4.3.1 Lập biểu cấp năng suất
Phân chia cấp năng suất được hiểu là phân loại đối tượng thành các đơn vị tương đối đồng nhất về năng suất; cơng việc này cần được tiến hành ở bước đầu tiên trong quá trình dự báo sản lượng.
Thơng qua biểu cấp năng suất giúp cho:
- Phân loại để đánh giá năng suất của rừng trồng hiện tại
- Dự báo năng suất, sản lượng của lồi cây trồng trên đúng với từng điều
kiện cụ thể.
Như vậy cĩ thể nĩi biểu cấp năng suất là cơng cụ để phân loại rừng về mặt năng suất và sản lượng.
Năng suất và sản lượng rừng trồng bị chi phối bởi nhiều yếu tố khác nhau như: Nguồn gốc xuất xứ, nguồn giống cây trồng, đất đai, địa hình, độ cao, khí hậu, thời tiết, ... và quy trình chăm sĩc, nuơi dưỡng, tỉa thưa.... Cĩ rất nhiều nhân tố tác động như vậy, do đĩ khơng thể tạo thành các tổ hợp đồng nhất các nhân tố sinh thái, tác nhân để dự báo sản lượng; do vậy trong khoa học sản lượng thường dựa vào kết quả sản lượng để phân loại, cĩ nghĩa là phân loại các đối tượng thành các loại, đơn vị tương đối đồng nhất về năng suất rừng, trên cơ sở đĩ lập biểu sản lượng cho từng loại. Năng suất rừng biểu hiện đầy đủ nhất thơng qua tăng trưởng về trữ lượng của lâm phần (ZM), tuy nhiên việc xác định ZM trong thực tế là khĩ khăn; trong khi đĩ các loại chiều cao bình quân lâm phần lại cĩ quan hệ chặt chẽ với tăng trưởng và phản ảnh tốt năng suất của rừng trồng trong từng giai đoạn sinh trưởng.
Cĩ nhiều loại chiều cao bình quân lâm phần được sử dụng để làm chỉ tiêu phân cấp năng suất, đĩ là chiều cao bình quân tầng trội (Ho) và chiều cao bình quân tương ứng với cây cĩ tiết diện ngang trung bình (Hg). Do đối tượng nghiên cứu của đề tài là rừng trồng, đồng nhất về mật độ trồng ban đầu, cĩ cùng chế độ chăm sĩc và khơng qua tỉa thưa nên chiều cao bình quân chung (H) được sử dụng làm chỉ tiêu phân chia cấp năng suất.
Để lập biểu cấp năng suất đã tiến hành điều tra thực địa, tại mỗi điểm đo đếm tồn bộ chiều cao và đường kính của cây trong ơ tiêu chuẩn từ đĩ xác định được chiều cao bình quân chung của lâm phần.
Kết quả thăm dị các mơ hình thích hợp bằng phần mềm Statgraphics Plus, cho thấy hàm Schumacher (Y = a.exp (-b.X-m)) cĩ R2 cao nhất và đường lý thuyết đi
qua trung tâm đám mây điểm H/A, sử dụng hàm này để mơ phỏng được kết quả như sau. Chi tiết tính tốn được thể hiện trong phụ lục 5.
Ln(H) = 3,06571 – 7, 4929 * A-1,5
( Với R2 = 0,93 và giá trị P < 0,0005; với m=1,5; cĩ R max) Suy ra H = 21,450*Exp ( -7,4929*A-1,5)
Từ mơ hình trên cho thấy H biến đổi tỷ lệ thuận với tuổi của cây, tuổi cây càng lớn thì H càng tăng theo và ngược lại. Như vậy thơng qua A ta cĩ thể tính tốn được chiều cao H tương ứng. Việc lập mơ hình hĩa quan hệ H - A là cơ sở cho việc xác định các tham số ai phục vụ cho việc phân chia cấp năng suất ở bước tiếp theo.
Phân chia cấp năng suất:
Chọn tuổi A0 cở sở để xét sự biến động H: Tuổi A0 được chọn ở đây là tuổi 6, là tuổi cĩ biến động về sinh trưởng chiều cao lớn nhất, là thời điểm mà các lâm phần khác nhau đã cĩ sự phân hĩa chiều cao H rõ rệt (trên biểu đồ đám mây điểm H/A thể hiện rẽ quạt rõ)
Hình 4.11: Đám mây điểm H - A
Xác định số cấp năng suất: Căn cứ vào biến động H thực tế như trên, chia số cấp thành 3 cấp năng suất. Cấp I: Tốt; cấp II: Trung bình và cấp III: Xấu.
Tính tốn Hi cho mỗi cấp năng suất ai ở tuổi A0: Tại tuổi Ao = 6, chia phạm vi biến động H theo 3 cấp để cĩ cự ly H mỗi cấp (K): K = (Hmax – Hmin)/3
Kết quả điều tra cho thấy tại A0 = 6, H biến động từ 10,8 – 15,3m, phạm vi biến động là 4,5m. Vì vậy, cự ly giữa các cấp K = 1,5m. Từ đây cĩ thể tính được Hi cho cấp năng suất ai tại tuổi A0 khảo sát như sau:
Bảng 4.8 Chiều cao H chỉ thị cho 3 cấp năng suẩt và giới hạn
Cấp năng suất Ao (tuổi) Hi (m)
Cấp I (Tốt) 6 14,55
Giới hạn 6 13,80
Cấp II (Trung bình) 6 13,05
Giới hạn 6 12,30
Tính tốn mơ hình Hi/A cho mỗi cấp năng suất: Từ mơ hình H/A chung đã lập ở trên, sử dụng phương pháp Affill để xác định các tham số ai của mơ hình cho từng cấp năng suất và giới hạn:
Hi = ai.exp( -7,4929*A-1,5) Suy ra ) 4929 , 7 exp(− −1,5 = xA Hi ai
Vậy ta cĩ tham số ai theo từng cấp năng suất và giới hạn cấp như sau:
Bảng 4.9 Tham số ai theo cấp năng suất và giới hạn cấp
Cấp năng suất Tham số ai theo cấp năng suất
Cấp năng suất I (tốt) 24.2258
Giới hạn 22.9770
Cấp năng suất II ( trung bình) 21.7283
Giới hạn 20.4795
Cấp năng suất III (xấu) 19.2308
Trên cơ sở mơ hình Schumacher cho từng cấp năng suất và giới hạn, lần lượt thay các tham số ai tương ứng với các cấp năng suất và giới hạn, lập được biểu cấp năng suất rừng trồng keo lai:
Bảng 4.10Biểu cấp năng suất rừng trồng keo lai
Cấp năng suất (theo giá trị chiều cao H) Tuổi (A) (Năm) Cấp I (Tốt) (m) Giới hạn (m) Cấp II (Trung bình) (m) Giới hạn (m) Cấp III (xấu) (m) 2 1,7 1,6 1,5 1,4 1,4 3 5,7 5,4 5,1 4,8 4,5 4 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 5 12,4 11,8 11,1 10,5 9,8 6 14,6 13,8 13,1 12,3 11,6 7 16,2 15,3 14,5 13,7 12,8 8 17,4 16,5 15,6 14,7 13,8
Hình 4.12: Đồ thị quan hệ H - A trên 3 cấp năng suất và giới hạn
Nhìn vào bảng 4.10 và hình 4.12. trên chúng ta cĩ thể dễ dàng nhận ra sự phân hĩa trong quá trình sinh trưởng của đối tượng nghiên cứu, tuổi càng lớn sự phân hĩa càng rõ. Như vậy, trong trường hợp này việc phân chia cấp năng suất để phục vụ cho quá trình lập biểu sản lượng sau này là cĩ ý nghĩa.
Cách sử dụng biểu cấp năng suất:
Để sử dụng biểu cấp năng suất cần tiến hành:
Cấp năng suất được xác định thơng qua chiều cao bình quân chung H, do vậy tại mỗi lơ rừng, cần đo cao khoảng 30 cây trong lâm phần cĩ đường kính rãi đều, tính được chiều cao bình quân chung.
Từ chiều cao bình quân chung lâm phần H và tuổi tương ứng, tra vào biểu cấp năng suất sẽ xác định được cấp năng suất. Trường hợp chưa trồng rừng nhưng muốn dự tính sản lượng, thì cĩ thể xác định cấp năng suất thơng qua các khu rừng trồng trong khu vực cĩ cùng điều kiện lập địa.
Trong biểu khơng lập đường giới hạn trên của cấp I và giới hạn dưới của cấp III, cĩ nghĩa là nếu H trung bình ở một tuổi nằm trên đường giới hạn trên của cấp II sẽ thuộc cấp I và nếu nằm dưới giới hạn dưới của cấp II sẽ thuộc cấp III, và rõ ràng nếu H nằm trong giới hạn dưới và trên của cấp II thì sẽ thuộc cấp II.
4.3.2 Mơ hình hĩa quá trình sinh trưởng của cây bình quân lâm phần phần
Từ số liệu thu thập bằng máy đo Laser và giải tích cây bình quân lâm phần ở mỗi điểm, tập hợp để tính các giá trị bình quân cho từng điểm, kết quả được bảng tổng hợp các chỉ tiêu cây bình quân (phụ lục 6). Thơng qua phát hiện quá trình sinh trưởng sẽ giúp chúng ta trong việc xác định các thời điểm tác động lâm sinh phù hợp và chu kỳ kinh doanh hợp lý nhằm nâng cao sản lượng rừng trồng keo lai; đồng thời mơ hình sinh trưởng cây bình quân là cơ sở để dự báo sinh trưởng, sản lượng của cả lâm phần. Trên cơ sở đĩ xác định mối quan hệ giữa các lượng tăng trưởng thường xuyên và bình quân, từ đây sẽ tìm được tuổi năng suất tối đa và tuổi thành thục số lượng.
Mơ hình sinh trưởng thể tích bình quân (Vbq) được thiết lập, vì thơng qua mơ hình này giúp xác định quá trình sinh trưởng tồn diện của cây rừng. Trên cơ sở cặp số liệu sinh trưởng thể tích theo tuổi ở bảng phụ lục 6, sử dụng hàm Schumacher mơ tả quy luật sinh trưởng thể tích bình quân lâm phần. Với tham số m = 1.92 được dị tìm tối ưu trong Statgraphics Plus, kết quả thu được phương trình cĩ hệ số tương quan cao nhất. Kết quả tính tốn chi tiết trong phụ lục 7.
Ln(Vbq) = - 0.898992 - 58.5484*A-1.92 (R2 = 82.3%; P value = 0.00000)
Suy ra: Vbq = 0.40698 * Exp (-58.5484*A-1.92)
Với mơ hình Schumacher mơ tả quy luật sinh trưởng như trên ta cĩ thể dễ dàng xác định quá trình sinh trưởng thể tích bình quân lâm phần và từ đây cũng suy diễn được các hàm tăng trưởng tương ứng làm cơ sở xác định các thời điểm quan trọng.
Hàm tăng trưởng thường xuyên hàng năm và tuổi đạt năng suất tối đa: Tuổi đạt năng suất (A1) được xác định trên cơ sở lượng tăng trưởng thường xuyên (Zv) đạt cực đại. Với Zv được tính:
Zv = Vbq’ = {0.406980* Exp ( -58,5484* A- 1,92)}’ Đạo hàm bậc nhất Zv, và cho bằng 0 tìm được tuổi A1:
= + × = ⇒ = = m m m b A Vbq Zv 1 ' ' ' 1 1 0 6,7năm
Tại thời điểm này rừng đạt năng suất thường xuyên cao nhất, do vậy nếu mật độ trồng dày thì cần tỉa thưa để nâng cao sản lượng và rút ngắn chu lỳ kinh doanh.
Hàm tăng trưởng bình quân và tuổi thành thục: Tuổi thành thục A2 được xác
định trên cơ sở lượng tăng trưởng bình quân (∆v) cực đại và bằng Zv, vì vậy A2 được xác định như sau:
∆v = ⇒A =(b×m)m = 1
' 0 2 11,6 năm
Tuổi thành thục số lượng (tuổi 11,6) sẽ là cơ sở để xác định chu kỳ kinh doanh, vì ở thời điểm này rừng đạt được năng suất bình quân cao nhất, rừng lợi dụng tốt điều kiện hồn cảnh, hiệu quả sản lượng là tối ưu.
Qua việc lập mơ hình sinh trưởng Vbq theo hàm Schumacher như trên đã phát hiện ra những thời điểm quan trọng trong quá trình kinh doanh rừng tại đây, từ đĩ làm cơ sở thực hiện các biện pháp lâm sinh hợp lý. Đồng thời qua việc lập mơ hình như trên cho thấy chỉ cần ước lượng các tham số của hàm sinh trưởng sẽ nhanh chĩng xác định được các tuổi năng suất tối đa và thành thục số lượng.
Sinh trưởng, năng suất, sản phẩm của lâm phần là tổng hợp sinh trưởng, năng suất, sản phẩm của các cây rừng. Đối với lâm phần rừng trồng đều tuổi, thì các đường cong phân bố số cây theo đường kính, chiều cao, thể tích tiệm cận với phân bố chuẩn, do đĩ cĩ thể sử dụng giá trị sinh trưởng, sản phẩm của cây bình quân chung lâm phần như đường kính (D), chiều cao bình quân (H), thể tích bình quân (Vbq), để suy ra cho lâm phần.
Mơ hình sinh trưởng, sản phẩm cây bình quân lâm phần (D, H, Vbq) được thiết lập quan hệ với tuổi (A) và các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng là mật độ (N/ha) và cấp năng suất, biểu thị qua H. Tuy nhiên, do đối tượng nghiên cứu của đề tài là rừng trồng thuần lồi, cĩ cùng mật độ, cùng biện pháp kỹ thuật trồng và chăm sĩc, quá trình kinh doanh khơng thực hiên tỉa thưa do đĩ mật độ sẻ ảnh hưởng khơng đáng kể đến quá trình sinh trưởng của cây cá thể cũng như của cả lâm phần nĩi chung, nên ở đây đã loại mật độ trong việc thiết lập mơ hình sinh trưởng, sản phẩm cây bình quân.
Từ bảng kết quả tổng hợp các chỉ tiêu cây bình quân lâm phần (phụ lục 6) đề tài đã tiến hành xây dựng các mơ hình sinh trưởng, sản phẩm của cây bình quân chung lâm phần bằng phần mềm Statgraphics Plus, chọn hàm tối ưu đảm bảo các chỉ tiêu thống kê, chi tiết tính tốn ở phụ lục 8 và 9. Kết quả mơ phỏng được các mơ hình: Ln(D1,3) = 0.38012 + 0.351066*Ln(A) + 0.54505*Ln(H) ( R2 = 86.3%; P value < 0.05 ) Ln(Vbq) = -8.72176 + 0.58829*Ln(A) + 1.91782*Ln(H) ( R2 = 93.9%; P value < 0.05 ) Suy ra: D1,3 = 1,46246 * A 0,351066 * H 0,54505 Vbq= 0,000163 * A 0,58829 * H 1,91782
Từ kết quả các mơ hình này cĩ thể ước lượng, dự báo các chỉ tiêu sinh trưởng và sản phẩm của cây bình quân chung lâm phần theo tuổi, theo cấp năng suất khác nhau, trong đĩ cấp năng suất được phản ảnh qua chỉ tiêu H. Trong quá trình lập các mơ hình trên nhận thấy hệ số xác định R2 đều khá cao và P value đều nhỏ hơn 0.05, điều này cho thấy các mơ hình đã lập là cĩ ý nghĩa và tương quan chặt với nhau.
Cũng từ các mơ hình trên cho thấy một số quy luật biến đổi của các nhân tố như sau:
Trong cùng một tuổi thì D và Vbq tăng theo chiều tốt lên của lập địa. Vì vậy chọn lập địa thích hợp là điều quan trọng để sản phẩm đạt tiêu chuẩn đường kính đáp ứng được yêu cầu cơng nghệ cũng như đảm bảo cĩ được sản lượng rừng cao và cĩ hiệu quả kinh tế.
4.3.3 Lập biểu sản lượng
Biểu sản lượng hỗ trợ cho quá trình quản lý kinh doanh rừng trồng, bao gồm: - Uớc lượng năng suất, sản lượng rừng trồng tại thời điểm hiện tại
- Dự báo sản lượng rừng trồng trong suốt chu kỳ kinh doanh
- Xác định các biện pháp tỉa thưa để nâng cao sản lượng theo mục đích kinh doanh: Thời điểm tỉa thưa, mật độ tỉa thưa, mật độ tối ưu
Như vậy cĩ thể thấy biểu sản lượng khơng chỉ là một biểu ghi chép quá trình sinh trưởng của cây rừng, lâm phần; mà cịn là một cơng cụ để quản lý kinh doanh rừng trồng cĩ hiệu quả.
Biểu sản lượng bao gồm các chỉ tiêu sinh trưởng, tăng trưởng bình quân của cây rừng và lâm phần. Do vậy quá trình lập biểu đã nghiên cứu mối quan hệ giữa các chỉ tiêu sinh trưởng bình quân theo tuổi ở các cấp năng suất khác nhau. Biểu sản lượng bao gồm:
- Biểu được lập theo cấp năng suất. Do vậy trước khi sử dụng biểu cần xác định cấp năng suất của rừng trồng
- Trên mỗi cấp năng suất sẽ cĩ một biểu sản lượng tương ứng
Các chỉ tiêu sản lượng bao gồm: Các chỉ tiêu sinh trưởng của cây bình quân, các giá trị năng suất, sản lượng lâm phần.
Biểu sản lượng là biểu tổng hợp quá trình sinh trưởng, phát triển của cây rừng và lâm phần, việc lập biểu sản lượng sẽ giúp chúng ta cĩ thể ước lượng nhanh và bảo đảm độ chính xác các giá trị sinh trưởng, năng suất, sản lượng của các lâm phần hiện tại; dự báo các chỉ tiêu sinh trưởng, sản lượng rừng trong tương lai, nơi dự kiến
sẽ trồng rừng, làm cơ sở dự báo hiệu quả kinh tế của đầu tư trồng rừng; chỉ ra các biện pháp lâm sinh nhằm nâng cao sản lượng.
Từ các kết quả mơ hình hĩa quá trình sinh trưởng, sản phẩm cây bình quân lâm phần theo tuổi, cấp năng suất như đã lập ở trên, tiến hành lập biểu sản lượng cho từng cấp năng suất khác nhau.
Các giá trị trong biểu sản lượng được tính tốn như sau:
- Các giá trị sinh trưởng cây bình quân theo tuổi, cấp năng suất, được xác định từ các mơ hình sinh trưởng bình quân chung lâm phần: H, D, Vbq,
- Các giá trị sinh trưởng, sản phẩm lâm phần, tăng trưởng được tính tốn như sau:
- Mật độ (N/ha): Tính tốn lấy theo số thực tế
+Trữ lượng lâm phần/ha (M): +Lượng tăng trưởng bình quân về M hàng năm (∆M): ∆M = M/A
Với cách tiến hành trên, cĩ được các biểu sản lượng bình quân chung và theo các cấp năng suất khác nhau.
Bảng 4.11Biểu sản lượng trung bình keo lai tại 4 xã nghiên cứu
A (năm) D (cm) H (m) Vbq (m3) Giá trị N/ha M (m3/ha) ∆M (m3/ha/năm)
3 Lớn nhất 2055 14.39 4.80 5,2 5,1 0,007003 Trung bình 2020 14,15 4,72 Nhỏ nhất 1986 13,91 4,64 4 Lớn nhất 1985 43,40 5,72 7,6 8,4 0,021863 Trung bình 1950 42,63 5,61 Nhỏ nhất 1915 41,87 5,51 5 Lớn nhất 1880 78,12 8,23 9,5 11,0 0,041555 Trung bình 1845 76,67 8,07 Nhỏ nhất 1811 75,26 7,93 6 Lớn nhất 1810 113,88 10,31 11,0 12,9 0,062917 Trung bình 1775 111,68 10,11