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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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.