Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nghiên cứu về lập bảng biểu điều tra rừng trên thế giới Nghiên cứu sinh trưởng, năng suất rừng là nội dung chính của môn điều tra và sản lượng rừng (Growth an yield study). Bộ môn khoa học này ra đời từ giữa thế kỷ XVIII, gắn liền với tên tuổi của Oettelt (1765) và Paulsen (1787). Vào thời điểm đó những nhu cầu về buôn bán gỗ, rừng dẫn tới sự ra đời của môn khoa học này.
Trong giai đoạn phát triển đầu tiên, sản lượng rừng chưa gắn với những quan điểm sinh thái học. Việc nghiên cứu trên dần dần mới hoàn thiện và phát triển thêm những bước mới (Trịnh Đức Huy, 1988) [19]. Bảng biểu điều tra rừng ngày nay đã có những bước tiến rất quan trọng trong việc ứng dụng vào việc kinh doanh rừng. Việc ứng dụng các bảng biểu: thể tích, thương phẩm, biểu cấp đất… vào kinh doanh rừng là một công cụ đắc lực khó có thể thay thế được trong các hoạt động sản xuất lâm nghiệp bởi tính tiện lợi cũng như khoa học của nó trong tính toán.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ phần mềm, các tính toán của bảng biểu điều tra đã được lập trình nhằm tính toán nhanh hơn, sử dụng tiện lợi hơn; các thông số, chỉ tiêu cần tính toán được xây dựng nhằm phát huy tối đa vai trò của nó trong sản xuất lâm nghiệp (Vũ Tiến Hinh, 2003) [16]. 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 hoá lâu đời, bảng biểu điều tra như biểu thể tích, biểu sản lượng đã được xây dựng từ thế kỷ 19. 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 n 3 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 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 & Akca, 2007) [52]. Tuy nhiên, bảng biểu giai đoạn này mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu những cây cá lẻ bằng thực nghiệm tính toán trực tiếp. Các nghiên cứu đó dần dần được hoàn thiện đến đầu thế kỷ XX, nhiều tác giả đã vận dụng hàm toán học vào việc tính toán biểu thể tích dựa vào tương quan giữa đường kính và thể tích (Van Laar & Akca, 2007) [52].
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, đặc biệt là Châu Âu (Van Laar & Akca, 2007 [52]; Vũ Tiến Hinh và Phạm Ngọc Giao, 1997) [13]. Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính, các nhà nghiên cứu sản lượng đã xây dựng phần mềm máy tính thành chương trình để lập biểu thể tích cho nhiều loài cây (Avery & Burkhart, 1994; Husch et al. Đây là những tiến bộ vượt bậc trong việc nghiên cứu lập biểu thể tích, việc sử dụng phần mềm máy tính giúp cho việc tính toán được chính xác hơn, tiện lợi hơn so với các loại bảng biểu cũ. Biểu cấp đất Trong lĩnh vực sản lượng rừng, cấp đất được coi là một chỉ tiêu để so sánh và đánh giá sức sản xuất của các lâm phần.
Trên thế giới, trải qua một thời gian dài hình thành và phát triển, cấp đất được xây dựng theo nhiều quan điểm khác nhau. Đầu tiên, người ta nghiên cứu tìm những nhân tố có tính chất nguyên nhân n 4 chủ đạo, ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình sinh trưởng của cây rừng như: khí hậu, địa hình, đất…Các nhân tố sinh thái luôn luôn tác động và ảnh hưởng tổng hợp đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rừng, hơn nữa việc tiến hành nghiên cứu xác định các nhân tố đó hết sức khó khăn, đòi hỏi phải có quá trình theo dõi lâu dài và liên tục mà kết quả chưa chắc đã phản ánh quy luật sinh trưởng và phát triển của rừng. Vì vậy, cho dù có xác định được nhân tố chủ đạo, thì nhân tố này lại chịu tác động qua lại một cách tổng hợp với các nhân tố khác mà qua đó tác động đến rừng. Lại có quan điểm cho rằng, cấp đất là chỉ tiêu biểu thị cho mức độ tốt xấu của đất, tức là chỉ đơn thuần dựa vào những tính chất lý, hóa của đất.
Các hiểu này chỉ phù hợp với quan điểm phân chia cấp đất dựa trên điều kiện lập địa. Nếu hiểu cấp đất theo cách này thì cấp đất đồng nghĩa với điều kiện lập địa hoặc độ phì như trong lĩnh vực đất rừng thì lại gặp phải những hạn chế như đã nêu ở trên. Tiếp theo, là hướng tìm ra hệ quả của sự tác động tổng hợp của các nhân tố hoàn cảnh, tức là dùng kết quả phản ánh nguyên nhân. Cụ thể căn cứ và trị số sản lượng và các chỉ tiêu có quan hệ chặt chẽ với sản lượng để phân chia sức sản xuất của lâm phần như trữ lượng, tăng trưởng trữ lượng…Hướng nghiên cứu này tỏ ra có hiệu quả và được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và sử dụng.
Cho đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về sinh trưởng, phân chia cấp đất làm cơ sở cho việc xây dựng các biểu quá trình sinh trưởng với những mô hình toán học chặt chẽ, song mới tập trung vào đối tượng rừng trồng thuần loài đồng tuổi. Nội dung chính của việc phân chia cấp đất là xác định nhân tố biểu thị cấp đất và mối quan hệ của nó với tuổi, đồng thời có quan hệ mật thiết với trữ lượng lâm phần, ít chịu ảnh hưởng của biện pháp tỉa thưa trong quá trình nuôi dưỡng rừng. Qua nghiên cứu nhiều tác giả đã khẳng định: chiều cao của lâm phần ở một tuổi xác định là chỉ tiêu biểu thị tốt cho sức sản xuất của lâm phần. n 5 Tại các nước châu Á, châu Phi, người ta thường sử dụng chiều cao bình quân tầng ưu thế (ho, h100, h200) ở tuổi nhất định để phân chia cấp đất.
Theo Alder (1980) [35] thì đối với rừng đơn giản vùng nhiệt đới, đôi khi chiều cao ưu thế không phải là chỉ tiêu thích hợp để phân chia cấp đất. Trường hợp này thường xuất hiện ở những lâm phần non của các loài cây sinh trưởng nhanh và những loài cây có biến động mạnh về sinh trưởng chiều cao, với chu kỳ kinh doanh ngắn và không qua tỉa thưa thì chiều cao bình quân Hg lại là chỉ tiêu thích hợp. Khi xác định mô hình sinh trưởng chiều cao theo tuổi để ứng dụng và lập biểu cấp đất, người ta thường sử dụng các hàm sinh trưởng để mô tả quy luật sinh trưởng chiều cao theo tuổi của lâm phần. Hàm sinh trưởng là mô hình sinh trưởng đơn giản nhất được sử dụng để mô tả quá trình sinh trưởng của cây rừng cũng như lâm phần.
Dựa vào hàm sinh trưởng có thể tính trước được giá trị lớn nhất của đại lượng sinh trưởng ở tuổi cuối cùng và có thể tính trước được tốc độ sinh trưởng cực đại. Marshall cũng như nhiều tác giả khẳng định rằng quy luật sinh trưởng chiều cao của mỗi loài cây ở các vùng khác nhau có sự khác biệt rõ nét. Từ đó ứng với một kiểu sinh trưởng chiều cao, cần xác lập một hệ thống cấp đất tương ứng. Như vậy, ứng với một hệ thống cấp đất cần thiết phải thiết lập một phương trình sinh trưởng chung, đại diện cho sinh trưởng chiều cao bình quân.
Từ phương trình này phân thành các đường cong sinh trưởng khác nhau gọi là đường cong chỉ thị cấp đất. Để xác lập đường cong cấp đất có thể bằng phương pháp biểu đồ hoặc phương pháp hồi quy. Phương pháp biểu đồ mặc dù độ chính xác không cao, nhưng đơn giản, nhanh chóng phân chia cấp đất cho đối tượng nào đó ngoài thực tế. Do vậy, phương pháp này phù hợp cho công tác điều tra nhanh ngoài thực địa và nó còn được sử dụng để sơ bộ phân đối tượng nghiên cứu thành các cấp đất khác nhau làm đơn vị tập hợp số liệu phục vụ cho việc xác lập đường cong cấp đất theo phương pháp hồi quy.
n 6 Phương pháp hồi quy có ưu điểm là hoàn toàn khách quan, các đường cong được xác lập có độ chính xác cao nhưng số liệu không đòi hỏi lớn. Độ chính xác của phương pháp chủ yếu phụ thuộc vào mức độ phù hợp của mô hình toán học, cũng như độ chính xác khi ước lượng các tham số của mô hình. Theo tổng hợp kết quả nghiên cứu ở các nước vùng nhiệt đới, tổ chức Nông lương Thế giới (FAO, 2004) đã chỉ ra rằng, khả năng sinh trưởng của rừng trồng (đặc biệt là rừng trồng nguyên liệu công nghiệp) phụ thuộc rất rõ vào 4 nhân tố chủ yếu liên quan tới điều kiện lập địa đó là: Khí hậu, địa hình, loại đất và hiện trạng thực bì, điển hình là các công trình nghiên cứu của Julian Evans (1974 [37]). Theo Alder 1980 [35], Vanclay 1999 [53], 2007 [54], Pretzcsch 2009 [47), cấp đất – biểu thị sức sản xuất của lập địa có thể được đánh giá bằng những 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. Theo Cajender 1962, việc phân loại đánh giá rừng bằng chỉ tiêu cấp đất do Huber thực hiện lần đầu tiên ở nước Đức năm 1824.
Đến đầu thế kỷ XX, phương pháp này được phổ biến rộng rãi ở châu Âu, rồi lan truyền sang Bắc Mỹ. Phương pháp được đánh giá đơn giản và hiệu quả. Từ khi Eichhorn 1904 phát hiện ra quy luật “ Trữ lượng rừng là một hàm số của chiều cao bình quân lâm phần”, thì phương pháp phân chia cấp đất được củng cố cơ sở lý luận bền vững và chắc chắn (theo Assmann.