Nghiên Cứu Quy Luật Quan Hệ Giữa Chiều Cao Với Đường Kính Thân Cây

+ Lembeke, Knapp và Dittmar (theo Phạm Ngọc Giao (1996) [8]), sử dụng phân bố Gamma với các tham số thông qua các phương trình biểu thị mối tương quan với tuổi và chiều cao tầng trội:

b = a0 +

a . 1 a . 1

(1.10)

1 A 2 A2

P = a0 + a1.A + a2. A2 (1.11)

 = a0 + a1.h100 + a2. A + a3.A.h100 (1.12)

+ Roemisch, K (1975) (theo Phạm Ngọc Giao (1996) [8]), nghiên cứu khả năng dùng hàm Gamma mô phỏng sự biến đổi của phân bố đường kính cây rừng theo tuổi, xác lập quan hệ của tham số Bêta với tuổi, đường kính trung bình, chiều cao tầng trội đã khảng định quan hệ giữa tham số Bêta với chiều cao tầng trội là chặt chẽ nhất.

- Hàm Meyer:

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 116 trang tài liệu này.

Với các lâm phần hỗn giao khác tuổi, Meyer (1934), Prodan (1949)

[11] mô tả phân bố N–D bằng phương trình:

Ni = K.e-.di (1.13)

Trong đó: di và Ni là trị số giữa cỡ và số cây của cỡ kính thứ i, phương trìnnh này còn được gọi là phương trình Meyer.

- Ngoài ra, để mô tả phân bố N–D có thể sử dụng các hàm như: hàm Weibull, hàm Phân bố chuẩn, hàm Poisson, hàm Charlier, hàm Pearson…

Ngoài các hướng nghiên cứu trên còn có quan điểm cho rằng đường kính cây rừng là một đại lượng ngẫu nhiên phụ thuộc vào thời gian và quá trình biến đổi của phân bố đường kính theo tuổi là quá trình ngẫu nhiên. Theo hướng nghiên cứu này còn có các tác giả Suzuki (1971), Preussner.K (1974), Bock.W và Diener (1972) (theo Nguyễn Trọng Bình (1996) [1]). Theo các tác giả trên, quá trình đó biểu thị một tập hợp các giá trị x của đại lượng ngẫu

nhiên tại mỗi thời điểm t và lấy trong một khoảng thời gian nào đó. Nếu trị số của đường kính tại thời điểm t chỉ phụ thuộc vào trị số ở thời điểm t – 1 mà không phụ thuộc vào những trạng thái ở những thời điểm trước nữa thì đólà quá trình Markov. Nếu xt = x, nghĩa là quá trình ở thời điểm t có trạng thái x. Nếu tập hợp các trạng thái có thể xảy ra của quá trình Markov có thể đếm được thì đó là chuỗi Markov.

Tóm lại, các nghiên cứu về phân bố số cây theo đường kính và ứng dụng của nó thường dựa vào dãy tần số lý thuyết. Xu hướng chung là tìm hàm toán học thích hợp và xác định các tham số của phân bố N-D. Các hàm toán học được sử dụng để mô tả rất đa dạng. Một dãy phân bố kinh nghiệm có thể chỉ phù hợp cho một dạng hàm số, cũng có thể phù hợp cho nhiều hàm số ở các mức độ xác suất khác nhau. Việc dùng hàm này hay hàm khác để biểu thị dãy phân bố kinh nghiệm N-D phụ thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả và bản chất quy luật đo đạc được.

1.1.1.2. Nghiên cứu quy luật quan hệ giữa chiều cao với đường kính thân cây

Đây là một trong những quy luật cơ bản trong lâm phần được rất nhiều tác giả nghiên cứu. Các nghiên cứu đó cho thấy giữa chiều cao và đường kính những cây trong lâm phần luôn tồn tại mối quan hệ chặt chẽ, chiều cao tương ứng với mỗi cỡ kính cho trước luôn tăng theo tuổi, đó là kết quả quá trình tự nhiên của sự sinh trưởng. Trong một cỡ đường kính xác định, ở các cấp tuổi khác nhau sẽ có các cây thuộc cấp sinh trưởng khác nhau. Cấp sinh trưởng càng giảm khi tuổi lâm phần tăng lên dẫn đến tỷ lệ H/D tăng theo tuổi. Từ đó đường cong quan hệ giữa H/D có thể bị thay đổi dạng và luôn dịch chuyển về phía trên khi tuổi lâm phần tăng lên. Tiurin.Đ.V (1927) đã phát hiện hiện tượng này khi ông xác lập đường cong chiều cao các cấp tuổi khác nhau. Kết luận này cũng được Vagui, A.B (1955) đã khẳng định. (theo Phạm Ngọc Giao (1996) [8]).

Prodan.M (1965) lại phát hiện độ dốc đường cong chiều cao có chiều hướng giảm dần khi tuổi tăng lên và Prodan.M (1944) khi nghiên cứu kiểu rừng “Plenterwal” đã kết luận đường cong chiều cao không bị thay đổi do vị trí của các cây ở một cỡ đường kính nhất định là như nhau (theo Phạm Ngọc Giao (1996) [8]).

Krauter, G (1958) và Tiourin, A.V (1931) (theo Phạm Ngọc Giao (1996) 9) nghiên cứu tương quan giữa chiều cao với đường kính ngang ngực dựa trên cơ sở cấp đất và cấp tuổi. Kết quả nghiên cứu cho thấy: khi đã phân hoá thành các cấp chiều cao thì mối quan hệ này không cần xét đến cấp đất hay cấp tuổi và cũng không cần xét đến tác động của hoàn cảnh, tuổi đến sinh trưởng của cây rừng và lâm phần, vì những nhân tố này đã được phản ánh trong kích thước của cây, nghĩa là trong quan hệ H/D đã bao hàm tác động của hoàn cảnh và tuổi.

Ngoài ra, đối với những lâm phần thuần loài đều tuổi, dù có tìm được phương trình toán học biểu thị quan hệ H/D theo tuổi thì cũng không đơn giản vì chiều cao cây rừng ngoài phụ thuộc vào yếu tố tuổi còn phụ thuộc rõ nét vào mật độ, cấp đất, biện pháp tỉa thưa,... Kennel.R kiến nghị một cách khác, mô phỏng sự biến đổi tương quan H/D theo tuổi là: trước hết tìm một phương trình thích hợp cho lâm phần, sau đó xác lập mối liên hệ của các tham số phương trình theo tuổi một cách trực tiếp hoặc gián tiếp.

Curtis, R. O. (1967) [35]), đã mô phỏng quan hệ chiều cao với đường

kính và tuổi theo dạng phương trình:

Log h = d+b1.1/d +b2.1/A +b3.1/d.A (1.14)

Sau đó Curtis.R.O đã nắn phương trình (1.14) theo đường định kỳ 5 năm tương ứng với định kỳ kiểm kê tài nguyên ở rừng Lĩnh Sam, tại từng tuổi nhất định phương trình sẽ là:

Log h = b0 + b1*1/d (1.15)

Theo Curtis thì các dạng phương trình khác cho kết quả không khả

quan bằng hai dạng trên.

Petterson, H (1955) (theo Nguyễn Trọng Bình (1996) 1), đề xuất phương trình tương quan:

3 h  1,3

1 a b d

(1.16)

Các nhà nghiên cứu khác như: Hohenadl; Krenn; Michailoff; Naslund, M; Anoutchin, NP; Eckert, KH; Korsun, F; Levakovic, A; Meyer, H.A; Muller; V. Soest,J; [11], đã đề nghị các dạng phương trình dưới đây:

h = a0 + a1d + a2d2 (1.17)

h –1,3 = d2/(a + bd)2 (1.18)

h = a.db ; logh = a + b.logd (1.19)

h = a (1 –e-cd) (1.20)

h = a + b.logd (1.21)

h –1,3 = a. (d/(1+d))b (1.22)

h –1,3 = a.e-b/d (1.23)

log(h-1,3) = loga – b.((loge)/d) (1.24)

h = a(blnd – c(lnd)^2) (1.25)

h = a0 + a1d + a2logd (1.26)

h = a0 + a1d + a2d2 + a3d3 (1.27)

Thực tiễn điều tra rừng cho thấy, có thể dựa vào quan hệ H/D xác định chiều cao tương ứng cho từng cỡ kính mà không cần thiết đo cao toàn bộ. Tuy nhiên, phương trình toán học cụ thể biểu thị quan hệ này lại rất phong phú và

đa dạng. Để mô phỏng tương quan giữa chiều cao với đường kính có thể sử dụng nhiều dạng phương trình khác nhau. Việc dùng phương trình này hay phương trình khác để biểu thị tương quan H/D phụ thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả và bản chất quy luật đo đạc được.

Cho đến nay, vấn đề lựa chọn dạng phương trình thích hợp nhất cho những đối tượng nào thì chưa được nghiên cứu đầy đủ. Hai dạng phương trình được sử dụng nhiều để biểu thị đường cong chiều cao là phương trình Parabol và phương trình Logarit.

1.1.1.3. Nghiên cứu quan hệ giữa đường kính tán cây với đường kính thân cây

Tán cây là bộ phận quyết định đến sinh trưởng, tăng trưởng cây rừng, là chỉ tiêu quan trọng để xác định không gian dinh dưỡng của từng cây riêng lẻ. Các tác giả Zieger; Erich (1928), Cromer. O.A.N; Ahken .J.D (1948), Itvessalo; yrjo (1950), Heinsdifh.D (1953), Feree, Miller.J (1953), Hollerwoger.F (1954), … đều khẳng định có mối quan hệ mật thiết giữa đường kính tán và đường kính ngang ngực. Tuỳ theo loài cây và điều kiện khác nhau, mối liên hệ này thể hiện khác nhau, nhưng phổ biến nhất là dạng đường thẳng bậc nhất (theo Hoàng Văn Dưỡng (2001) [5]):

Dt = a + b.D1,3 (1.28)

1.1.2. Nghiên cứu sinh trưởng và tăng trưởng

Nghiên cứu sinh trưởng cây rừng đã được đề cập từ thế kỷ XVIII. Về lĩnh vực này phải kể đến các tác giả như: Oettlt, G. Baur, Borggreve, Breymann, H. Cotta, Draudt, M. Hartig, E. Weise, H. Thomasius.... Nhìn chung những nghiên cứu về sinh trưởng của cây rừng, lâm phần, được xây dựng thành các mô hình toán học và được công bố trong các công trình nghiên cứu của Meyer, H.A và D.D Stevenson (1943), Schumacher, F.X và

Coil, T.X (1960), Alder (1980), Clutter, J, L; Allison, B.J (1973).... (theo Hoàng Văn Dưỡng (2001) [5]).

Có thể khái quát quá trình phát triển của môn khoa học tăng trưởng, sản lượng rừng thành 2 phương hướng:

- Đo đạc lặp lại nhiều năm các chỉ tiêu sinh trưởng trong các ô định vị đại diện cho các lâm phần nghiên cứu để biết cả quá trình phát sinh, phát triển, già cỗi và tiêu vong. Phương hướng này đòi hỏi quá nhiều thời gian nên sau này được cải tiến bằng cách lựa chọn những lâm phần có cùng hoàn cảnh sinh trưởng nhưng khác nhau về tuổi gọi là nằm trong một “dãy phát triển tự nhiên”.

- Giải tích thân cây đại diện mỗi lâm phần khác nhau về các nhân tố cần

nghiên cứu, để có số liệu tăng trưởng đầy đủ từ khi bắt đầu trồng hoặc tái sinh.

Sau đó áp dụng kỹ thuật phân tích thống kê toán học, phân tích tương quan và hồi quy để xác định sản lượng gỗ của lâm phần. Trên thế giới số lượng các hàm toán học mô tả quá trình sinh trưởng cũng rất phong phú như hàm: Gompertz (1825), Verhulst (1845), Mitscherlich (1919), Kovessi (1929),

Petterson (1929), Levacovic (1935), Korsun (1935), Peshel (1938), Korf

(1930), Verkbulet (1952), Michailov (1953), Drakin (1957), Richards (1959),

Thomasius (1965), Simes (1966), Sless(1970), Sloboda (1971), Schumacher (1980). Hàm sinh trưởng là mô hình sinh trưởng đơn giản nhất mô tả quá trình sinh trưởng của cây rừng cũng như lâm phần. Dựa vào hàm sinh trưởng có thể biết trước được giá trị lớn nhất của đại lượng sinh trưởng ở tuổi cuối cùng và tính trước được tốc độ sinh trưởng cực đại [19].

Có thể coi sinh trưởng rừng và cây rừng là một hàm phụ thuộc nhiều biến số, tuổi (A), các điều kiện sinh thái (Sti) và các biện pháp kinh doanh tác động của con người (TĐs)…

Y = f (A, STi, TĐs…) (1.29)

Nếu coi điều kiện sinh thái biện pháp kinh doanh tác động tương đối đồng nhất thì điều kiện sinh trưởng của rừng và cây rừng là một hàm số theo tuổi [12]:

Y = f (A) (1.30)

Trong lịch sử phát triển môn sản lượng rừng, những hàm sinh trưởng dạng (1.30) được nghiên cứu nhiều, bắt đầu từ hàm Gompertz (1825):

(c.A)

Y = m. e(b.e )

Trong đó: Y: hàm sinh trưởng của nhân tố điều tra

A: tuổi cây hay tuổi rừng

m,b,c: những tham số của phương trình

(1.31)

Sau đó là các hàm sinh trưởng của các tác giả như: Korsun-Assmann Frane, Schumacher, Korf, v.v.. G. Wenk (1973) đã tổng hợp những đặc điểm của các hàm sinh trưởng (Y), tăng trưởng bình quân Y/A, hàm tăng trưởng thường xuyên (hay gọi là hàm tốc độ sinh trưởng) và hàm suất tăng trưởng (hay gọi là hàm tốc độ sinh trưởng tương đối) (P = W = Y’/Y) cũng như mối liên hệ giữa chúng (theo Vũ Thành Nam (2006) [21]).

Nói chung các hàm dùng để mô phỏng quy luật sinh trưởng đều có dạng phức tạp, biểu diễn quá trình sinh học phức tạp của cây rừng hoặc lâm phần, dưới sự chi phối tổng hợp của các nhân tố nội tại và ngoại cảnh. Song một hàm sinh trưởng phải phản ánh trung thực quá trình sinh trưởng của cây rừng hay lâm phần, dễ dàng xác định các tham số, các tham số phải có ý nghĩa và được giải thích rõ ràng.

1.1.3. Nghiên cứu hình dạng thân cây

Thân cây rừng là một khối lập thể và trong thực tiễn cũng đã gặp nhiều trường hợp các cây rừng có kích thước cơ bản giống nhau (cùng chiều cao và cùng đường kính lấy ở vị trí quy chuẩn nào đó, ví dụ ở cách gốc cây 1,3m), song thể tích của chúng lại rất khác nhau. Sự khác biệt này cũng do hình dạng thân cây khác nhau gây nên. Vì vậy có thể nói: “Trong mối liên hệ nhất định giữa chiều cao với đường kính, hình dạng trở thành nhân tố quyết định thể tích thân cây rừng”. Sở dĩ mỗi thân cây rừng có một nét dáng riêng là do trong quá trình sinh trưởng và phát triển, cây rừng chịu tác động tổng hợp của nhiều yếu tố nội tại và ngoại cảnh.

- Về hình dạng tiết diện ngang thân cây, rất nhiều các tác giả như: X.R. Oxetrov, I.IA. Đobrovlianxki, H.Beckman, B.Matem, H.E. Wolff, O. Wiilfing… đã đi tìm sai số tương đối khi tính diện tích tiết diện ngang bằng những công thức đơn giản rồi từ đó rút ra các kết luận cần thiết, cụ thể [11]:

+ Sai số tương đối khi tính tiết diện ngang phụ thuộc vào cách đo đường kính, công thức tính toán và loài cây có độ nhẵn của vỏ khác nhau.

+ Trong khoa học đo cây có thể coi tiết diện ngang thân cây là hình tròn với đường kính bằng trị số bình quân của hai đường kính đo ở vị trí bất kỳ vuông góc với nhau trên tiết diện đó.

- Về hình dạng tiết diện dọc thân cây được nhiều tác giả quan tâm và kết quả đạt được cũng rất phong phú, đa dạng [11]:

+ Một số tác giả như: A.Shiffel (1899-1902), W.Hohenadl (1922- 1923), N.V.Tretiakov (1952) nghiên cứu hình dạng tiết diện dọc bằng cách trực tiếp biểu thị hình dạng thân cây thông qua việc so sánh đường kính đo ở các vị trí khác nhau trên thân cây với một đường kính lấy ở vị trí nào đó trên phần gốc cây làm chuẩn.