Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực lâm nghiệp, việc xác định thể tích cây đứng là một yêu cầu thiết yếu phục vụ cho công tác điều tra, quản lý và kinh doanh rừng. Ở Việt Nam, các biểu thể tích cây đứng đã được xây dựng từ hơn 50 năm trước, góp phần quan trọng trong việc đánh giá trữ lượng và quản lý tài nguyên rừng. Tuy nhiên, các biểu thể tích hiện có phần lớn được xây dựng cách đây hơn 3 thập kỷ, chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu trong bối cảnh hội nhập và phát triển khoa học công nghệ hiện đại.

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu và cải tiến phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho các loài cây rừng tự nhiên tại khu vực Nam Trung Bộ Việt Nam, nhằm nâng cao độ chính xác và tính ứng dụng trong thực tiễn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào xây dựng biểu thể tích hai nhân tố phổ biến hiện nay, sử dụng số liệu điều tra đo đếm thực tế của các loài cây rừng tự nhiên đang khai thác tại khu vực Nam Trung Bộ.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp công cụ tính toán thể tích cây đứng chính xác hơn, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và khai thác rừng bền vững. Các chỉ số đánh giá như sai số trung bình thể tích cây cá thể dưới 10%, sai số tổng thể tích dưới 2% cho thấy biểu thể tích xây dựng có độ tin cậy cao, phù hợp với yêu cầu thực tiễn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về biểu thể tích cây đứng, trong đó:

  • Lý thuyết về biểu thể tích cây đứng: Thể tích cây được xem là hàm số của các biến độc lập gồm đường kính ngang ngực (D), chiều cao cây (H) và chỉ số hình dạng (F). Công thức tổng quát:
    $$ V = f(D, H, F) $$
  • Mô hình phương pháp tương quan: Sử dụng mối quan hệ giữa tiết diện ngang cổ rễ (G01) và tiết diện ngang tại vị trí 1,3m (G1,3) để xây dựng biểu thể tích hai nhân tố.
  • Phương pháp đường sinh thân cây: Mô hình đa thức bậc cao mô phỏng đường kính thân cây theo chiều cao, từ đó tính tích phân để xác định thể tích thân cây. Phương trình đường sinh bậc 6 được lựa chọn là phù hợp nhất trong nghiên cứu.
  • Khái niệm hình số tự nhiên (F01): Đại lượng đặc trưng hình dạng thân cây, được tính toán từ tích phân phương trình đường sinh, dùng để hiệu chỉnh thể tích tính toán.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu đo đếm ô tiêu chuẩn và cây tiêu chuẩn tại các lâm phần rừng tự nhiên đang khai thác ở Nam Trung Bộ, với tổng số 232 cây dùng để xây dựng biểu và 26 cây dùng để kiểm tra hiệu lực biểu.
  • Phương pháp phân tích:
    • Kiểm tra phân bố chuẩn của F01 bằng phương pháp Kolmogorov–Smirnov.
    • Phân nhóm loài cây dựa trên chỉ số hình số tự nhiên F01 và hệ số Koi bằng phân tích phân biệt và phân tích nhóm (Cluster Analysis).
    • Mô phỏng quan hệ giữa G01 và G1,3 bằng các mô hình hồi quy tuyến tính, hàm mũ, hàm lũy thừa, lựa chọn mô hình tối ưu dựa trên hệ số xác định R2, sai số chuẩn và kiểm định phân phối sai số.
    • Xác định bậc phương trình đường sinh bằng kiểm định Lack of Fit (LOF) trong phân tích ANOVA và mô hình tuyến tính tổng quát.
    • Lập biểu thể tích theo hai phương pháp: tương quan giữa G01 và G1,3 kết hợp với F01 trung bình thực tế; phương pháp đường sinh thân cây truyền thống và hiệu chỉnh F01.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu trong vòng một năm, gồm các bước kiểm tra phân bố, phân nhóm, xây dựng mô hình, lập biểu thể tích và kiểm tra hiệu lực biểu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân bố chuẩn và độc lập của hình số tự nhiên F01:

    • F01 của 7 loài cây rừng tự nhiên đều tuân theo phân bố chuẩn với giá trị Sig. từ 0,345 đến 0,893 (Sig. > 0,05).
    • F01 độc lập với các biến D1,3 và Hvn, cho thấy F01 trung bình là đại diện tốt để sử dụng trong lập biểu thể tích.

  2. Phân nhóm loài cây dựa trên F01 và Koi:

    • Phân tích nhóm cho thấy 7 loài cây được chia thành 3 nhóm, trong đó nhóm gồm 4 loài (Dẻ, Gội tẻ, Re, Trâm) có tính thuần nhất về hình số tự nhiên (Sig. = 0,069 > 0,05).
    • Nhóm này được chọn để minh họa lập biểu thể tích nhằm đảm bảo tính chính xác và phù hợp.

  3. Mối quan hệ giữa G01 và G1,3:

    • Mô hình hàm lũy thừa (Power) với công thức $$ G_{01} = 0.873 \times G_{1,3}^{1.000} $$ có hệ số xác định R2 = 0,988, sai số chuẩn nhỏ và phân bố sai số gần chuẩn nhất, được chọn làm mô hình tối ưu.

  4. Lập biểu thể tích theo phương pháp tương quan:

    • Công thức tính thể tích: $$ V = 0.5025 \times 0.873 \times G_{1,3} \times H_{vn} $$ với F01 trung bình = 0,5025.
    • Sai số tuyệt đối trung bình thể tích cây cá thể là 5,87%, sai số tổng thể tích của 232 cây là 1,4%, không có sai số cá biệt vượt quá 20%.
    • Biểu thể tích có sai số hệ thống dương nhẹ, thể hiện qua biểu đồ phân bố sai số thể tích rải rác quanh 0.

  5. Lập biểu thể tích theo phương pháp đường sinh truyền thống:

    • Phương trình đường sinh bậc 6 được xác định với hệ số xác định R2 = 0,998, mô phỏng tốt đường kính thân cây theo chiều cao.
    • Hình số tự nhiên F01 tính từ tích phân phương trình đường sinh là 0,4865, thấp hơn F01 thực tế 3,18%.
    • Sai số trung bình thể tích cây cá thể lên tới 11,66%, nhiều cây có sai số vượt quá 20%, sai số tổng thể tích là -10,2%, biểu hiện sai số hệ thống dương rõ rệt.
    • Sau hiệu chỉnh F01, sai số thể tích giảm nhưng vẫn lớn hơn phương pháp tương quan.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp lập biểu thể tích dựa trên tương quan giữa G01 và G1,3 kết hợp với F01 trung bình thực tế có độ chính xác cao hơn so với phương pháp đường sinh truyền thống. Việc sử dụng mô hình hàm lũy thừa cho quan hệ G01-G1,3 giúp giảm sai số chuẩn và phân bố sai số gần chuẩn hơn, phù hợp với đặc điểm sinh trưởng của cây rừng tự nhiên tại Nam Trung Bộ.

Phương pháp đường sinh mặc dù mô phỏng tốt hình dạng thân cây nhưng do sai lệch trong tính toán hình số tự nhiên F01 dẫn đến sai số thể tích lớn và sai số hệ thống dương rõ rệt. Việc hiệu chỉnh F01 giúp cải thiện phần nào nhưng vẫn chưa đạt được độ chính xác như phương pháp tương quan.

Các biểu đồ phân bố sai số thể tích theo đường kính, chiều cao và thể tích biểu đều cho thấy sai số phân bố đều, không biến thiên theo quy luật hàm số, chứng tỏ các mô hình không bị sai số hệ thống nghiêm trọng ngoài sai số dương nhẹ. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây trong ngành lâm nghiệp.

Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho rừng tự nhiên Việt Nam, đặc biệt là trong bối cảnh ứng dụng công nghệ hiện đại và yêu cầu chính xác cao trong quản lý tài nguyên rừng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp lập biểu thể tích dựa trên tương quan G01-G1,3 kết hợp F01 trung bình thực tế

    • Mục tiêu: Giảm sai số thể tích cây cá thể dưới 10%, sai số tổng thể tích dưới 2%.
    • Thời gian: Triển khai trong 1-2 năm tại các khu vực rừng tự nhiên Nam Trung Bộ.
    • Chủ thể thực hiện: Các cơ quan quản lý lâm nghiệp, viện nghiên cứu lâm nghiệp.

  2. Phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán và lập biểu thể tích tự động

    • Mục tiêu: Tăng hiệu quả xử lý số liệu, giảm thời gian và chi phí điều tra rừng.
    • Thời gian: 1 năm nghiên cứu và thử nghiệm.
    • Chủ thể thực hiện: Các đơn vị công nghệ thông tin phối hợp với chuyên gia lâm nghiệp.

  3. Mở rộng nghiên cứu áp dụng phương pháp đường sinh với hiệu chỉnh F01 cho các loài cây khác

    • Mục tiêu: Đánh giá tính khả thi và cải tiến phương pháp đường sinh truyền thống.
    • Thời gian: 2-3 năm nghiên cứu bổ sung.
    • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, trường đại học chuyên ngành lâm nghiệp.

  4. Tổ chức đào tạo, tập huấn kỹ thuật lập biểu thể tích và sử dụng biểu thể tích mới cho cán bộ kỹ thuật

    • Mục tiêu: Nâng cao năng lực chuyên môn, đảm bảo áp dụng đúng phương pháp và công cụ mới.
    • Thời gian: Định kỳ hàng năm.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các trung tâm đào tạo lâm nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách lâm nghiệp

    • Lợi ích: Có công cụ chính xác để đánh giá trữ lượng rừng, phục vụ quản lý bền vững và hoạch định kế hoạch khai thác.
    • Use case: Xây dựng quy hoạch sử dụng đất rừng, đánh giá tác động khai thác.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia lâm nghiệp

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp lập biểu thể tích hiện đại, áp dụng trong nghiên cứu sinh trưởng và sản lượng rừng.
    • Use case: Phát triển mô hình sinh trưởng rừng, nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến rừng.

  3. Cán bộ kỹ thuật điều tra và quản lý rừng

    • Lợi ích: Nắm vững kỹ thuật đo đạc, xử lý số liệu và lập biểu thể tích chính xác, nâng cao hiệu quả công tác thực địa.
    • Use case: Thực hiện điều tra rừng định kỳ, đánh giá trữ lượng gỗ khai thác.

  4. Các doanh nghiệp kinh doanh lâm sản và trồng rừng

    • Lợi ích: Sử dụng biểu thể tích chính xác để tính toán sản lượng, lập kế hoạch khai thác và kinh doanh hiệu quả.
    • Use case: Định giá tài sản rừng, lập báo cáo sản lượng khai thác.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần xây dựng lại biểu thể tích cây đứng khi đã có biểu thể tích cũ?
    Biểu thể tích cũ được xây dựng cách đây nhiều thập kỷ, chưa đáp ứng yêu cầu chính xác trong điều kiện sinh trưởng và khai thác hiện nay. Công nghệ và phương pháp mới giúp cải tiến độ chính xác và tính ứng dụng của biểu thể tích.

  2. Phương pháp tương quan giữa G01 và G1,3 có ưu điểm gì?
    Phương pháp này đơn giản, sử dụng các biến dễ đo đạc, cho hệ số xác định cao (R2 = 0,988), sai số thấp và phân bố sai số gần chuẩn, phù hợp với đặc điểm sinh trưởng của cây rừng tự nhiên.

  3. Phương pháp đường sinh thân cây có hạn chế gì?
    Mặc dù mô phỏng hình dạng thân cây chi tiết, phương pháp này có sai số thể tích lớn do sai lệch trong tính toán hình số tự nhiên F01, dẫn đến sai số hệ thống dương rõ rệt, cần hiệu chỉnh bổ sung.

  4. Làm thế nào để kiểm tra hiệu lực của biểu thể tích đã xây dựng?
    Sử dụng 10% số cây không tham gia xây dựng biểu để tính sai số thể tích cá thể và tổng thể tích, đồng thời kiểm tra phân bố sai số để phát hiện sai số hệ thống. Sai số trung bình dưới 10% và không có sai số cá biệt vượt quá 20% được coi là đạt yêu cầu.

  5. Có thể áp dụng biểu thể tích này cho các vùng khác ngoài Nam Trung Bộ không?
    Biểu thể tích được xây dựng dựa trên số liệu thực tế của Nam Trung Bộ, nên độ chính xác cao nhất tại vùng này. Để áp dụng cho vùng khác cần kiểm tra tính thuần nhất và hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện sinh trưởng địa phương.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công biểu thể tích cây đứng hai nhân tố cho nhóm loài rừng tự nhiên Nam Trung Bộ dựa trên phương pháp tương quan và phương pháp đường sinh thân cây.
  • Phương pháp tương quan giữa G01 và G1,3 kết hợp với F01 trung bình thực tế cho kết quả chính xác cao hơn, với sai số trung bình thể tích cây cá thể dưới 6% và sai số tổng thể tích dưới 2%.
  • Phương pháp đường sinh truyền thống có sai số thể tích lớn hơn, cần hiệu chỉnh F01 để cải thiện độ chính xác nhưng vẫn chưa đạt mức phương pháp tương quan.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện công cụ tính toán thể tích cây đứng, hỗ trợ quản lý và khai thác rừng bền vững tại Việt Nam.
  • Đề xuất triển khai áp dụng phương pháp tương quan trong thực tiễn, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng và hoàn thiện phương pháp đường sinh thân cây.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và viện nghiên cứu nên phối hợp triển khai áp dụng biểu thể tích mới, đồng thời tổ chức đào tạo kỹ thuật cho cán bộ thực địa nhằm nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên rừng.