Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
4.1. Đặc điểm cấu trúc rừng tự nhiên
4.1.3. Quy luật phân bố số cây theo đường kính
Phân bố số cây theo đường kính là một đặc điểm quan trọng của quy luật sắp xếp tổ hợp các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật theo không gian và thời gian. Phân bố này được xem là cấu trúc cơ bản nhất, vì đường kính là thành phần tạo nên thể tích cây rừng, do đó nó quyết định trữ lượng gỗ của lâm phần. Trong hoạt động kinh doanh và lợi dụng rừng, thơng qua quy luật phân bố N/D1.3, có thể điều tiết số cây ở các cỡ kính một cách hợp lý, xác định trữ lượng để lại, trữ lượng khai thác, khả năng lợi dụng rừng tối ưu và qua đây đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh thích hợp.
4.1.3.1. Kiểm tra sự thuần nhất giữa các ô tiêu chuẩn về chỉ tiêu đường kính ngang ngực ở cùng một trạng thái
Xuất phát từ phương pháp nghiên cứu đã được trình bày tại mục 2.5.3.4, Luận văn sử dụng 2 phương pháp kiểm tra phi tham số (Tiêu chuẩn U của Mann- Whitney và tiêu chuẩn của Kruskal Wallis). Tiêu chuẩn U được sử dụng khi kiểm tra sự thuần nhất của 2 mẫu (OTC) còn tiêu chuẩn Kruskal Wallis được sử dụng để
kiểm tra sự thuần nhất khi so sánh 3 mẫu trở lên, cả 2 quy trình này đều được thực hiện trên phần mềm SPSS 15.0. Kết quả kiểm tra được thể hiện tại bảng 4.6.
Bảng 4.6. Kết quả kiểm tra sự thuần nhất của các OTC trong cùng trạng thái Trạng thái Độ cao (m) Số lượng OTC gộp Tiêu chuẩn Kết luận Mann-Whiteney Kruskal Wallis
U Sig. Sig. IIA < 700 6 9,570 0,088 H0+ 700 - 1000 5 54,881 0,000 H0 - 4 6,705 0,032 H0- IIB 6 1,471 0,916 H0+ IIIA2 700 - 1000 4 0,10347 0,94958 H0+ >1000 2 192 0,3432 H0+ Núi đá IIA <700 7 4,734 0,578 H0+ 700-1000 3 3,327 0,189 H0+
Kết quả bảng 4.6 cho thấy hầu hết các OTC tiêu chuẩn trong các cùng một trạng thái và chiều cao đều nhận kết quả H0+ (giá trị Sig. > 0.05 trong các trường này) tức là các OTC này đều được rút ra trong cùng một tổng thể hay chúng thuần nhất với nhau. Tuy nhiên, ở trạng thái IIA ở độ cao 700 - 1000m có kết quả H0- (Sig. < 0.05) khi thử kiểm tra 4 hay 5 OTC với nhau. Như vậy các OTC này không thuần nhất với nhau hay không cùng một tổng thể. Từ kết quả trên, Luận văn tiến hành gộp các OTC ở trong cùng một trạng thái, độ cao và đánh giá chung cho trạng thái đó. Riêng với trạng thái IIA sẽ tính riêng cho từng OTC.
4.1.3.2. Quy luật phân bố số cây theo đường kính
Để mơ hình hóa quy luật này, Luận văn dựa vào công thức (2.1; 2.2) để chia tổ ghép nhóm và xác định tần số thực nghiệm của các trạng thái rừng. Như vậy, tùy vào từng trạng thái cụ thể cự ly tổ (cỡ đường kính) sẽ được xác định phù hợp với quy luật phân bố tại khu vực đó. Sau khi xác định được bảng phân bố thực nghiệm, Luận văn đã dựa vào phân bố tần số thực nghiệm (chiều hướng biến đổi của tần suất thực nghiệm) để từ đó lựa chọn dạng hàm phân bố lý thuyết phù hợp.
a. Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính ở trạng thái rừng IIA
+ Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính trạng thái IIA ở độ cao nhỏ hơn 700m: từ phân bố thực nghiệm dạng hàm phù hợp được xác định là hàm
Weibull. Kết quả xác định các tham số và chỉ tiêu thống kê của phân bố lý thuyết được thể hiện tại bảng 4.7.
Bảng 4.7. Kết quả mô phỏng phân bố N/D1.3 cho trạng thái IIA độ cao < 700m
Chỉ tiêu thống kê Hàm phân bố Weibull
α 0,0030786
β 2,4
Phương sai hồi quy 5,319
Hệ số xác định 0,986 Bậc tự do 6 2 tính toán 9,56 2 tra bảng 12,59 Kết luận H0+
Hình 4.1. Biểu đồ phân bố N/D1.3 trạng thái IIA (độ cao <700m)
Hàm Weibull đã mô phỏng tốt phân bố thực nghiệm của trạng thái này, với hệ số = 2.4 cho thấy phân bố có dạng lệch trái.
N (cây)
Kiểm tra theo phương pháp Pearson cho thấy χ2tính tốn = 9,56 < χ2tra bảng =12,59, nhận giá trị Ho+. Hệ số xác định (R2) nhận giá trị 0,986 và phương sai hồi quy (MS) nhận giá trị 5,319 cho thấy hàm Weibull đã thể hiện tốt quy luạt phân bố N/D1.3 của lâm phần trạng thái IIA.
Rừng trạng thái này có cỡ kính bình qn tập trung ở các cỡ kính từ 13 - 17 cm tạo thành đỉnh ở cỡ kính 15 cm, có xu hướng giảm mạnh về hai phía của cỡ kính tập trung. Đường phân bố thực nghiệm ở các cỡ kính thấp (<13 cm) nằm trên so với đường phân bố lý thuyết nguyên nhân chính là do sự thiếu hụt về lượng cây tái sinh có khả năng tạo thành lớp cây tầng cao, hơn nữa ở các cấp kính nhỏ đường phân bố có dốc rất lớn thể hiện sự thay đổi đột ngột của phân bố số cây ở các cấp kính nhỏ. Biện pháp lâm sinh cần thực hiện chính là khoanh ni và trồng bổ sung các lồi cây mục đích làm tăng lượng cây tái sinh giúp cho rừng phát triển theo chiều hướng bền vững. Bên cạnh kết hợp với biện pháp tỉa thưa, loại bỏ các loài cây phi mục đích, có sinh trưởng kém, sâu bệnh ở các cỡ kính lớn hơn nhằm tạo ra khơng gian dinh dưỡng hợp lý.
Dạng phương trình chính tắc đặc trưng cho trạng thái:
F(xi) = 1 -e-0.0030786*(Xi)^2.4 (4.7) Trong đó: Xi = Di - Dmin
Di: cỡ kính i; Dmin: đường kính nhỏ nhất
P(xi): tần suất cộng dồn tương ứng với cỡ kính i
+ Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính trạng thái IIA ở độ cao 700m÷1000m: Kết quả kiểm tra sự thuần nhất không xác định được khả năng gộp các OTC trong trạng thái. Luận văn tiến hành mô phỏng quy luật phân bố N/D1.3 riêng cho từng OTC. Qua bảng tần số thực nghiệm của các OTC cho thấy các phân bố này chỉ phù hợp với dạng hàm phân bố lý thuyết Weibull. Kết quả ở bảng 4.8.
Bảng 4.8. Kết quả mô phỏng phân bố N/D1.3 trạng thái IIA (700m÷1000m)
OTC 7 8 9 10
α 0,011739 0,033683 0,014742 0,00665
β 2 2 2 2,4
Phương sai hồi quy 4,856 4,523 3,721 4,978
Hệ số xác định 0,941 0,820 0,939 0,932 Bậc tự do 2 2 3 3 χ2 tÝnh to¸n 1,675 1,940 1,956 7,333 χ2 tra b¶ng 5,991 5,991 7,815 7,815 Kết luận H0+ H0+ H0+ H0+
Kết quả bảng 4.8 cho thấy 4/5 OTC là phù hợp với dạng hàm Weibull với
tham số dao động từ 2,0 đến 2,4. Phân bố N/D1.3 của các OTC đều có dạng lệch trái với các chỉ tiêu thống kê R2 dao động 0,82 - 0,941; MS từ 3,721 - 4,978. Kiểm tra bằng tiêu chuẩn Pearson đều nhận được giả thiết H0+ (χ2tính tốn < χ2tra bảng). Như vậy, các OTC trong trạng thái này có thể sử dụng hàm Weibull để mơ phỏng phân bố số cây theo cỡ đường kính.
Qua hình 4.2 cho thấy trạng thái IIA ở độ cao 700m - 1000m trong khu vực nghiên cứu có cấu trúc rất phức tạp tùy thuộc vào từng khu vực cụ thể. 3/5 trường hợp phân bố N/D1.3 có nhiều đỉnh phụ, số cây thường giảm mạnh ở cỡ kính thứ 2 hoặc cỡ thứ 3 sau đó tăng cao đạt giá trị cực đại. Mật độ cây tập trung chủ yếu ở các cỡ kính từ 12 - 18 cm sau đó giảm rất nhanh ở các cỡ kính lớn hơn. Đây chính là những trạng thái bị ảnh hưởng mạnh do quá trình khai thác chọn thô làm mất đi những cây có đường kính lớn, cấu trúc lâm phần bị tác động mạnh hay hoàn toàn bị phá vỡ.
Mặc dù, ở trạng thái này lớp cây có đường kính nhỏ (từ 6 - 12 cm) đã cao hơn ở trạng thái IIA độ cao nhỏ hơn 700m. Tuy nhiên mật độ này vẫn được đánh giá là thấp cần thiết phải trồng bổ sung hay khoanh ni xúc tiến tái sinh với mục đích tăng cường lớp cây kế cận.
Các phương trình chính tắc của trạng thái IIA (độ cao 700m ÷1000m) tại 4 ơ tiêu chuẩn:
- Phương trình của OTC 7:
F(xi) = 1 -e-0.011739*(Xi)^2 (4.8)
- Phương trình của OTC 8:
F(xi) = 1 -e-0.033683*(Xi)^2 (4.9) - Phương trình của OTC 9:
F(xi) = 1 -e-0.014742*(Xi)^2 (4.10) - Phương trình của OTC 10:
F(xi) = 1 -e-0.00665*(Xi)^2 (4.11) b. Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính ở trạng thái rừng IIB
Kiểm tra tính thuần của các OTC cho thấy các OTC trong trạng thái đều thuần nhất với nhau. Luận văn tiến hành gộp 6 OTC của trạng này và mơ hình hóa phân bố N/D1.3 chung cho cả trạng thái. Dựa vào phân bố thực tế cho thấy chỉ có hàm Weibull mới có thể mơ phỏng được. Kết quả xác định các tham số của hàm Weibull và biểu đồ biểu diễn phân bố thực tế, lý thuyết được thể hiện tại bảng 4.9 và hình 4.3.
Bảng 4.9. Kết quả mô phỏng phân bố N/D1.3 trạng thái IIB Các chỉ tiêu thống kê Hàm phân bố Weibull
0,006507
β 2,5
Phương sai hồi quy 4,983
Hệ số xác định 0,981 Bậc tự do 5 χ2 tÝnh to¸n 9,073 χ2 tra b¶ng 11,071 Kết luận H0+
Hình 4.3. Biểu đồ phân bố N/D1.3 trạng thái IIB D1.3 N (cây
Với tham số có giá trị 2,5 thể hiện phân bố có dạng lệch trái. Kiểm tra theo phương pháp Pearson cho thấy χ2tính tốn = 9,073 < χ2tra bảng = 11.071 tức là chấp nhận giả thiết H0+ với mức ý nghĩa 95%. Hàm Weibull được chấp nhận để dùng mô phỏng phân bố thực tế của trạng thái. Chỉ tiêu thống kê R2 = 0,981; MS = 4,983 nhỏ, thể hiện sự phù hợp giữa hàm mô phỏng và phân bố thực tế cao.
Qua phân bố thực nghiệm cho thấy cỡ kính từ 16 - 20 cm có số cây tập trung nhiều sau đó giảm mạnh ở những cỡ kính cao hơn.
Rừng trạng thái này đã khá ổn định tuy nhiên lớp cây ở các cỡ kính thấp vẫn cịn thiếu. Hơn nữa, giữa đường phân bố thực nghiệm và đường phân bố lý thuyết có sự chênh lệch ở các cấp kính 16 - 20cm, đường lý thuyết nằm phía dưới đường thực nghiệm nên có thể xử lý bằng cách loại bỏ một số cây ở các cấp kính này đưa 2 đường phân bố tiệm cận với nhau. Giải pháp lâm sinh có thể thực hiện: tỉa thưa mở tán để tăng không gian dinh dưỡng cho lớp thấp, trồng bổ sung các lồi cây mục đích; tiến hành các biện pháp khoanh ni xúc tiến tái sinh.
Phương trình chính tắc của trạng thái:
F(xi) = 1 -e-0.006507*(Xi)^2.5 (4.12)
c. Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính ở trạng thái rừng IIIA2
Trạng thái rừng IIIA2 phân bố ở 2 cấp độ cao 700m ÷ 1000m và lớn hơn 1000m. Giữa 2 cấp độ cao cũng có sự phân bố N/D1.3 khác nhau khá rõ rệt. Kết quả mơ hình hóa dạng phân bố lý thuyết đặc trưng của trạng thái tại bảng 4.10.
Bảng 4.10. Kết quả mô phỏng phân bố N/D1.3 cho trạng thái IIIA2
Độ cao 700m ÷ 1000m > 1000m
Dạng hàm Weibull Mayer Weibull
0,0223 19,0034 0,00183
1,3 0,03342 2
Phương sai hồi quy 4,31 93,64 4,009
Hệ số xác định 0,935 0,743 0,984
Bậc tự do 3 2 2
5,336 0,6807 2,931
7,81 5,99 5,99
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 10 20 30 40 50 60 D (cm) N (cay) Tần số thực tế Tần số lý thuyết P.bố Mayer
Hình 4.4. Biểu đồ phân bố N/D1.3 trạng thái IIIA2 (700m - 1000m)
Hình 4.5. Biểu đồ phân bố N/D1.3 trạng thái IIIA2 (>1000m)
- Với cấp độ cao từ 700m ÷ 1000m: Kết quả kiểm tra dạng phân bố cho thấy cả 2 dạng hàm đều mô phỏng được phân bố N/D1.3 của trạng thái này. Tuy nhiên, Luận văn lựa chọn dạng hàm phân bố Giảm (Mayer) để mô tả phân bố thức tế của trạng thái do phân bố này bám khá sát với phân bố lý thuyết.
Phân bố có xu hướng giảm dần ở các cấp kính lớn hơn, phân bố thực nghiệm có độ dốc lớn, xuất hiện thêm một đỉnh phụ tại cấp kính 44cm. Dạng phân bố của
trạng thái này khá phù hợp với các kết quả của các tác giả đi trước khi nghiên cứu quy luật N/D1.3 ở trạng thái rừng IIIA2.
Phương trình chính tắc có dạng:
NDi = 0.8384*e0.44571*Di (4.13)
- Đối với cấp độ cao lớn hơn 1000m: với giá trị χ2tính tốn = 2,931 < χ2tra bảng = 5.99 cho thấy hàm Weibull mô phỏng được phân bố N/D1.3 của trạng thái này. Hàm Weibull có tham số β = 2 cho thấy phân bố có dạng lệch trái; R2 = 0,984 và MS = 4,009. Phân bố N/D1.3 của trạng thái có dạng khá phức tạp, xuất hiện 2 đỉnh tại cấp đường kính 20cm và 40cm. Những điều này phù hợp với đặc điểm rừng bị tác động . d. Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính ở trạng thái rừng núi đá (IIA) Bảng 4.11. Kết quả mô phỏng phân bố N/D1.3 cho trạng thái núi đá
Độ cao <700m 700m ÷ 1000m
Dạng hàm Weibull Weibull Mayer
0,00518 0,1302 19,21
2,4 1,3 0,1343
Phương sai hồi quy 5,489 4,18 87,22
Hệ số xác định 0,886 0,689 0,843
Bậc tự do 4 2 1
8,49 1,8 0,58
9,49 5,99 3,84
Hình 4.6. Biểu đồ phân bố N/D1.3 trạng thái rừng núi đá
- Độ cao nhỏ hơn 700m: dạng hàm Weibull với tham số β = 2,4 mô phỏng tốt cho phân bố N/D1.3 ở cấp độ cao này (với χ2tính tốn < χ2tra bảng). Các chỉ số thống kê R2 khá cao (0,886) và MS nhỏ (5,489). Phân bố N/D1.3 có số cây tập trung chủ yếu ở cấp kính 12- 16 cm sau đó giảm với tốc độ khơng đồng đều đến cấp kính 26cm xuất hiện thêm 1 đỉnh phụ.
Phương trình chính tắc của trạng thái:
F(xi) = 1 -e-0.00528*(Xi)^2.4 (4.14)
- Độ cao 700m ÷ 1000m: cả 2 dạng phương trình tham số Weibull và Mayer đều có thể mơ phỏng được phân bố N/D1.3 của cấp độ cao này (χ2tính tốn < χ2tra bảng) tuy nhiên dựa vào Hình 4.6 cho thấy dạng hàm Mayer phù hợp hơn so với dạng hàm Weibull. Luận văn lựa chọn dạng hàm Mayer để mơ hình hóa phân bố N/D1.3. Mặc dù có xu hướng giảm dần theo cấp kính nhưng đường phân bố cũng biến đổi rất khác nhau ở các cấp kính: xuất hiện thêm 1 đỉnh phụ ở cấp kính thứ 3 sau đó mới giảm dần theo quy luật). Với hệ số xác định đạt 0,843 là hồn tồn có thể chấp nhận dạng hàm này mơ phỏng cho phân bố N/D1.3 thực tế.
Phương trình chính tắc có dạng: