CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Tổng quan về nghiên cứu bảng biểu điều tra rừng Bảng biểu điều tra là công cụ đắc lực phục vụ quản lý kinh doanh rừng. Ở các nước phát triển có nền sản xuất lâm nghiệp thương mại hóa lâu đời, bảng biểu điều tra như biểu thể tích, biểu sản lượng đã được xây dựng từ thế kỷ 19 (Đồng Sỹ Hiền [6]; Vũ Tiến Hinh và Phạm Ngọc Giao[9]; Avery và Burkhart [33]; Husch et al.
Cho đến nay, ở nhiều nước trên thế giới, hệ thống các bảng biểu điều tra đã được hoàn thiện và chuyển tải lên các phần mềm quản lý dữ liệu để phục vụ công tác điều tra kinh doanh, dự báo sản lượng, lập kế hoạch quản lý rừng cho các loài cây rừng trồng. Alexe (2008) đã tổng hợp và giới thiệu các kết quả về khoa học điều tra và sản lượng rừng của 93 nước trong bộ sách lớn “Worldwide Forest Mensuration History”, trong đó nêu cụ thể thành tựu của từng nước về các vấn đề: 1) biểu thể tích và hình dạng cây; 2) sinh trưởng cây cá lẻ; 3) đánh giá cấp đất; 4) cấu trúc rừng; 5) sinh trưởng và sản lượng; 6) khối lượng thương phẩm và sinh khối; 7) nghiên cứu vòng năm và giải tích cây; 8) điều tra rừng của 93 nước trên thế giới. Biểu thể tích và hình dạng Biểu thể tích được xây dựng và sử dụng từ những thập niên đầu của thế kỷ 19 ở nhiều nước châu Âu như Pháp, Đức (Van Laar và Akca [47]). Các biểu đầu tiên này chỉ ra ước tính về thể tích của cây cá lẻ từ kích thước của nó thông qua đo đếm, tính toán thực tiễn.
Đến đầu thế kỷ 20, những phương trình thể tích đầu tiên được xây dựng thông qua quan hệ giữa thể tích và đường kính cây (Van Laar và Akca [47]). Từ đó trở đi, khoa học xây dựng các bảng biểu điều tra rừng phát triển mạnh ở các nước có nền lâm nghiệp phát triển, n 4 đặc biệt là Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Phi và Châu Á ( Van Laar và Akca [47]; Vũ Tiến Hinh và Phạm Ngọc Giao [9]) Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học máy tính và trình độ quản lý, để nâng cao độ chính xác, việc tính toán thể tích cây và lâm phần chủ yếu qua phương trình thể tích. Số liệu đo đếm điều tra cây, lâm phần được nạp vào các phần mềm ứng dụng đã có phương trình thể tích của các loài cần tính, từ đó tính được thể tích nhanh chóng và chính xác (Avery và Burkhart [33]; Husch et al. Biểu sản phẩm và thương phẩm Biểu sản phẩm là loại biểu ghi thể tích thân cây và các loại sản phẩm có thể lấy được ở cây bình quân theo từng đơn vị kích thước và hình dạng.
Khi trong biểu ghi tỷ lệ % trữ lượng từng loại sản phẩm so với trữ lượng lâm phần theo một nhân tố điều tra nào đó (như đường kính và chiều cao bình quân) thì biểu gọi là biểu thương phẩm hay biểu tỷ suất sản phẩm (Vũ Tiến Hinh và Phạm Ngọc Giao [9]). Trên thế giới, để xác định thể tích sản phẩm, người ta thường dựa theo các phương pháp sau: - Xác định tỷ lệ thể tích thương phẩm với tổng thể tích cây. - Xác định thể tích thương phẩm trực tiếp thông qua phương trình quan hệ. Biểu khối lượng thương phẩm và sinh khối Sinh khối cây gồm các tất bộ phận của nó có ý nghĩa như là nguồn lưu trữ các bon, trong khi khối lượng thương phẩm thân cây và cành lớn lại là nhân tố cần phải xác định cho công nghiệp gỗ dăm, giấy.
Biểu khối lượng thương phẩm gỗ dăm/ giấy thường dùng để tra khối lượng thương phẩm gỗ khô tự nhiên (air – dry), tuy nhiên cũng có một số biểu xây dựng để tra cứu gỗ tươi hoặc gỗ khô hoàn toàn (sau khi sấy) (Husch et al. Để xây dựng n 5 biểu khối lượng thương phẩm và sinh khối theo Husch et al. [37] và Avery và Bukhart [33], có 2 cách thông dụng nhất: - Xây dựng phương trình khối lượng thương phẩm/ sinh khối -Xác định khối lượng thương phẩm từ chuyển đổi biểu thể tích 1. Nghiên cứu sinh trưởng Theo Pretzsch ( [41], [42]), 3 mối quan hệ cơ bản để xây dựng nên biểu sản lượng, đó là: 1) Chiều cao lâm phần = f (tuổi lâm phần) 2) Tổng trữ lượng lâm phần = f (chiều cao lâm phần) 3) Tổng trữ lượng lâm phần = f (tuổi lâm phần) Cũng chính bởi vì chiều cao là một trong những đại lượng tốt nhất phản ánh sức sản xuất của lập địa cho một loài cây cụ thể nào đó, nên nó được sử dụng để phân chia cấp đất - cấp năng suất.
Các hàm sinh trưởng thông dụng và phù hợp nhất cho mô phỏng sinh trưởng rừng, cây rừng được cho ở dưới đây (Zeide [50]) Hossfeld IV: y = t c /(b + t c / a) (1.1) Gompertz: y = ae −be − bt (1.9) Korf: y = ae −bt −c (1.11) − ct d Sloboda: y = ae − bc (1.12) Trong đó y = biến cây hoặc lâm phần (chiều cao, đường kính hoặc thể tích); t = tuổi; y’ = tăng trưởng; a, b, c và d = các tham số của phương trình; ln = hàm logarit tự nhiên. Phương pháp xây dựng mô hình sinh trưởng, sản lượng trên thế giới đã được giới thiệu chi tiết ở nhiều giáo trình sản lượng rừng trên thế giới cũng như ở Việt Nam (Alder [30]; Amaro et al [31]; Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh [20]; Pretzsch [41], [42]; Vũ Tiến Hinh [12]). Biểu cấp đất Nhân tố đánh giá cấp đất: Theo Alder [30], Vanclay [48], Pretzsch [42], cấp đất – biểu thị sức sản xuất của lập địa có thể được đánh giá bằng các phương pháp: 1) dựa vào các nhân tố lập địa; 2) dựa vào các yếu tố thực bì (thực vật) và 3) dựa vào các yếu tố trung gian. Biểu sản lượng Biểu sản lượng rừng đầu tiên đã được xây dựng từ cuối thế kỷ 18 ở Đức, theo Pretzsch (2001, 2009), cho đến nay đã có 04 thế hệ biểu sản lượng (Pretzsch [41]; Pretzsch et al.
Hartig (1795), Heyer (1852), Hundeshagen (1825) và Judeich (1871), các biểu được xây dựng dựa trên số lượng có hạn về số liệu, biểu sản lượng chỉ gồm những thông tin sinh trưởng cơ bản nhất của lâm phần và có rất ít các mô tả lâm sinh về mật độ trồng, chế độ tỉa thưa… Việc áp dụng các biểu sản lượng này vào thực tiễn làm nảy sinh rất n 7 nhiều sai số. Để giải quyết những khoảng trống này, một hệ thống các ô tiêu chuẩn định vị lớn đã được thiết lập ở Đức và sau này nhiều nước châu châu Âu khác. Thế hệ thứ hai: Thế hệ biểu sản lượng thứ hai bắt đầu từ cuối thế kỷ 19 cho đến những năm 1950 của thế kỷ 20, với các đại diện tiêu biểu như Weise (1880), von Guttenberg (1915), Zimmerle (1952), Vanselow (1951), Krenn (1946), Grundner (1913), Schwappach (1893), Wiedemann, (1932) và Schober (1967), đặc điểm của thế hệ biểu sản lượng này là được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm vững chắc – với các thí nghiệm về biện pháp kỹ thuật lâm sinh (tỉa thưa) được đo đếm lâu dài. Tuy nhiên, việc sử dụng biểu sản lượng này bị giới hạn trong phạm vi rừng của các khu vực có ô đo đếm định vị.
Thế hệ thứ ba: Được bắt đầu từ Gehrhardt (1909, 1923), là thế hệ biểu sản lượng được xây dựng từ sử dụng số liệu thực nghiệm kết hợp với nguyên lý lý thuyết (VD: phương trình sinh trưởng) và các nguyên lý sinh trắc học. Hạt nhân cơ bản của phương pháp là xây dựng một hệ thống các phương trình chức năng trên cơ sở số liệu đủ lớn nhằm mô phỏng tốt nhất có thể các qui luật sinh trưởng tự nhiên để từ đó dự đoán cấp đất và sản lượng. Các tác giả tiêu biểu là Assmann và Franz (1963), Hamilton and Christie (1973, 1974), Vuokila (1966), Schmidt (1971) và Lembcke et al. Thế hệ biểu này có nhiều tiến bộ hơn so với hai thế hệ trên, nhưng về cơ bản việc dự đoán sản lượng, cấp đất cũng như “đầu ra” các biện pháp lâm sinh vẫn dựa vào qui luật được mô phỏng từ nguồn số liệu thực nghiệm nên độ linh hoạt của biểu không lớn.
Thế hệ thứ 4: Với các đại diện tiêu biểu như Franz (1968), Hoyer (1975), Hradetzky (1972), Bruce et al. (1977) và Curtis et al. Các biểu thuộc thế hệ này mô phỏng quá trình phát triển lâm phần từ các điều n 8 kiện gây trồng khác nhau ví dụ như điều kiện lập địa, mật độ, chế độ chăm sóc. Tất cả các thông tin đã có về sinh trưởng, sản lượng rừng có liên quan được tổng hợp trong một mô hình sinh trắc học phức tạp để từ đó mô phỏng sự phát triển của lâm phần và đưa ra tất cả những kịch bản lâm sinh có thể có và từ đó đưa ra các biểu sản lượng tương ứng.
Thế hệ biểu sản lượng thứ 4 là thế hệ tiên tiến nhất, nhưng đòi hỏi kiến thức chuyên gia về sinh trưởng, sản lượng, sinh thái rừng và sự thành thạo về toán học và khoa học máy tính – mà năng lực của nhiều nước đang phát triển chưa đáp ứng được, đặc biệt là trên phạm vi sản xuất, quản lý. Vì vậy, xây dựng biểu sản lượng thuộc thế hệ thứ ba vẫn còn phổ biến và đang được áp dụng ở nhiều nước đang phát triển trên thế giới. Phương pháp kiểm tra bảng biểu Phương pháp kiểm tra và lựa chọn mô hình sinh trưởng và tương quan: Phương pháp lựa chọn mô hình trong nghiên cứu sinh học thực nghiệm và sinh thái đã có những thay đổi căn bản trong khoảng ba thập niên trở lại đây. Trong đó, không những chỉ sử dụng các tiêu chuẩn thống kê tiêu chuẩn truyền thống như có hệ số tương quan cao, sai số nhỏ, không có sai số hệ thống, phù hợp với đặc điểm sinh học của đối tượng được mô phỏng.
mà còn nhiều tiêu chuẩn khác được đề xuất và chứng minh là cần thiết trong lựa chọn mô hình. Để lựa chọn được mô hình phù hợp nhất trong nghiên cứu sinh trưởng, sinh thái rừng cần rất nhiều bước kiểm tra, đánh giá khác nhau, trong đó có 5 điểm cơ bản nhất (Monserud [40]; Vanclay và Skovsgaard [49]): 1) Kiểm tra tính logic và sự phù hợp với đặc điểm sinh học của mô hình; 2) Kiểm tra các tiêu chuẩn thống kê (VD: giả định sai số của mô hình có phân bố chuẩn với trung bình = 0); 3) Xem xét đặc điểm sai số của mô hình (VD: có sai số hệ thống không? phân bố của sai số.