Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.2. Phương pháp ngoại nghiệp
Kế thừa các tài liệu, kết quả nghiên cứu đã có về cây Thông mã vĩ gồm:
các bài báo khoa học đăng trên các tạp chí chuyên ngành, các báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu về loài Thông, thông tin về loài Thông được đăng tải trên trang Wed của Tổng cục lâm nghiệp.
b) Thu thập số liệu ngoài hiện trường
Số liệu đề tài là tổng hợp các thông tin thu thập từ các lâm phần nghiên cứu cùng với các thông tin khác có liên quan từ khi trồng cho đến thời điểm điều tra.
Theo Nguyễn Hải Tuất (1982) đối với rừng thuần loài đều tuổi, diện tích OTC thông thường được xác định từ 100-1.000 m2 và bố trí đại diện cho các điều kiện sinh trưởng.
Sau khi tiến hành sơ thám trên cơ sở phối hợp với bản đồ hiện trạng, tiến hành lập 9 ô tiêu chuẩn (OTC) tạm thời kích thước mỗi ô là 1.000 m2 (25x40 m). Trong mỗi OTC, tiến hành lập 5 ô thứ cấp có diện tích 25 m2 (5x5 m) để xác định sinh khối cây bụi, thảm tươi. Trong mỗi ô thứ cấp, lập 1 ô dạng bản có diện tích 1m2 để xác định sinh khối thảm mục. Tổng số ô thứ cấp và ô dạng bản là 45 ô.
* Phương pháp điều tra tầng cây gỗ: Trong các OTC, đo đếm toàn bộ các chỉ tiêu D1,3, Hvn của từng cây như sau:
- Đo đường kính tại vị trí 1,3 m (D1.3) bằng thước kẹp kính có độ chính xác đến 0,01m hoặc dùng thước dây đo chu vi sau đó dùng công thức quy đổi ra đường kính.
- Các chỉ tiêu Hvn, Hdc được đo bằng thước đo cao Blumleiss kết hợp với thước sào có chia vạch đến 20 cm, sai số đo cao ± 10 cm.
* Thu thập số liệu về hiện trạng và cấu trúc rừng
Hiện trạng rừng được thống kê bao gồm những đặc trưng về mật độ, đường kính thân, chiều gỗ thân, tiết diện ngang và trữ lượng rừng. Cấu trúc rừng được giới hạn ở việc nghiên cứu phân bố cây theo đường kính thân (N/D1,3), phân bố cây theo chiều gỗ (N/Hvn), nghiên cứu quy luật tương quan chiều gỗ và đường kính (Hvn/D1,3), tương quan giữa đường kính tán và đường kính thân (Dt/D1,3).
* Phương pháp xác định cây tiêu chuẩn để chặt ngả: Cây tiêu chuẩn được chọn là cây có đường kính bằng hoặc xấp xỉ bằng đường kính cây bình quân toàn lâm phần.
* Phương pháp thu thập sinh khối tươi (Wt) cây tiêu chuẩn
Mỗi OTC tiến hành chặt 1 cây tiêu chuẩn, sinh khối cây được phân thành các bộ phận: thân, cành, lá và rễ. Cách lấy mẫu như sau:
- Sinh khối thân: Thân là phần sinh khối lớn nhất của cây rừng. Thân được chia thành các đoạn có L = 1 m, đoạn có đường kính < 5 cm được tính vào sinh khối cành, sau đó đem cân để xác định sinh khối.
- Sinh khối cành: Sau khi đã tách lá, tiến hành chia cành thành các đoạn nhỏ và đem toàn bộ cân để xác định sinh khối.
- Sinh khối lá: Thu gom toàn bộ lá và đem lên xác định sinh khối.
- Sinh khối rễ (trọng lượng phần rễ sống của cây): Đào toàn bộ đất ở khu vực gốc để lấy rễ. Căn cứ vào đường kính tán và hình chiếu của nó dưới mặt đất để xác định khu vực đào. Độ sâu để lấy mẫu rễ để xác định sinh khối dưới mặt đất của rừng là 1m (tính từ mặt đất). Thu gom toàn bộ rễ có đường kính 2 mm đem cân (rễ có D < 2 mm được coi là phần sinh khối đất). Kết quả cân sinh khối được ghi vào biểu mẫu sinh khối tươi.
Biểu 2.1. Xác định sinh khối tươi (Wt) bộ phận cây tiêu chuẩn STT Sinh khối tươi (Wt) bộ phận cây tiêu chuẩn (kg) Tổng
(kg/cây)
Thân Cành Lá Rễ
Sau khi cân sinh khối tươi, tiến hành lấy mẫu đại diện cho các bộ phận để tính sinh khối khô và xác định hàm lượng các bon. Mẫu của các bộ phận được lấy ở các vị trí khác nhau và trộn đều để lấy thành 1 mẫu. Riêng mẫu thân được lấy ở ba vị trí (gốc, giữa và ngọn). Khối lượng mỗi mẫu là 0,5 kg.
* Điều tra cây bụi, thảm tươi và thảm mục
Trong mỗi ô thứ cấp có diện tích 25 m2 (5x5 m) tiến hành cắt lấy toàn bộ cây bụi thảm tươi, sau đó phân chia ra thành các bộ phận: thân, cành và lá của cây bụi thảm tươi. Cân ngay các bộ phận tại rừng để xác định sinh khối tươi.
Trong ODB 1 m2 tiến hành thu nhặt toàn bộ thảm mục sau đó cân ngay tại rừng để xác định sinh khối.
Số liệu thu thập được ghi vào mẫu biểu 2.2.
Biểu 2.2. Xác định sinh khối tươi bộ phận cây bụi, thảm tươi
OTC Ô thứ cấp Sinh khối tươi từng bộ phận (kg)
Tổng (kg)
Thân Cành Lá
1
1 2 3 4 5
Mỗi loại mẫu của các ô thứ cấp cân riêng từng loại sau đó trộn đều (trong một ô tiêu chuẩn trộn đều các mẫu của các ô thứ cấp sau đó trộn đều các mẫu của các ô tiêu chuẩn khác nhau), cân và mang về phòng thí nghiệm mỗi loại 0,5 kg. Mẫu cây bụi, thảm tươi và thảm mục được trộn đều và lấy đại diện cho mỗi vị trí (chân, sườn, đỉnh) có trọng lượng 0,5 kg/mẫu. Mỗi mẫu để vào các túi lưới riêng và ghi cụ thể tên mẫu để có thể nhận biết được.
Biểu 2.3. Xác định sinh khối thảm mục
OTC OBD Thảm mục (kg)
1
1 2 3 4 5
2.3.2.2 Phương pháp xác định sinh khối khô (Wk) trong phòng thí nghiệm Mẫu lấy về được băm nhỏ, được cân lại để xác định trọng lượng trước khi đưa vào sấy. Mẫu được sấy ở nhiệt độ từ 85-1050C trong khoảng thời gian 6-8 giờ. Trong quá trình sấy, kiểm tra trọng lượng của mẫu sấy sau 2, 4, 6 và 8 giờ sấy. Nếu sau 3 lần kiểm tra bằng cân điện tử có độ chính xác 0,1% thấy trọng lượng mẫu sấy không thay đổi thì đó chính là trọng lượng khô kiệt của từng bộ phận mẫu sấy. Các mẫu được sấy tại phòng thí nghiệm khoa Lâm nghiệp, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
Biểu 2.4. Xác định sinh khối khô (Wk) từng bộ phận cây tiêu chuẩn STT Sinh khối khô (Wk) bộ phận cây tiêu chuẩn (kg)
Tổng (kg/cây)
Thân Cành Lá Rễ
2.3.2.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
* Tính những đặc trưng thống kê mô tả rừng
Để thu được những thống kê mô tả đặc trưng chung của rừng trồng Thông, trước hết tập hợp số liệu về mật độ (N, cây), đường kính thân (D1,3, cm), đường kính tán (Dt, m), chiều gỗ thân cây (Hvn, m), diện tích tán (St, m2), tiết diện ngang (G, m2) và thể tích thân cây cá thể (V, m3) trên các ô tiêu chuẩn đại diện cho khu vực nghiên cứu. Kế đến, tính những thống kê mô tả về N (cây), D1,3 (cm), Dt (m), Hvn (m), vị 1 ha rừng.
Tính đặc trưng thống kê mô tả các giá trị trong các ô tiêu chuẩn được tính toán bao gồm: Giá trị trung bình, phương sai, sai tiêu chuẩn, độ lệch, độ nhọn, giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất, hệ số biến động, khoảng biến động, sai số trung bình mẫu, sai số tuyệt đối của khoảng ước lượng trong phần mềm SPSS 11.5 theo đường lệnh: Analyze/Regression/Descriptive Statistics/ok.
* Đặc trưng cấu trúc rừng
- Tính những đặc trưng cấu trúc rừng: Nội dung này chỉ giới hạn ở việc xem xét những đặc trưng phân bố cây theo đường kính thân (N/D1,3), phân bố cây theo chiều gỗ thân (N/Hvn) của những rừng Thông tại khu vực nghiên cứu, trình tự tính toán những đặc trưng phân bố như sau:
+ Trước hết, tập hợp số liệu D1,3 (cm), Dt (m), Hvn (m) của những cây trong các ô tiêu chuẩn 1000 m2 đại diện cho những rừng Thông nghiên cứu.
+ Kế đến, tính những đặc trưng thống kê mô tả phân bố (N/D1,3 - N/Hvn). Do các đối tượng quan sát có dung lượng mẫu lớn (n > 30) nên ta tiến hành chia tổ ghép nhóm, xác định giá trị lớn nhất, nhỏ nhất. Sau đó, chọn mặc định cự ly tổ K, thường là giá trị chẵn cho phù hợp với đối tượng nghiên cứu.
Do đối tượng nghiên cứu là rừng trồng, nên cự ly tổ K được chọn cho đường kính ngang ngực D1,3= 2 cm/cỡ; chiều gỗ vút ngọn Hvn = 1 m/cỡ, đường kính tán Dt = 0,5 m/cỡ.
+ Tiếp đến, phân bố thực nghiệm được làm phù hợp với phân bố lý thuyết.
+) Phân bố Weibull là hàm phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên liên tục với miền giá trị (0;+∞), hàm mật độ có dạng:
P(x) = α.λ. (2.1) Và hàm phân bố có dạng: F(x) = (2.2) Trong đó:
- α và λ là 2 tham số của phân bố Weibull. Khi các tham số α và λ thay đổi thì dạng đường cong phân bố cũng thay đổi theo. Tham số α đặc trưng cho độ lệch của phân bố
- Nếu α = 1 phân bố có dạng giảm.
α = 3 phân bố có dạng đối xứng.
α < 3 phân bố có dạng lệch trái.
α > 3 phân bố có dạng lệch phải.
- Tham số λ được đặc trưng cho độ nhọn của đường phân bố, tham số λ được tính theo công thức:
λ = N/∑fi.Xαi. (2.3) Trong đó:
- fi là tần số quan sát thực nghiệm;
- Xi = di - d(min) hoặc Xi = hi - h(min) (di và hi là trị số giữa tổ đường kính và chiều gỗ).
- Sau khi tính toán xác xuất và tần số lý thuyết, tiến hành gộp những tổ có flt < 5 với tổ trên hay tổ dưới sao cho flt ≥ 5.
- Kiểm tra quy luật phân bố chuẩn bằng tiêu chuẩn χ2n (khi bình phương)
Giả thuyết H0: phân bố của nhân tố điều tra theo hàm Weibull Giả thuyết H0 được kiểm tra bằng tiêu chuẩn χ2n:
=
= l −
i l
l
n f
f fi
1
2
2 ( )
χ
(2.4)
Nếu χ2n < χ20,05 (K=l - r - 1) thì giả thuyết được chấp nhận (H0+), tức là phân bố lý thuyết phù hợp với phân bố thực nghiệm.
Nếu χ2n > χ20,05 (K=l - r - 1) thì giả thuyết bị bác bỏ (H0-), tức là phân bố lý thuyết không phù hợp với phân bố thực nghiệm (H0-).
Cuối cùng, tập hợp kết quả thành bảng và biểu đồ để phân tích so sánh sự khác biệt giữa các đặc trưng thống kê.
- Tính đặc trưng về quy luật tương quan rừng
+ Để xác định tương quan giữa chiều gỗ đường kính (Hvn/D1,3), kế thừa kết quả lựa chọn hàm của các tác giả đi trước, tác giả đã sử dụng bốn phương trình:
H = a + b*D1,3 (2.5)
H = a + b*Ln(D1,3) (2.6)
H = a + b*D1,3 + c*D21,3 (2.7)
H =a*Db1,3 (2.8)
+ Để xác định quan hệ giữa đường kính tán và đường kính thân (Dt/D1,3), tác giả đã sử dụng hai phương trình đường thẳng có dạng:
Dt = a + b*D1,3 (2.9)
Dt = a + b*Ln(D1,3) (2.10)
Để tính các tham số và đặc trưng thống kê mô tả phương trình, sử dụng phần mềm SPSS 20.0 bằng đường lệnh: Analyze/Regression/Curve Estimation/Ok.
Phương trình được lựa chọn là phương trình có hệ số xác định (R2) cao nhất, sai số nhỏ nhất và các tham số đều tồn tại trong tổng thể.
* Xác định sinh khối tươi (Wt) cây tiêu chuẩn và lâm phần - Sinh khối tươi cây tiêu chuẩn theo công thức:
Wt = Wt(th) + Wt(c) + Wt(l) + Wt(r) (kg/cây) (2.11) - Sinh khối tươi/ha theo công thức:
Wt/ha = Wt (cây) x N/ha (tấn/ha) (2.12)
Trong đó:
Wt(th), Wt(c),Wt(l), Wt(r): sinh khối tươi bộ phận thân, cành, lá và rễ.
N: số cây trong 1 ha.
* Xác định sinh khối khô (Wk) cây tiêu chuẩn và lâm phần - Sinh khối khô từng bộ phận cây tiêu chuẩn theo công thức:
Pki= Wti x
i ki
M
W (2.13)
Trong đó:
Pki là sinh khối khô bộ phận i của cây tiêu chuẩn.
Wti là sinh khối tươi bộ phận i cây tiêu chuẩn.
Wki là khối lượng mẫu khô của bộ phận i sau khi sấy ở 1050 C.
Mi là khối lượng mẫu tươi bộ phận i cây tiêu chuẩn.
- Tổng sinh khối khô của cây tiêu chuẩn được tính như sau:
Pk (cây) = Pk (th) + Pk (c) + Pk (l) + Pk (r) (kg/cây) (2.14) - Tổng sinh khối khô trên ha được tính như sau:
Pk (ha) = Pk(cây) x N/ha (tấn/ha) (2.15) Trong đó: Pk (th), Pk (c), Pk (l), Pk (r) là sinh khối thân, cành, lá, rễ khô.
* Phương pháp tính lượng carbon tích lũy
Hàm lượng các bon trong sinh khối được xác định thông qua việc áp dụng hệ số mặc định 0,495 [35]. Nghĩa là hàm lượng các bon được tính bằng cách nhân sinh khối với 0,495. Tính theo công thức như sau:
Cki = Pki x 0,495 (tấn/ha) (2.16) Trong đó:
Cki là lượng các bon cố định trong bộ phận i cây tiêu chuẩn.
Pki là sinh khối khô bộ phận i cây tiêu chuẩn.
- Tổng carbon tích luỹ trên ha là:
Ctổng (tấn/ha) = Ck(th) + Ck(c) + Ck(l) + Ck(r) (2.17)
* Sinh khối khô và lượng các bon tích lũy của cây bụi, thảm tươi và thảm mục - Phương pháp sấy mẫu giống như đối với cây cá lẻ, tuy nhiên nhiệt độ sấy đối với cây bụi, thảm tươi và thảm mục là ở nhiệt độ 70 - 800C.
- Sinh khối các bộ phận cây bụi thảm tươi, trong 1 ha được tính theo công thức:
Mi = (kg/ha) (2.18)
Trong đó:
Mi là sinh khối bộ phận i (thân và cành, lá, rễ) của cây bụi thảm tươi trong 1 ha.
mi là tổng khối lượng bộ phận tương ứng của cây bụi thảm tươi trong 5 ô thứ cấp.
- Sinh khối thảm mục trên 1 ha được tính theo công thức:
Mi =
5 10000
i×
m (kg/ha) (2.19) Trong đó:
Mi là sinh khối bộ phận i của thảm mục trong 1 ha
mi là tổng khối lượng bộ phận tương ứng của thảm mục trong 5 ô dạng bản - Lượng carbon tích lũy trong cây bụi thảm tươi và thảm mục được tính theo công thức:
i ki
ki M k C
M = × (%) (2.20)
Trong đó:
Mkilà lượng carbon tích lũy trong cây bụi thảm tươi và thảm mục;
k
Mki là sinh khối khô của bộ phận thứ i;
Ci(%) là tỷ lệ % carbon tích lũy trong sinh khối khô bộ phận i.