Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây rừng Việt Nam

Luận văn thạc sĩ phân tích hay góp phần nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho cây rừng việt nam, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho

• Người hướng dẫn: GS.TS. Vũ Tiến Hinh
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Lâm Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Lập Biểu Thể Tích Cây Rừng Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2000
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Trên thế giới
• 1.2. Những nghiên cứu về biểu thể tích
• 1.2.1. Những nghiên cứu về f1.3
• 1.2.2. Những nghiên cứu về PT đường sinh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây rừng Việt Nam

Nghiên cứu về biểu thể tích cây rừng tại Việt Nam đã có lịch sử lâu dài, bắt đầu từ hơn 50 năm trước. Các nhà nghiên cứu đã xây dựng nhiều loại biểu thể tích khác nhau nhằm phục vụ cho công tác điều tra và quản lý rừng. Tuy nhiên, sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện đại đã đặt ra yêu cầu cần thiết phải cải tiến các phương pháp lập biểu thể tích để đáp ứng nhu cầu thực tiễn. Việc áp dụng các phương pháp mới sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc xác định thể tích cây đứng.

1.1. Lịch sử hình thành và phát triển biểu thể tích cây rừng

Biểu thể tích cây rừng đã được xây dựng từ những năm 1970, với nhiều nghiên cứu quan trọng từ các nhà khoa học như Đồng Sĩ Hiền. Những biểu này đã phục vụ cho công tác điều tra rừng và quản lý tài nguyên rừng tại Việt Nam.

1.2. Vai trò của biểu thể tích trong quản lý rừng

Biểu thể tích đóng vai trò quan trọng trong việc xác định trữ lượng gỗ và quản lý tài nguyên rừng. Nó giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc khai thác và bảo vệ rừng.

II. Những thách thức trong việc lập biểu thể tích cây rừng Việt Nam

Mặc dù đã có nhiều biểu thể tích được xây dựng, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc áp dụng chúng vào thực tiễn. Các biểu thể tích hiện tại thường không đáp ứng được yêu cầu của sản xuất và nghiên cứu khoa học trong bối cảnh hội nhập. Sự biến đổi của hình dạng cây rừng cũng là một yếu tố gây khó khăn trong việc lập biểu thể tích chính xác.

2.1. Sự biến đổi hình dạng cây rừng

Cây rừng có hình dạng và kích thước rất đa dạng, điều này làm cho việc lập biểu thể tích trở nên phức tạp. Các phương pháp truyền thống thường không thể đáp ứng được tất cả các điều kiện này.

2.2. Thiếu hụt dữ liệu và công nghệ

Việc thiếu hụt dữ liệu chính xác và công nghệ hiện đại trong việc thu thập và xử lý số liệu cũng là một thách thức lớn. Điều này ảnh hưởng đến độ chính xác của các biểu thể tích được xây dựng.

III. Phương pháp nghiên cứu mới trong lập biểu thể tích cây rừng

Để cải tiến việc lập biểu thể tích, nhiều phương pháp nghiên cứu mới đã được đề xuất. Các phương pháp này không chỉ đơn giản hóa quá trình tính toán mà còn nâng cao độ chính xác của kết quả. Việc áp dụng các mô hình toán học hiện đại cũng đang được xem xét.

3.1. Mô hình toán học trong lập biểu thể tích

Các mô hình toán học như hàm hồi quy và phương trình đường sinh đang được áp dụng để xây dựng biểu thể tích. Những mô hình này giúp xác định mối quan hệ giữa thể tích cây và các yếu tố như đường kính, chiều cao.

3.2. Sử dụng công nghệ hiện đại trong nghiên cứu

Công nghệ hiện đại như GIS và phần mềm phân tích dữ liệu đang được sử dụng để thu thập và xử lý số liệu. Điều này giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc lập biểu thể tích.

IV. Ứng dụng thực tiễn của biểu thể tích cây rừng tại Việt Nam

Các biểu thể tích cây rừng không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn được ứng dụng rộng rãi trong quản lý rừng và kinh doanh lâm sản. Việc áp dụng các biểu thể tích chính xác giúp tối ưu hóa quy trình khai thác và bảo vệ rừng.

4.1. Ứng dụng trong quản lý tài nguyên rừng

Biểu thể tích giúp các nhà quản lý xác định trữ lượng gỗ và lập kế hoạch khai thác hợp lý. Điều này góp phần bảo vệ tài nguyên rừng và phát triển bền vững.

4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học

Các biểu thể tích cũng được sử dụng trong nghiên cứu khoa học để đánh giá sự phát triển của cây rừng và tác động của môi trường đến sự sinh trưởng của chúng.

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

Nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây rừng Việt Nam đang đứng trước nhiều cơ hội và thách thức. Việc áp dụng các phương pháp mới và công nghệ hiện đại sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc lập biểu thể tích. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho ngành lâm nghiệp Việt Nam.

5.1. Tương lai của nghiên cứu biểu thể tích

Nghiên cứu sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến các phương pháp lập biểu thể tích, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong quản lý và bảo vệ rừng.

5.2. Định hướng phát triển ngành lâm nghiệp

Ngành lâm nghiệp cần chú trọng đến việc ứng dụng các công nghệ mới và phương pháp nghiên cứu hiện đại để nâng cao hiệu quả trong quản lý tài nguyên rừng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong quản lý và kinh doanh lâm nghiệp bền vững, xác định chính xác thể tích cây đứng là nhiệm vụ tiên quyết nhằm đánh giá trữ lượng lâm phần và hoạch định phương án khai thác hợp lý. Tại Việt Nam, hệ thống biểu thể tích đã được đặt nền móng từ hơn 50 năm trước qua các công trình kinh điển của các nhà khoa học lâm nghiệp như Đồng Sĩ Hiền (1974). Tuy nhiên, sau hơn 30 năm áp dụng trong thực tế, các bảng biểu thể tích rừng tự nhiên bộc lộ nhiều hạn chế về mặt sai số tích lũy, chưa bắt kịp sự phát triển của công nghệ xử lý dữ liệu hiện đại và các phương pháp thống kê sinh thái tiên tiến.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là phương pháp lập biểu thể tích bằng đường sinh tích phân truyền thống thường tạo ra sự chênh lệch lớn giữa lý thuyết và thực tiễn, có trường hợp sai số tổng thể tích vượt quá 10%. Luận văn thạc sĩ tập trung giải quyết bài toán này với mục tiêu hoàn thiện phương pháp lập biểu thể tích hai nhân tố cho cây rừng tự nhiên, dựa trên mối quan hệ tương quan giữa thể tích thân cây với tiết diện ngang ở vị trí 0,1 chiều cao (G01), tiết diện ngang ngực (G1,3), chiều cao vút ngọn (Hvn) và hình số tự nhiên thực tế (F01).

Phạm vi nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trên tập dữ liệu gồm 261 cây mẫu giải tích thuộc 7 loài cây gỗ bản địa đang khai thác tại các lâm phần rừng tự nhiên khu vực Nam Trung Bộ. Đề tài giới hạn phạm vi đo đếm cho cây có vỏ với cỡ đường kính dao động từ 40 cm đến 96 cm và chiều cao từ 15 m đến 42 m. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài được khẳng định qua việc kiểm soát sai số tổng thể tích ở mức xuất sắc chỉ 1,39868%, hạ thấp sai số tương đối tuyệt đối của cây cá thể xuống mức trung bình 4,3147%, cung cấp công cụ tra cứu chuẩn xác cho công tác kiểm kê và số hóa tài nguyên rừng quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu kế thừa nguyên lý nền tảng của Cotta từ đầu thế kỷ 19, khẳng định thể tích thân cây là một hàm số phụ thuộc chặt chẽ vào ba nhân tố: đường kính, chiều cao và hình dạng thân cây. Về mặt toán học, mô hình tổng quát được biểu diễn dưới dạng hàm số V = f(D, H, F), trong đó việc xác định chính xác nhân tố hình dạng đóng vai trò quyết định đến độ tin cậy của biểu thể tích.

Khung lý thuyết của luận văn tích hợp 3 mô hình nghiên cứu trọng tâm:

• Lý thuyết hình số tự nhiên F01 do GS.TS Vũ Tiến Hinh và các cộng sự đề xuất, xác định hình số tại vị trí 1/10 chiều cao thân cây nhằm khắc phục tính biến động phức tạp của hình số ngực f1,3.
• Mô hình phương trình đường sinh thân cây xoay quanh trục chiều cao của các tác giả Prodan, Husch và Đồng Sĩ Hiền, mô phỏng bán kính thân cây tại vị trí bất kỳ dưới dạng đa thức phi tuyến bậc cao.
• Mô hình tương quan kép phi tuyến tính dạng hàm lũy thừa (Power function) nhằm chuyển đổi tiết diện ngang ngực G1,3 sang tiết diện ngang G01.

Nghiên cứu làm rõ 4 khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm: hệ số thon tự nhiên thân cây (Koi), tiết diện ngang tại vị trí 1,3 m (G1,3), chiều cao vút ngọn (Hvn), và sai số tương đối phần trăm thể tích (delta V%). Khung lý thuyết tập trung vào dạng biểu thể tích chung 2 nhân tố, kết hợp linh hoạt biến đường kính và chiều cao để tối ưu hóa độ chính xác mà không làm phức tạp hóa công tác đo đếm ngoại hiện trường.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ các ô tiêu chuẩn khai thác thực tế tại khu vực Nam Trung Bộ với tổng số 261 cây mẫu giải tích được phân đoạn chi tiết thành 10 phần bằng nhau theo chiều cao thân. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật chọn mẫu phân tầng theo cấp đường kính kết hợp rút mẫu ngẫu nhiên hệ thống. Toàn bộ cỡ mẫu được phân chia khoa học thành 3 tập dữ liệu độc lập: 232 cây phục vụ xây dựng phương trình hồi quy, 26 cây (chiếm tỷ lệ 10% tổng dung lượng mẫu) được giữ lại hoàn toàn độc lập để kiểm định hiệu lực biểu, và 3 cây có hình dạng dị biệt bị sàng lọc loại bỏ qua kiểm định thống kê.

Lý do lựa chọn phần mềm SPSS 16.0 cùng các công cụ thống kê nâng cao là nhằm đảm bảo tính khách quan và kiểm soát triệt để các giả định toán học. Quy trình phân tích dữ liệu bao gồm:

• Kiểm định phân bố chuẩn Kolmogorov - Smirnov: Thích hợp cho mẫu sinh thái lớn (n > 35) với mức ý nghĩa alpha = 0,05 để kiểm tra tính chuẩn tắc của hình số F01.
• Phân tích tách biệt (Discriminatory Analysis) qua tiêu chuẩn Wilks' Lambda và phân tích phương sai một nhân tố (One-way ANOVA) theo tiêu chuẩn Duncan để phân nhóm các loài cây có cùng đặc tính hình học.
• Kiểm định Lack of Fit (LOF) trên mô hình tuyến tính tổng quát để định bậc tối ưu cho đa thức phương trình đường sinh, tránh hiện tượng quá khớp (overfitting).
• Đường cong hồi quy Quadratic để xây dựng khoảng ước lượng cá biệt ở độ tin cậy 99%, thiết lập biên giới hạn trên và giới hạn dưới cho bảng biểu thể tích.

Timeline nghiên cứu được triển khai xuyên suốt trong 12 tháng, bao gồm giai đoạn xử lý số liệu giải tích thực nghiệm, giai đoạn mô hình hóa toán học và giai đoạn đánh giá độ lệch hệ thống trước khi hoàn thiện bảng tra cứu thể tích.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích thống kê thực nghiệm trên tập dữ liệu 261 cây mẫu đã mang lại 4 phát hiện mang tính bước ngoặt cho chuyên ngành điều tra rừng:

1. Quy luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên F01: Kết quả kiểm định Kolmogorov - Smirnov cho thấy hình số F01 của tất cả 7 loài khảo sát đều tuân theo phân bố chuẩn với mức ý nghĩa Sig. dao động từ 0,345 (Gội tẻ) đến 0,893 (Dẻ), đều vượt xa ngưỡng 0,05. Đáng chú ý, F01 hoàn toàn độc lập với đường kính D1,3 và chiều cao Hvn, chứng minh giá trị F01 trung bình là đại lượng đại diện lý tưởng để xây dựng biểu thể tích.

2. Xác lập nhóm loài thuần nhất về mặt hình thái: Qua phân tích phương sai One-way ANOVA và kiểm định Kruskal - Wallis (Sig. = 0,069 > 0,05), nghiên cứu đã phân lập thành công nhóm 4 loài cây chủ lực gồm Dẻ, Gội tẻ, Re và Trâm có sự tương đồng tuyệt đối về hình số tự nhiên. Giá trị F01 trung bình của nhóm đạt 0,5025. Chênh lệch giữa F01 tính bằng trung bình hệ số thon bình phương và bình phương hệ số thon trung bình chỉ là 0,00179 (sai số tương đối 0,28147%), cho phép đơn giản hóa tối đa quá trình tính toán.

3. Mô hình tương quan G01 và G1,3 tối ưu: Thử nghiệm 5 dạng hàm hồi quy cho thấy hàm lũy thừa Power (G01 = 0,873 * G1,3^1,000) đạt hệ số xác định R2 = 0,988, vượt trội so với hàm Logarithmic (R2 = 0,934) và Compound (R2 = 0,946). Biểu đồ phần dư chuẩn hóa của hàm Power phân bố cân đối hoàn hảo xung quanh trục gốc tọa độ, đáp ứng nghiêm ngặt điều kiện đồng nhất phương sai sai số.

4. Độ chính xác vượt trội của phương pháp tương quan so với phương pháp đường sinh: Biểu thể tích thiết lập theo phương pháp tương quan đạt sai số tổng thể tích cực nhỏ là +1,39868% trên 26 cây kiểm tra. Sai số tương đối tuyệt đối trung bình của 232 cây tính toán là 5,8650% (tối đa 16,12%) và của 26 cây kiểm tra là 4,3147% (tối đa 10,24%), 100% số cây đều có sai số dưới 20%. Ngược lại, phương pháp đường sinh truyền thống bậc 6 (R2 = 0,998) giải tích phân cho ra F01 = 0,4865, dẫn đến sai số tổng thể tích bị hụt âm nghiêm trọng -10,2077% và sai số cá thể trung bình lên tới 14,3242%.

Thảo luận kết quả

Sự chênh lệch lớn về độ chính xác giữa hai phương pháp bắt nguồn từ bản chất toán học của quá trình giải tích phân phương trình đường sinh. Khi sử dụng đa thức bậc 6, việc ép đường sinh đi qua các điểm thực nghiệm tạo ra độ lệch F01 lý thuyết thấp hơn 3,18% so với F01 thực tế (0,4865 so với 0,5025). Sai lệch này tích lũy trực tiếp vào thể tích thân cây, khiến biểu thể tích đường sinh truyền thống luôn mang sai số hệ thống âm rất lớn, thể hiện qua việc 25 trên 26 cây kiểm tra đều bị ước tính thiếu thể tích.

Trong khi đó, phương pháp tương quan kết hợp trực tiếp giữa F01 thực tế và hàm Power của G01 đã triệt tiêu hoàn toàn sự thiếu hụt này. Kết quả này củng cố vững chắc luận điểm của các công trình nghiên cứu trước đây của GS.TS Vũ Tiến Hinh và Phan Nguyên Hy (2003) về tính ưu việt của mô hình hồi quy phi tuyến trong điều tra rừng tự nhiên Việt Nam.

Để trực quan hóa các kết quả nghiên cứu trong thực tiễn giảng dạy và sản xuất, toàn bộ dữ liệu có thể được trình bày thông qua 3 dạng đồ thị và bảng biểu chuyên dụng:

• Biểu đồ phân tán Scatter Plot mô tả sai số phần dư chuẩn hóa theo từng cấp kính D1,3 và cấp chiều cao Hvn, minh chứng cho tính độc lập và đẳng phương sai của mô hình.
• Biểu đồ đường sinh thân cây xoay 3 chiều so sánh đường cong lý thuyết bậc 6 với đường cong thực nghiệm qua các giá trị Yam và Ylt.
• Bảng biểu tra cứu thể tích 2 chiều với ma trận 15 cỡ kính (từ 40 cm đến 96 cm, bước nhảy 4 cm) và 28 cấp chiều cao (từ 15 m đến 42 m, bước nhảy 1 m), cung cấp các giá trị thể tích cây đứng dao động chuẩn xác từ 0,8265 m3 đến 13,3304 m3.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển hóa các kết quả nghiên cứu thành giá trị thực tiễn phục vụ ngành lâm nghiệp, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

1. Ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật lập biểu thể tích rừng tự nhiên mới: Cục Lâm nghiệp và Viện Điều tra Quy hoạch Rừng cần xem xét cập nhật công thức tính thể tích thân cây V = 0,5025 * 0,873 * G1,3 * Hvn vào quy trình điều tra kiểm kê rừng quốc gia. Mục tiêu đưa sai số tổng trữ lượng khai thác tại các lâm phần Nam Trung Bộ từ mức trên 10,0% xuống dưới 2,0%, thực hiện trong lộ trình 12 tháng.

2. Chuẩn hóa quy trình phân tích nhóm loài bằng phần mềm thống kê: Các đơn vị tư vấn và điều tra quy hoạch lâm nghiệp cần ứng dụng thống nhất quy trình phân tích cụm K-means kết hợp kiểm định One-way ANOVA trên phần mềm chuyên dụng để phân nhóm các loài cây gỗ có cùng hình số F01 (mức sai lệch F01 dưới 0,5%). Thời gian triển khai thí điểm trong 6 tháng tại các Chi cục Kiểm lâm vùng Duyên hải miền Trung.

3. Số hóa bảng biểu thể tích thành phần mềm tra cứu thông minh: Các ban quản lý rừng phòng hộ, rừng đặc dụng và công ty lâm nghiệp phối hợp với các đơn vị công nghệ xây dựng ứng dụng di động tra cứu tự động ma trận thể tích 15 cấp kính và 28 cấp chiều cao. Giải pháp này giúp rút ngắn 45% thời gian tính toán trữ lượng ngoài hiện trường và loại bỏ 95% sai sót do tra cứu thủ công, hoàn thành trong vòng 9 tháng.

4. Mở rộng phạm vi thu thập dữ liệu kiểm chứng đa vùng sinh thái: Các trường đại học chuyên ngành và viện nghiên cứu lâm nghiệp cần mở rộng cỡ mẫu thêm ít nhất 500 cây giải tích tại các vùng sinh thái Tây Nguyên và Bắc Trung Bộ trong giai đoạn 18 - 24 tháng tới, nhằm tái đánh giá tham số mô hình tương quan G01 - G1,3 cho các kiểu thảm thực vật khác nhau.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp luận của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư điều tra, quy hoạch và quản lý rừng: Sử dụng trực tiếp bảng biểu thể tích 2 nhân tố đã lập cho 4 loài cây Dẻ, Gội tẻ, Re, Trâm để tính toán nhanh trữ lượng khai thác, lập hồ sơ thiết kế khai thác chính xác và xây dựng phương án quản lý rừng bền vững với độ tin cậy trên 98%.
• Cơ quan quản lý nhà nước về lâm nghiệp (Cục Lâm nghiệp, Chi cục Kiểm lâm): Khai thác phương pháp luận và các chỉ số kiểm định thống kê của đề tài để xây dựng định mức kinh tế kỹ thuật, hoàn thiện sổ tay hướng dẫn kiểm kê rừng và giám sát tài nguyên gỗ hợp pháp.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Lâm học, Quản lý tài nguyên rừng: Tham khảo quy trình phân tích dữ liệu nâng cao trên SPSS, bao gồm cách thức kiểm định phân bố chuẩn Kolmogorov - Smirnov, xử lý số liệu dị biệt ở độ tin cậy 99%, và kỹ thuật kiểm định Lack of Fit trong định bậc đa thức đường sinh.
• Doanh nghiệp khai thác, chế biến gỗ và các tổ chức cấp chứng chỉ rừng (FSC/PEFC): Ứng dụng ma trận thể tích cây có vỏ để tối ưu hóa kế hoạch cưa xẻ, dự báo chính xác tỷ lệ thu hồi gỗ thương phẩm từ 70% đến 85%, hạn chế hao hụt nguyên liệu và đáp ứng tiêu chuẩn chuỗi hành trình sản phẩm quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lại chọn hình số tự nhiên F01 thay vì hình số ngực f1,3 truyền thống để lập biểu thể tích?
Hình số tự nhiên F01 xác định ở vị trí 1/10 chiều cao cây có tính ổn định rất cao và tuân theo phân bố chuẩn với Sig. kiểm định từ 0,345 đến 0,893. Khác với f1,3 vốn biến động mạnh theo cấp kính, F01 hoàn toàn độc lập với D1,3 và Hvn, giúp công thức tính toán thể tích đạt sai số tổng thể tích chỉ 1,39868%.

2. Nguyên nhân cốt lõi khiến phương pháp đường sinh tích phân bậc 6 bị sai số âm hơn 10% là gì?
Khi giải tích phân phương trình đường sinh bậc 6 (R2 = 0,998), giá trị F01 lý thuyết thu được là 0,4865, thấp hơn 3,18% so với F01 thực tế trung bình (0,5025). Sự thiếu hụt này làm cho thể tích tra biểu bị giảm đồng loạt, dẫn đến sai số tổng thể tích trên 26 cây kiểm tra đạt mức âm -10,2077%.

3. Làm thế nào để phát hiện và loại bỏ các cây mẫu dị biệt trong quá trình xử lý số liệu?
Nghiên cứu thiết lập đường cong hồi quy Quadratic mô phỏng quan hệ giữa D1,3 và Hvn (R2 = 0,54), sau đó tạo dải biên giới hạn trên và dưới dựa trên khoảng ước lượng cá biệt ở xác suất 99%. Ba cây mẫu có chiều cao vượt ra ngoài 2 đường biên (như cây Re cao 44 m) đã được loại bỏ triệt để.

4. Vì sao hàm số dạng Power lại được chọn để mô phỏng tương quan giữa G01 và G1,3?
Hàm Power (G01 = 0,873 * G1,3^1,000) đạt hệ số xác định R2 rất cao lên tới 0,988 và có phân bố sai số dư chuẩn hóa đối xứng, khắc phục hiện tượng phương sai thay đổi của mô hình tuyến tính, đảm bảo tính chuẩn xác khi chuyển đổi tiết diện ngang ngực sang tiết diện gốc.

5. Bảng biểu thể tích này có thể áp dụng trực tiếp cho các loài rừng trồng như Keo lai hay Thông không?
Phương pháp luận tương quan hoàn toàn có thể nhân rộng cho rừng trồng, nhưng không thể áp dụng trực tiếp bảng số liệu này. Rừng trồng có hình số F01 và mối quan hệ G01 - G1,3 khác biệt so với 4 loài rừng tự nhiên, đòi hỏi phải tiến hành giải tích thân cây riêng để xác định bộ tham số đặc thù.

Kết luận

Tổng kết toàn bộ quá trình nghiên cứu, luận văn thạc sĩ đã đạt được 5 đóng góp học thuật và thực tiễn cốt lõi:

• Khẳng định tính chuẩn tắc của hình số tự nhiên F01 trên 7 loài cây rừng tự nhiên Nam Trung Bộ (Sig. dao động 0,345 - 0,893) và chứng minh tính độc lập tuyệt đối của F01 với đường kính và chiều cao.
• Xác lập thành công mô hình hồi quy phi tuyến tối ưu G01 = 0,873 * G1,3^1,000 với R2 = 0,988, làm cơ sở chuyển đổi chính xác tiết diện thân cây.
• Xây dựng hoàn chỉnh biểu thể tích 2 nhân tố cho nhóm 4 loài cây chủ lực (Dẻ, Gội tẻ, Re, Trâm) với sai số tổng thể tích kiểm chứng chỉ +1,39868% và sai số cá thể trung bình đạt 4,3147%.
• Chứng minh vượt trội về độ chính xác của phương pháp tương quan so với phương pháp đường sinh truyền thống, giúp triệt tiêu sai số hệ thống âm 10,2077%.
• Chuẩn hóa quy trình xử lý thống kê nâng cao trong lâm nghiệp, kết hợp hiệu quả giữa sàng lọc sai số 99%, kiểm định Lack of Fit và phân tích nhóm loài trên phần mềm SPSS.

Kế hoạch trong giai đoạn 12 - 24 tháng tới là mở rộng ngân hàng dữ liệu lên 1.000 cây giải tích tại các vùng sinh thái trọng điểm và hoàn thiện phần mềm tra cứu tự động. Các tổ chức quản lý rừng, doanh nghiệp lâm nghiệp và nhà nghiên cứu quan tâm có thể tiếp cận toàn văn công trình để ứng dụng ngay phương pháp lập biểu tiên tiến này vào thực tiễn sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Những nghiên cứu về biểu thể tích Trong việc xây dựng biểu thể tích, các nguyên tắc được đưa ra bởi Cotta từ những năm đầu của thế kỷ 19 vẫn còn nguyên giá trị (Husch et al., 2003)[10] , đó là: “Thể tích cây phụ thuộc vào đường kính, chiều cao và hình dạng. Khi thể tích của cây được xác định đúng thì giá trị thể tích đó được sử dụng cho mọi cây khác có cùng đường kính, chiều cao và hình dạng”.

Kể từ thời của Cotta, hàng trăm biểu thể tích đã được xây dựng bằng nhiều phương pháp khác nhau và được đưa vào sử dụng. Tuy nhiên, kể từ giữa thế kỷ 20, xuất hiện xu hướng giảm thiểu số biểu thể tích bằng việc gộp lại và xây dựng các biểu có khả năng áp dụng cho nhiều loài , ở những nơi có cùng điều kiện áp dụng biểu.(Husch et al. Tuy đã có nhiều biểu thể tích được xây dựng nhưng các nhà lâm nghiệp vẫn đang tìm kiếm những phương pháp đơn giản, khách quan và chính xác nhất. Trong khi cây rừng là thể hình học có tính biến đổi cao nên không một biểu thể tích đơn giản, hoặc một tập hợp các biểu nào có thể đáp ứng được tất cả các điều kiện đó, hoặc không một phương pháp lập biểu thể tích nào có thể đáp ứng được một cách tuyệt đối các yêu cầu đó.

Bởi vậy, ngày nay một số phương pháp xây dựng biểu cổ điển đã không được sử dụng nữa. Ví dụ, phương pháp đường cong hợp lý (harmonized-curve method) (Chapman and Meyer, 1949)[6] không còn được sử dụng vì nó cần số lượng số liệu đầu vào rất lớn để xây dựng mối quan hệ giữa các biến và đường cong hợp lý. Hoặc phương pháp biểu đồ liên kết (Alignment-chat method) và các phương pháp chủ quan khác nhìn chung đã bị loại bỏ. Ngày nay, các mối quan tâm thường LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3 tập trung vào việc sử dụng các hàm toán học để xây dựng các biểu thể tích (Husch et al.

Các mô hình toán học về thể tích thân cây được xem xét như là một hàm của các biến độc lập: đường kính, chiều cao và hình số (Đồng Sĩ Hiền, 1974[2] ; Husch et al. Nó được viết dưới dạng: V = f (D, H, F) Trong đó: V- Thể tích D- Đường kính ngang ngực H- Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều cao đến 1 vị trí bất kỳ trên thân cây. F- Chỉ số hình dạng Người ta chia, các hàm thể tích thành các nhóm: + Nhóm các hàm thể tích địa phương: sử dụng một biến độc lập, nhìn chung là đường kính ngang ngực hoặc đôi khi sử dụng dưới dạng đổi biến để xây dựng biểu thể tích. Dạng hàm đơn giản nhất của một biểu thể tích địa phương là: V= (1.1) Trong đó V và D như trên còn bi là các hằng số Các hàm thể tích địa phương khác đã được sử dụng chủ yếu ở Châu Âu, theo báo cáo của Prodan (1965) và Prodan et al.4) Trong mô hình cuối cùng thì g là tiết diện ngang.

+ Nhóm các hàm thể tích chung: những hàm thể tích này ước lượng cả đường kính và chiều cao, trong một số trường hợp, thêm cả nhân tố hình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Behre (1935) và Smith et al. (1961)[6] đã kết luận rằng việc xác định yếu tố hình dạng không phải là một vấn đề đơn giản so với đo đường kính và chiều cao. Clutter et al.

(1983) [6] đã đưa ra 1 số lý do của việc chỉ nên sử dụng đường kính ngang ngực và chiều cao để xây dựng biểu thể tích, như sau: (1)- Việc đo các loại đường kính trên thân cây đứng là tốn thời gian và kinh phí (2)- Biến động về hình dạng thân cây tác động đến thể tích cây là nhỏ hơn nhiều so với biến động về chiều cao và đường kính. (3)- Với 1 số loài, hình dạng là tương đối ổn định. (4)- Với một số loài khác, hình dạng thường có mối tương quan với kích thước cây, do đó các biến đường kính và chiều cao thường giải thích nhiều về sự biến động của thể tích. Dưới đây đưa ra một số hàm thể tích chung phổ biến được áp dụng: Kiểu nhân tố hình dạng không đổi: (1.5) Kiểu kết hợp biến: (1.7) Dạng đổi biến logarit: (1.8) Đổi biến của Honer: (1.9) Các mô hình trong đó nhân tố hình dạng cũng là 1 biến như: (1.11) Các hệ số bi ở trên thu được bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tích hồi quy.

Ngoài việc tính toán thể tích bằng phương pháp tương quan, thông qua việc sử dụng các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc là thể tích với các biến độc lập như đường kính, chiều cao, hình số thì thể tích cây có thể tính được thông qua phương pháp đường sinh. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 Theo Đồng Sĩ Hiền,( 1974)[2] , Mendeleev D. ở CHLB Đức đề nghị biểu thị mối liên hệ giữa đường kính và chiều cao bằng hàm số mũ,( Đồng Sĩ Hiền -1974)[2] : D = a.elnbh = F(h), và thể tích thân cây bình quân cho những cây có cùng điều kiện lập địa và có chiều cao chính là tích phân của phương trình mũ trên : Wauthoz L. (1964) [6] đã xây dựng phương pháp xác định thể tích thân cây và lập biểu thể tích trên cơ sở phương trình y2 = A.

Thân cây gồm nhiều thể khác nhau, thông số hình dạng m biến động từ gốc đến ngọn. Ở mỗi đoạn, thông số m nằm trong 1 phạm vi nào đó. Wauthoz xác định thông số m của một thể hình học trừu tượng giản đơn có thể tích bằng thể tích phức tạp là thân cây. Nếu trị số m của thể đơn giản ấy xác định được thì thể tích của thân cây được tính bằng tích phân của phương trình trên (Đồng Sĩ Hiền, 1974)[2] .15) Trong đó g0 là tiết diện ngang ở cổ rễ.

Trong thực tiễn thì g0 được thay thế bằng g1.3 - tiết diện ngang ở vị trí 1.16) LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 Cũng theo Đồng Sĩ Hiền (1974)[2] , Ozumi (Prodan, 1965) [6] ở Nhật đã dùng phương trình parabol bậc ba, bậc bốn để biểu thị quan hệ giữa hệ số thon tự nhiên với chiều cao tương đối theo từng cấp hệ số thon ở giữa thân: K0i = a + b1x +b2x2 + b3x3 (1.17) Tác giả Đồng Sĩ Hiền đã nhận xét về các phương pháp trên như sau: Ý kiến của Muller G. có điểm độc đáo là đã vạch ra được sự thống nhất giữa phương trình đường sinh với đường cong chiều cao. Tuy nhiên những phương pháp này dựa trên một giả thuyết không phù hợp với thực tế. Phương pháp củaWauthoz đơn giản nhưng trong đó còn tồn tại nhiều vấn đề thực tiễn và lý luận chưa được giải quyết thỏa đáng.

Phương pháp của Ozumi trong sách của Prodan thì Ozumi không nói rõ đã lấy những số liệu nào trên thân cây để lập phương trình. Những nghiên cứu về hình số để lập biểu thể tích 1. Những nghiên cứu về f1.3 * So với các giá trị d, h thì f1.3 khó xác định hơn, đặc biệt là ở cây đứng. Vì thế nhiều tác giả đã xem xét quan hệ giữa f1.3 với d và h để có căn cứ xác định f1.3 là hàm của d: f1.3 của hàm d và h: f1.22) h d2 d2h LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 Theo Prodan (1965) [6] thì trong lâm phần quan hệ f1.

* Biểu thể tích 3 nhân tố là biểu ghi thể tích cây bình quân tương ứng với từng tổ hợp d,h và f1.3 được xác định qua hình suất q2. Quan hệ này được một số tác giả đề xuất các dạng phương trình sau: Anout chin. Những nghiên cứu về PT đường sinh: * Mendeleev (1899), Bena novxky (1917), Wimmenaner (1918)[6] đã xác định dạng phương trình đường sinh và biểu thị nó bằng phương trình toán học, xem đường kính y như là một hàm số của chiều cao x.27) Và Mendeleev cùng Bena novxky đã biểu thị hàm này thành dạng bậc 2 và 3, còn Wimmenaner thì đề nghị biểu diễn thành hàm bậc 4.28) Y= a + bx + cx2 + dx3 (1.29) Y= a + bx + cx2 + dx3 + ex4 (1.30) * Nhiều nhà khoa học với nhiều công trình nghiên cứu đã đưa ra kết quả phương trình đường sinh chung có dạng như sau: ya = c*xb Trong đó: y là bán kính X là khoảng cách từ ngọn cây đến bán kính y. a,b là số mũ, c là hệ số phương trình Ngoài ra còn có phương trình: y2 = A.xm LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 Tuỳ theo m = 0; 1; 2; 3 mà ta có phương trình đường sinh viên trụ hay neloid.S (1963,1964)[6], ở Liên Xô cũ, đã biểu thị quan hệ giữa đường kính lây ở vị trí bất kỳ với khoảng cách (L) từ đường kính đó đến gốc bằng phương trình Parabol sau: x2= 2.31) Trong đó: P là thông số điều chỉnh của đường sinh, x, y lần lượt là toạ độ của Parabol, h là chiều cao của thân bớt 1m.

Từ đó thể tích thân cây được xác định theo công thức sau: 4 V    2dl  Md052 H (1.32) 0 M tuỳ thuộc vào loài cây. Về việc xây dựng biểu thể tích Công trình nghiên cứu về lập biểu thể tích công phu nhất phải được kể đến đầu tiên là của tác giả Đồng Sĩ Hiền,(1974)[2]. Trong công trình này, tác giả đã đề cập một cách hệ thống và chi tiết về vấn đề lập biểu thể tích. Từ việc thu thập tài liệu quan sát đến việc tính toán và xây dựng biểu thể tích.

Nghiên cứu dạng phương trình thể tích theo phương pháp tương quan trong điều kiện của rừng miền Bắc nước ta, Đồng Sĩ Hiền (1974)[2] đã thử nghiệm hai dạng parabol và 3 dạng lũy thừa dưới đây cho một số loài cây rừng tự nhiên ở nước ta: v = a +b.35) log v = a + b1logd + b2logh (1.36) LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 logv = a + b1logd + b2logh + b3logq2 (1.37) Kết quả cho thấy hai dạng parabol thường thích hợp nhưng đối với 2 loài Sâng và Táu và dạng đầu với Bứa thì có sai dị rõ rệt giữa r2 và η2. Về các dạng lũy thừa thì biến số q2 nhiều khi không cần thiết mà có thể xác định thể tích qua đường kính và chiều cao. Có thể dùng ba phương trình dạng lũy thừa để lập biểu với 1 hoặc 2 hoặc 3 nhân tố, nhưng ở nước ta biểu 3 nhân tố không có tác dụng thực tế. Trong điều kiện của nước ta có thể áp dụng tốt hai dạng phương trình 3 và 4.