Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.1. Cấu trúc số cây theo đƣờng kính (N/D) và theo chiều cao (N/H) của rừng
rừng trồng Thông ba lá tại khu vực nghiên cứu
Rừng Thông ba lá tại khu vực nghiên cứu đƣợc trồng từ năm 1984 đến năm 2017. Tuy nhiên, đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu và thu thập số liệu trong giai đoạn từ 1984, 1988, 1993, 1998, 2003 và 2008 (tƣơng ứng với rừng Thông đạt 34 tuổi, 30 tuôi, 25 tuổi, 20 tuổi, 15 tuổi và 10 tuổi). Loại hình rừng này sau khi trồng, tiến hành nuôi dƣỡng vào năm 7 tuổi, tiến hành tỉa thƣa vào các năm 15 và 25 tuổi.
Việc tìm hiểu đặc điểm cấu trúc của rừng trồng Thông ba lá đƣợc tiến hành thông qua việc nghiên cứu quy luật phân bố số cây theo một số chỉ tiêu sinh trƣởng cơ bản là đƣờng kính D1,3 và chiều cao vút ngọn H của cây.
Từ số liệu thu thập đƣợc ở các ô tiêu chuẩn tạm thời theo từng cỡ tuổi, luận văn tiến hành chia tổ, ghép nhóm, tính tần suất và tính tốn các đặc trƣng mẫu, mô tả chúng bằng biểu đồ thực nghiệm. Tiến hành thử nghiệm một số hàm tốn học thơng dụng nhƣ: Gama, Normal, Lognormal, Weibull,... . Kết quả tính tốn cho thấy, các phân bố thực nghiệm số cây theo cấp đƣờng kính D1,3, số cây theo cấp chiều cao H ở từng cỡ tuổi phù hợp nhất theo dạng hàm phân bố chuẩn Weibull (phụ biểu 2).
Các kết quả nghiên cứu cụ thể đƣợc trình bày dƣới đây:
4.1.1. Cấu trúc số cây theo cấp đường kính D1,3
Kết quả tính tốn các đặc trƣng mẫu và đồ thị biểu diễn quy luật phân bố số cây theo cấp đƣờng kính D1,3 của rừng trồng Thông ba lá tại khu vực nghiên cứu đƣợc trình bày ở bảng 4.1 và hình 4.1 sau:
Bảng 4.1. Bảng tóm tắt các đặc trƣng mẫu của phân bố N/D1,3 Đặc trƣng mẫu Năm trồng 1984 1988 1993 1998 2003 2008 3 , 1 D (cm) 34.5 32.8 28.9 26.0 18.3 13.4 X S (m) 0.5 0.5 0.3 0.3 0.2 0.1 S (m) 7.64 8.44 5.95 6.08 3.92 2.78 EX 0.44 -0.18 5.35 -0.11 0.30 -0.48 SK -0.34 -0.06 1.14 0.37 0.59 0.30 R 44.6 45.8 57.3 32.8 25.5 14.3 Cv% 22.1 25.8 20.6 23.4 21.4 20.8 Nhận xét:
Kết quả xử lý số liệu điều tra đƣợc trên 3 ô tiêu chuẩn ở mỗi cấp tuổi với tổng diện tích điều tra 3.000 m2
đƣợc trình bày ở bảng 4.1 và phụ lục 1 cho thấy:
Phân bố N/D1.3 của các lâm phần Thông ba lá ở các tuổi có đặc điểm chung là đều có dạng lệch trái so với số trung bình (Sk > 0) ở các năm trồng
1993, 1998, 2003 và 2008 (tƣơng ứng với các cỡ tuổi 25, 20, 15 và 10). Điều này cho thấy phần lớn các lâm phần ở các cỡ tuổi này có đƣờng kính cây nhỏ hơn giá trị trung bình, đây là là những lâm phần cịn non đang trong giai đoạn phát triển. Riêng các lâm phần trồng các năm 1984 và 1980 (tƣơng ứng với các tuổi 34 và 30), có độ lệch phải so với số trung bình (Sk < 0). Điều này chứng tỏ các lâm phần này phần lớn cây có đƣờng kính lớn hơn đƣờng kính trung bình của lâm phần. Đây là các lâm phần đã sinh trƣởng và phát triển mạnh về đƣờng kính. Về độ nhọn phân bố, các lâm phần Thơng ba lá ở các tuổi có dạng phân bố đƣờng kính nhọn hơn và bẹt hơn so với phân bố chuẩn đan xen nhau, chứng tỏ các lâm phần đang có cạnh tranh, sự biến động và phân hóa về đƣờng kính mang tính liên tục.
Năm 1984 Năm 1988
Năm 1993 Năm 1998
Năm 2003 Năm 2008
Đƣờng kính trung bình từ 13,4 cm (tuổi 10) đến 34,5 cm (tuổi 34). Độ lệch chuẩn thấp nhất (2,78) ở tuổi 10 và cao nhất (8,44) ở tuổi 30. Hệ số biến động tƣơng đối lớn, cao nhất là 25,8 % (tuổi 30), thấp nhất là 20,6 % (tuổi 25). Biên độ biến động cao nhất là ở lâm phần 25 tuổi (57,3 cm) và thấp nhất là ở lâm phần 10 tuổi (14,3 cm).
Kết quả nắn các hàm phân bố thực nghiệm số cây theo đƣờng kính theo các hàm Gama, Normal, Lognormal và Weibull (xem phụ lục 2) cho thấy phân bố số cây theo đƣờng kính của rừng Thơng ba lá trồng tại khu vực nghiên cứu theo các cỡ tuổi phù hợp nhất với các hàm Weibull. Kết quả cụ thể nhƣ sau. Tại năm trồng 1984: α = 3,0; λ = 0,00007; χtính = 7,1 < χbảng = 9,49. Tại năm trồng 1988: α = 3,0; λ = 0,00006; χtính = 10,5 < χbảng = 11,1. Tại năm trồng 1993: α = 1,8; λ = 0,0086; χtính = 9,0 < χbảng = 9,49. Tại năm trồng 1998: α = 2,0; λ = 0,0044; χtính = 7,2 < χbảng = 9,49. Tại năm trồng 2003: α = 1,8; λ = 0,019; χtính = 11,8 < χbảng = 14,1. Tại năm trồng 2008: α = 2,2; λ = 0,01; χtính = 8,9 < χbảng = 9,49.
Kết quả mơ hình hóa trên cho thấy, ở giai đoạn đầu sau khi trồng tới khoảng tuổi 25, cấu trúc thực nghiệm số cây theo đƣờng kính D1,3 của rừng trồng Thông ba lá tại khu vực nghiên cứu nhìn chung rất đơn giản, có một đỉnh lệch trái. Đƣờng kính bình qn lâm phần ở tất cả các năm trồng có xu hƣớng tăng theo tuổi và tăng chậm. Hệ số biến động dao động trong khoảng 20,6-23,4%.
Từ tuổi 25 trở đi, phân bố số cây theo đƣờng kính có dạng tiệm cận phân bố chuẩn và lệch phải. Điều này chứng tỏ có sự phân hóa về đƣờng kính của rừng thơng tại khu vực từ tuổi 25 trở đi.
Kết quả thực nghiệm trên cho thấy, lồi Thơng ba lá sau khi trồng cho tới khi khép tán (từ tuổi 25 trở lại) khơng có sự phân hóa về sinh trƣởng đƣờng kính. Sau đó, sự phân hóa diễn ra càng rõ rệt do vậy cần có những biện
pháp lâm sinh phù hợp với rừng nhằm thúc đẩy khả năng sinh trƣởng và phát triển đồng đều của chúng.
Nhìn chung, việc nghiên cứu cấu trúc rừng bằng phƣơng pháp biểu đồ, kết hợp với tính tốn các đặc trƣng mẫu đã thể hiện rõ nét đặc điểm cấu trúc của rừng, qua đó cũng cho thấy ảnh hƣởng rõ rệt của điều kiện môi trƣờng và kết quả của những tác động lâm sinh tới rừng. Tuy nhiên, để có thể đặc trƣng hóa các đặc điểm cấu trúc thực nghiệm, các nhà khoa học lâm nghiệp có xu hƣớng mơ phỏng chúng bằng các hàm tốn học cụ thể, qua đó sẽ làm cơ sở khoa học chắc chắn cho việc điều tiết cấu trúc rừng
4.1.2. Cấu trúc số cây theo chiều cao vút ngọn (N/H)
Kết quả tính tốn các đặc trƣng mẫu và đồ thị biểu diễn đặc điểm phân bố số cây theo cấp chiều cao (N/H) của rừng trồng Thông ba lá tại khu vực nghiên cứu đƣợc trình bày ở bảng 4.2 và hình 4.2 sau:
Bảng 4.2. Bảng tóm tắt các đặc trƣng mẫu của phân bố N/Hvn Đặc trƣng mẫu Năm trồng 1984 1988 1993 1998 2003 2008 vn H (cm) 21.6 20.4 17.5 15.4 11.1 6.8 X S (m) 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.0 S (m) 3.37 2.90 1.58 2.03 1.77 0.91 EX 1.28 1.67 4.87 -0.11 -0.03 -0.43 SK -0.77 -0.20 -1.28 -0.36 -0.19 0.40 R 18.0 18.0 14.0 12.0 11.0 4.5 Cv% 15.6 14.2 9.0 13.2 16.0 13.3 Nhận xét:
Về độ lệch phân bố, chỉ duy nhất trƣờng hợp lâm phân Thông ba lá trồng năm 2008 (lâm phần 10 tuổi) có phân bố lệch trái (Sk > 0) so với số trung bình. Nghĩa là phần lớn chiều cao của lâm phần này còn nhỏ và nhỏ hơn so với chiều cao trung bình. Các lâm phần ở các cấp tuổi cịn lại (các tuổi 15, 20, 25, 30, 34 tƣơng ứng với các năm trồng 2003, 1998, 1993, 1988 và 1984) có đặc điểm chung là phân bố chiều cao đều có dạng lệch phải (Sk < 0) so với số trung bình. Điều này cho thấy phần lớn các lâm phần này đang trong giai đoạn sinh trƣởng và phát triển mạnh về chiều cao, phần lớn chiều cao lớn hơn so với chiều cao bình qn chung của lâm phân. Kết quả này hồn toàn phù hợp với hiện trạng rừng Thông ba lá tại khu vực nghiên cứu. Về độ nhọn phân bố, các lâm phần Thông ba lá ở các năm trồng 2008, 2003 và 1998 (tƣơng ứng với các tuổi 10, 15 và 20) có dạng phân bố chiều cao bẹt hơn phân bố chuẩn (Ex < 0). Điều này chứng tỏ các lâm phần đang có sự cạnh tranh và phân hóa mạnh về chiều cao. Trong khi đó, các lâm phần Thơng ba lá ở các năm trồng 1993, 1988 và 1984 (tƣơng ứng với các tuổi 25, 30 và 35) có dạng phân bố chiều cao nhọn hơn phân bố chuẩn (Ex > 0). Điều này chứng tỏ các lâm phần đang phát triển chiều cao mạnh, sự biến động và phân hóa về chiều cao tƣơng đối nhỏ.
Chiều cao trung bình từ 6,8 m (tuổi 10) đến 21,6 m (tuổi 34). Độ lệch chuẩn thấp nhất (0,91) ở tuổi 10 và cao nhất (3,37) ở tuổi 34. Hệ số biến động tƣơng đối nhỏ, cao nhất là 15,6 % (tuổi 34), thấp nhất là 9,0 % (tuổi 25). Biên độ biến động cao nhất là ở lâm phần 30 tuổi và 34 (18,0 m) và thấp nhất là ở lâm phần 10 tuổi (4,5 m).
Năm 1984 Năm 1988
Năm 1993 Năm 1998
Năm 2003 Năm 2008
Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn quy luật phân bố số cây theo cấp chiều cao (N/H) qua các năm trồng
Kết quả nắn các hàm phân bố thực nghiệm số cây theo chiều cao theo các hàm Gama, Normal, Lognormal và Weibull (xem phụ lục 3) cho thấy phân bố số cây theo chiều cao của rừng Thông ba lá trồng tại khu vực nghiên cứu theo các cỡ tuổi phù hợp nhất với các hàm Weibull. Kết quả cụ thể nhƣ sau. Tại năm trồng 1984: α = 2,3; λ = 0,0065; χtính = 7,5 < χbảng = 7,81. Tại năm trồng 1988: α = 3,2; λ = 0,0007; χtính = 7,4 < χbảng = 7,81. Tại năm trồng 1993: α = 4,0; λ = 0,0007; χtính = 6,0 < χbảng = 7,81. Tại năm trồng 1998: α = 2,9; λ = 0,0042; χtính = 5,4 < χbảng = 12,59. Tại năm trồng 2003: α = 2,7; λ = 0,082; χtính = 9,1 < χbảng = 11,07. Tại năm trồng 2008: α = 2,0; λ = 0,196; χtính = 9,9 < χbảng = 12,59.
Kết quả trên cho thấy, cũng nhƣ đƣờng kính D1,3, giá trị trung bình về chiều cao ở tất cả các năm trồng có xu hƣớng tăng theo tuổi. Tuy nhiên, so với đƣờng kính D1,3, chiều cao tăng sớm hơn và tăng nhanh hơn, hệ số biến động về chiều cao thấp hơn so với đƣờng kính. Nắm vững quy luật này, các nhà lâm sinh sẽ có những biện pháp chăm sóc và tăng cƣờng công tác quản lý bảo vệ rừng để duy trì và nâng cao hơn nữa sức sản xuất của rừng.
4.2. Đánh giá q trình sinh trƣởng Thơng ba lá
4.2.1. Q trình sinh trưởng đường kính ngang ngực (D1.3, cm).
Trong nghiên cứu quy luật sinh trƣởng của rừng thì chỉ tiêu đƣờng kính là một nhân tố rất quan trọng, nó khơng những là nhân tố cấu thành thể tích thân cây mà đƣờng kính cịn là một nhân tố phản ánh mức độ thích hợp của một loại hình rừng trên một dạng lập địa cụ thể cũng nhƣ các biện pháp tác động.
Do vậy, để nắm bắt đƣợc quy luật sinh trƣởng về đƣờng kính (D1.3) rừng Thông ba lá trồng tại huyện Đơn Dƣơng chúng tôi tiến hành nghiên cứu mối tƣơng quan giữa đƣờng kính với tuổi và biểu thị bằng một dạng phƣơng trình tốn học.
Từ số liệu về đƣờng kính (D1.3) của cây giải tích kết hợp với đƣờng kính bình qn của rừng Thơng ba lá trồng tại huyện Đơn Dƣơng, sau khi thử nghiệm một số phƣơng trình, chúng tơi tiến hành thiết lập phƣơng trình tốn học biểu thị quy luật tƣơng quan giữa đƣờng kính (D1.3) với tuổi (A) bằng phƣơng trình Schumacher: k A b e m Y . /
Hay Ln(y) = Ln(m) – b/Ak để biểu thị tƣơng quan giữa đƣờng kính với tuổi. Do bởi, chúng mô tả tƣơng đối phù hợp với quy luật sinh trƣởng về đƣờng kính cũng nhƣ đặc tính sinh học của rừng Thơng ba lá trồng tại huyện Đơn Dƣơng. Qua thử nghiệm, hệ số k đƣợc chọn là k=0,5 và các tham số phƣơng trình cùng một số chỉ tiêu thống kê cần thiết khác đƣợc tiến hành xác định trên máy vi tính bằng phần mềm Excel (phụ biểu 4), kết quả tính tốn cụ thể nhƣ sau: Ln(D1.3) = 4,8723 – 7,5411/A0,5 với r = 0,99 (4.1) Hay 5 , 0 / 5411 , 7 3 , 1 130,6.e A D
và đƣợc biểu thị ở bảng và hình sau đây:
Bảng 4.3. Tƣơng quan giữa đƣờng kính với tuổi của lồi Thơng ba lá A (năm) D1,3_tn (cm) D1,3_lt (cm) A (năm) D1,3_tn (cm) D1,3_lt (cm) A (năm) D1,3_tn (cm) D1,3_lt (cm) 2 1.0 0.6 13 16.2 16.1 24 28.5 28.0 3 1.4 1.7 14 17.1 17.4 25 29.0 28.9 4 2.2 3.0 15 18.2 18.6 26 30.1 29.8 5 3.3 4.5 16 20.4 19.8 27 30.7 30.6 6 5.1 6.0 17 22.4 21.0 28 31.5 31.4 7 7.0 7.6 18 23.6 22.1 29 32.1 32.2 8 9.6 9.1 19 24.8 23.2 30 32.6 33.0 9 11.9 10.6 20 25.6 24.2 31 33.1 33.7 10 13.1 12.0 21 26.5 25.2 32 33.5 34.4 11 14.0 13.4 22 27.2 26.2 33 33.9 35.1
Hình 4.3. Đƣờng biễu diễn mối tƣơng quan giữa đƣờng kính (D1.3) với tuổi (A) rừng Thơng ba lá trồng tại huyện Đơn Dƣơng
*Nhận xét:
Từ kết quả thu đƣợc ở bảng 4.3 và hình 4.3 trên cho thấy giữa đƣờng lý thuyết và đƣờng thực nghiệm bám tƣơng đối sát nhau, với hệ số r = 0,99. Từ đƣờng cong của phƣơng trình cho thấy sinh trƣởng về đƣờng kính của rừng Thơng ba lá trồng tại huyện Đơn Dƣơng tăng đều theo tuổi, sinh trƣởng về đƣờng kính đang diễn ra mạng mẽ. Điều này cho thấy rừng khơng bị những tác động xấu từ bên ngồi vào. Ngoài ra, từ khi trồng rừng đến nay, rừng đã đƣợc nuôi dƣỡng 1 lần và tỉa thƣa 2 lần. Nhìn chung, với cƣờng độ chăm sóc và mật độ hiện tại, sự phát triển về đƣờng kính của các lâm phần này là tƣơng đối chậm. Điều này có thể đƣợc giải thích phần lớn các lâm phần nghiên cứu lập địa xấu. Nhìn vào xu hƣớng phát triển của đƣờng cong phƣơng trình cho thấy sinh trƣởng về đƣờng kính của rừng Thông ba lá trồng tại huyện Đơn Dƣơng sẽ tiếp tục tăng ở những tuổi tiếp theo, kết quả này phù hợp với đối tƣợng nghiên cứu là loài cây lâu năm mọc chậm.
4.2.2. Quá trình sinh trưởng chiều cao vút ngọn (Hvn, m).
Bên cạnh đƣờng kính, chiều cao của cây rừng cũng là một nhân tố cấu thành thể tích thân cây, ngồi ra nó là một chỉ tiêu không kém phần quan trọng trong việc đánh giá khả năng sản xuất của rừng trên một dạng lập địa nhất định. Ngoài ra, trong sản xuất kinh doanh rừng chiều cao còn là một chỉ tiêu để phân chia giai đoạn sinh trƣởng và phát triển rừng, qua đó xác định thời điểm thích hợp để tác động tới rừng. Do vậy, việc nắm bắt đƣợc quy luật sinh trƣởng về chiều cao sẽ làm cơ sở cho việc đánh giá rừng và tìm ra các biện pháp tác động tới rừng nhằm tăng khả năng sản xuất của rừng.
Để thiết lập mối tƣơng quan giữa chiều cao với tuổi của rừng Thông ba lá trồng tại huyện Đơn Dƣơng, chúng tôi tiến hành thu thập và tổng hợp số liệu đo đếm đƣợc từ các cây giải tích cũng nhƣ các cây cá thể trong ô tiêu chuẩn, chấm các giá trị về chiều cao ở từng tuổi lên trục tọa độ thành một mạng lƣới điểm, dựa vào quy luật phân bố các giá trị chiều cao trên để chọn dạng phƣơng trình.
Sau khi đã thử nghiệm một số dạng, chúng tôi quyết định chọn hàm
sinh trƣởng Schumacher: b Ak
e m Y . /
Hay Ln(y) = Ln(m) – b/Ak để biểu diễn mối tƣơng quan giữa chiều cao (Hvn) với tuổi (A).
Qua thử nghiệm, hệ số k đƣợc chọn là k = 0,2 và các tham số phƣơng trình cùng một số chỉ tiêu thống kê cần thiết khác đƣợc tiến hành xác định trên máy vi tính bằng phần mềm Excel (phụ biểu 5), kết quả tính tốn cụ thể nhƣ sau: Ln(Hvn) = 7,145 – 8,1539/A0,2 với r = 0,99 (4.2) Hay 2 , 0 / 1539 , 8 . 7 , 1267 e A Hvn
Bảng 4.4. Tƣơng quan giữa chiều cao với tuổi rừng Thông ba lá trồng tại huyện Đơn Dƣơng
A (năm) Hvn_tn (m) Hvn_lt (m) A (năm) Hvn_tn (m) Hvn_lt (m) A (năm) Hvn_tn (m) Hvn_lt (m) 2 1.4 1.0 13 9.8 9.6 24 17.0 16.9 3 1.8 1.8 14 10.5 10.3 25 17.6 17.5 4 2.4 2.6 15 11.0 11.0 26 18.5 18.1 5 3.2 3.4 16 11.7 11.7 27 19.2 18.7 6 3.7 4.2 17 12.8 12.4 28 19.7 19.3