) và độ nhọn (Ku). Những thông tin này không chỉ mô tả biến động D và H, mà còn cả hình dạng đường cong phân bố N/D và phân bố N/H. Để xác định rõ hình thái phân bố N/D và N/H cũng như tốc độ suy giảm số cây sau mỗi cấp D và cấp H, hai phân bố này đã được mô hình hóa bằng phân bố lý thuyết. Đối với trạng thái rừng IIA và IIB, đường kính thân cây dao động tương ứng từ 6 – 30 cm và 6 – 42 cm. Vì thế, chỉ tiêu D ở trạng thái rừng IIA và IIB đã được phân chia thành các cấp với mỗi cấp tương ứng là 4 cm và 6 cm. Biên độ chiều cao ở cả hai trạng thái rừng
dao động từ 5 – 22 m. Vì thế, chỉ tiêu H được phân chia thành các cấp với mỗi cấp 2 m. Số cấp D và cấp H nằm trong khoảng từ 6 đến 12 cấp. Bằng phương pháp biểu đồ cho thấy phân bố N/D của hai trạng thái rừng này đều có dạng phân bố giảm từ cấp D nhỏ đến cấp D lớn. Vì thế, mô hình phân bố N/D thích hợp đã được kiểm định theo hàm phân bố mũ (3.3) và hàm phân bố Beta (3.4).
N = m*exp(-b*D) + k (3.3)
f(x) = [(D – a)p-1(b – D)q-1]/B(p, q)(b – a)p+q-1 (3.4) với a ≤ D ≤ b; p, q > 0.
Đối với hàm 3.3, tham số m biểu thị mật độ quần thụ ở cấp Dmin; tham số b biểu thị tỷ lệ suy giảm số cây theo cấp D; tham số k là mật độ quần thụ ở cấp Dmax. Ba tham số m, b và k được ước lượng bằng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquartz. Đối với hàm 3.4, tham số p và q tương ứng là tham số hình dạng 1 và 2; tham số a và b tương ứng là Dmin và Dmax; (b – a) là phạm vi biến động D; B(p, q) là hàm phân bố Beta. Hai tham số p và q tương ứng được ước lượng theo công thức 3.5 và công thức 3.6; trong đó D* và S*2 được ước lượng tương ứng theo công thức 3.7 và 3.8.
p = D*((D*(1-D*)/S*2) - 1) (3.5) q = 1 - D*((1-D*)/S*2) - 1) (3.6)
D*= (Dbq – a)/(b - a) (3.7)
S2* = S2/(b - a)2 (3.8)
Sai lệch của 2 hàm 3.3 và 3.4 so với phân bố thực nghiệm được kiểm định theo hệ số xác định (r2) (Công thức 3.9); sai lệch chuẩn của ước lượng (S) (Công thức 3.10); sai số tuyệt đối trung bình (MAE) (Công thức 3.11); sai số tuyệt đối trung bình theo phần trăm (MAPE) (Công thức 3.12) và tổng sai lệch bình phương (SSR) (Công thức 3.13). Ở công thức (3.9) – (3.13), NTN, Nbq và NLT tương ứng là số cây thực tế, số cây bình quân và số cây ước lượng trong mỗi cấp D; n là dung lượng mẫu quan sát; p là số tham số trong mô hình; dấu |..| là giá trị tuyệt đối. Mục đích xây dựng hàm phân bố N/D là xác định số cây theo cấp D với sai lệch nhỏ nhất. Vì thế, mô hình phân bố N/D thích hợp được xác định theo tiêu chuẩn SSRmin.
r2 = (NLT - Nbq)^2/(NTN - Nbq)^2 (3.9)
Se = √∑(NTN – NLT)^2/(n-p) (3.10)
MAE = |((NTN – NLT)/n))| (3.11)
MAPE = (MAE*100)/NTN (3.12)
SSR = ∑(NTN – NLT)^2 (3.13)
Phân bố N/H có dạng một đỉnh; đỉnh đường cong xuất hiện ở cấp H thứ 2. Vì thế, phân bố N/H đã được ước lượng bằng hàm phân bố khoảng cách (Hàm 3.14); trong đó x = 0, 1, 2,…, k tương ứng với cấp H thứ 1, 2 đến k.
P(x) = a với x = 0
P(x) = (1 - a)(1 - b)*b^x-1 với x ≥ 1 (3.14)
Sau đó phân tích so sánh sự khác biệt giữa hai trạng thái rừng về đường kính và chiều cao bình quân, phạm vi biến động đường kính và chiều cao, hình thái phân bố N/D và phân bố N/H, tỷ lệ đóng góp số cây theo cấp D và cấp H.
(c) Phân tích đa dạng cấu trúc và chỉ số cạnh tranh. Đa dạng cấu trúc quần thụ được phân tích thông qua chỉ số hỗn giao (HG) và tính phức tạp về cấu trúc quần thụ (SCI). Chỉ số HG được xác định theo phương pháp của Nguyễn Văn Trương (1983)[23] (Công thức 3.15); trong đó S = số loài cây gỗ, N = mật độ quần thụ.
HG = S/N (3.15)
Chỉ số SCI được phân tích theo phương pháp của Holdridge (1967) (Dẫn theo Cintrón và Schaeffer-Novelli, 1984[28]) (Công thức 3.16); trong đó S, N, H và G tương ứng là số loài cây gỗ, mật độ quần thụ và tiết diện ngang quần thụ trên ô tiêu chuẩn.
SCI = (S*N*H*G)/10^5 (3.16)
Chỉ số cạnh tranh tán (CCI) giữa những cây gỗ trong quần thụ được đánh giá theo phương pháp của Nguyễn Văn Trương (1983)[23]. Chỉ số CCI là tỷ lệ giữa tổng diện tích tán của các cây gỗ (∑Sij, m2) và diện tích ô tiêu chuẩn ( Công thức 3.17); trong đó STij (m2/ha) là diện tích tán của cây thứ i thuộc loài J, S = 2.500 m2.
CCIi = (0,785*DTi^2)/2.500 = 0,000314*DTi^2 (3.17b)
Trong nghiên cứu này, DT của những cây gỗ được ước lượng bằng (Hàm 3.18). Chỉ tiêu ST của một cây được xác định theo diện tích hình tròn với đường kính bằng DT (Công thức 3.9). Tổng diện tích tán của toàn bộ quần thụ (∑Sij, m2) được xác định theo (Công thức 3.10); trong đó DTi là DT của cây thứ i, còn N là mật độ quần thụ.
DT = a*D^b*H^c (3.18)
STi = 0,785*DTi2 (3.19)
ST = ∑i=1, N(0,785*DTi2) (3.20)
Sau đó xác định tổng ST và chỉ số CCI theo các cấp D và cấp H. Các số liệu tính toán được tập hợp thành bảng và biểu đồ. Từ đó phân tích so sánh tổng diện tích tán của quần thụ (∑ST) và chỉ số CCI theo cấp D và cấp H.
3.5.3.3. Phân tích tái sinh tự nhiên của hai trạng thái rừng
Tái sinh tự nhiên của hai trạng thái rừng IIA và IIB được phân tích theo thành phần loài cây gỗ, kết cấu loài cây gỗ, nguồn gốc, phân bố N/H và tình trạng sức sống. Thành phần cây tái sinh được xác định theo loài. Mật độ cây tái sinh (N, cây/ha) được xác định bình quân từ những ô dạng bản 16 m2; sau đó quy đổi ra đơn vị 1 ha (Công thức 3.21). Ở (Công thức 3.21), Z = 10.000 m2, z = diện tích ô dạng bản (16 m2), ni = số cây trong một ô dạng bản.
N (cây/ha) = (Z/z)*ni (3.21)
Kết cấu loài cây tái sinh được xác định theo (Công thức 3.22); trong đó ni
(cây/ha) = số cây tái sinh của loài i, N (cây/ha) = mật độ cây tái sinh của tất cả các loài cây gỗ.
IVI = (ni/N)*100 (3.22)
Sự tương đồng giữa thành phần cây tái sinh với thành phần cây trưởng thành được xác định theo hệ số tương đồng của Sorensen (CS) (Công thức 3.23); trong đó a = số loài cây tái sinh bắt gặp dưới tán rừng, b = số cây trưởng thành bắt gặp ở tầng trên, c = số loài cây tái sinh và số loài cây trưởng thành cùng bắt gặp trong một QXTV.
CS = (2*c/(a+b))*100 (3.23)
Phân bố N/H đối với cây tái sinh được phân chia thành 6 cấp: H ≤ 50, H = 50 – 100, H = 100 – 150, H = 150 – 200, H = 200 - 250 và H ≥ 250 cm cho đến những cây có D ≤ 6 cm. Chất lượng cây tái sinh (tốt, trung bình và xấu) được đánh giá theo 6 cấp H.
Sau đó tổng hợp tình trạng tái sinh thành bảng và biểu đồ. Từ đó phân tích (a) tổng số loài cây tái sinh bắt gặp; (b) loài cây tái sinh ưu thế và đồng ưu thế; (c) sự tương đồng giữa thành phần cây tái sinh và thành phần cây mẹ; (d) tái sinh diễn ra theo định kỳ hay liên tục hàng năm; (e) triển vọng tái sinh dưới tán rừng. Nếu chỉ số CS > 50%, thì thành phần cây tái sinh tương đồng với thành phần cây mẹ ở tầng trên. Điều đó chứng tỏ kết cấu loài cây gỗ của hai trạng thái rừng này là ổn định theo giai đoạn phát triển. Trái lại, nếu chỉ số CS < 50%, thì kết cấu loài cây gỗ của hai trạng thái rừng này là chưa ổn định theo giai đoạn phát triển. Nếu phân bố N/H là liên tục từ cấp H ≤ 50 cm đến cấp H ≥ 250 cm, thì tái sinh rừng diễn ra liên tục dưới tán rừng. Triển vọng tái sinh tốt hay xấu được đánh giá theo số cây đã đạt đến cấp H > 200 cm và khỏe mạnh. Bởi vì những cây tái sinh đã đạt đến cấp H > 200 cm là những cây cạnh tranh tốt với cây bụi và thảm tươi.
3.5.3.4. Phân tích đa dạng loài cây gỗ
Đa dạng loài cây gỗ của Rkx được phân tích so sánh theo 3 thành phần: mức độ giàu có về loài cây gỗ, chỉ số đồng đều và chỉ số đa dạng loài cây gỗ. Mức độ giàu có về loài cây gỗ được xác định theo số loài cây gỗ (S) và chỉ số giàu có về loài cây gỗ của Margalef (Công thức 3.24). Chỉ số đa dạng loài cây gỗ được xác định theo chỉ số Shannon-Weiner (Công thức 3.25). Chỉ số đồng đều được xác định theo chỉ số Pielou (Công thức 3.26). Chỉ số ưu thế được xác định theo chỉ số Gini- Simpson (1 – λ) (Công thức 3.27). Ở công thức (3.24) – (3.27), S = số loài cây gỗ; Pi
= ni/N với N là tổng số cây gỗ trong ô mẫu, còn ni là số cây của loài thứ i; Ln() = logarit cơ số Neper.
dMargalef = S - 1
H’ = - ΣS
i = 1Pi*Ln(Pi) (3.25)
J’ = H’/H’max (3.26)
với H’max = -∑Si=1(1/S)*ln(1/S) = ln(S)
1 – λ = 1 - ∑Pi2 (3.27)
Sau đó xác định đa dạng α của mỗi trạng thái rừng bằng giá trị trung bình của ba thành phần đa dạng loài cây gỗ (S, N, d, J’ và H’) từ 3 ô tiêu chuẩn. Trong phần đánh giá đa dạng loài cây gỗ, khi giá trị dMargalef < 2, 2 – 8 và > 8 thì tương ứng mức độ giàu có về loài cây gỗ ở mức thấp, mức trung bình và mức cao. Giá trị J’ càng gần 1 thì độ phong phú của các loài cây gỗ càng đồng đều. Đa dạng loài cây gỗ ở mức thấp, trung bình, cao và rất cao tương ứng với H’ < 2, H’ = 2 – 3, H’ = 3 - 4 và H’ > 4. Khi loài nào có chỉ số 1 – λ càng cao thì mức độ ưu thế của loài đó càng cao.