Phương pháp xử lý số liệu

CHƯƠNG 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4.2. Phương pháp xử lý số liệu

Toàn bộ số liệu được xử lý trên máy vi tính theo các chương trình phần mềm ứng dụng như Excel, các phần mền hỗ trợ.

Dùng Thống kê sinh học làm công cụ áp dụng vào xử lý, phân tích, kiểm định, lựa chọn, mô hình hóa các quy luật cấu trúc của từng trạng thái rừng hiện có.

Tài liệu đo đếm trước khi đưa vào phân tích được sàng lọc số liệu thô. Phương pháp được sử dụng như sau: Loại bỏ những số ngoại lai nằm ra ngoài khoảng cho phép đó là những số nằm rất xa với số trung vị mẫu.

2.4.2.1. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng a. Tổ thành tầng cây gỗ

Trên quan điểm sinh thái người ta thường xác định tổ thành tầng cây cao theo số cây còn trên quan điểm sản lượng, người ta lại xác định tổ thành thực vật theo tiết diện ngang hoặc trữ lượng.

Để xác định tổ thành tầng cây cao, đề tài sử dụng phương pháp tính tỷ lệ tổ thành theo phương pháp của Daniel Marmillod (Đào Công Khanh, 1996):

2

%

% N % G

IVI  i  i (3.1)

Trong đó:

IVi %: Tỷ lệ tổ thành (chỉ số quan trọng: Important Value) của loài i Ni %: Phần trăm theo số cây của loài i trong quần xã thực vật rừng Gi %: Phần trăm theo tiết diện ngang của loài i trong quần xã thực vật

Theo Daniel Marmillod, những loài cây có IVi % ≥ 5% mới thực sự có ý nghĩa về mặt sinh thái trong lâm phần.

Theo Thái Văn Trừng (1978), trong một lâm phần nhóm loài cây nào đó > 50%

tổng số cá thể của tầng cây cao thì nhóm loài đó được coi là nhóm loài ưu thế. Cần tính tổng IVi % của những loài có trị số lớn hơn 5%, xếp từ cao xuống thấp và dừng lại khi tổng IVi % đạt 50%.

Trên cơ sở kết quả tính toán hệ số tổ thành cho từng loài cây trên từng trạng thái rừng để xây dựng công thức tổ thành tầng cây cao cho từng trạng thái rừng.

b. Nghiên cứu đa dạng sinh học

Xác định chỉ số đa dạng loài cây gỗ theo phương pháp của Shannon-Wiener bằng công thức:

H’= -

 m

i

i

i p

p

1

ln (3.2)

Trong đó:

Pi =

N ni

(3.3)

Với:

N: Tổng số cây trong ô tiêu chuẩn ni: Số cây của loài thứ i

Phân tích biến động thành phần loài cây và vai trò của chúng tùy theo thứ bậc cao thấp của ba trạng thái rừng.

Ngoài việc xác định đa dạng tầng cây gỗ theo phương pháp của Shannon-Wiener, đề tài còn vận dụng một số phương pháp nghiên cứu đa dạng sinh học của một số tác giả khác.

c. Mật độ

Công thức xác định mật độ như sau:

10.000 S

N/ha  n  (3.4)

Trong đó:

N/ha: Số cây/ha

n: Tổng số cá thể trong OTC S: Diện tích OTC (m2)

d. Cấu trúc tầng thứ và độ tàn che của các trạng thái rừng

Cấu trúc tầng là chỉ tiêu cấu trúc hình thái thể hiện sự sắp xếp không gian phân bố của thực vật theo chiều thẳng đứng. Nghiên cứu cấu trúc được tiến hành thông qua các phẫu đồ rừng theo phương pháp của Richards và Davis (1934).

Xác định độ tàn che: Kết hợp quan trắc và phẩu đồ ngang để xác định tỉ lệ che phủ (%) hình chiếu tán cây rừng so với bề mặt đất rừng. Sau đó tiến hành xác định độ tàn che của lô rừng bằng công thức:

C = x100 S S

r

t (3.5)

Với:

Sr: Diện tích OTC

St: Tổng diện tích tán được tính bằng công thức:

St = 2

1 4 t

n

i

d



 (3.6)

e. Mô hình hóa quy luật phân bố số cây theo đường kính và phân bố số cây theo chiều cao (mô hình hóa quy luật cấu trúc tần số)

Mô hình hóa quy luật cấu trúc tần số trong thực tiễn và nghiên cứu Nông - Lâm nghiệp có ý nghĩa lớn trong thực tiễn, một mặt cho biết các quy luật phân bố vốn tồn tại khách quan trong tổng thể, mặt khác các quy luật phân bố này có thể biểu thị một cách gần đúng bằng các biểu thức toán học cho phép xác định tần số tương ứng với mỗi quy luật phân bố còn tạo tiền đề để đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh hợp lý.

Tính các đặc trưng mẫu theo chương trình thống kê mô tả, chia tổ ghép nhóm các trị số quan sát theo công thức kinh nghiệm của Brooks và Carruthere.

m = 5.lgn (3.7)

m

Xmin

KXmax (3.8) Trong đó:

m: Số tổ K: Cự ly tổ

Xmax, Xmin: Trị số quan sát lớn nhất và bé nhất trong dãy trị số quan sát Căn cứ vào phân bố thức nghiệm, tiến hành mô hình hóa qui luật cấu trúc tần số theo những phân bố lý thuyết khác nhau. Dưới đây là một số phân bố lý thuyết thường gặp trong Lâm nghiệp.

* Phân bố giảm (Phân bố mũ)

Trong Lâm nghiệp thường dùng phân bố giảm dạng hàm Meyer để mô phỏng quy luật cấu trúc tần số theo đường kính và số cây theo chiều cao ở những lâm phần hỗn giao, khác tuổi qua khai thác chọn không quy tắc nhiều lần.

Hàm Meyer có dạng:

ft = .e-x (3.9)

Trong đó:

ft: Tần số quan sát, x là cỡ kính hoặc cỡ chiều cao , : Hai tham số của hàm Meyer

Để xác định tham số của phân bố Meyer, trước hết tuyến tính hóa phương trình bằng cách lôgarit hóa 2 vế của phương trình (3.9) đưa về dạng phương trình hồi quy tuyến tính một lớp dạng: y = a + bx. Giải phương trình tuyến tính tìm các tham số hồi quy a và b, tiến hành đổi biến để tìm các tham số ,  của hàm Meyer

* Phân bố Weibull

Là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên liên tục với miền giá trị (0,+), hàm Weibull có dạng:

f(x)α.λ.xα1eλ.xα (3.10) Trong đó:

 và : Hai tham số của phân bố Weibull

Tham số  đặc trưng cho độ nhọn phân bố Tham số  biểu thị độ lệch của phân bố Nếu:

 = 1: Phân bố có dạng giảm  = 3: Phân bố có dạng đối xứng  > 3: Phân bố có dạng lệch phải  < 3: Phân bố có dạng lệch trái

Tham số  được ước lượng theo phương pháp tối đa hợp lý bằng công thức:

 =

 m 

i

i

i X a

f n

1

)

( 

(3.11)

* Phân bố khoảng cách

Là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên đứt quãng, hàm toán học có dạng:

F (x) =







 )(1 ). 1 1

(   x



1 0



 x

x (3.12)

Trong đó:

n

f0

  (3.13)

X =

k X Xi  1

(3.14)

Với:

f0: Tần số quan sát tuyệt đối ứng với tổ đầu tiên n: Dung lượng mẫu

k: Cự ly tổ

xi: Trị số giữa cỡ đường kính (chiều cao) thứ i

x1: Trị số giữa cỡ đường kính (chiều cao) tổ thứ nhất

Kiểm tra giả thuyết về luật phân bố: Đặt giả thuyết H0: Fx(x) = F0(x), trong đó F0(x) là một hàm phân bố hoàn toàn xác định. Để kiểm tra giả thuyết H0, người ta dùng tiêu chuẩn phù hợp khi bình phương của Pearson:

  



 m 

i li

li ti

t f

f f

1

2

2 (3.15)

Trong đó:

fti: Trị số thực nghiệm ở tổ thứ i fli: Trị số lý thuyết ở tổ thứ i

Nếut2 tính  052 tra bảng với bậc tự do k = m - r - 1 (r là tham số của phân bố lý thuyết cần ước lượng, m là số tổ sau khi gộp) thì phân bố lý thuyết phù hợp với phân bố thực nghiệm (Ho+). Nếut2 tính  052 tra bảng với bậc tự do k = m - r -1 thì phân bố lý thuyết không phù hợp với phân bố thực nghiệm (Ho-).

f. Xác định hình phân bố cây rừng trên mặt đất

Nguyễn Văn Trương (1983) [23] nghiên cứu hình thái phân bố cây rừng trên cơ sở phân bố số cây trên đơn vị diện tích 400m2 theo mật độ và tiết diện ngang. Lê Sáu (1996) nghiên cứu hình thái phân bố cây rừng trên cơ sở phân bố số cây và tiết diện ngang trên đơn vị diện tích 500m2. Tiếp thu các thành quả đã nghiên cứu, đề tài xác định hình thái phân bố cây rừng trên mặt đất theo phương pháp đánh giá khoảng cách bình quân từ cây được chọn đến cây gần nhất. Trên mỗi trạng thái, đo khoảng cách từ cây được chọn đến cây gần nhất (có d13 > 6cm là đường kính bắt đầu đo), mỗi ô tiêu chuẩn đo ít nhất 30 khoảng cách. Tập hợp theo đơn vị diện tích và xác định các chỉ tiêu:

Trị số trung bình khoảng cách cây gần nhất của n lần quan sát (Xbq) Mật độ cây rừng trên một đơn vị diện tích (cây/m2): 

Tính toán các chỉ tiêu U, Q theo công thức của Klark và Evans:

Q = 2.Xbq.  (3.16)

 

n U Xbq

26136 . 0

5 . 0

-

 (3.17)

Nếu:

Q>1: Cây rừng mọc phân bố cách đều trên mặt đất Q<1: Cây rừng mọc phân bố tập trung trên mặt đất Q =1: Cây rừng mọc phân bố cụm

U 1,96: Cây rừng mọc phân bố ngẫu nhiên trên mặt đất U>1,96: Cây rừng mọc phân bố cách đều trên mặt đất U< -1,96: Cây rừng mọc phân bố cụm trên mặt đất

g. Xác định mức độ tương đồng về thành phần loài giữa các trạng thái rừng

Thành phần loài cây của mỗi trạng thái rừng được tính toán và so sánh hệ số tương đồng về thành phần loài cây giữa 3 ô tiêu chuẩn đại diện cho mỗi trạng thái rừng được xác định theo phương pháp của Sorensen, theo đó:

Cs = b a

c





2 (3.18)

Trong đó:

Cs: Hệ số tương đồng của Sorensen a: Số loài cây bắt gặp ở trạng thái i b: Số loài cây ở trạng thái j

c: Số loài cây cùng có mặt của hai trạng thái i và j Để xác định a, b và c, đã sử dụng bảng ma trận 2x2

Khi Cs ≥ 50% thì thành phần loài cây tái sinh và thành cây tầng cây cao tương đồng với nhau. Khi Cs>75% thì thành phần tầng cây cao và cây tái sinh tương đồng càng cao. Khi Cs50% tầng cây tái sinh và tầng cây cao không tương đồng với nhau.

2.4.2.2. Phương pháp nghiên cứu tái sinh rừng a. Tổ thành cây tái sinh

Xác định số cây trung bình theo loài dựa vào công thức:

n=

m n

m

i

 i

1 (3.19)

Trong đó:

n: Số cây trung bình theo loài m: Tổng số cá thể điều tra ni: Số lượng cá thể loài i

Xác định tỷ lệ tổ thành và hệ số tổ thành của từng loài được tính theo công thức:

n%= 100

1

 

 m

i i i

n

n (3.20)

Nếu:

ni  5%: Loài đó được tham gia vào công thức tổ thành

ni < 5%: Loài đó không được tham gia vào công thức tổ thành Hệ số tổ thành:

10

m

Ki ni  (3.21) Trong đó:

Ki: Hệ số tổ thành loài thứ i ni: Số lượng cá thể loài i m: Tổng số cá thể điều tra b. Mật độ tái sinh

Là chỉ tiêu biểu thị số lượng cây tái sinh trên một đơn vị diện tích, được xác định công thức sau:

S

n 10.000

N/ha  (3.22)

Với S là tổng diện tích các ODB điều tra tái sinh (m2) và n là số lượng cây tái sinh điều tra được.

c. Chất lượng cây tái sinh

Nghiên cứu tái sinh theo cấp chất lượng tốt, trung bình và xấu đồng thời xác định tỷ lệ cây tái sinh có triển vọng. Tính phần trăm cây tái sinh tốt, trung bình, xấu theo công thức:

n 100

N%  (3.23)

Trong đó:

N%: Tỷ lệ phần trăm cây tốt, trung bình, xấu n: Tổng số cây tốt, trung bình, xấu

N: Tổng số cây tái sinh d. Phân bố cây tái sinh theo cấp chiều cao

Thống kê số lượng cây tái sinh theo 5 cấp chiều cao: Vẽ biểu đồ biểu diễn số lượng cây tái sinh theo cấp chiều cao.

e. Phân bố cây tái sinh theo mặt phẳng ngang

Để kiểm tra phân bố cây rừng trên mặt đất cần tính giá trị đại lượng kiểm tra t theo công thức:

t=

Sw

W 1

(3.24)

Trong đó:

w= X S2

(3.25)

Sw= 1 2



n (3.26) Với:

: Số cây bình quân trên ô thứ cấp S2: Phương sai số cây trên ô thứ cấp Sw:Sai số của đại lượng W

Nghiên cứu mối liên hệ giữa tổ thành cây cao và cây tái sinh được tổng hợp và tính toán theo phương pháp của Sorensen (dẫn theo Bruce và Grace, 2002), theo đó:

A B

Cs w



 2

(3.27)

Trong đó:

Cs: Hệ số tương đồng

A: Số loài cây thuộc tầng cây cao B: Số loài cây tái sinh

w: Số cây cao được tầng cây tái sinh kế thừa

Nếu chỉ số Cs ≥ 0,75 có thể kết luận thành phần loài cây tái sinh có mối liên hệ chặt chẽ với tổ thành tầng cây cao. Nếu chỉ số Cs  0,75, cây tái sinh tái sinh ngẫu nhiên tại khu vực nghiên cứu. Để giải quyết vấn đề này, trình tự xử lý số liệu như sau:

Trước hết, thống kê thành phần cây tái sinh theo loài, sau đó sắp xếp theo chi và họ.

Kế đến, xác định mật độ cây tái sinh bình quân theo ô dạng bản rồi quy đổi ra đơn vị 1ha. Tiếp đến, phân chia cây tái sinh theo 5 cấp chiều cao và cấp chất lượng. Chiều cao cây tái sinh được phân chia theo cấp với mỗi cấp 25cm.

Chất lượng cây tái sinh được phân chia thành 3 cấp, đó là tốt, trung bình và xấu.

Nhóm loài được phân chia thành những loài ưu thế sinh thái, loài phụ thuộc, loài quý và hiếm. Sau đó, lập bảng và vẽ biểu đồ phân bố cây tái sinh theo cấp chiều cao, cấp chất lượng và theo nhóm loài.