- Đối tượng nghiờn cứu: Đốitượng nghiờn cứu là những lõm phần Keo tai tượng trồng thuần loài đều tuổi từ tuổi 1 đến tuổi 11. Đề tài chỉ tập trung nghiờn cứucỏc lõm phần từtuổi3đến tuổi 11 và chưa qua tỏcđộng bằng biện phỏp tỉathưa.
- Về vựng nghiờn cứu: Những vựng phõn bố tập trung và đặc trưng cho đốitượng nghiờn cứu ở khu vựcHàm Yờn–Tuyờn Quang
- Nội dung nghiờn cứu: Xõy dựng cỏc quy luật cấu trỳc, cỏc mụ hỡnh sinh trưởng và hỡnh dạng rừng Keo tai tượng và đưa ra một số trường hợp vận dụng làm cơ sở cho việc nghiờn cứu sõu vào xỏc định trữ sản lượng cỏc lõm phần rừng trồng trong khu vực.
Chương 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU 3.1. Nội dung nghiờn cứu
3.1.1. Nghiờn cứu cỏc quy luật cấu trỳc và xõy dựng cỏc mụ hỡnh cấu trỳc loàiKeo tai tượng
3.1.1.1. Quy luậtphõn bốsốcõy theođường kớnh ngang ngực(N-D) 3.1.1.2. Quy luậtphõn bốsốcõy theo chiềucao (N-H)
3.1.1.3. Quy luậttương quan giữachiềucao vàđường kớnh thõn cõy (H/D) 3.1.1.4. Quy luật tương quan giữa đường kớnh tỏn và đường kớnh ngang ngực (Dt/D1.3)
3.1.1.5. Quy luật tương quan giữa thể tớch thõn cõy khụng vỏ với đường kớnh và chiềucao thõn cõy (Vkv/D1.3/Hvn)
3.1.1.6. Quan hệ giữa hỡnh số thường (f1.3) với đường kớnh và chiều cao thõn cõy.
3.1.2. Nghiờn cứu xõy dựng phương trỡnh đường sinh thõn cõy
3.1.3. Nghiờn cứu quy luật sinh trưởng và xõy dựng một số mụ hỡnh sinh
trưởng rừng Keo tai tượng
3.1.3.1. Nghiờn cứu quy luật sinh trưởng cõy cỏ lẻ
a. Nghiờn cứuquy luật sinh trưởng đườngkớnh theo tuổi b. Nghiờn cứuquy luậtsinh trưởng chiều cao theo tuổi
c. Nghiờn cứuquy luật sinh trưởng thểtớch thõn cõy theo tuổi
3.1.3.2. Nghiờn cứu quy luật sinh trưởng lõm phần
a. Quỏ trỡnh sinh trưởng đườngkớnh lõm phần b. Quỏ trỡnh sinh trưởng chiều cao lõm phần
3.1.4. Vận dụng cỏc quy luật cấu trỳc, sinh trưởng và hỡnh dạng để dự đoỏn trữ sản lượng rừng Keo tai tượng
3.1.4.1. Xỏcđịnh f1,3 thõn cõyđứngloàiKeo tai tượng
3.1.4.2. Xõy dựngcụng thứcxỏcđịnh thể tớch cõyđứng Keo tai tượng 3.1.4.3. Dự đoỏn tỷ lệ % số cõy và thể tớch theo kớch cỡ D1.3 và Hvn 3.1.4.4. Xỏc định trữ lượng lõm phần theo tuổi
3.1.4.5. Lậpbiểuthểtớch
3.1.4.6. Dự tớnh tuổi thành thục số lượng cho loài Keo tai tượng tại Hàm Yờn qua cỏc phương trỡnh sinh trưởng thể tớch cõy cỏ lẻ và lõm phần
3.2. Phương phỏp nghiờn cứu
3.2.1. Quan điểm phương phỏp luận
Phương phỏp luận nghiờn cứu: nghiờn cứu phải đảm bảo tổng hợp và toàn diện, triệt để ỏp dụng cỏc phương phỏp định lượng toỏn học chớnh xỏc trờn cơ sở phản ỏnh trung thực cỏc quy luật sinh vật học của cõy và lõm phần.
Trờn quan điểm nghiờn cứu ứng dụng vào sảnxuấtkinh doanh rừng, nờn khi nghiờn cứucầnthiếtphải cú sự kếthừanhữngthành quảcủa cỏc tỏc giả đi trước làm cơ sở lựa chọn những dạng toỏn học thớch hợp, đảm bảo độ chớnh xỏc cho phộp vàđơn giảnkhi ỏp dụng.
3.2.2. Phương phỏp thu thậpvà xửlý sốliệu
-Phương phỏp thu thập số liệu:
+ Sử dụng phương phỏpđiềutra điển hỡnh ở cỏc lõm phần Keo tai tượng sau khiđó điềutra tổngquỏt cỏc lõm phầnkhỏc nhau về tỡnh hỡnh sinh trưởng và hoàn cảnhsinh thỏi.
+ Số liệu thu thập trờn cỏc ụ tiờu chuẩn (ễTC) điển hỡnh với diện tớch 1500 m2. Mỗi tuổi điều tra 2 ễTC (từ tuổi 3 đến tuổi 11), như vậy tổng số ễTC cần điềutra là 18. Trờn mỗi ễTC này tiếnhành đođếm cỏc chỉtiờu: Đo D1.3toàn diện,đo Hvnvà Dt ≥50 cõy tươngứng.
+ Trờnđốitượng rừng ởtuổi10, lựachọn16 cõy theo phương phỏp ngẫu nhiờn để tiến hành giải tớch. Chia thõn cõy thành 10 đoạn bằng nhau và kẹp kớnh ở vị trớđường kớnh cú vỏvà khụng cú vỏ ởmỗi phõn đoạn. Cõy giải tớch được chặt ngả phõn đoạn1 một, cưa thớt đếm vàđođường kớnh vũng năm để xỏcđịnh cỏcđại lượng sinh trưởng(D, H, V) cho từng tuổi. Ngoài ra, cưa thớt đếmvàđo vũng năm tại vịtrớđườngkớnh 1,3 một.
+ Kế thừa cỏc số liệu cú liờn quan đến đề tài như: Điều kiện tự nhiờn, kinh tế, xó hội, đất đai, sõu bệnhhại...
-Phương phỏp xử lý số liệu:
+ Dựng toỏn sinh học làm cụng cụ ỏp dụng vào xử lý, phõn tớch, kiểm nghiệm, lựachọn, mụ hỡnh húa cỏc quỏ trỡnh sinh trưởng, quy luật cấu trỳc và hỡnh dạng của cõy và lõm phần.
+ Tài liệu đo đếm trước khi đưa vào phõn tớch được sàng lọc số liệu thụ bằng phầnmềm SPSS. Ngoài ra,để kiểm tra khả năng gộp sốliệu cỏc ễTCở những vị trớ khỏc nhau nhưng cựng một tuổi, đề tài sử dụng tiờu chuẩn tiờu chuẩnMann & Whitneyđối vớitrường hợphai mẫu.
+ Sốliệu đođếmtrờn cỏc ễTCđược tiếnhành chỉnh lý và tớnh toỏn tổng hợp cỏc nhõn tố điều tra cơ bản từng ễTC và tổng hợp lại theo từng tuổi cho toàn bộ đốitượngnghiờn cứu.
3.2.3. Phương phỏp nghiờn cứu một số quy luật cấu trỳc lõm phần
Vận dụng hàm phõn bố Weibull để mụ tả qui luật cấu trỳc N-D, N-H rừng Keo tai tượng. Sở dĩ sử dụng phõn bố Weibull để nghiờn cứu vỡ đõy là phõn bố xỏc suất cho phộp mụ phỏng phõnbố thực nghiệm cú dạng giảm, lệch trỏi, lệch phải và đối xứng. Đõy cũng là dạng hàm được cỏc tỏc giả lựa chọn đểmụ phỏngphõn bốN-D, N-H, N-Dt cho cỏc loài cõy rừng trồng mọc nhanh ởnướcta.
Phõn bố Weibull là phõn bố xỏc xuất của biến ngẫu nhiờn liờn tục với miền giỏ trị (0 đến +). Hàm mật độ cú dạng: X e X X F( ) . . 1 . (3.1) Trong đú: và là hai tham số của phõn bố Weibull. Khi cỏc tham số của Weibull thay đổi thỡ dạng đường cong phõn bố cũng thay đổi theo. Tham sốđặc trưng cho độ nhọn, tham sốđặc trưng cho độ lệch của phõn bố.
Nếu = 1 phõn bố cú dạng giảm;
=3 phõn bố cú dạng đối xứng;
>3 phõn bố cú dạng lệch phải;
<3 phõn bố cú dạng lệch trỏi.
Sốliệu sau khi được chỉnhlý và chia tổghộp nhúm, tiến hành lậpbảng tớnhđểnắn phõn bốtheo hàm Weibull (xem phụbiểu01).
3.2.3.2. Quy luật tương quan củamột sốnhõn tố điềutra
Quy luật tương quan giữachiềucao vàđườngkớnh:
Phương trỡnh toỏn học biểu diễn mối liờn hệ giữa chiều cao và đường kớnh rất đa dạng. Với số liệu thu thập được giữa D1,3 và Hvn ta cần so sỏnh và lựa chọn một dạng liờn hệ nào đú tốt nhất. Trongkhuụn khổ đề tài vớisự trợ giỳp củaphần mềm SPSS 11.5 for Windows, đềtài chỉtiến hành mụ phỏng theo một số dạng sau đõy:
Hàm Logarithmic (LN): Y = a + b.lnX (3.2) Hàm Parabol bậc2 (QUA): Y = a0+ a1.X + a2.X2 (3.3) Hàm Power (POW): Y = a.Xb (3.4) Hàm Compound (COM): Y = a.bX (3.5) Từ dạng quan hệ tốt nhất chọn được lập cho từng ụ tiờu chuẩn, làm cơ sở xỏc định cỏc loại chiều cao bỡnh quõn.
Quan hệ giữa đường kớnh tỏn với đường kớnh ngang ngực: Quan hệ nàyđược mụ phỏng theo phương trỡnhđườngthẳng:
Dt= a + b.D1,3 (3.6) Dựa vào quan hệ này xỏc định tỏn lõm phần thụng qua phõn bố N-D
Quy luật tương quan giữathể tớch thõn cõy khụng vỏvới đườngkớnh và chiềucao thõn cõy:
Cũng tương tự cỏc nhõn tố điều tra khỏc, giữa thể tớch thõn cõy khụng vỏ với đường kớnh và chiều cao thõn cõy tồn tại mối liờn hệ với nhau. Đề tài sẽ thử nghiệmmột vài dạng phương trỡnh sau:
V = a + b.D2.H (3.7)
V = a + b.H + c.D2.H (3.8)
V = a.Db.Hc (3.9)
V = a + b.D2.H (3.10) Từ dạng phương trỡnh chọn đượccú thể xỏcđịnhthểtớch từng cõy cỏ lẻ Keo tai tượnghoặclõm phầntạikhu vựcnghiờn cứu.
Quan hệ giữa hỡnh số thường (f1.3) với đường kớnh và chiều cao thõn cõy: Từ cỏc nghiờn cứu của cỏc tỏc giả đi trước, đề tài sẽ thử nghiệm một số
- Quan hệgiữaf1,3với d:
f1,3 = a+ b/d21,3 (3.11) - Quan hệgiữaf1,3với d và h:
f1,3= a + b/d21,3.hvn (3.12) - Quan hệgiữahỡnh cao (hf1,3) với chiềucao (h):
hvn.f1,3= a + b.hvn (3.13) - Xuất phỏt từ kinh nghiệmcủacỏc tỏc giả đi trước cho rằng: giữa hỡnh cao và chiều cao cõy rừng cú quan hệ theo dạng (3.13), giữa chiều cao và đườngkớnh cõy rừng cú quan hệ vớinhau theo dạng(3.2). Từ đúsuy ra:
hvnf1,3= a + b.[a’ + b’.ln(d1,3)]
hvnf1,3= a + b.a’ + b.b’.ln(d1,3)
hvnf1,3= a0+ a1.ln(d1,3). Với: a0= a + b.a’ v à a1= b.b’
Từ phõn tớch trờn, đề tài thử nghiệm dạng quan hệ giữa hỡnh cao (hf1,3) với đường kớnh (d1,3) theo dạngsau:
hvn.f1,3= a + b.ln(d1,3) (3.14)
3.2.3.3. Phương phỏp nghiờn cứumối quan hệcủa cỏc nhõn tố điềutra
Căncứvào biểu đồthựcnghiệm, lựa chọndạng phương trỡnh lý thuyết. Cỏc phương trỡnh phi tuyến được chuyển về dạng tuyến tớnh. Dựng phương phỏp bỡnh phương bộ nhất để ước lượng cỏc tham số. Tớnh toỏn cỏc chỉ tiờu thống kờ như: hệ số tương quan (R) hoặc hệ số xỏc định (R2), sai tiờu chuẩn hồi quy (Hy/x)… Kiểmtra tồn tại cỏc tham số, hệ sốtương quan và dạng quan hệ bằngcỏc tiờu chuẩnF củaFisher, tiờu chuẩnt của Studentởmứcý nghĩa
Phương trỡnh được chọn phải cú độ chớnh xỏc cao, đơn giản và phản ỏnh đỳng cỏc quy luật sinh học của loài cõy nghiờn cứu. Phương trỡnh chớnh tắc cú hệ số xỏc định cao nhất, sai tiờu chuẩn hồi quy nhỏ nhất và xỏc xuất củatiờu chuẩnkiểmtra sự tồntạicủacỏc hệ sốhồiquy nhỏhơn 0,05.
3.2.4. Phương phỏp xõy dựng phương trỡnh đường sinh thõn cõy
Từ sốliệu đođếm trờn cỏc cõy tiờu chuẩnchặt ngả, tớnh hệ số thon Koi cả vỏvà khụng vỏ ởcỏc vịtrớ phần10 thứi củathõn cõy. y = 01 D Doi Koi (3.15)
với: Koi(vỏ) = Doi(vỏ)/D01(vỏ) và Koi(khụng vỏ) = Doi(kh.vỏ)/D01(vỏ). Để lập đượcphương trỡnhđườngsinh, cầntớnh cỏc Koi:
Koi= n j j Koi n 1 ) ( 1 (3.16) Sau khi tớnh được Koi cả vỏ và khụng vỏ, tiến hành xỏc định phương trỡnh phự hợp cho đường sinh thõn cõy. Phương trỡnh đường sinh thõn cõy cú dạng tổng quỏt là:
y = a0+ a1x + a2x2+ ... + anxn (3.17) Trong đú: y: là Koi
x: là giỏ trị phần mười chiều cao (tớnh từ ngọn) tương ứng với đườngkớnh Doi
ai: là cỏc tham sốcủaphương trỡnh n: là bậccủaphương trỡnh
Tiến hành lập phương trỡnh đường sinh thõn cõy cú vỏ và khụng vỏ theo cỏc bậckhỏc nhau.
Việc xỏc định cỏc tham số của phương trỡnh đường sinh thõn cõy được thựchiệnsau khi tuyếntớnh hoỏ phương trỡnh tổngquỏt trờn:
Nếu đặt X1 = x; X2 = x2; X3= x3;… Xn = xn thỡ phương trỡnh (3.17) sẽ được chuyểnvềdạng tuyến tớnh nhiềulớp:
y = a0+ a1X1+ a2X2+ ... + anXn (3.18) Việc xỏc định cỏc tham số của phương trỡnh tương quan tuyến tớnh nhiềulớp đượcthựchiệnbằng phầnmềm Excel theo hướng dẫn của Ngụ Kim Khụi, Nguyễn Hải Tuất và Nguyễn Văn Tuấn [17].
Chọn bậc của phương trỡnh dựa vào việc kiểm tra sự tồn tại của cỏc tham sốcủa phương trỡnh bằng tiờu chuẩnt và dựavào sai sốtương đối và hệ sốtương quan.
Khi đó tỡm được bậc phự hợp cho phương trỡnh đường sinh, tiến hành hiệu chỉnh phương trỡnh sao cho đồ thị của hàm số vừa tỡm được đi qua 2 điểmlý thuyếtcú toạ độ(0 ; 0) và (0,9 ; 1).
Sau khi xỏc định đượcphương trỡnh thớch hợp, đềtài tiếnhành xỏcđịnh f01từphương trỡnhđườngsinh thõn cõy theo cụng thức:
x y dx f 0 2 01 (3.19)
Vớiy: là phương trỡnhđườngsinhđóđược chọn.
Thay x = 1 vào phương trỡnh (3.19) sẽ được hỡnh số tự nhiờn (f01). Từ đú, ỏp dụng cụng thức V = g01*H*f01 đểtớnh thể tớch cõy.
3.2.5. Phương phỏp nghiờn cứu quy luật sinh trưởng cho một số nhõn tố điều tra (D, H, V)
Cỏc hàm toỏn học mụ phỏng quỏ trỡnh sinh trưởng rất phong phỳ. Kế thừa những thành tựu của nhiều tỏc giả đi trước trong nghiờn cứu sinh trưởng
của cõy rừng, lõm phần rừng trồng thuần loài đều tuổi, đề tài đó sử dụng cỏc dạng hàm sinh trưởngthụng dụng sau:
Hàm Schumacher cú dạng: Y = b1. exp(-b2/Ab3) (3.20) Hàm Gompertz cú dạng: Y = b1. exp(-b2* exp(-b3*A)) (3.21)
Với: b1, b2, b3: là cỏc tham sốcủa phương trỡnh; A: là biếntuổi.
Để đỏnh giỏ một cỏch khỏch quan sự phự hợp của một hàm lý thuyết nào đúvới cỏc dóy tài liệuquan sỏt, sử dụng cựng một lỳc 2 chỉtiờu thốngkờ:
Hệ số xỏc định phương trỡnh tuyến tớnh đạt lớn nhất;
Phương sai hồi quycủaphương trỡnhđạt nhỏ nhất.
Để mụ hỡnh hoỏ sinh trưởng cõy mọc nhanh, hàm số phải đỏp ứng tớnh mềmdẻovàđồng thờiphải xuấtphỏt từgốctoạ độ(0;0). Mặtkhỏcđểbiểuthị quỏ trỡnh sinh trưởng của cỏc nhõn tố điều tra (D, H, V) của cõy hay lõm phần, hàm sốphải thể hiện được tớnh tổngquỏt, bao quỏt.
3.2.6. Vận dụng kết quả nghiờn cứu
Từ cỏc kết quả nghiờn cứu về cấu trỳc lõm phần, sinh trưởng và hỡnh dạng của một số đại lượng điều tra rừng như: D, H, V, f của cõy rừng và lõm phần, đề xuất biện phỏp kỹ thuật ỏp dụng trong điều tra rừng và sản lượng rừng nhằm nõng cao hiệu quả trong gõy trồng và kinh doanh rừng Keo tai tượng tại Tuyờn Quang.
Chương 4
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
4.1. Nghiờn cứu cỏc quy luật cấu trỳc và xõy dựng cỏc mụ hỡnhcấu trỳc loài Keo tai tượng cấu trỳc loài Keo tai tượng
4.1.1. Lọc bỏ số liệu thụ
Lọc bỏ số liệu thụ là quỏ trỡnh loại bỏ những giỏ trị điều tra quan sỏt cỏ biệt nằm cỏch xa trung vị trong tổng thể dóy số liệu quan sỏt, nhằm làm phự hợp dóy số liệu quan sỏt theo đỳng quy luật của nú. Lọc bỏ số liệu thụ giỳp cho kết quả nghiờn cứu được đại diện đồng thời thể hiện đỳng cỏc quy luật cấu trỳc và sinh trưởng của loài cõy.
Vận dụng phần mềm SPSS vào việc lọc bỏ số liệu thụ sẽ cho độ chớnh xỏc cao và nhanh chúng. Đường dẫn vào chương trỡnh lọc số liệu thụ của SPSS như sau: Analyse/Descriptive Statistics/Explore.
Thực hiện quy trỡnh trờn cho 18 ụ tiờu chuẩn từ tuổi 3 đến tuổi 11 cho cỏc nhõn tố điềutra D1,3, Hvn, Dt. Thốngkờ ta đượckếtquảsau:
-Đốivớinhõn tốD1,3: cỏc lõm phần ởnăm trồng1996, 1997, 2000, 2003 khụng gặp sai sốthụ. Tổngsốsai sốthụ D1,3lọc bỏ ở cỏc năm cũn lạilà 9 cõy cho tất cả cỏc ụ mẫu điều tra, chỳng đều tập trung ở đối tượng quỏ lớn so với sốtrung vị.
- Đối với nhõn tố Hvn: cỏc lõm phần ở năm trồng 1996, 1999, 2000, 2002, 2003 khụng gặpsai sốthụ. Tổngsốsai sốthụ Hvn lọc bỏlà 10 cõy ởcỏc năm cũn lại, phầnlớntậptrung ở đốitượng quỏ nhỏso với sốtrung vị.
- Đối với nhõn tốDt: cỏc lõm phần ở năm trồng 1996, 1999, 2000, 2002 khụng gặp sai số thụ. Tổng số sai số thụ Dt lọc bỏ là 28 cõy cho tất cả cỏc ụ mẫu điềutra thuộccỏc năm cũn lại.
Từ kết quả lọc bỏ những sai số của dóy số liệu thụ cho thấy việc loại bỏ những số liệu thụ cỏ biệt là rất cần thiết. Dưới đõy là biểu đồ minh hoạ cho đốitượng D1,3(ễTC 2/Tuổi8), Hvn (ễTC 1/Tuổi9), Dt(ễTC 1/Tuổi 10).
115 N = O2 40 30 20 10 0 88 1 4 5 Hỡnh 4.1: Cỏc số liệu thụ D1,3ở năm trồng 1999