Góp Phần Nghiên Cứu Phương Pháp Lập Biểu Thể Tích Cây Đứng Cho Cây Rừng Việt Nam

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thực tiễn sản xuất lâm nghiệp, vì nhiều mục đích khác nhau mà

các nhà kinh doanh rừng, các nhà nghiên cứu đòi hỏi phải có các phương tiện

để xác định nhanh thể tích cây đứng (cây vẫn đang sinh trưởng). Biểu thể tích

là một trong những công cụ quan trọng để xác định thể tích cây đứng.

Ở nước ta, các bảng biểu thể tích đã bắt đầu được xây dựng để phục vụ

cho công tác điều tra rừng từ hơn 50 năm trước (Đồng Sĩ Hiền, 1974). Qua

hàng chục năm phát triển, khoa học điều tra rừng trong nước đã xây dựng

được biểu thể tích toàn quốc, biểu thể tích theo nhóm loài cây, cũng như cho

từng vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên và rừng trồng cho nhiều

loài cây trồng rừng chính. Những biểu này đã phục vụ đắc lực cho công tác

điều tra, quản lý, kinh doanh rừng ở nước ta. Tuy nhiên, biểu thể tích các loài

cây rừng tự nhiên đã xây dựng quá lâu (hơn 3 thập kỷ trước)và có những mặt

chưa đáp ứng được yêu cầu sản xuất,kinh doanh cũng như nghiên cứu khoa

học Lâm nghiệp trong thời hội nhập và mở cửa.

Ngày nay, với sự hỗ trợ đắc lực của các công cụ hiện đại, việc xử lý số

liệu thực nghiệm đã được đơn giản hoá rất nhiều. Bên cạnh đó, nhiều phương

pháp mới đã được phát hiện mang lại nhiều tiện ích trong quá trình tính toán

và xử lý số liệu. Để góp phần cải tiến việc lập biểu thể tích theo hướng đơn

giản, hiện đai mà vẫn bảo đảm yêu cầu độ chính xác, tôi lựa chọn đề tài “ Góp

phần nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho cây rừng tự

nhiên Việt Nam”.

Đề tài kế thừa kết quả nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích theo

đề xuất của GS.TS Vũ Tiến Hinh, việc tính thể tích thân cây khi lập biểu dựa

vào quan hệ giữa V và G01 (thông qua G1,3), F01 thực tế và H mà không theo

công thức truyền thống mà các tác giả trước đây đã sử dụng.

2

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Trên thế giới

1.1.1. Những nghiên cứu về biểu thể tích

Trong việc xây dựng biểu thể tích, các nguyên tắc được đưa ra bởi

Cotta từ những năm đầu của thế kỷ 19 vẫn còn nguyên giá trị (Husch et al.,

2003)[10] , đó là: “Thể tích cây phụ thuộc vào đường kính, chiều cao và hình

dạng. Khi thể tích của cây được xác định đúng thì giá trị thể tích đó được sử

dụng cho mọi cây khác có cùng đường kính, chiều cao và hình dạng”. Kể từ

thời của Cotta, hàng trăm biểu thể tích đã được xây dựng bằng nhiều phương

pháp khác nhau và được đưa vào sử dụng. Tuy nhiên, kể từ giữa thế kỷ 20,

xuất hiện xu hướng giảm thiểu số biểu thể tích bằng việc gộp lại và xây dựng

các biểu có khả năng áp dụng cho nhiều loài , ở những nơi có cùng điều kiện

áp dụng biểu.(Husch et al., 2003)[10] .

Tuy đã có nhiều biểu thể tích được xây dựng nhưng các nhà lâm nghiệp

vẫn đang tìm kiếm những phương pháp đơn giản, khách quan và chính xác

nhất. Trong khi cây rừng là thể hình học có tính biến đổi cao nên không một

biểu thể tích đơn giản, hoặc một tập hợp các biểu nào có thể đáp ứng được tất

cả các điều kiện đó, hoặc không một phương pháp lập biểu thể tích nào có thể

đáp ứng được một cách tuyệt đối các yêu cầu đó. Bởi vậy, ngày nay một số

phương pháp xây dựng biểu cổ điển đã không được sử dụng nữa. Ví dụ,

phương pháp đường cong hợp lý (harmonized-curve method) (Chapman and

Meyer, 1949)[6] không còn được sử dụng vì nó cần số lượng số liệu đầu vào

rất lớn để xây dựng mối quan hệ giữa các biến và đường cong hợp lý. Hoặc

phương pháp biểu đồ liên kết (Alignment-chat method) và các phương pháp

chủ quan khác nhìn chung đã bị loại bỏ. Ngày nay, các mối quan tâm thường

3

tập trung vào việc sử dụng các hàm toán học để xây dựng các biểu thể tích

(Husch et al., 2003)[10] .

Các mô hình toán học về thể tích thân cây được xem xét như là một

hàm của các biến độc lập: đường kính, chiều cao và hình số (Đồng Sĩ Hiền,

1974[2] ; Husch et al., 2003[10] ; Akindele và LeMay, 2006[9] ).

Nó được viết dưới dạng: V = f (D, H, F)

Trong đó:

V- Thể tích

D- Đường kính ngang ngực

H- Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều

cao đến 1 vị trí bất kỳ trên thân cây.

F- Chỉ số hình dạng

Người ta chia, các hàm thể tích thành các nhóm:

+ Nhóm các hàm thể tích địa phương: sử dụng một biến độc lập, nhìn

chung là đường kính ngang ngực hoặc đôi khi sử dụng dưới dạng đổi biến để

xây dựng biểu thể tích. Dạng hàm đơn giản nhất của một biểu thể tích địa

phương là:

V = (1.1)

Trong đó V và D như trên còn bi là các hằng số

Các hàm thể tích địa phương khác đã được sử dụng chủ yếu ở Châu

Âu, theo báo cáo của Prodan (1965) và Prodan et al. (1997) bao gồm:

(1.2)

(1.3)

(1.4)

Trong mô hình cuối cùng thì g là tiết diện ngang.

+ Nhóm các hàm thể tích chung: những hàm thể tích này ước lượng cả

đường kính và chiều cao, trong một số trường hợp, thêm cả nhân tố hình

4

dạng. Behre (1935) và Smith et al. (1961)[6] đã kết luận rằng việc xác định

yếu tố hình dạng không phải là một vấn đề đơn giản so với đo đường kính và

chiều cao. Clutter et al. (1983) [6] đã đưa ra 1 số lý do của việc chỉ nên sử

dụng đường kính ngang ngực và chiều cao để xây dựng biểu thể tích, như sau:

(1)- Việc đo các loại đường kính trên thân cây đứng là tốn thời gian và kinh

phí

(2)- Biến động về hình dạng thân cây tác động đến thể tích cây là nhỏ hơn

nhiều so với biến động về chiều cao và đường kính.

(3)- Với 1 số loài, hình dạng là tương đối ổn định.

(4)- Với một số loài khác, hình dạng thường có mối tương quan với kích

thước cây, do đó các biến đường kính và chiều cao thường giải thích nhiều về

sự biến động của thể tích.

Dưới đây đưa ra một số hàm thể tích chung phổ biến được áp dụng:

Kiểu nhân tố hình dạng không đổi: (1.5)

Kiểu kết hợp biến: (1.6)

(1.7)

Dạng đổi biến logarit: (1.8)

Đổi biến của Honer: (1.9)

Các mô hình trong đó nhân tố hình dạng cũng là 1 biến như:

(1.10)

(1.11)

Các hệ số bi ở trên thu được bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tích hồi quy.

Ngoài việc tính toán thể tích bằng phương pháp tương quan, thông qua

việc sử dụng các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc là thể tích với các biến độc

lập như đường kính, chiều cao, hình số thì thể tích cây có thể tính được thông

qua phương pháp đường sinh.

5

Theo Đồng Sĩ Hiền,( 1974)[2] , Mendeleev D.I. (1989), Belanovxki

I.G. (1917)[6] và Wimmenauer K. (1918)[6] đã biểu thị phương trình đường

sinh thân cây bằng phương trình parabol bậc 2, bậc 3 (Mendeleev và

Belanovski) [6] và bậc 4 (Wimmenauer):

y = a + b.x + c.x2

(1.12)

y = a + b.x + c.x2 + d.x3

(1.13)

y = a + b.x + c.x2 + d.x3 + c.x4

(1.14)

Muller G. ở CHLB Đức đề nghị biểu thị mối liên hệ giữa đường kính

và chiều cao bằng hàm số mũ,( Đồng Sĩ Hiền -1974)[2] :

D = a.bh = a.elnbh = F(h), và thể tích thân cây bình quân cho những cây có

cùng điều kiện lập địa và có chiều cao chính là tích phân của phương trình mũ

trên :

Wauthoz L. (1964) [6] đã xây dựng phương pháp xác định thể tích thân

cây và lập biểu thể tích trên cơ sở phương trình y2 = A.xm. Thân cây gồm

nhiều thể khác nhau, thông số hình dạng m biến động từ gốc đến ngọn. Ở mỗi

đoạn, thông số m nằm trong 1 phạm vi nào đó. Wauthoz xác định thông số m

của một thể hình học trừu tượng giản đơn có thể tích bằng thể tích phức tạp là

thân cây. Nếu trị số m của thể đơn giản ấy xác định được thì thể tích của thân

cây được tính bằng tích phân của phương trình trên (Đồng Sĩ Hiền, 1974)[2] .

(1.15)

Trong đó g0 là tiết diện ngang ở cổ rễ. Trong thực tiễn thì g0 được thay thế

bằng g1.3 - tiết diện ngang ở vị trí 1.3m như sau:

(1.16)

6

Cũng theo Đồng Sĩ Hiền (1974)[2] , Ozumi (Prodan, 1965) [6] ở Nhật

đã dùng phương trình parabol bậc ba, bậc bốn để biểu thị quan hệ giữa hệ số

thon tự nhiên với chiều cao tương đối theo từng cấp hệ số thon ở giữa thân:

K0i = a + b1x +b2x

2 + b3x

3 (1.17)

Tác giả Đồng Sĩ Hiền đã nhận xét về các phương pháp trên như sau:

Ý kiến của Muller G. có điểm độc đáo là đã vạch ra được sự thống nhất

giữa phương trình đường sinh với đường cong chiều cao. Tuy nhiên những

phương pháp này dựa trên một giả thuyết không phù hợp với thực tế.

Phương pháp củaWauthoz đơn giản nhưng trong đó còn tồn tại nhiều

vấn đề thực tiễn và lý luận chưa được giải quyết thỏa đáng.

Phương pháp của Ozumi trong sách của Prodan thì Ozumi không nói rõ

đã lấy những số liệu nào trên thân cây để lập phương trình.

1.1.2. Những nghiên cứu về hình số để lập biểu thể tích

1.1.2.1. Những nghiên cứu về f1.3

* So với các giá trị d, h thì f1.3 khó xác định hơn, đặc biệt là ở cây

đứng. Vì thế nhiều tác giả đã xem xét quan hệ giữa f1.3 với d và h để có căn

cứ xác định f1.3 :

- f1.3 là hàm của d: f1.3 =

b b .d

a

0 1

0



(1.18)

f1.3 = a – b.

d (1.19)

- f1.3 của hàm d và h:

f1.3 = a0 + a1h + a2.

d

h

(1.20)

f1.3 = a0 +

h

a

+

d

a2

+

d h

a

.

3

+

2

4

d

a

+

d h

a

.

2

5

(1.21)

f1.3 = a0 +

h

a1

+

2

2

d

a

+

d h

a

2

3

(1.22)