Nghiên cứu cơ sở khoa học lập biểu thể tích thân cây đứng cho một số loài cây rừng tự nhiên vùng tây nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
--------------------------------------------

VŨ VĂN THÀNH

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC LẬP BIỂU THỂ TÍCH
THÂN CÂY ĐỨNG CHO MỘT SỐ LOÀI CÂY Ở RỪNG
TỰ NHIÊN VÙNG TÂY NGUYÊN

Chuyên ngành: Lâm học
Mã số: 60.62.60

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. VŨ TIẾN HINH

Hà Nội, 2012


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Thảm thực vật thân gỗ có vai trò quyết định đến mối quan hệ giữa các
thành phần của hệ sinh thái rừng tự nhiên, cũng như các chức năng cơ bản của
rừng. Do đó, dưới góc độ sinh thái việc quản lý kinh doanh rừng như thế nào
để ổn định thành phần thực vật thân gỗ là một trong những vấn đề mấu chốt

của quản lý rừng bền vững.
Để phục vụ công tác quản lý và kinh doanh rừng, chúng ta cần biết trữ
lượng của rừng hoặc hơn nữa trữ lượng cụ thể theo từng loài cây, theo các
kích thước khác nhau để lập quy hoạch và các kế hoạch bảo vệ, khai thác,
nuôi dưỡng rừng...
Việc xác định trữ lượng rừng, cũng như thể tích cây đứng, hiện nay sử
dụng phổ biến cho đối tượng rừng tự nhiên là biểu thể tích hai nhân tố cây
đứng toàn quốc lập theo tổ hình dạng và chung cho các loài. Riêng ở vùng
Tây Nguyên, nơi đang cung cấp sản lượng gỗ từ rừng tự nhiên lớn nhất của cả
nước thì hiện nay việc xác định trữ lượng cây đứng, gỗ sản phẩm chủ yếu vận
dụng biểu thể tích cây đứng theo cấp chiều cao khu vực Hà Tĩnh – Quảng
Bình, biểu thể tích cây đứng theo cấp chiều cao khu vực sông Hiếu - Nghệ An
… để tính toán, do đó có thể gây ra sai số lớn đối với các loài cây và các cây
có kích thước khác nhau.
Xuất phát từ yêu cầu điều tra, thiết kế khai thác và quản lý kinh doanh
rừng tự nhiên cũng như thực trạng các biểu thể tích đã có; cao hơn nữa hiện
nay, trong các công trình, dự án về lâm nghiệp đòi hỏi cần phải đưa ra hoặc
xây dựng được những phương án điều chế rừng bền vững cho cấp lâm trường,
cho từng xã hoặc cho những khu vực cụ thể nên người sử dụng cần những
thông tin chi tiết và cụ thể hơn, thậm chí cần thông tin cho từng loài cây riêng
lẻ nhưng chưa được đáp ứng đầy đủ.


2
Từ đó cho thấy, cần phải tiếp tục nghiên cứu phương pháp và lập biểu
thể tích cho từng loài cây riêng lẻ, nhằm đáp ứng yêu cầu của sản xuất.
Góp phần từng bước giải quyết những yêu cầu nêu trên, chúng tôi tiến
hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học lập biểu thể tích thân
cây đứng cho một số loài cây ở rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên”.

3
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Thể tích thân cây và trữ lượng rừng là con số biểu thị khối lượng gỗ
(tính bằng m3) mà cây hoặc bộ phận của cây hay toàn rừng tạo ra kể từ lúc
chúng xuất hiện tới một thời điểm nào đó. Đây là nhân tố điều tra quan trọng
hàng đầu cần phải xác định trong điều tra, thiết kế phục vụ cho công tác quản
lý và kinh doanh rừng. Vì vậy lý luận và thực tiễn về cơ sở để tính thể tích
thân cây trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã được nhiều tác
giả đề cập nghiên cứu. Một số thành quả nghiên cứu liên quan đến vấn đề này
có thể tóm lược như sau:
1.1. Trên thế giới
1.1.1. Những nghiên cứu về phương pháp xác định thể tích thân cây
Khoa học điều tra đo cây đã xuất hiện tương đối rõ hai hướng trong
việc xác định thể tích thân cây và trữ lượng rừng.
Thứ nhất, các tác giả thường dùng những phương pháp và công thức
đơn giản với độ chính xác không cao, nhưng nhanh, rẻ, đáp ứng được những
yêu cầu nhất định: Denzin (1929), (theo Ngô Thế Sơn 2011)[16] sử dụng
công thức: Y = 0,001*d2; trong đó d là đường kính ngang ngực của cây; để đo
trữ lượng lâm phần, có công thức của N.V.Tretiakov: M = O(h-k)*p; trong đó
O là một hệ số tùy thuộc vào loài cây, nó bằng tích của tổng tiết diện ngang
với hình số, h là chiều cao bình quân của lâm phần, k là một hệ số điều chỉnh
và p là độ đầy.
Thứ hai, người ta dùng những phương pháp phức tạp hơn nhằm đảm
bảo độ chính xác cần thiết cho những yêu cầu nhất định của sản xuất và
nghiên cứu khoa học. Lý luận và phương pháp nghiên cứu theo hướng này


4

ngày càng được nhiều tác giả tập trung nghiên cứu để không ngừng đáp ứng
yêu cầu của sản xuất, nghiên cứu khoa học và theo phương hướng ngày càng
có độ chính xác cao hơn. Nhìn chung, có thể xếp các nghiên cứu này theo 3
phương pháp: (1) dựa vào quan hệ của thể tích sản phẩm với các nhân tố dễ
xác định trên thân cây hoặc lâm phần; (2) dựa vào hệ số chuyển đổi (tỷ xuất
thể tích hoặc hình số của từng loại sản phẩm); (3) dựa vào phương pháp
đường sinh thân cây.
- Phương pháp dựa vào quan hệ của thể tích thân cây với các nhân tố
dễ xác định trên thân cây hoặc lâm phần:
Prodan M.(1965)[21] đã sử dụng các phương trình sau để biểu thị quan
hệ giữa thể tích thân cây với đường kính và chiều cao cho một số loài cây ở
châu Âu:
V=ao+a1*d2+a2*d2h+a3*h2+a4*dh2

(1-1)

V=ao+a1*d+a2*d.h+a3*d2+a4*h+a5* d2h

(1-2)

V=ao+a1*d+a2* d2+a3*d3+a4*h+a5*h2

(1-3)

V=ao+a1*d2+a2*h+a3* d2h

(1-4)

V= ao+a1*d2h

(1-5)

Shumacher B và Hall (1933)[22] đã đề xuất phương trình:
V = b0*db1hb2

(1-6)

Thomas Eugene Avery (1983)[23] dùng phương trình (1-5) lập biểu
thể tích cho loài Slash pine ở Mỹ
Edminster et al.,(Thomas Eugene Avery,1983)[23] cũng dùng phương
trình (1-5) lập biểu thể tích cho loài Ponderosa pine ở Colorado, Hoa Kỳ và dùng
phương trình:


5

V=b0*(d2h)b1

(1-7)

lập biểu gỗ thương phẩm cho loài cây này.
Jayaraman.K. (2000)[19] trong lâm nghiệp thường sử dụng một số
phương trình tương quan (1-4), (1-5) và (1-6) để tính thể tích thông qua các
biến độc lập là đường kính ngang ngực và chiều cao.
Qua đó cho thấy, một số phương trình sau đây thường được áp dụng:
Kiểu nhân tố hình dạng không đổi, phương trình (1-7): V = b0*(d2*h)b1
Kiểu kết hợp biến: phương trình (1-5): V = b0*db1hb2 và phương trình
(1-6): V= ao+a1*d2h
Dạng biến đổi logarit, phương trình (1-5): log(V)= log(b0) + b1*log(d)
+ b2*log(h)

- Phương pháp dựa vào hệ số chuyển đổi (tỷ xuất thể tích hoặc hình số
của từng loại sản phẩm):
Khoa học Điều tra rừng đã khẳng định thể tích thân cây hoặc bộ phận
thân cây đứng có thể xác định bằng công thức:
V 


4

d 2j * h * f j

(1-8)

Với: V là thể tích thân cây hoặc bộ phận của thân cây.
dj là đường kính qui chuẩn được chọn ở vị trí nào đó trên phần
gốc cây để có thể đo được dễ dàng.
h là chiều cao thân cây.
fj là hình số hay đại lượng biểu thị hình dạng của thân cây hoặc
bộ phận hình dạng thân cây ứng với dj đã chọn ở trên.


6
Husch (1982)[18] các mô hình toán học về thể tích thân cây được xem
xét là một hàm của các biến độc lập, đường kính, chiều cao và hình số, nó
được viết dưới dạng:
V= f(d*h*f)

(1-9)

Trong đó:

V: Thể tích thân cây.
d: Đường kính ngang ngực.
h: Chiều cao vút ngọn, chiều cao gỗ thương phẩm hoặc chiều cao một
vị trí bất kì trên thân cây.
f- Chỉ số hình dạng.
Hohenadl (1922-1923), đề nghị hệ số thon và hình số tự nhiên đặt trên
cơ sở đường kính ở vị trí 0.1 của chiều cao tính từ vị trí cổ rễ. Các chỉ tiêu
hình dạng tương đối của Hohenadl đã được thừa nhận rộng rãi ở các nước nói
tiếng Đức và Cộng hòa liên bang Đức và ngày càng được thừa nhận rộng rãi
trên thế giới.
- Phương pháp đường sinh thân cây:
Ngoài việc tính toán thể tích bằng phương pháp tương quan thông qua
việc sử dụng các hàm quan hệ giữa biến phụ thuộc và thể tích với các biến
độc lập như đường kính, chiều cao, hình số thì thể tích thân cây có thể được
tính thông qua phương pháp đường sinh.
Mặc dù về mặt lý thuyết, ngay từ thế kỷ XIX người ta đã biết, nếu coi
thân cây là một khối hình học tròn xoay thì thể tích chính là tích phân phương
trình đường sinh của nó. Theo Đồng Sĩ Hiền (1974)[7] do đường sinh thân
cây là đường cong rất phức tạp, chỉ có thể biểu diễn bằng một phương trình


7
Parabol bậc cao nên những đề nghị của Mendeleev (1899), Wimmenauer
(1918), Belanovski (1917), vào đầu thế kỉ XX, mới chỉ dừng ở phạm trù lý
thuyết, mãi tới giữa thế kỷ XX những đề nghị này mới trở thành hiện thực
nhờ sự trợ giúp của những phương tiện tính toán hiện đại. Từ đó xuất hiện
một phương pháp lập biểu thể tích mới gọi là phương pháp đường sinh thân
cây.
Mendelep D.I (1899), Belanovxki I.G (1917), và Wimmenauer K (1918),
đặt mục tiêu xác định hình dạng của đường sinh và biểu thị nó bằng phương

trình toán học, xem đường kính như là một hàm của chiều cao: Y = F(x) và đề
nghị biểu thị hàm số này bằng phương trình bậc hai, bậc ba và bậc bốn.
Muller G (1960), đề nghị biểu thị mối liên hệ giữa đường kính và chiều
cao bằng hàm số mũ: D = a.b.h = F(h). Giả thiết vòng năm có bề dày cố định
thì có thể tính được thể tích thân cây bình quân cho những cây ở cùng điều
kiện lập địa và có chiều cao bằng cách lấy tích phân diện tích nằm dưới
đường cong tức là lấy tích phân phương trình mũ trên.
h
V=  . F (h) 2 .dh

4

(1-10)

0

Heijbel.I (1965), ở Thụy Điển đã sử dụng 3 phương trình kết hợp lại để
tiếp cận phương trình đường sinh thân cây.

n  i  k.tg.k.n i 
Trong đó:

+  n là hệ số độ thon tự nhiên  n =

don
d01


8

+  n là chiều dài tương đối

n =

hn
h

+ k. i ,i : là hệ số cố định, thể tích cơ bản sẽ là:
n





Vg =  .  i  k.tgk n  i 2 .d n
4

(1-11)

0

1.1.2. Những nghiên cứu về quan hệ giữa chiều cao với đường kính
thân cây
Giữa chiều cao vút ngọn (hvn) và đường kính thân cây tại vị trí 1,3m
(d1,3) quan hệ chặt chẽ với nhau và có mối quan hệ với kích thước gốc chặt.
Mối quan hệ giữa (hvn) và (d1,3) đã được nhiều tác giả chứng minh bằng các
phương pháp toán học khác nhau, tiêu biểu trong số đó là:
Tovstolesse, D.I (1930) (theo Phạm Ngọc Giao (1996))[3], lấy cấp đất
làm cơ sở để nghiên cứu quan hệ h/d. Mỗi cấp đất tác giả xác lập một đường
cong chiều cao bình quân ứng với mỗi cỡ đường kính để có dãy tương quan

cho loài và cho cấp chiều cao. Sau đó dùng phương pháp biểu đồ để nắn dãy
tương quan theo dạng đường thẳng của Gehrhardt và Kopetxki: Hg = a+b*g.
Krauter, G(1958) và Tiourin, A.V (1931) (theo phạm Ngọc Giao
(1996))[3], nghiên cứu tương quan giữa chiều cao với đường kính ngang ngực
dựa trên cơ sở cấp đất và cấp tuổi. Kết quả cho thấy: “Khi dãy phân hoá thành
các cấp chiều cao thì mối quan hệ này không cần xét đến cấp đất hay cấp tuổi,
cũng không cần xét đến tác động của hoàn cảnh và tuổi đến sinh trưởng của
cây rừng và lâm phần, vì những nhân tố này đã được phản ánh trong kích
thước của cây, nghĩa là đường kính và chiều cao trong quan hệ đã bao hàm tác
động của hoàn cảnh và tuổi”.


9
Tiếp theo, nhiều tác giả dùng phương pháp giải tích toán học tìm ra
những phương trình như: Naslund, M(1929); Asmann, E(1936); Hohenadl, W
((1936); Michailov, F(1934, 1952); Prodan, M (1944); Krenn, K(1946);
Meyer, H.A (1952)… đã đề nghị các dạng phương trình dưới đây:
h = a + b1*a + b2*d2

(1-12)

h = a + b1*d + b2*d2 + b3*d3

(1-13)

d2
(a  bd )2

(1-14)

h – 1,3 =

h = a + b*log(d)

(1-15)

h = a + b1*d + b2*logd

(1-16)

h = k*db

(1-17)
b

h - 1,3 = a*e d

(1-18)

1.2. Trong nước
1.2.1. Những nghiên cứu về phương pháp xác định thể tích thân cây
Việc lập biểu để tính thể tích thân cây đầu tiên được lập ở nước ta là
biểu thể tích theo cấp chiều cao cho rừng tự nhiên khu vực sông Hiếu - Nghệ
An, do các chuyên gia Trung Quốc và Viện Điều tra Quy hoạch rừng lập năm
1964. Biểu đã ban hành nhưng hầu như chưa được sử dụng do sản xuất lâm
nghiệp lúc đó chưa đòi hỏi phải thống kê và lập kế hoạch sử dụng chi tiết đến
từng loại sản phẩm. Mặt khác, đây là biểu lập chung cho các loài cây nhưng
riêng cho một địa phương nên hạn chế phạm vi áp dụng.
Đồng Sỹ Hiền (1974)[7] đã công bố công trình lập biểu thể tích và biểu
độ thon rừng tự nhiên ở Việt Nam. Trong đó biểu độ thon cho biết đường kính

tương đối ở các độ cao tương đối khác nhau trên thân cây cho từng nhóm loài


10
có hình dạng thuần nhất. Đây là công trình khoa học có tính lý luận và thực
tiễn cao, đặt nền tảng cho khoa học về lập biểu thể tích ở nước ta.
Vũ Nhâm (1988)[14] lập biểu sản phẩm và thương phẩm cho rừng
Thông đuôi ngựa kinh doanh gỗ mỏ vùng Đông Bắc. Trong biểu sản phẩm
ghi thể tích chung của cây và phần trăm thể tích tương ứng với từng loại sản
phẩm gỗ mỏ. Biểu thương phẩm gỗ mỏ ghi phần trăm trữ lượng tương ứng
với từng loại sản phẩm theo đường kính bình quân lâm phần.
Nguyễn Ngọc Lung - Đào Công Khanh (1999)[13] trong công tình
“Nghiên cứu tăng trưởng sản lượng rừng trồng áp dụng cho Thông ba lá ở
Việt Nam” có giới thiệu tóm tắt về cấu trúc và phương pháp lập biểu sản
lượng cho rừng Thông ba lá ở Lâm Đồng. Dựa vào kết cấu sản phẩm, tác giả
đã lập ra biểu sản phẩm theo 5 cấp chiều cao khác nhau. Biểu này cho biết thể
tích thân cây, phần trăm thể tích theo 3 cấp độ thô (gỗ to, gỗ trung bình, gỗ
nhỏ) và phần trăm thể tích sản phẩm gỗ lớn nhất cho 7 mặt hàng sản phẩm mà
một cây trung bình ứng với từng cấp chiều cao có thể cung cấp được.
Trần Văn Con (1991)[1] lập biểu thể tích cây đứng cho rừng Khộp ở
Tây Nguyên trên cơ sở phương trình:
V=bo*db1*hb2, trong đó chiều cao được xác định theo phương trình:
h=a+b*ln(d).
Bảo Huy (1993)[5] sử dụng phương trình:
V=bo*db1*hb2 để lập biểu thể tích cây đứng cho rừng Bằng lăng chiếm ưu
thế ở Đăk Lăk. Đường cong chiều cao được xác lập theo phương trình: h=
k*db.


11

1.2.2. Những nghiên cứu về quan hệ giữa chiều cao với đường kính thân cây
Phạm Ngọc Giao (1996)[3] đã khẳng định tương quan h/d của các lâm
phần Thông đuôi ngựa tồn tại chặt dưới dạng phương trình lôgarit một chiều:
h = a + b*logd
Dựa vào phương pháp của Kennel đã gợi ý, tác giả đã xây dựng mô
hình động thái đường cong chiều cao cho lâm phần Thông đuôi ngựa cho khu
Đông Bắc với các tham số của phương trình tương quan h/d như sau:
b = 0,4141 + 0,9524*

h0  h
log d 0  log d

a = h – b*log(d)
h = 1.23 + 0.84*h0 – 24.65*

h0
n

Bảo Huy (1993)[4] đã thử nghiệm bốn phương trình tương quan h/d:
h = a + b*log(d)
h = a +b*d
Log(h) = a + b*d
cho từng loài ưu thế: Bằng lăng, Cẩm xe, Kháo và Chiêu liêu ở rừng
rụng lá và nửa rụng lá Bằng lăng Tây Nguyên, tác giả đã chọn được phương
trình thích hợp nhất là:
Log(h) = a + b*log(d)
* Thảo luận
Từ các vấn đề nghiên cứu đã nêu ở trên nhận thấy một số điểm liên
quan đến đề tài như sau:

12
- Với đối tượng rừng tự nhiên ở nước ta hiện nay, việc xác định thể tích
thân cây thường sử dụng biểu chung và biểu lập theo tổ thuần nhất f01 được
lập chung cho các loài nhưng trong thực tế điều tra, thiết kế đòi hỏi phải xác
định được trữ lượng theo từng loài cây cụ thể;
- Xu hướng chung hiện nay là các tác giả tập trung nghiên cứu lập biểu
thể tích hai nhân tố, theo 3 phương pháp sau: (1) dựa vào quan hệ của thể tích
thân cây với các nhân tố dễ xác định trên thân cây; (2) dựa vào hệ số chuyển
đổi (tỷ xuất thể tích hoặc hình số); (3) dựa vào phương pháp đường sinh thân
cây. Vấn đề đặt ra khi lập biểu thể tích thân cây riêng cho từng loài cho đối
tượng rừng tự nhiên thì phương pháp nào là thích hợp hơn cả?.
- Các nghiên cứu về lập biểu thể tích dựa vào quan hệ của thể tích thân
cây với các nhân tố dễ xác định trên thân cây, thường dựa vào hai nhân tố
đường kính và chiều cao: V=F(d,h); trong đó, phương trình được dùng phổ
biến nhất là các dạng phương trình (1-5), (1-6), (1-7). Phương pháp lập biểu
thể tích dựa vào hệ số chuyển đổi (tỷ xuất thể tích hoặc hình số của từng loại
sản phẩm): V=F(d,h,f). Độ chính xác tính thể tích thân cây chủ yếu phụ thuộc
vào độ chính xác xác định f.
Cuối cùng với khuôn khổ luận văn của một học viên cao học sẽ không
thể nghiên cứu toàn bộ các vấn đề đặt ra mà chỉ tham vọng góp phần giải
quyết một số khía cạnh trong nghiên cứu xây dựng cơ sở lập biểu thể tích thân
cây đứng cho một số loài cây ở rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên.


13
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1. Mục tiêu tổng quát
Góp phần xây dựng cơ sở khoa học lập biểu thể tích thân cây đứng cho
một số loài cây ở rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể
Chọn được phương pháp lập biểu thể tích thân cây đứng cho 5 loài cây
nghiên cứu: Huỷnh, Trâm trắng, Dẻ trắng, Gội nếp, Trâm tía ở rừng tự nhiên
vùng Tây Nguyên.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 5 loài cây khai thác phổ biến:
Huỷnh, Trâm trắng, Dẻ trắng, Gội nếp, Trâm tía ở rừng tự nhiên vùng Tây
Nguyên.
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
Tại khu vực Tây Nguyên có rất nhiều loài cây khác nhau thuộc đối
tượng khai thác chính. Tuy nhiên, trong giới hạn khuôn khổ luận văn, chỉ tập
trung nghiên cứu về cơ sở khoa học lập biểu thể tích thân cây đứng cho 5 loài
đại diện, có sản lượng khai thác và giá trị thương phẩm khá cao ở rừng tự
nhiên vùng Tây Nguyên.


14

2.3. Nội dung nghiên cứu
2.3.1. Nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích thân cây đứng
2.3.1.1. Phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương trình thể tích
- Các dạng phương trình thử nghiệm.
- Cơ sở lựa chọn dạng phương trình tính thể tích thân cây.
+ Kiểm tra hệ số xác định (R2) và sự tồn tại của các tham số của các
phương trình.
+ Tính sai số xác định thể tích thân cây từ phương trình.

- Kết quả chọn phương trình thể tích tính thể tích thân cây.
2.3.1.2. Phương pháp tính thể tích thân cây đứng trên cơ sở hình số tự nhiên
bình quân f01
- Một số đặc điểm của hình số tự nhiên.
- Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên.
- Xác lập quan hệ d01 và d1,3.
- Tính sai số thể tích thân cây tính theo giá trị f01 bình quân của các
loài.
2.3.1.3. Phương pháp tính thể tích thân cây từ phương trình đường sinh
- Xác định phương trình đường sinh thân cây cho 5 loài cây nghiên cứu.
- Tính sai số xác định thể tích thân cây từ phương trình đường sinh.
2.3.1.4. Đề xuất phương pháp xác định thể tích thân cây
2.3.1.5. Tính số cây cần thiết cho mỗi loài
2.3.2. Xác lập quan hệ giữa chiều cao với đường kính


15
2.3.3. Xác định cỡ kính và cỡ chiều cao trong lập biểu thể tích
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp luận
Thân cây gỗ được xem như những khối hình học tròn xoay đầy hoặc
cụt. Tuy nhiên do cây rừng là một chỉnh thể sinh học nên nó có những hình
dạng khác nhau. Vì vậy, chỉ bằng những thực nghiệm trên mẫu tương đối đủ
lớn mới có thể xác lập được các quy luật vừa mang tính toán học chính xác
vừa mang tính sinh học của cây rừng.
Trên quan điểm ứng dụng nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh rừng,
nên khi nghiên cứu đã kế thừa những tài liệu có sẵn làm cơ sở lựa chọn những
dạng toán học thích hợp, đảm bảo độ chính xác cho phép và dễ sử dụng.
2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu
Bảng 2.1. Mẫu phiếu điều tra cây chặt ngả

Thông tin chung
Cây số: ............................. Tên loài cây: ...............................
Đơn vị: ............................ Huyện: ......................................... Tỉnh: ........................................
Ngày điều tra: …/…/201.. Người điều tra: ............................
Kết quả đo thân cây
Đường kính D1.3: ........................ , hoặc chu vi (vanh) ........................ Chiều cao gốc chặt
Hs: ................................................ cm,
Chiều cao: Hvn: ............... ....................... Hdc:................................ m, Hd=20: .....................
Đường kính (hoặc vanh) tại các phần mười chiều cao thân cây (chia theo Hvn)
Sơ đồ cây

Vị trí
H0i
D0iCV
D0iKV

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Người kiểm tra (ghi rõ họ tên và ký nhận)

0.5

0.6

0.7

0.8

Người điều tra (ký tên)

- Số liệu trên cây ngả được thu thập như sau:

0.9


16
+ Đo chiều dài men thân bằng thước dây và tiến hành chia thân cây
thành 10 đoạn bằng nhau theo các vị trí tương đối 00. 01. 02. 03. 04…. 09. Đo
đường kính có vỏ và không vỏ tại vị trí 1,3 m kể từ gốc cây và các vị trí tương
đối khác đã chia trên thân cây.
+ Đo chiều cao, đường kính có vỏ và không vỏ gốc chặt;
+ Đo chiều cao dưới cành;
+ Xác định chiều cao thân cây tại vị trí d có vỏ bằng 25cm (hd = 25).
2.4.3. Phương pháp xử lý số liệu
2.4.3.1. Tính thể tích thân cây
Thể tích thân cây được tính theo công thức kép tiết diện bình quân với
10 đoạn có chiều dài tương đối bằng nhau:
V=

  d 002

2

2
2  h


 d 01
 d 02
 .... d 09
4 2
 10

(2-1)

Trong đó:
V là thể tích thân cây. d00, d01,d02, … d09 là đường kính tại các vị trí
phần mười thân cây;
h là chiều cao thân cây.
2.4.3.2. Xác định thể tích thân cây đứng bằng phương trình thể tích
Bước 1. Xác lập quan hệ thể tích thân cây theo các dạng phương trình:
V = b0*db1*hb2

(2-2)

V = b0 + b1*h +b2*(d2*h)

(2-3)

V = b0*(d2*h)b1

(2-4)

17
Đối với phương trình (2-2) và phương trình (2-4), tiến hành logarit hai
vế của phương trình để đưa 2 phương trình đó về dạng tuyến tính.
Từ các phương trình trên kiểm tra sự tồn tại các tham số của phương
trình và tính sai số thể tích để chọn ra một phương trình thích hợp nhất cho 5
loài cây nghiên cứu .
Bước 2. Cơ sở lựa chọn dạng phương trình tính thể tích thân cây:
Cơ sở chọn dạng phương trình tính thể tích thân cây căn cứ tổng hợp vào
3 yếu tố sau: Hệ số xác định của phương trình lớn nhất, các tham số đều tồn
tại và sai số khi kiểm tra nhỏ nhất.
Kiểm tra hệ số xác định của phương trình lớn nhất và sự tồn tại của các
tham số bằng phần mềm Excel trên máy tính theo quy trình hướng dẫn trong
giáo trình Tin học ứng dụng trong lâm nghiệp (Nhà xuất bản Nông nghiệp2001).
Đề tài sử dụng một số loại sai số thường dùng sau đây để kiểm tra sai
số của từng phương trình cho 5 loài cây nghiên cứu:
- Sai số tương đối về thể tích cây đơn lẻ:
(2-5)
- Sai số lớn nhất mắc phải ở cây đơn lẻ: ∆% max
- Sai số bình quân:
= *

(2-6)

- Sai số quân phương:
∆sq =

(2-7)

18

- Hệ số chính xác
P% =

(2-8)

- Sai số tổng thể tích:
(2-9)
Trong các các công thức trên:
- n số cây kiểm tra;
- Vt là thể tích thân cây thực của các cây kiểm tra;
- Vlt là thể tích thân cây lý thuyết của các cây kiểm tra;
- ∑Vt là tổng thể tích thân cây thực của các cây kiểm tra;
- ∑Vlt là tổng thể tích thân cây lý thuyết của các cây kiểm tra.
Trên cơ sở kiểm tra sai số tính thể tích thân cây từ các cây kiểm tra tiến
chọn ra dạng phương trình có sai số bình quân ở cây cá lẻ là nhỏ nhất, đồng
thời cũng không vượt quá 10%, sai số lớn nhất không vượt quá 20% và sai số
tổng thể tích nhỏ nhất.
Bước 3. Chọn phương trình thích hợp nhất để tính thể tích thân cây:
Căn cứ vào kết quả tính toán ở bước 2, đề xuất dạng phương trình thích
hợp nhất để tính thể tích thân cây cho 5 loài cây nghiên cứu.
Phương trình thích hợp nhất để tính thể tích thân cây là phương trình
đảm bảo 3 yếu tố sau:
- Có hệ số xác định của phương trình (R2) lớn nhất;
- Các tham số đều tồn tại;
- Sai số khi kiểm tra nhỏ nhất.


19

2.4.3.3. Xác định thể tích thân cây trên cơ sở hình số tự nhiên bình quân f01
- Thể tích thân cây được tạo thành từ ba nhân tố: đường kính, chiều cao
và hình dạng; dựa trên hình số tự nhiên thân cây, thể tích thân cây được tính
theo công thức kinh điển sau:
Vc =  * d 012 * hvn * f 01

(2-10)

4

Trong đó:
d01: Đường kính thân cây được đo ở vị trí 1/10 chiều cao thân cây;
hvn: Chiều cao vút ngọn thân cây;
f01 : Hình số tự nhiên thân cây.
- Hình số tự nhiên f01 là tỷ số giữa thể tích thân cây với thể tích hình trụ
có chiều cao bằng chiều cao thân cây tiết diện bằng tiết diện ngang lấy ở độ
cao 1/10 chiều cao thân cây. Công thức xác định hình số tự nhiên f01:
f01=

Vc
g 01 h

(2-11)

Trong đó:
- Vc là thể tích thân cây;
- g01: Tiết diện ngang cây cả vỏ tại vị trí 1/10 chiều cao thân cây;
- h: Chiều cao thân cây.
Bước 1. Tính toán một số đặc trưng của hình số tự nhiên f01:
- Tính trị số bình quân (mean):



X 

1 n
 X
n i 1

- Tính phương sai mẫu:

(2-12)


20


1 n 

S =
X  X

n  1 i 1 


2

2

(2-13)

- Tính sai tiêu chuẩn:
S=

S2

(2-14)

- Hệ số biến động của hình số tự nhiên là chỉ tiêu đánh giá mức độ biến
động trung bình tương đối của nó và được tính theo công thức:


S
*100
S % 
f 01



(2-15)

Trong đó:
- S% là hệ số biến động;
- S là sai tiêu chuẩn mẫu;
- f 01 : là hình số tự nhiên bình quân.
Việc tính toán một số đặc trưng của hình số tự nhiên f01 sử dụng bằng
phần mềm Excel trên máy tính theo quy trình hướng dẫn trong giáo trình Tin
học ứng dụng trong lâm nghiệp (Nhà xuất bản Nông nghiệp-2001).
Khi sử dụng hình số tự nhiên f01 tính thể tích thân cây, cần phải kiểm
tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên và sự phụ thuộc của hình số tự
nhiên vào đường kính và chiều cao.

Bước 2. Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên thân cây:
Sử dụng tiêu chuẩn Kolmogorov-Smirnov để kiểm tra luật phân bố
chuẩn cho phân bố số cây theo hình số tự nhiên f01 của 5 loài cây nghiên cứu.
Sử dụng phần mềm SPSS để thực hiện. Trong phần mềm SPSS trình lệnh
được thực hiện như sau:


21
•Analyze/nonparametric/1-Sample K-S…
• Trong hộp thoại One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test khai báo
Test variable list: F01 và Test distribution chọn normal.
• Ok
Bước 3. Kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên thân cây vào đường kính
và chiều cao:
Sự phụ thuộc của f01 vào d và h được đánh giá bằng tiêu chuẩn F trong
phân tích phương sai. Sử dụng phần mềm SPSS để thực hiện. Trong phần
mềm SPSS trình lệnh được thực hiện như sau:
•Analyze/Compare Mean/One Way Anova
• Trong hộp thoại One Way Anova khai báo Dependent Lits: F01; lần
lượt đưa đường kính và chiều cao vào Factor.
• Nháy chuột vào Post Hoc chọn LSD. Duncan. Trong Option chọn
Discriptive và Homogeneity of variance Test để có các đặc trưng mẫu và
kiểm định sự bằng nhau của phương sai.
• Ok
Bước 4: Xác lập quan hệ giữa d01 và d1,3:
Quan hệ giữa d01 và d1,3 được thiết lập thông qua phương trình sau:
d01 = a + b*d1,3

(2-16)

Việc tính hệ số tương quan và các tham số của phương trình bằng phần
mềm Excel trên máy tính theo quy trình hướng dẫn trong giáo trình Tin học
ứng dụng trong lâm nghiệp (Nhà xuất bản Nông nghiệp-2001).
Bước 5. Kiểm tra sai số xác định thể tích thân cây trên cơ sở hình số tự nhiên
bình quân f01:


22
Trước hết, tính f01 bình quân cho 5 loài cây nghiên cứu: theo công thức
xác định hình số tự nhiên: f01=

Vc
; trong đó g01 = π/4*d01^2
g 01 h

Từ đó, thay các giá trị đã có vào phương trình Vc =  * d 012 * hvn * f 01 ta
4

tính thể tích thân cây lý thuyết.
Tính sai số xác định thể tích thân cây từ số liệu các cây kiểm tra.
Sử dụng một số loại sai số thường dùng, công thức (2-5), (2-6), ... (2-9)
để kiểm tra sai số của 5 loài cây nghiên cứu.
2.4.3.4. Xác định thể tích thân cây từ phương trình đường sinh
Bước 1. Xác định f01 bằng phương trình đường sinh:
Phương trình đường sinh thân cây thực chất là phương trình mô tả quy
luật biến đổi theo chiều cao tương đối thân cây của hệ số thon tự nhiên K01.
Để tiếp cận phương trình đường sinh thân cây trước hết tính hệ số thon
(Hohenad) ở các vị trí phần 10 thứ i của thân cây.
Koi = doi

d 01

(2-17)

Trong đó:
- d0i là đường kính ở các vị trí phần 10 thứ i.
- d01 là đường kính ở vị trí phần 10 thứ nhất.
Trên cơ sở đó xác định phương trình đường sinh phù hợp.
Phương trình đường sinh tổng quát có dạng:
y = a0 + a1x + a2x2 + .....+ an xn
Trong đó:
- y là koi.

(2-18)


23
- X là giá trị phần 10 chiều cao tương ứng với đường kính doi.
- a0. a1. a2.... an là các tham số của phương trình.
- n là bậc của phương trình.
Việc xác định các tham số của phương trình tương quan tuyến tính
được thực hiện bằng phần mềm Excel trên máy tính theo quy trình hướng dẫn
trong giáo trình Tin học ứng dụng trong lâm nghiệp (Nhà xuất bản Nông
nghiệp-2001) và bằng phần mềm SPSS.
Bậc của phương trình được chọn dựa vào việc so sánh sai số giữa các
bậc của phương trình. Khi chọn được bậc của phương trình đường sinh tiến
hành khảo sát đường sinh thân cây trong khoảng

xem có phù hợp với

hình dạng thân cây hay không. Bước tiếp theo là hiệu chỉnh phương trình
đường sinh sao cho đồ thị của hàm số vừa tìm đi qua hai điểm lý thuyết có toạ
độ (0;0) và (0.9;1;).
Nếu đặt Xi = 1 - hi .Xi sẽ nhận giá trị từ 0 (vị trí ngọn cây) đến 1(vị trí
H

gốc cây). Trong đó:
- hi là chiều dài tương ứng với vị trí i trên phần 10 thân cây.
- h là chiều dài cả cây.
Giữa hệ số thon Koi và Xi có mỗi liên hệ mật thiết. Mối liên hệ này
được Đồng Sĩ Hiền (1974) xác lập cho các loài cây rừng tự nhiên nước ta làm
cơ sở lập biểu thể tích và biểu độ thon cây đứng bằng phương trình tổng quát:
Koi = f(x).
Từ phương trình đường sinh đã xác định được f01 theo công thức:
1

f01 =  y 2 dx
0

(2-19)


24
Trong đó:
- y là phương trình đường sinh đã chọn và điều chỉnh.
Thể tích thân cây được xác định thông qua f01 bằng công thức:
V = g01*h*f01.
g 1.3 d12.3
Nếu đặt q H =
= 2

g 01
d 01
2

Từ đó: V =

(2-20)
=> g01 =

g1.3
q2 H

g1.3
* h * f 01
q2 H

Hệ số bạnh qH được xác định từ phương trình đường sinh tương ứng
với X = 1Từ đó tính thể tích thân cây theo công thức:


V=

104. .d12.3 * h * f 01
4
  1.3 
 1.3 
 1.3 
  a2 .1 
  .... an .1 


a1 .1 
h 
h 
h 


 
2

n





2

(2-21)

Bước 2. Tính sai số xác định thể tích thân cây bằng phương trình đường sinh:
Thay các giá trị đã có vào phương trình (3-21), tính được thể tích thân
cây lý thuyết cho 5 loài cây nghiên cứu.
Tính sai số xác định thể tích thân cây bằng cách dùng số liệu các cây
kiểm tra.
2.4.3.5. Đề xuất phương pháp tính thể tích thân cây
Sau khi đã có kết quả tính sai số từ 3 phương pháp tính thể tích thân
cây nêu trên, chọn ra phương pháp tốt nhất phục vụ cho việc tính thể tích thân
cây của 5 loài cây nghiên cứu. Phương pháp đề xuất sử dụng là phương pháp
có các loại sai số dưới dây nhỏ nhất: