4. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.2. Phương pháp nghiên cứu
4.2.3. Phương pháp xử lý số liệu
4.2.3.1. Tính tốn những đặc trưng lâm học lồi Săng đào
Trước hết, tập hợp những số liệu điều tra về kết cấu rừng trên những OTC 2.500m2 theo các trạng thái rừng giàu, trung bình, nghèo.
Kế đến, tính những đặc trưng thống kê mơ tả (trung bình, nhỏ nhất, lớn nhất, sai tiêu chuẩn, phạm vi biến động, hệ số biến động…) cho những nhân tố điều tra như mật độ, tiết diện ngang thân cây, trữ lượng gỗ, tiết diện ngang và trữ lượng gỗ thân cây được xác định bằng biểu thể tích lập sẵn trong sổ tay điều tra rừng.
Sau đó, từ số liệu tính tốn thuyết minh và phân tích những vấn đề sau đây: - Thành phần loài cây gỗ lớn: Chỉ tiêu này bao gồm số loài phân bố theo họ; những loài cây gỗ lớn, gỗ quý,…
Vai trị của lồi được đánh giá thơng qua độ ưu thế trung bình của nó. - Kết cấu tiết diện ngang và trữ lượng gỗ của các trạng thái.
4.2.3.2. Tính tốn đến đa dạng cấu trúc của quần xã thực vật
Đa dạng loài cây gỗ trong ba trạng thái rừng được xác định theo số lồi (S) và chỉ số giàu có về lồi của Margalef (d hay dMargalef) (Cơng thức 1), chỉ số đồng đều của Pielou (J’) (Công thức 2), chỉ số đa dạng Shannon (H’) (Công thức 3) và chỉ số đa dạng Gini – Simpson (Công thức 4). Ở cơng thức (1) - (4), S = số lồi cây gỗ, Pi = ni(ni-1)/(N(N-1)); trong đó N là tổng số cây trong ơ tiêu chuẩn, ni là số cây của loài thứ i, Ln() = logarit cơ số Neper. Đa dạng β được xác định theo phương pháp của Whittaker (1972) (Cơng thức 5); trong đó S = tổng số loài cây gỗ bắt gặp trong những ô tiêu chuẩn thuộc ba trạng thái rừng (giàu, trung bình, nghèo), s = số lồi cây gỗ bắt gặp trung bình trong 1 tiêu chuẩn của mỗi trạng thái rừng
dMargalef = (S-1)/LnN (1)
J’ = H'/HMax , với H’max = Ln(S) (2)
H’ = - ΣSi = 1Pi*Ln(Pi) (3)
1 – λ’ = 1 - ∑Pi2 (4)
β - Whittaker = S/s (5)
Sự khác biệt về đa dạng loài cây gỗ giữa ba trạng thái rừng được xác định theo hồ sơ đa dạng lồi của Rényi (6). Ở cơng thức (6), Hα là hồ sơ đa dạng loài của Rényi; Pi = ni/N với ni là số cá thể của loài i, N là tổng số cá thể của các loài; α nhận giá trị = 0; 0,25; 0,5; 1; 2; 3;..;∞; Sumi=1,S() = tổng, S = số loài cây gỗ. Trạng thái rừng nào có hồ sơ đa dạng cao hơn thì trạng thái rừng đó đa dạng hơn.
Hα = Ln(Sumi=1, S(Piα)/(1 – α) (6)
4.2.3.3. Tính tốn đến cấu trúc của quần thể Săng đào
Nội dung này chỉ giới hạn ở việc xem xét những đặc trưng phân bố đường kính thân cây (N – D1,3) và phân bố chiều cao thân cây (N - H). Trình tự tính tốn như sau:
Cấu trúc của quần thể Săng đào được xác định thông qua phân bố số cây theo cấp D (N/D) và phân bố số cây theo cấp H (N/H). Những đặc trưng thống kê phân bố N/D và phân bố N/H của quần thể Săng đào được tính tốn bao gồm giá trị trung bình, sai lệch chuẩn (S), độ lệch (Sk), độ nhọn (Ku) và hệ số biến động (CV%). Để kiểm định phân bố N/D và phân bố N/H của quần thể Săng đào, chỉ tiêu D đã được
phân chia thành các cấp với mỗi cấp 6 cm, còn H tương ứng là 4 m. Số cấp D và cấp H nằm trong khoảng từ 6 đến 12 cấp. Trong lâm học, mục đích của mơ hình hóa phân bố N/D là nhằm xác định khơng chỉ số cây phân bố ở cấp D, mà còn cả tốc độ suy giảm số cây sau mỗi cấp D. Đây là căn cứ để đánh giá tính ổn định của rừng. Mục tiêu phân tích phân bố N/D của các QXTV là xác định quy luật giảm số cây theo cấp D. Vì thế, hàm phân bố mũ âm (Hàm 7) đã được chọn để mơ hình hóa phân bố N/D của quần thể Săng Đào. Ở hàm 7, tham số m biểu thị mật độ quần thụ ở cấp Dmin, tham số b biểu thị tốc độ suy giảm số cây sau mỗi cấp D, còn tham số k là mật độ quần thụ ở cấp Dmax.
N = m*exp(-b*D) + k (7)
Phân bố N/H đã được mơ hình hóa bằng hàm phân bố Richards. Hàm phân bố xác suất tích lũy (FX) và hàm mật độ xác suất (f(x)) của hàm phân bố Richards tương ứng có dạng như hàm (8) và hàm (9); trong đó ba tham số q, p và r tương ứng là tham số vị trí, tham tham số tỷ lệ và tham số hình dạng, x = H (m).
FX = (1 + exp(-(x – q)/p))^-r (8)
f(x) = (-r/p)exp(-(x – q)/p)(1 + exp(-(x – q)/p))^(r – 1) (9)
Ba tham số m, b và k của hàm (7) và các tham số của hàm 8 và 9 được xác định bằng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquartz. Sai lệch của mơ hình phân bố N/D và phân bố N/H được đánh giá theo hệ số xác định (r2) (Công thức 10), sai lệch chuẩn của ước lượng (SD) (Công thức 11), sai số tuyệt đối trung bình (MAE) (Cơng thức 12), sai số tuyệt đối trung bình theo phần trăm (MAPE) (Cơng thức 13) và tổng sai lệch bình phương (SSR) (Cơng thức 14). Ở công thức (10) – (14), NUL = số cây ước lượng ở mỗi cấp D và cấp H, NTN = số cây thực tế ở mỗi cấp D và cấp H, Nbq = số cây bình quân trong các cấp D và cấp H, n = số cấp D và cấp H. r2 = i=1,n(NUL - Nbq)^2/ i=1,n(NTN - Nbq)^2 (10) SD = √∑ i=1,n(NTN – NUL)^2/(n - p) (11) MAE = |((NTN – NUL)/n))| (12) MAPE = (MAE*100)/NTN (13) SSR = ∑ i=1,n(NTN – NUL)^2 (14)
Sau đó khảo sát những mơ hình phân bố N/D và phân bố N/H để ước lượng số cây (N, cây), tỷ lệ số cây (N%), số cây tích lũy (NTL, cây) và tỷ lệ số cây tích lũy
(N%TL) trong những cấp D và cấp H khác nhau. Vai trị của lồi Săng đào được đánh giá theo tỷ lệ (%) số cây trong mỗi cấp D và cấp H.
4.2.3.4. Tính tốn đến chỉ số cạnh tranh tán của các lồi cây gỗ trong quần xã
Tính phức tạp về cấu trúc quần thụ của các trạng thái rừng được đánh giá bằng chỉ số phức tạp về cấu trúc (SCI) (Cơng thức 15); trong đó S, N, H và G tương ứng là số loài cây gỗ, mật độ, chiều cao trung bình và tổng tiết diện ngang thân cây gỗ trong ba trạng thái rừng, 106 là tham số chuyển SCI về giá trị nhỏ. Sau đó phân tích so sánh chỉ số SCI giữa ba trạng thái rừng.
SCI = (S*N*H*G)/106 (15)
Mức độ cạnh tranh giữa những cây gỗ trong những quần thụ của các trạng thái rừng được xác định theo chỉ số cạnh tranh tán (CCI). Chỉ số CCI của cây thứ i (CCIi) được xác định theo cơng thức 16(a,b); trong đó STi (m2/ha) là diện tích tán của cây i, S = 2.500 m2 (diện tích ơ tiêu chuẩn).
CCIi = STi/S (16a)
CCIi = (0,785*DTi^2)/2.500 = 0,000314*DTi^2 (16b)
Diện tích tán của một cây gỗ trưởng thành (D > 6 cm) được ước lượng gần đúng theo diện tích hình trịn với đường kính bằng DT (Cơng thức 17). Chỉ tiêu DT của các cây gỗ trong ba trạng thái rừng này được ước lượng chung bằng hàm (18). Tổng diện tích tán của tất cả cây gỗ trong mỗi trạng thái rừng (ST, m2/ha) được xác định theo cơng thức (19); trong đó DTi là DT của cây thứ i, còn N là mật độ quần thụ.
STi = 0,785*DTi2 (17)
DT = a*D^b*H^c (18)
ST = ∑i=1, N(0,785*DTi2) (19)
Tổng diện tích tán quần thụ (ST) ở những cấp H khác nhau thay đổi tùy theo hai biến N và H. Vì thế, hàm ước lượng ST của quần thụ theo cấp H được ước lượng theo hàm (20); trong đó N là số cây ở mỗi cấp H. Ba tham số a, b và c được ước lượng bằng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquartz. Sau đó khảo sát hàm (20) để xác định tổng ST và chỉ số CCI theo các cấp H. Từ đó phân tích: (a) Sự khác biệt về ST và chỉ số CCI giữa các cấp H và giữa các trạng thái rừng; (b) Chỉ số CCI của những loài cây gỗ; (c) Khả năng cạnh tranh tán của gỗ đỏ. Đây là căn cứ để xác định những cấp H và những lồi cây gỗ có mức cạnh tranh
mạnh nhất.
ST = a + b*N + c*NH + d*NH^2 (20)
4.2.3.5. Xác định tổ thành lồi đi kèm
(21) (22) Trong đó: P0 là tần số xuất hiện tính theo điểm điều tra
Pc là tần số xuất hiện tính theo cá thể Kết quả thu được sẽ chia làm ba nhóm:
- Nhóm 1: Rất hay gặp gồm những lồi có P0 > 30% và Pc > 7%
- Nhóm 2: Hay gặp gồm những lồi có 30% ≥ P0 ≥ 15% và 7% ≥ Pc ≥ 3% - Nhóm 3: Nhóm ít gặp gồm những lồi có P0 < 15% và Pc < 3%
4.2.3.5. Mơ tả phân bố khơng gian trên mặt đất của lồi Săng đào tái sinh
- Tổng hợp số liệu cây tái sinh trong ODB
- Xác định số cá thể bình quân trên một ODB theo cơng thức: (23)
Trong đó: X : Số lượng cá thể bình quân một ODB N: Tổng số cá thể
a: Số ODB
- Xác định phương sai về số cây giữa các ODB theo công thức: (24)
Phương pháp dựa vào tỷ số giữa phương sai và trung bình số cây quan sát trên các ô được chọn hệ thống trên bề mặt diện tích rừng (gọi tắt là phương pháp tỷ số). Để thực hiện theo phương pháp này trên diện tích rừng đặt một số ơ ngẫu nhiên hoặc hệ thống có diện tích cố định và trên đó tiến hành quan sát số cây có trong ơ. Tiếp theo tính các đặc trưng mẫu là trung bình và phương sai S2.
Gọi:
Trong cơng thức trên S2 là phương sai vàX số cây trung bình trên ơ quan sát. Nếu phân bố cây trên các ô là tuân theo luật Poisson thì tỷ số trên bằng 1 (phân bố Poisson có kỳ vọng bằng phương sai) và người ta cũng chứng minh được rằng:
Nếu trị tuyệt đối của t < t/2 thí ta có phân bố ngẫu nhiên, nếu trị số dương
của t >t/2 là phân bố cụm và nếu trị số âm của t < - t/2 có phân bố cách đều.
- Hệ số phân tán:
Hệ số phân tán kiểm nghiệm tính phân tán của quần thể xem chúng có thuộc loại hình phân bố ngẫu nhiên hay khơng. Cơng thức tính:
(25) Trong cơng thức:
+ số cá thể bình quân của quần thể; + S2 là phương sai.
Khi C = 1 các cá thể trong quần thể có cách thức phân bố khơng gian là ngẫu nhiên; Khi C > 0 cách thức phân bố của các cá thể thuộc loại phân bố cụm; Khi C<0 cách thức phân bố của các cá thể thuộc loại phân bố đều.
Hệ số phân tán (C) có thể sử dụng 2 để tiến hành kiểm nghiệm thống kê , nếu như cách thức phân bố không gian của quần thể thuộc phân bố Poisson (Phân bố ngẫu nhiên) thì 2 tính lớn hơn 2 tra bảng với n độ tự do ở mức ý nghĩa 0.05, ngược lại là thuộc phân bố Cụm.
- Chỉ số tự hợp:
Cơng thức tính như sau:
(26)
Khi I =0, cách thức phân bố thuộc dạng phân bố ngẫu nhiên; Khi I > 0 thuộc dạng phân bố Cụm; Khi I < 0 thuộc dạng phân bố đều.
- Chỉ số phân tán:
Chỉ số phân tán được tính tốn theo cơng thức: (27) Trong công thức:
+ N là tổng số cá thể, ; + n là số ODB điều tra;
+ Xi là số cá thể trong ODB thứ i.
- Trước tiên tập hợp các chỉ tiêu về mật độ, phẩm chất, nguồn gốc của cây Săng Đào tái sinh theo các cấp tuổi khác nhau tương ứng với các yếu tố môi trường sinh thái như:
+ Lỗ trống bao gồm: Kích thước lỗ trống, bên ngồi bên trong lỗ trống, vị trí tương đối của lỗ trống;
+ Thảm tươi cây bụi: Độ che phủ của thảm tươi cây bụi, độ nhiều của thảm cỏ
+ Thảm khô, thảm mục: Theo khối lượng và độ dày. + Trạng thái rừng: Giàu, Trung bình, Nghèo
- Kế đến sử dụng phương pháp phân tích phương sai và so sánh Duncan để so sánh và kiểm tra các chỉ tiêu về số lượng mật độ của các cấp tuổi, nguồn gốc, phẩm chất cây Săng Đào tái sinh với các điều kiện yếu tố môi trường (trạng thái rừng, thảm tươi cây bụi, thảm khô – thảm mục, lỗ trống).
Các so sánh được kiểm nghiệm bằng kiểm nghiệm thống kê Fisher (F) và xác suất P(Sig). Nếu Ftinh > F(0,05; f1 và f2) thì các đặc điểm Săng Đào tái sinh có sự khác nhau trong các điều kiện của yếu tố mơi trường, ngược lại khơng có sự khác biệt. Tương tự, phép so sánh Duncan cịn được kiểm nghiệm bằng xác suất P (Sig.) Nếu Ptính < P0,05, tức tồn tại sự khác biệt của các chỉ tiêu đặc điểm Săng Đào tái sinh trong các điều kiện môi trường khác nhau, tức là giải thuyết về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến cây Săng Đào tái sinh là tồn tại. Ngược lại sẽ cho thấy khơng có sự sai khác, chứng tỏ ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến đặc điểm Săng Đào tái sinh là khơng tồn tại.
4.2.3.6. Cơng cụ tính tốn
- Cơng cụ tính tốn là phần mềm thống kê Excel Verion 2016, SPSS SV26| IBM SPSS Statistics 26 và Statgraphics Centurion XV.I. Biểu đồ được vẽ bằng phần mềm SigmaPlot 10.0.
- Xây dựng bản đồ cơ sở dữ liệu loài Săng Đào bằng GIS, thông qua phần mềm Mapinfor