Tổng quan nghiên cứu

Rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên đang đối mặt với tình trạng khai thác trái phép và phá rừng ngày càng gia tăng, gây tổn thất nghiêm trọng về tài nguyên gỗ. Theo báo cáo của các Chi cục Kiểm lâm khu vực Tây Nguyên, từ năm 2000 đến nay, diện tích rừng đã giảm hơn 30%, trong đó tỉnh Gia Lai giảm từ 48,6% độ che phủ năm 2008 xuống còn 46% năm 2009, tỉnh Kon Tum mất hơn 4.578 ha rừng từ năm 2007, và tỉnh Đăk Lăk mất khoảng 3.000 ha rừng mỗi năm. Tình trạng này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc xác định thể tích thân cây từ kích thước gốc chặt để đánh giá chính xác lượng gỗ bị mất, phục vụ công tác quản lý và bảo vệ rừng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng cơ sở khoa học xác định thể tích thân cây từ kích thước gốc chặt của một số loài cây rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên, tập trung vào 23 loài cây phổ biến tại hai tỉnh Đăk Lăk và Gia Lai. Nghiên cứu nhằm phát triển phương pháp xác định thể tích thân cây dựa trên các đại lượng kích thước gốc chặt như đường kính gốc chặt (Dgc), chiều cao gốc chặt (Hgc), đồng thời thiết lập các phương trình tương quan với đường kính ngang ngực (D1.3) và chiều cao vút ngọn (Hvn).

Phạm vi nghiên cứu bao gồm số liệu thu thập từ 1363 cây thuộc 23 loài, trong đó 1103 cây dùng để xây dựng mô hình và 260 cây dùng để kiểm tra, với kích thước gốc chặt dao động từ 40 cm đến 110 cm, chiều cao gốc chặt từ 0,2 m trở lên và chiều cao vút ngọn từ 18 m trở lên. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp công cụ khoa học giúp xác định chính xác thể tích gỗ bị mất do khai thác trái phép, từ đó hỗ trợ công tác điều tra, quản lý và bảo vệ tài nguyên rừng hiệu quả hơn.

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 hình dạng thân cây và mối quan hệ giữa các kích thước thân cây, bao gồm:

  • Lý thuyết hình số tuyệt đối (f0): Biểu thị hình dạng thân cây qua hàm số tích phân đa thức bậc cao, cho phép tính thể tích thân cây dựa trên tiết diện ngang và chiều cao thân cây. Hình số tuyệt đối được xem là chỉ tiêu cô đọng biểu thị trung thực hình dạng thân cây gỗ.

  • Mô hình tương quan kích thước gốc chặt với đường kính ngang ngực và chiều cao vút ngọn: Các phương trình tuyến tính và phi tuyến được sử dụng để mô phỏng mối quan hệ giữa đường kính gốc chặt (Dgc), chiều cao gốc chặt (Hgc) với đường kính ngang ngực (D1.3) và chiều cao vút ngọn (Hvn). Mối quan hệ này là cơ sở để suy ra thể tích thân cây từ kích thước gốc chặt.

  • Phương pháp đường sinh thân cây: Sử dụng đa thức bậc cao để mô hình hóa đường kính thân cây theo chiều cao, từ đó tính thể tích thân cây bằng tích phân diện tích tiết diện ngang dọc thân cây.

Các khái niệm chính bao gồm: đường kính gốc chặt (Dgc), chiều cao gốc chặt (Hgc), đường kính ngang ngực (D1.3), chiều cao vút ngọn (Hvn), hình số tuyệt đối (f0), hệ số thon (q0, qgc), và thể tích thân cây (V).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu gốc được thu thập từ đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Xây dựng biểu thể tích thân, cành, ngọn cho một số loài cây khai thác chủ yếu ở rừng tự nhiên Việt Nam” do GS.TS Vũ Tiến Hinh và cộng sự thực hiện. Tổng cộng 1363 cây thuộc 23 loài rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên, trong đó 1103 cây dùng để xây dựng mô hình và 260 cây dùng để kiểm tra.

  • Phương pháp thu thập số liệu: Lựa chọn cây tiêu chuẩn tại các khu khai thác đại diện, đo đạc các chỉ tiêu Dgc, D0, D1.3, Hgc, Hvn bằng thước kẹp và thước mét chính xác. Cây được chặt ngả, chia thành 10 phần bằng nhau để đo đường kính tại các vị trí.

  • Phương pháp phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm SPSS 11.5 và Excel 2003 để phân tích thống kê, kiểm tra tương quan, xây dựng phương trình hồi quy, kiểm nghiệm sai số và lựa chọn mô hình phù hợp. Các phương pháp bao gồm:

    • Phân tích quy luật phân bố kích thước và hình dạng gốc chặt (Dgc, D0, Hgc, q0, qgc, f0).

    • Kiểm tra sự phụ thuộc và tính tỷ tương quan giữa các đại lượng (V, Dgc, Hgc, D1.3, Hvn) bằng phân tích tương quan và kiểm định F của Fisher.

    • Xây dựng các phương trình hồi quy mô phỏng mối quan hệ thể tích thân cây với Dgc và Hgc, cũng như với D1.3 và Hvn.

    • Kiểm nghiệm các phương trình bằng cách tính sai số tương đối so với thể tích thực tế tính từ đường kính từng phần thân cây.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu trong khoảng thời gian nghiên cứu khoa học cấp Bộ, phân tích và xây dựng mô hình trong giai đoạn luận văn thạc sĩ, hoàn thiện và kiểm nghiệm mô hình trong các tuần tiếp theo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm kích thước gốc chặt và hình dạng thân cây:

    • Đường kính gốc chặt (Dgc) trung bình dao động từ 40 cm đến 110 cm, với hệ số biến động (S%) từ 13% đến 20%, phân bố số cây quanh giá trị trung bình tương đối ổn định.
    • Chiều cao gốc chặt (Hgc) trung bình từ 0,2 m đến 0,5 m, hệ số biến động lớn hơn, dao động từ 14% đến 30%, cho thấy sự phân hóa rõ rệt giữa các loài.
    • Hệ số thon gốc cây (q0) và gốc chặt (qgc) dao động trong khoảng 1.14 đến 1.31, với qgc có hệ số biến động thấp hơn, cho thấy qgc có thể được coi là hằng số đại diện cho hình suất gốc chặt của từng loài.
    • Hình số tuyệt đối (f0) dao động từ 0.55 đến 0.65, với hệ số biến động khoảng 5-10%, phân bố gần đối xứng, có thể sử dụng f0 làm chỉ tiêu đại diện cho hình dạng thân cây.

  2. Mối quan hệ giữa thể tích thân cây (V) với kích thước gốc chặt (Dgc) và chiều cao gốc chặt (Hgc):

    • Tỷ tương quan (η) giữa V và Dgc dao động từ 0.34 đến 0.84, cho thấy mối quan hệ từ chặt đến rất chặt giữa thể tích thân cây và đường kính gốc chặt ở tất cả 23 loài.
    • Tỷ tương quan giữa V và Hgc thấp hơn, chỉ khoảng 0.03 đến 0.44, trong đó 65,78% trường hợp không có mối liên hệ đáng kể, cho thấy chiều cao gốc chặt không phải là yếu tố quyết định thể tích thân cây.
    • Phương trình hồi quy đa thức bậc hai và hàm mũ được sử dụng để mô phỏng mối quan hệ V = f(Dgc, Hgc), trong đó phương trình dạng ( V = k Dgc^b Hgc^c ) cho hệ số xác định (R²) cao nhất và sai số thấp nhất.

  3. Mối quan hệ giữa đường kính ngang ngực (D1.3), chiều cao vút ngọn (Hvn) với kích thước gốc chặt (Dgc, Hgc):

    • Đường kính ngang ngực (D1.3) có mối quan hệ tuyến tính chặt chẽ với Dgc, với hệ số xác định R² > 0.9 cho nhiều loài, cho phép suy ra D1.3 từ Dgc chính xác.
    • Chiều cao vút ngọn (Hvn) có mối quan hệ logarit với Dgc, phương trình dạng ( \log Hvn = a + b \log Dgc ) được lựa chọn với R² > 0.75, giúp ước lượng chiều cao cây từ kích thước gốc chặt.
    • Từ D1.3 và Hvn suy ra thể tích thân cây bằng các biểu thể tích hai nhân tố, phương pháp này cho sai số tương đối bình quân dưới 5%, phù hợp cho ứng dụng thực tiễn.

  4. Kiểm nghiệm và lựa chọn phương pháp xác định thể tích thân cây:

    • So sánh thể tích tính toán từ các phương trình với thể tích thực tế tính theo công thức tích phân đường kính từng phần thân cây cho thấy sai số tương đối bình quân dao động từ 3% đến 7%.
    • Phương pháp xác định thể tích thân cây dựa trên Dgc và Hgc có sai số thấp hơn so với phương pháp chỉ dựa vào Dgc hoặc D0.
    • Tiêu chuẩn Wilcoxon cho thấy không có sự sai khác có ý nghĩa thống kê giữa thể tích thực và thể tích tính toán bằng phương pháp đề xuất, khẳng định độ chính xác và tin cậy của mô hình.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy đường kính gốc chặt (Dgc) là đại lượng đặc trưng quan trọng nhất để xác định thể tích thân cây rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về mối quan hệ giữa kích thước gốc và thể tích thân cây. Chiều cao gốc chặt (Hgc) tuy có vai trò bổ trợ nhưng không phải là yếu tố quyết định, do chiều cao gốc chặt trong thực tế khai thác không đồng nhất và phụ thuộc nhiều vào điều kiện khai thác.

Việc sử dụng hệ số thon gốc chặt (qgc) và hình số tuyệt đối (f0) làm chỉ tiêu đại diện hình dạng thân cây giúp khắc phục hạn chế do hiện tượng bạnh vè và tiết diện gốc không tròn đều, đặc biệt trong rừng tự nhiên có nhiều loài và kích thước đa dạng. Phương pháp đường sinh thân cây và các mô hình toán học đa thức bậc cao được áp dụng thành công trong việc mô hình hóa hình dạng thân cây và tính thể tích.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, mô hình xây dựng dựa trên dữ liệu thực tế vùng Tây Nguyên có tính đặc thù cao, phù hợp với đặc điểm sinh trưởng và khai thác rừng tự nhiên tại địa phương. Việc kiểm nghiệm mô hình trên số liệu kiểm tra độc lập cho thấy độ chính xác cao, có thể ứng dụng trong công tác điều tra, thẩm định và quản lý tài nguyên rừng.

Dữ liệu và kết quả có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố kích thước gốc chặt, biểu đồ tương quan giữa V và Dgc, Hgc, cũng như bảng tổng hợp sai số tương đối của các phương pháp tính thể tích, giúp minh họa rõ ràng và trực quan cho các nhà quản lý và chuyên gia kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp xác định thể tích thân cây dựa trên đường kính gốc chặt (Dgc) và chiều cao gốc chặt (Hgc)

    • Động từ hành động: Triển khai đo đạc và áp dụng phương pháp trong công tác điều tra rừng.
    • Target metric: Giảm sai số xác định thể tích gỗ bị mất xuống dưới 5%.
    • Timeline: Thực hiện trong vòng 12 tháng tại các khu vực khai thác rừng tự nhiên Tây Nguyên.
    • Chủ thể thực hiện: Các cơ quan kiểm lâm, viện nghiên cứu lâm nghiệp và đơn vị điều tra quy hoạch rừng.

  2. Xây dựng và phổ biến bảng tra thể tích thân cây theo Dgc và Hgc cho các loài cây phổ biến

    • Động từ hành động: Biên soạn và phát hành bảng tra thể tích thân cây.
    • Target metric: Hỗ trợ nhanh chóng trong việc thẩm định khối lượng gỗ khai thác.
    • Timeline: 6 tháng kể từ khi hoàn thành nghiên cứu.
    • Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, trường Đại học Lâm nghiệp.

  3. Đào tạo kỹ thuật viên và cán bộ kiểm lâm về kỹ thuật đo đạc và áp dụng mô hình xác định thể tích thân cây từ gốc chặt

    • Động từ hành động: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu.
    • Target metric: Nâng cao năng lực kỹ thuật, giảm sai sót trong đo đạc và tính toán thể tích.
    • Timeline: Triển khai hàng năm, bắt đầu từ năm 2024.
    • Chủ thể thực hiện: Trung tâm đào tạo lâm nghiệp, các viện nghiên cứu.

  4. Phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán thể tích thân cây dựa trên dữ liệu gốc chặt

    • Động từ hành động: Thiết kế và triển khai phần mềm ứng dụng.
    • Target metric: Tăng tốc độ và độ chính xác trong xử lý số liệu điều tra rừng.
    • Timeline: 18 tháng kể từ khi bắt đầu dự án.
    • Chủ thể thực hiện: Các đơn vị công nghệ thông tin phối hợp với viện nghiên cứu lâm nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ kiểm lâm và quản lý rừng

    • Lợi ích: Nắm bắt phương pháp xác định thể tích gỗ bị mất chính xác, hỗ trợ công tác kiểm tra, giám sát khai thác rừng.
    • Use case: Thẩm định khối lượng gỗ khai thác trái phép dựa trên kích thước gốc chặt tại hiện trường.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Lâm học, Quản lý tài nguyên thiên nhiên

    • Lợi ích: Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm về mô hình hóa thân cây và tính thể tích gỗ.
    • Use case: Tham khảo để phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan đến điều tra rừng và mô hình sinh trưởng cây.

  3. Các tổ chức bảo tồn và phát triển bền vững rừng

    • Lợi ích: Hiểu rõ hơn về mức độ tổn thất tài nguyên rừng, từ đó xây dựng các chiến lược bảo vệ hiệu quả.
    • Use case: Đánh giá tác động của khai thác trái phép và đề xuất các biện pháp bảo vệ rừng tự nhiên.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về lâm nghiệp và môi trường

    • Lợi ích: Có công cụ khoa học để xây dựng chính sách, quy định về khai thác và bảo vệ rừng.
    • Use case: Xây dựng quy trình điều tra, kiểm tra và xử lý vi phạm khai thác gỗ dựa trên dữ liệu khoa học.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần xác định thể tích thân cây từ kích thước gốc chặt?
    Việc xác định thể tích thân cây từ gốc chặt giúp đánh giá chính xác lượng gỗ bị mất do khai thác trái phép, khi cây đã bị chặt và chỉ còn lại phần gốc. Điều này rất quan trọng để quản lý tài nguyên rừng hiệu quả và xử lý vi phạm.

  2. Đường kính gốc chặt (Dgc) có phải là đại lượng đáng tin cậy để xác định thể tích thân cây?
    Có, nghiên cứu cho thấy Dgc có mối quan hệ chặt chẽ với thể tích thân cây, với tỷ tương quan cao (đến 0.84), giúp suy ra thể tích cây chính xác hơn so với chỉ dùng đường kính gốc (D0) do tiết diện gốc thường không tròn đều.

  3. Chiều cao gốc chặt (Hgc) ảnh hưởng thế nào đến việc tính thể tích thân cây?
    Hgc có vai trò bổ trợ trong mô hình tính thể tích, tuy nhiên mối quan hệ giữa Hgc và thể tích thân cây không chặt chẽ bằng Dgc, do chiều cao gốc chặt trong thực tế khai thác không đồng nhất và phụ thuộc nhiều vào điều kiện khai thác.

  4. Phương pháp xác định thể tích thân cây từ Dgc và Hgc có thể áp dụng cho tất cả các loài cây rừng tự nhiên không?
    Phương pháp được xây dựng dựa trên 23 loài phổ biến tại Tây Nguyên và có thể áp dụng cho các loài tương tự về đặc điểm sinh trưởng. Tuy nhiên, với các loài khác hoặc vùng sinh thái khác, cần kiểm nghiệm và điều chỉnh mô hình phù hợp.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào công tác quản lý rừng thực tế?
    Các cơ quan quản lý có thể sử dụng bảng tra thể tích thân cây theo Dgc và Hgc để nhanh chóng ước lượng khối lượng gỗ bị mất tại hiện trường, kết hợp đào tạo kỹ thuật viên và phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán nhằm nâng cao hiệu quả điều tra và giám sát khai thác rừng.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công cơ sở khoa học và phương pháp xác định thể tích thân cây từ kích thước gốc chặt (Dgc, Hgc) cho 23 loài cây rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên dựa trên số liệu 136