Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
1.1.2.2. Nghiên cứu ứng dụng đường sinh để lập biểu trong điều tra rừng
- Dùng dãy số thon (koi) do Hohenald đề xuất thành 11 điểm tựa để tiếp cận phương trình đường sinh cho thân cây gỗ.
- Coi đường sinh thân cây là một đa thức bậc cao không định bậc có dạng tổng quát là:
y = b0 + b1.x1 + b2.x2 + .... + bk.xk (1.16) Với y = thì:
- doi lần lượt là đường kính ở 0, 1/10, 2/10,... 9/10 chiều cao thân cây.
- x là độ cao tương đối của y khi lấy là ngọn cây làm gốc tọa độ
- k là bậc tự do của phương trình đường sinh tuỳ thuộc vào đặc tính sinh học của thân cây gỗ
- b0, b1, b2, ...bk là hệ số của phương trình.
- Tích phân có giới hạn phương trình (1.16) sẽ thu được phương trình thể tích tương đối của thân cây (tức là thể tích thân cây đã được so với thể tích của một hình viên trụ có tiết diện đáy là tiết diện ngang ở 1/10 chiều cao thân cây, còn chiều cao bằng chiều cao thân cây đƣợc lấy làm 1 đơn vị). Đó chính là hình số tự nhiên (một chỉ tiêu cô đọng, biểu thị trung thực hình dạng thân cây gỗ nhƣ đã đề cập ở trên):
f01 = b1.x1 + b2.x2 + ... + b2k+1.x2k+1 (1.17) Khi thay x bằng 1 đơn vị, từ (1.16) sẽ tính đƣợc f01 thân cây. Từ đó thể tích thân cây sẽ bằng:
v = (1.18)
v = (1.19)
Với hệ số bạnh của Hohenald: luôn tìm đƣợc cho mọi h khác nhau khi đã có phương trình (1.16).
Khi thay x bằng độ cao tương đối của một bộ phận nào đó trên thân cây vào (1.17) sẽ tính đƣợc hình số tự nhiên của bộ phận nào đó ( ký hiệu f01j) và thể tích tương ứng của nó là:
vj = (1.20)
vj = (1.21)
Luận điểm trên cho phép rút ra nhận định: Các thân cây thuộc loài khác nhau nếu tuân theo cùng phương trình đường sinh sẽ có hình số giống nhau.
Và ngược lại các loài cây có hình số tự nhiên tương tự nhau sẽ có phương trình đường sinh giống nhau.
Theo nguyên tắc này, từ nguồn tài liệu thực nghiệm phong phú, Nguyễn Ngọc Lung chia những loài cây rừng tự nhiên thành 5 tổ hình dạng đảm bảo các loài trong một tổ có f01 thuần nhất với nhau và giữa các tổ lại sai khác nhau rõ rệt. Sau đó tác giả xác lập phương trình đường sinh cho từng tổ hình dạng và sử dụng để lập biểu thể tích thân cây rừng tự nhiên ở Việt Nam (xem Nguyễn Ngọc Lung (1971) [9], Viện Điều tra qui hoạch rừng (1995) [17]). Về thể tích gỗ to thân cây và gỗ dưới cành, tác giả đề xuất phương hướng như sau:
- Với thể tích gỗ to thân cây (đoạn gỗ từ cổ rễ cây hay mặt đất đến vị trí cao nhất trên cây có đường kính cả vỏ bằng 6 cm):
+ Trước hết tính d01 cho từng cỡ kính thuộc từng cỡ chiều cao theo công thức:
= (1.22)
Trong đó:
- d0: là đường kính ở 1/10 chiều cao của cây có đường kính ngang ngực là d1.3 và chiều cao h nào đó.
- qh: là hệ số bạnh Hohenald ứng với chiều cao h nói trên đƣợc tính từ phương trình (1.16) tương ứng của thân cây.
+ Tiếp theo tính hệ số thon cho đường kính giới hạn của gỗ to theo công thức:
k0i = (1.23)
+ Thay koi của gỗ to vào vị trí biến phụ thuộc y của phương trình đường sinh tương ứng sẽ tìm được x đó là độ cao tương đối của vị trí 6 cm trên thân cây.
+ Thay tiếp x vào phương trình tích phân đường sinh (1.17) sẽ được hình số tự nhiên của gỗ to thân cây có đường kính (d1.3) và chiều cao (h) nói trên. Cuối cùng tính thể tích bộ phận gỗ to thân cây có đường kính và chiều cao nói trên bằng công thức (1.20) hoặc (1.21).
+ Để khắc phục việc tính toán phức tạp, tác giả đã tính sẵn các trị số cần suy diễn trên cơ sở phương trình đường sinh (1.16) và tích phân đường sinh (1.17) và vẽ lên giấy kẻ li cho phép tra đƣợc kết quả với độ chính xác tới số lẻ thứ 3 sau dấu phẩy.
- Phương hướng giải quyết với thể tích gỗ dưới cành thực hiện như sau:
+ Tính chiều cao tương đối gỗ dưới cành cho từng cây mẫu thuộc từng loài cây theo công thức:
(1.24) Với: - hdc là chiều cao (chiều dài) đoạn gỗ dưới cành
- h là chiều cao thân cây
+ Nghiên cứu qui luật phân bố số cây theo Ph% cho từng loài dẫn đến kết luận về cơ bản phù hợp dạng đường cong 1 đỉnh gần với phân bố chuẩn.
Tứ đó có thể dùng Ph% bình quân với tính đại diện cao cho chiều cao tương đối đoạn gỗ dưới cành các cây rừng trong cùng một loài.
+ Kiểm tra sự phụ thuộc của Ph% vào d1.3 hoặc h và dẫn tới kết luận không tồn tại thực sự. Từ đó có thể dùng Ph% chung cho cây gỗ có đường kính và chiều cao khác nhau.
+ Kiểm tra sai dị Ph% giữa các loài cây dẫn tới kết luận chúng không hoàn toàn thuần nhất. Từ đó tác giả đã chia các loài cây nghiên cứu thành 1 số nhóm loài với nguyên tắc ph% các loài trong một nhóm thuần nhất với nhau nhƣng giữa các nhóm lại có sai dị rõ rệt. Từ đó có thể dùng ph% bình quân cho từng nhóm loài kể trên. Tuy nhiên nhóm loài cây thuần nhất về ph% lại không tương ứng với tổ loài cây thuần nhất về hình dạng f01. Vì vậy muốn lập biểu thể tích dưới cành theo hướng này cần thực hiện các bước sau:
+ Trước hết chia các loài cây thành các nhóm thuần nhất với nhau về ph%. Trong mỗi nhóm thuần nhất về ph% lại chia thành một số tổ thuần nhất về f01. Ứng với tổ thuần nhất về f01 thuộc một nhóm thuần nhất về ph% sẽ dùng phương trình tích phân (1.17) tương ứng với tổ hình dạng đó và trị số ph% bình quân của nhóm thuần nhất về Ph% để tính hình số tự nhiên đoạn gỗ dưới cành (f01j). Từ đó tính thể tích gỗ dưới cành cho từng cỡ đường kính và chiều cao thuộc tổ hình dạng và nhóm loài thuần nhất về ph% nói trên theo các công thức (1.18) và (1.19).
Mặc dù phương hướng giải quyết vấn đề thể tích gỗ to và gỗ dưới cành đã đƣợc thử nghiệm và xây dựng hoàn chỉnh, nhƣng do hạn chế về tài liệu nên tác giả chƣa có điều kiện công bố các kết quả cuối cùng trên các ấn phẩm chuyên môn nhƣ: Báo cáo tổng kết đề tài lập biểu (1971) [8] hoặc Sổ tay điều tra rừng (1995) [17].
Phương pháp hệ đường sinh do Đồng Sĩ Hiền (1970) đề xuất còn được nhiều tác giả ứng dụng để lập biểu thể tích thân cây hoặc biểu sản phẩm cho một số kiểu rừng trồng thuần loài ở Việt Nam. Một số kết quả đƣợc điểm lại nhƣ sau:
- Nguyễn Ngọc Lung (1971) [8] đã đƣa ra các luận điểm cơ bản về cơ sở lý luận của việc lập biểu thể tích và độ thon thân cây rừng hỗn loài lá rộng nước Việt Nam Dân chủ cộng hòa.
- Nguyễn Ngọc Lung và Đào Xuân Khanh (1999) lập biểu thể tích và biểu sản phẩm Thông ba lá Lâm Đồng bằng phương trình đường sinh thân cây [10]
- Tác giả Vũ Nhâm (1988), đã ứng dụng phương pháp trên để lập biểu thể tích cây đứng và biểu thương phẩm cho loài Thông đuôi ngựa (P.
masoniana) vùng Đông Bắc [12]. Về phương pháp lập biểu có thể tóm tắt như sau:
+ Sản phẩm được phân chia trên biểu độ thon tương ứng với cỡ d và h.
Trong đó, hệ số thon Koi (Koi = ) được suy diễn từ phương trình biểu thị quan hệ giữa Koi với chiều cao tương đối thân cây.
+ Thể tích mỗi loại sản phẩm trên cây bình quân đƣợc tính bằng tích phân từ phương trình đường sinh thân cây.
- Tác giả Bảo Huy, Tăng Công Tráng (1997), cũng đã sử dụng phương pháp trên để lập biểu thể tích và biểu thương phẩm cho loài Xoan mộc, Bằng lăng và nhóm loài cây ƣu thế ở rừng tự nhiên Tây Nguyên [13]
- Phạm Xuân Hoàn và Hoàng Xuân Xuân Y (1999) đã nghiên cứu và lập biểu sản phẩm Quế (Cinamomum casia) trồng ở Yên Bái bằng phương trình đường sinh thân cây (Tạp chí Lâm nghiệp tháng 8 năm 1999) đã thu được phương trình đường sinh dạng tuyến tính bậc cao. Từ đó xác định hình số tự nhiên trong công thức xác định thể tích nhƣ sau: f01vỏ = 0,50887; f01không
vỏ = 0,43306 và f01vỏ = 0,07581.
- Tác giả Trần Văn Cẩn, đề tài tốt nghiệp năm 1999 đã nghiên cứu lập biểu thể tích từ phương trình đường sinh thân cây Mỡ (Glauca ...) trồng tại
vùng nguyên liệu giấy [3]. Kết quả thu được đối với phương trình đường sinh thân cây có vỏ là:
y = 3,6194.x - 9,9123x2 + 19,6282x3 - 20,8944x4 + 8,7576x5 (1.25) - Nguyễn Trọng Bình (2002) dùng phương pháp đường sinh thân cây lập biểu thể tích và biểu sản phẩm keo lai (Acacia hybrid) trong độ tuổi ≤ 10 năm.
Tuy nhiên các tác giả nói trên thường không đi sâu giải quyết vấn đề lập biểu thể tích dưới cành và gỗ to thân cây cho đối tượng nghiên cứu của mình. Gần đây nhất (2008-2009) dưới chỉ đạo của bộ môn ĐTQH rừng, nhóm sinh viên trường ĐHLN đã nghiên cứu một số vấn đề xoay quanh việc lập biểu thể tích bộ phận thân cây thông qua khóa luận tốt nghiệp với những kết quả tương đối khả quan:
- Lê Linh Ly (2009) [11] khẳng định thực sự tồn tại quan hệ chặt chẽ giữa thể tích đoạn gỗ dưới cành với d1.3 và h thân cây dưới dạng hàm Schumacher - Hann và quan hệ rất chặt với thể tích thân cây theo dạng tuyến tính bậc một
- Trịnh Thị Thành (2009) [14] khẳng định giữa hình số thường đoạn gỗ dưới cành quan hệ mật thiết với hình số thường thân cây theo dạng tuyến tính bậc nhất. Các dạng quan hệ nêu trên đều thuần nhất khi thử nghiệm cho loài cây: Dung, Giổi, Máu Chó, Re, Dẻ và Vải rừng. Từ đó các tác giả đã thử nghiệm thành công việc lập biểu thể tích dưới cành chung cho 6 loài cây nói trên.