Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Sinh trưởng cây rừng và lâm phần là trọng tâm của sản lượng rừng và là vấn đề có tính chất nền tảng để nghiên cứu các phương pháp dự đoán sản lượng cũng như hệ thống các biện pháp tác động nhằm nâng cao năng suất của rừng. Có nhiều hướng, nhiều phương pháp khác nhau khi nghiên cứu các quy luật cấu trúc của lâm phần. Ở châu Âu vào cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, vấn đề quy luật phân bố số cây ổn định theo tần số và tần suất ở các cỡ tự nhiên về đường kính, chiều cao, thể tích… đã được nhiều tác giả công bố. Định hướng nghiên cứu cấu trúc đã được các nhà khoa học khái quát lại dưới dạng các mô hình toán học từ đơn giản đến phức tạp nhằm định lượng hóa các quy luật của tự nhiên, nhờ đó đã giải quyết được nhiều vấn đề trong kinh doanh rừng.
Ngày nay, quy luật cấu trúc là cơ sở khoa học chủ yếu cho các phương pháp thống kê, dự đoán trữ lượng, sản lượng và tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật trong kinh doanh, điều chế rừng. Cho đến nay, trên thế giới cũng như trong nước đã có rất nhiều tác giả nghiên cứu về lĩnh vực này bằng các phương pháp và mục đích khác nhau. Trên thế giới 1. Nghiên cứu sinh trưởng, tăng trưởng.
Lịch sử nghiên cứu của môn sinh trưởng và sản lượng rừng bắt đầu từ thế kỷ XIX. Ở lĩnh vực này phải kể đến các tác giả như Baur, Towsky, Oettelt, Rauslen,…. Đầu tiên, các tác giả Phần Lan và Canada chỉ nghiên cứu những nhân tố chủ đạo tác động đến giá trị sinh trưởng của rừng như khí hậu, thổ nhưỡng, con người. Song chúng ta biết rừng có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của rừng.
Các nhân tố này có tác động qua lại 4 một cách tổng hợp với các nhân tố khác. Do đó, đi theo hướng này người ta đã không đạt được những kết quả thích đáng. Sau đó, các nghiên cứu của các tác giả phần lớn được xác định thành các mô hình toán học chặt chẽ và được nghiên cứu trong các công trình của Mayer, H. Nghiên cứu quy luật cấu trúc lâm phần Việc nghiên cứu quy luật cấu trúc là để tìm ra các dạng cấu trúc phổ biến nhất và các dạng tối ưu theo quan điểm kinh tế, nghĩa là cấu trúc cho năng suất gỗ cao nhất, chất lượng gỗ phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng gỗ và bảo vệ môi trường.
Trên cơ sở nghiên cứu các quy luật cấu trúc cùng với sự phát triển của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật các nhà khoa học đã thu được nhiều thành tựu khả quan khi nghiên cứu vấn đề này. Nghiên cứu quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính. Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính (N/D1.3) là một trong các chỉ tiêu quan trọng nhất của cấu trúc rừng và đã được nghiên cứu khá đầy đủ từ cuối thế kỷ trước. Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính được biểu thị khác nhau như phân bố thực nghiệm N/D1.3, phân bố số cây theo cỡ tự nhiên… và bằng phương pháp biểu đồ hay bằng phương pháp giải tích… Để nghiên cứu mô tả quy luật này, hầu hết các tác giả đã dùng phương pháp giải tích, tìm các phương trình toán học dưới nhiều dạng phân bố xác suất khác nhau.
Các công trình nghiên cứu tiêu biểu về lĩnh vực này có thể kể đến các công trình sau: Balley (1973) sử dụng hàm Weibull, Schiffel (theo Phạm Ngọc Giao (1995) [4]) biểu thị đường cong cộng dồn phần trăm số cây bằng đa thức bậc ba. Naslund (1936, 1937) (theo Phạm Ngọc Giao (1995) [4]), tác giả đã xác lập luật phân bố Charlier cho phân bố N/D1.3 của lâm phần thuần loài, đều tuổi sau khép tán.A (1964) tiếp cận phân bố này bằng phương trình chính thái. Drachenko, Svalov sử dụng phân bố Gramma khi biểu thị phân bố số cây theo đường kính lâm phần Thông ôn đới. Đặc biệt để tăng cường tính mềm dẻo, một số tác giả thường hay sử dụng các họ hàm khác nhau, Loetsch (theo Phạm Ngọc Giao (1995) [4]) dùng họ hàm Bêta.
Ngoài ra các tác giả còn dùng một số hàm khác để tiếp cận (biểu thị) các phân bố kinh nghiệm của số cây theo đường kính N/D1.3 như: hàm Hyperbol, họ đường cong Pearson, họ đường cong Poisson, hàm Charlier (kiểu A), Charlier (kiểu B). Từ các mô hình toán học, các nhà khoa học đã nghiên cứu sự biến đổi của quy luật phân bố số cây theo thời gian mà Điều tra rừng gọi là động thái cấu trúc rừng.A (1964) xác lập giữa các tham số a, M, S của phân bố chuẩn Loogarit với đường kính bình quân theo dạng Loogarit hai chiều: lna = a0 + b0. K (1975) (theo Phạm Ngọc Giao (1995) [4]), 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 và chiều cao tầng trội đã khẳng định quan hệ giữa tham số Bêta với chiều cao tầng trội là chặt chẽ nhất. Trên cơ sở nghiên cứu, tác giả đã đề nghị mô hình xác định tham số Beeta cho phân bố N/D1.3 của lâm phần tỉa thưa như sau: β’ = a0 + a1.4) Với β’ : tham số phân bố Gamma sau tỉa thưa β : tham số phân bố Gamma trước tỉa thưa 6 n : tỷ lệ phần trăm số cây tỉa thưa Lembeke, Knapp và Dittima (theo Phạm Ngọc Giao (1995) [6]), sử dụng phân bố Gamma với các tham số thông qua các phương trình biểu thị mối tương quan giữa tuổi và chiều cao tầng trội như sau: 1 1 b = a 0 + a1 .J (1973) dùng đường kính bình quân cộng, sai tiêu chuẩn đường kính và đường kính nhỏ nhất để tính các tham số của phân bố Weibull với giả thiết các đại lượng này có quan hệ với tuổi, mật độ lâm phần.
Tóm lại, nghiên cứu định lượng cấu trúc N/D1.3, các tác giả có xu hướng dựa vào dãy tần số lý thuyết để mô tả phân bố N/D 1.3 và ứng dụng của nó. Đồng thời, bằng phương pháp giải tích các tác giả đã lựa chọn được nhiều hàm toán học để mô phỏng quy luật cấu trúc thích hợp trên. Những kết quả nghiên cứu định lượng trên là những cơ sở quan trọng cho việc vận dụng vào nghiên cứu đối tượng Keo lai hiện nay mà đề tài đã lựa chọn. Nghiên cứu quy luật phân bố số cây theo cỡ chiều cao.
Nhiều tác giả đã quan tâm nghiên cứu quy luật này như: A.Shifell, Tromson, Meyer, Weibull, Molotkovai (1964). Cũng từ nghiên cứu của Hengster cho thấy phân bố chiều cao ảnh hưởng bởi tuổi, điều kiện lập địa và chế độ nuôi dưỡng. Nhìn chung, các tác giả trên thế giới đều tập trung nghiên cứu phân bố chiều cao cho đối tượng rừng thuần loài đều tuổi và đi đến kết luận chung là: - Đường cong phân bố có dạng một đỉnh tiệm cận phân bố chuẩn, thường lệch phải. 7 - Về biến động chiều cao 10-20% và trung bình là 14%; biến động chiều cao trong cỡ kính vào khoảng 8%.
Nghiên cứu quy luật tương quan giữa chiều cao với đường kính thân cây Đây cũng là một trong những quy luật cơ bản và quan trọng trong hệ thống các quy luật cấu trúc lâm phần và được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu.I (1930) (theo Phạm Ngọc Giao (1995) [4]), lấy cấp đất làm cơ sở để nghiên cứu quan hệ Hvn/D1. Mỗi cấp đất tác giả xác lập một đường cong chiều cao bình quân ứng với mỗi cỡ kính để có dãy tương quan cho loài và cho cấp chiều cao. Sau đó dùng phương pháp biểu đồ để nắn dãy tương quan theo dạng đường thẳng của Gehrhardt và Kopetxki: Hg = a + b.8) Krauter G (1958) và Tiourin A.V (1931) (theo Phạm Ngọc Giao (1995) [6]) nghiên cứu tương quan giữa chiều cao với đường kính ngang ngực dựa trên cơ sở cấp đất và cấp tuổi. Kết quả cho thấy: “Khi dãy phân hóa thành các cấp chiều cao thì mối quan hệ này không cần xét đến cấp đất hay cấp tuổi, cũng không cần xem xét đến tác động của hoàn cảnh và 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 đường kính và chiều cao trong quan hệ đã bao hàm tác động của hoàn cảnh và tuổi.” Tiếp theo, nhiều tác giả dùng phương pháp giải tích toán học tìm ra những phương trình như: Naslund M (1929); Asmann E (1936); Hohenadl W (1936); Michailov F (1934, 1952); Prodan M (1944); Krenn K (1946); Meyer H.
đã đề nghị các dạng phương trình dưới đây: h = a + b1. (1995) (theo Nguyễn Trọng Bình (1996) [1]), đề xuất phương trình tương quan: 1 b a (1.3 d Sau này được Kennel R (1971) (theo Phạm Ngọc Giao (1995) [4]) ứng dụng các quan hệ này để lập biểu cấp chiều cao cho lâm phần. Khi nghiên cứu sự biến đổi theo tuổi của quan hệ giữa chiều cao với đường kính ngang ngực, Tiourin A.V (1972) đã rút ra kết luận: “Đường cong chiều cao thay đổi và luôn dịch chuyển lên phía trên khi tuổi tăng lên”. Kết luận này cũng được Vagui A.
Prodan M (1965) và Haller K.E (1973) cùng phát hiện ra quy luật: “Độ dốc đường cong chiều cao có chiều hướng giảm dần khi tuổi tăng lên”.O (1967) đã mô phỏng quan hệ chiều cao với đường kính và tuổi theo dạng phương trình: 1 1 1 Logh = d + b1. R (1971) cho rằng: Để mô phỏng động thái đường cong chiều cao lâm phần, trước hết tìm phương trình thích hợp mô tả quan hệ H vn với D1.3, sau đó xác lập mối quan hệ của các tham số theo tuổi. Như vậy, để biểu thị tương quan giữa chiều cao với đường kính thân cây có thể sử dụng nhiều dạng phương trình, việc sử dụng phương trình nào thích hợp nhất cho từng đối tượng thì chưa được nghiên cứu đầy đủ. Nhìn chung, 9 để biểu thị đường cong chiều cao, phương trình Parabol và phương trình Logarit được sử dụng nhiều hơn cả.
Nghiên cứu quan hệ giữa đường kính tán với đường kính ngang ngực Tán cây là bộ phận quyết định đến sinh trưởng, tăng trưởng của cây rừng; là chỉ tiêu quan trọng để xác định không gian dinh dưỡng của các cây riêng lẻ. Từ kết quả xác định không gian dinh dưỡng có thể xác định hệ số khép tán cho loài cây và lâm phần. Qua nghiên cứu nhiều tác giả đã đi đến kết luận, có mối quan hệ mật thiết giữa đường kính tán với đường kính thân cây như: Zieger, Erich (1928); Cromer O.