Nghiên cứu xây dựng hàm tăng trưởng đường kính cho các loài cây ưu thế trong rừng tự nhiên tại Kon Hà Nừng

• Tác giả: Nguyễn Hữu Đức
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Con
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Lâm Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Xây Dựng Hàm Tăng Trưởng Đường Kính Cho Các Loài Cây Ưu Thế Trong Rừng Tự Nhiên Lá Rộng Thường Xanh Tại Kon Hà Nừng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu tổng quát
• 2.2. Mục tiêu cụ thể
• 2.3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6. Vật liệu nghiên cứu
• 2.7. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Cấu trúc tổ thành và xác định các loài ưu thế
• 3.2. Cấu trúc tổ thành các ô tiêu chuẩn nghiên cứu
• 3.3. Lựa chọn các loài ưu thế để xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính
• 3.4. Mô hình tăng trưởng đường kính cho các loài ưu thế
• 3.5. Ước lượng đường kính tối đa theo vị thế tán PC
• 3.6. Ước lượng các tham số của mô hình tăng trưởng đường kính
• 3.7. Kiểm nghiệm các mô hình tăng trưởng đã lập
• KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về nghiên cứu hàm tăng trưởng đường kính cây rừng tự nhiên tại Kon Hà Nừng

Nghiên cứu hàm tăng trưởng đường kính cây rừng tự nhiên tại Kon Hà Nừng là một chủ đề quan trọng trong quản lý rừng bền vững. Rừng tự nhiên đang đối mặt với nhiều thách thức, từ việc giảm diện tích đến chất lượng rừng. Việc hiểu rõ về hàm tăng trưởng đường kính cây rừng giúp xác định các biện pháp quản lý hiệu quả hơn. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về tăng trưởng mà còn hỗ trợ trong việc dự báo tương lai của rừng.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu hàm tăng trưởng đường kính

Hàm tăng trưởng đường kính cây rừng tự nhiên có vai trò quan trọng trong việc xác định đường kính khai thác tối thiểu. Điều này giúp quản lý khai thác rừng một cách bền vững và hiệu quả hơn.

1.2. Đặc điểm rừng tự nhiên tại Kon Hà Nừng

Rừng tự nhiên tại Kon Hà Nừng có sự đa dạng sinh học cao với nhiều loài cây khác nhau. Điều này tạo ra những thách thức trong việc xây dựng mô hình tăng trưởng phù hợp cho từng loài cây.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hàm tăng trưởng cây rừng

Một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu hàm tăng trưởng đường kính cây rừng là sự phức tạp của các yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng. Các yếu tố như ánh sáng, độ ẩm, và cạnh tranh giữa các cây có thể làm thay đổi tốc độ tăng trưởng. Việc thiếu dữ liệu lâu dài cũng là một vấn đề lớn trong việc xây dựng mô hình chính xác.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng đường kính cây rừng

Các yếu tố như ánh sáng, độ ẩm và dinh dưỡng đều có ảnh hưởng lớn đến đường kính cây rừng tự nhiên. Sự cạnh tranh giữa các cây cũng làm giảm khả năng tăng trưởng của những cây yếu thế.

2.2. Thiếu dữ liệu và khó khăn trong mô hình hóa

Việc thiếu dữ liệu theo dõi lâu dài về tăng trưởng cây rừng làm cho việc xây dựng mô hình trở nên khó khăn. Các nghiên cứu trước đây thường chỉ tập trung vào một số loài cây nhất định, dẫn đến thiếu sót trong việc tổng quát hóa kết quả.

III. Phương pháp nghiên cứu hàm tăng trưởng đường kính cây rừng

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp thống kê và mô hình hóa để xây dựng hàm tăng trưởng cho các loài cây ưu thế. Các phương pháp này bao gồm việc thu thập dữ liệu từ các ô tiêu chuẩn và phân tích số liệu để xác định các tham số của mô hình. Việc áp dụng các mô hình sinh trưởng hiện đại giúp cải thiện độ chính xác trong dự đoán tăng trưởng.

3.1. Phương pháp thu thập dữ liệu

Dữ liệu được thu thập từ các ô tiêu chuẩn định vị, giúp theo dõi sự thay đổi của đường kính cây theo thời gian. Phương pháp này cho phép đánh giá chính xác hơn về tăng trưởng của từng loài cây.

3.2. Mô hình hóa hàm tăng trưởng

Mô hình hóa hàm tăng trưởng đường kính cây rừng được thực hiện thông qua các phương trình toán học. Các mô hình này giúp dự đoán tăng trưởng dựa trên các yếu tố như vị thế tán và điều kiện môi trường.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm tăng trưởng đường kính cây rừng tự nhiên tại Kon Hà Nừng có sự khác biệt rõ rệt giữa các loài cây. Những thông tin này có thể được áp dụng trong quản lý rừng, giúp xác định lượng khai thác bền vững và cải thiện chất lượng rừng. Việc áp dụng các mô hình sinh trưởng cũng giúp dự đoán chính xác hơn về tương lai của rừng.

4.1. Kết quả chính từ nghiên cứu

Nghiên cứu đã xác định được các tham số quan trọng của hàm tăng trưởng cho các loài cây ưu thế. Những kết quả này cung cấp cơ sở dữ liệu quý giá cho việc quản lý rừng bền vững.

4.2. Ứng dụng trong quản lý rừng

Thông tin từ nghiên cứu có thể được sử dụng để xây dựng các chính sách quản lý rừng hiệu quả hơn. Việc áp dụng các mô hình sinh trưởng giúp dự đoán chính xác hơn về lượng khai thác và bảo tồn tài nguyên rừng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu hàm tăng trưởng đường kính cây rừng tự nhiên tại Kon Hà Nừng mở ra nhiều triển vọng cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc hiểu rõ hơn về tăng trưởng cây rừng không chỉ giúp quản lý rừng hiệu quả mà còn góp phần bảo tồn đa dạng sinh học. Tương lai của nghiên cứu này cần tiếp tục được mở rộng để bao quát nhiều loài cây và điều kiện môi trường khác nhau.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc mở rộng mô hình cho nhiều loài cây khác nhau. Điều này sẽ giúp cải thiện độ chính xác trong dự đoán tăng trưởng và quản lý rừng.

5.2. Hướng đi mới trong nghiên cứu hàm tăng trưởng

Các nghiên cứu trong tương lai có thể áp dụng công nghệ mới như cảm biến và dữ liệu lớn để thu thập thông tin về tăng trưởng cây rừng. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng và độ chính xác của các mô hình sinh trưởng.

Tổng quan nghiên cứu

Rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Kon Hà Nừng, tỉnh Gia Lai, là một hệ sinh thái đa dạng với hơn 158 loài cây được ghi nhận trong khu vực nghiên cứu. Tăng trưởng đường kính của các loài cây ưu thế trong rừng này đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý bền vững tài nguyên rừng, đặc biệt trong bối cảnh rừng tự nhiên đang chịu áp lực khai thác và biến đổi môi trường. Mục tiêu chính của nghiên cứu là xây dựng hàm tăng trưởng đường kính cho các loài cây ưu thế, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc xác định đường kính khai thác tối thiểu và luân kỳ khai thác hợp lý. Nghiên cứu được thực hiện dựa trên số liệu đo đếm định kỳ trong 10 ô tiêu chuẩn định vị, mỗi ô có diện tích 1 ha, tại tiểu khu rừng thực nghiệm Kon Hà Nừng trong giai đoạn 2009-2014. Việc xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính không chỉ giúp dự báo sự phát triển của rừng mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch khai thác và bảo tồn rừng hiệu quả. Các chỉ số sinh trưởng được đánh giá dựa trên dữ liệu thực tế với dung lượng mẫu quan sát từ 100 cây trở lên cho 19 loài ưu thế, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao cho kết quả nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sinh trưởng rừng hỗn loài khác tuổi, trong đó tập trung vào mô hình cây cá thể (single tree models) để mô phỏng tăng trưởng đường kính. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết mô hình sinh trưởng đường kính: Tăng trưởng đường kính được mô hình hóa như một hàm số của đường kính hiện tại (DBH) và vị thế tán (PC), phản ánh ảnh hưởng của cạnh tranh ánh sáng và không gian sống đến sự phát triển của cây. Phương trình Beta biến đổi được sử dụng để mô phỏng tăng trưởng đường kính, với tham số Dmax đại diện cho đường kính tối đa của loài theo vị thế tán.

• Lý thuyết cấu trúc tổ thành và ưu thế loài: Sử dụng chỉ số tổ thành IV% để xác định các loài ưu thế trong rừng, dựa trên tỷ lệ số cây và tổng tiết diện ngang của từng loài. Các loài có IV% ≥ 5% được xem là có ý nghĩa sinh thái và được lựa chọn để xây dựng mô hình tăng trưởng.

Các khái niệm chính bao gồm: Đường kính ngang ngực (DBH), vị thế tán (PC) phân cấp từ 1 đến 5 theo Dawkins (1958), tăng trưởng đường kính bình quân năm (Zd), và đường kính tối đa (Dmax).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ 10 ô tiêu chuẩn định vị (100m x 100m) tại tiểu khu rừng thực nghiệm Kon Hà Nừng, với số liệu đo đếm hai lần vào năm 2009 và 2014. Tổng cộng có 4.898 cây thuộc 158 loài được đo, trong đó 19 loài có dung lượng mẫu quan sát ≥ 100 cây được chọn để xây dựng mô hình. Mỗi cây được đo đường kính ngang ngực (D1.3) với độ chính xác đến mm, chiều cao vút ngọn được đo bằng dụng cụ quang học, và vị thế tán được phân cấp theo tiêu chuẩn Dawkins.

Phương pháp phân tích sử dụng hồi quy tuyến tính đa biến để ước lượng các tham số mô hình tăng trưởng đường kính theo phương trình:

$$ \ln\left(\frac{DI}{(k + m \times PC) - DBH}\right) = a + b \times \ln(DBH) + c \times PC $$

trong đó DI là tăng trưởng đường kính, PC là vị thế tán, và k, m, a, b, c là các tham số cần ước lượng. Phần mềm SPSS được sử dụng để phân tích hồi quy với cỡ mẫu lớn, trong đó 85% số cây dùng để xây dựng mô hình và 15% còn lại dùng để kiểm nghiệm mô hình.

Các chỉ tiêu đánh giá mô hình bao gồm hệ số xác định R², chỉ số AIC, tổng bình phương phần dư (RSS) và biến động bình quân S% để đánh giá mức độ phù hợp và sai số giữa giá trị quan sát và dự đoán.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cấu trúc tổ thành và loài ưu thế: Trong 10 ô tiêu chuẩn, số loài có đường kính ≥ 10 cm dao động từ 69 đến 92 loài, với 1-5 loài có chỉ số IV% ≥ 5%, được xác định là loài ưu thế. Tổng số 19 loài có dung lượng mẫu quan sát ≥ 100 cây được lựa chọn để xây dựng mô hình tăng trưởng.

2. Ước lượng đường kính tối đa theo vị thế tán (PC): Mối tương quan giữa đường kính tối đa Dmax và vị thế tán PC rất chặt chẽ với hệ số xác định R² từ 0,804 đến 0,982, cho thấy vị thế tán là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kích thước tối đa của cây. Phương trình ước lượng Dmax theo dạng Dmax = k + m × PC được áp dụng thành công cho từng loài.

3. Mô hình tăng trưởng đường kính: Các tham số mô hình được ước lượng với mức ý nghĩa thống kê Sig < 0,05. Hệ số xác định R² dao động từ 0,038 đến 0,598, tuy thấp do dữ liệu đã được tuyến tính hóa, nhưng các chỉ số RSS, AIC và S% cho thấy mô hình phù hợp với dữ liệu thực tế. Biến động bình quân S% thấp nhất là 3,7% (loài Dẻ đỏ) và cao nhất là 15,7% (loài Cò ke), phần lớn các loài có sai số dưới 10%.

4. Kiểm nghiệm mô hình: Sử dụng 15% số cây không tham gia xây dựng mô hình để kiểm nghiệm, kết quả cho thấy sai số tương đối bình quân Δ% thấp, khẳng định độ chính xác và khả năng dự báo của mô hình tăng trưởng đường kính.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình tăng trưởng đường kính dựa trên đường kính hiện tại và vị thế tán là phù hợp với đặc điểm sinh trưởng của các loài cây ưu thế trong rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Kon Hà Nừng. Vị thế tán phản ánh mức độ cạnh tranh ánh sáng và không gian sống, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tăng trưởng của cây. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, mô hình này tương đồng với các kết quả của Vanclay (1994) và Nguyễn Thị Thu Hiền (2015), đồng thời khắc phục được hạn chế của các mô hình thuần loài đều tuổi khi áp dụng cho rừng hỗn loài khác tuổi.

Dữ liệu được thu thập định kỳ 5 năm một lần giúp phản ánh chính xác quá trình động thái rừng, bao gồm tăng trưởng, chết và tái sinh bổ sung. Biểu đồ tăng trưởng đường kính theo vị thế tán minh họa rõ sự khác biệt về tốc độ sinh trưởng giữa các loài và các cấp tán, hỗ trợ trực quan cho việc quản lý và khai thác rừng bền vững.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình tăng trưởng đường kính trong quản lý rừng: Các cơ quan quản lý rừng nên sử dụng mô hình đã xây dựng để xác định đường kính khai thác tối thiểu và luân kỳ khai thác phù hợp, nhằm đảm bảo khai thác bền vững và duy trì cấu trúc rừng ổn định.

2. Mở rộng hệ thống ô tiêu chuẩn định vị: Tăng cường thiết lập và đo đếm định kỳ các ô tiêu chuẩn định vị tại các khu vực rừng tự nhiên khác để thu thập dữ liệu đa dạng, nâng cao độ chính xác và khả năng áp dụng mô hình cho nhiều vùng sinh thái.

3. Phát triển mô hình tích hợp các yếu tố chết và tái sinh bổ sung: Nghiên cứu tiếp tục xây dựng mô hình động thái rừng toàn diện hơn, bao gồm các thành phần chết cây và tái sinh bổ sung, nhằm dự báo chính xác hơn sự biến đổi cấu trúc rừng trong tương lai.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cán bộ quản lý rừng: Tổ chức các khóa đào tạo về ứng dụng mô hình sinh trưởng và phân tích dữ liệu lâm nghiệp cho cán bộ kỹ thuật, giúp họ vận dụng hiệu quả các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý và bảo vệ rừng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ quản lý rừng và cơ quan lâm nghiệp: Sử dụng mô hình tăng trưởng để lập kế hoạch khai thác, bảo tồn và phát triển rừng bền vững, đồng thời đánh giá hiệu quả các biện pháp kỹ thuật lâm sinh.

2. Nhà nghiên cứu và học viên ngành lâm nghiệp: Tham khảo phương pháp thu thập, xử lý số liệu và mô hình hóa tăng trưởng cây rừng hỗn loài khác tuổi, phục vụ cho các nghiên cứu chuyên sâu và luận văn thạc sĩ, tiến sĩ.

3. Các tổ chức bảo tồn và phát triển bền vững: Áp dụng kết quả nghiên cứu để đánh giá hiện trạng rừng, dự báo xu thế phát triển và đề xuất các chính sách bảo vệ đa dạng sinh học.

4. Doanh nghiệp khai thác và chế biến lâm sản: Dựa trên mô hình tăng trưởng để xác định nguồn nguyên liệu hợp lý, đảm bảo khai thác không vượt quá khả năng tái tạo của rừng, góp phần phát triển kinh tế lâm nghiệp bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình tăng trưởng đường kính có thể áp dụng cho các khu vực rừng khác không?
   Mô hình được xây dựng dựa trên số liệu thực tế tại Kon Hà Nừng, do đó có thể áp dụng cho các khu vực rừng lá rộng thường xanh có điều kiện sinh thái tương tự. Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác, cần thu thập thêm số liệu tại các vùng khác để hiệu chỉnh mô hình phù hợp.

2. Vị thế tán (PC) được xác định như thế nào và ảnh hưởng ra sao đến tăng trưởng?
   Vị thế tán được phân cấp từ 1 đến 5 dựa trên mức độ chiếu sáng và cạnh tranh ánh sáng theo tiêu chuẩn Dawkins (1958). PC càng cao, cây càng có vị trí ưu thế, nhận được nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến tăng trưởng đường kính nhanh hơn.

3. Sai số của mô hình tăng trưởng có ảnh hưởng lớn đến quyết định quản lý rừng không?
   Sai số tương đối bình quân S% của mô hình dao động từ 3,7% đến 15,7%, phần lớn dưới 10%, cho thấy mô hình có độ chính xác cao, đủ tin cậy để hỗ trợ các quyết định quản lý và khai thác rừng.

4. Làm thế nào để kiểm nghiệm mô hình tăng trưởng?
   Mô hình được kiểm nghiệm bằng cách sử dụng 15% số cây không tham gia xây dựng mô hình để so sánh giá trị dự đoán và giá trị quan sát thực tế, đánh giá sai số tuyệt đối và tương đối nhằm xác định độ phù hợp của mô hình.

5. Nghiên cứu có đề cập đến yếu tố chết và tái sinh bổ sung không?
   Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào thành phần tăng trưởng đường kính. Tuy nhiên, tác giả khuyến nghị cần phát triển thêm các mô hình tích hợp yếu tố chết và tái sinh bổ sung để dự báo động thái rừng toàn diện hơn trong tương lai.

Kết luận

• Đã xác định được 19 loài cây ưu thế trong rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Kon Hà Nừng với dung lượng mẫu quan sát ≥ 100 cây, làm cơ sở xây dựng mô hình tăng trưởng đường kính.
• Mô hình tăng trưởng đường kính dựa trên đường kính hiện tại và vị thế tán được xây dựng thành công với các tham số có ý nghĩa thống kê và sai số dự đoán thấp.
• Vị thế tán là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến đường kính tối đa và tốc độ tăng trưởng của cây, phản ánh mức độ cạnh tranh trong rừng hỗn loài khác tuổi.
• Mô hình có thể ứng dụng trong quản lý bền vững rừng tự nhiên, hỗ trợ xác định đường kính khai thác tối thiểu và luân kỳ khai thác hợp lý.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu và áp dụng mô hình tại các vùng sinh thái khác, đồng thời phát triển mô hình tích hợp các yếu tố chết và tái sinh bổ sung để nâng cao hiệu quả quản lý rừng trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và nghiên cứu nên phối hợp triển khai áp dụng mô hình vào thực tiễn, đồng thời tiếp tục thu thập số liệu để cập nhật và hoàn thiện mô hình. Đào tạo cán bộ kỹ thuật về ứng dụng mô hình cũng là bước cần thiết để nâng cao năng lực quản lý rừng bền vững.