Góp phần nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho cây rừng việt nam

1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thực tiễn sản xuất lâm nghiệp, vì nhiều mục đích khác nhau mà
các nhà kinh doanh rừng, các nhà nghiên cứu đòi hỏi phải có các phương tiện
để xác định nhanh thể tích cây đứng (cây vẫn đang sinh trưởng). Biểu thể tích
là một trong những công cụ quan trọng để xác định thể tích cây đứng.
Ở nước ta, các bảng biểu thể tích đã bắt đầu được xây dựng để phục vụ
cho công tác điều tra rừng từ hơn 50 năm trước (Đồng Sĩ Hiền, 1974). Qua
hàng chục năm phát triển, khoa học điều tra rừng trong nước đã xây dựng
được biểu thể tích toàn quốc, biểu thể tích theo nhóm loài cây, cũng như cho
từng vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên và rừng trồng cho nhiều
loài cây trồng rừng chính. Những biểu này đã phục vụ đắc lực cho công tác
điều tra, quản lý, kinh doanh rừng ở nước ta. Tuy nhiên, biểu thể tích các loài
cây rừng tự nhiên đã xây dựng quá lâu (hơn 3 thập kỷ trước)và có những mặt
chưa đáp ứng được yêu cầu sản xuất,kinh doanh cũng như nghiên cứu khoa
học Lâm nghiệp trong thời hội nhập và mở cửa.
Ngày nay, với sự hỗ trợ đắc lực của các công cụ hiện đại, việc xử lý số
liệu thực nghiệm đã được đơn giản hoá rất nhiều. Bên cạnh đó, nhiều phương
pháp mới đã được phát hiện mang lại nhiều tiện ích trong quá trình tính toán
và xử lý số liệu. Để góp phần cải tiến việc lập biểu thể tích theo hướng đơn
giản, hiện đai mà vẫn bảo đảm yêu cầu độ chính xác, tôi lựa chọn đề tài “ Góp
phần nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho cây rừng tự
nhiên Việt Nam”.
Đề tài kế thừa kết quả nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích theo
đề xuất của GS.TS Vũ Tiến Hinh, việc tính thể tích thân cây khi lập biểu dựa
vào quan hệ giữa V và G01 (thông qua G1,3), F01 thực tế và H mà không theo
công thức truyền thống mà các tác giả trước đây đã sử dụng.


2
Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Trên thế giới
1.1.1. 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., 2003)[10] .
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


3
tập trung vào việc sử dụng các hàm toán học để xây dựng các biểu thể tích
(Husch et al., 2003)[10] .

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., 2003[10] ; Akindele và LeMay, 2006[9] ).
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. (1997) bao gồm:
(1.2)
(1.3)
(1.4)
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

4
dạng. 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:

(1.6)
(1.7)

Dạng đổi biến logarit:
Đổi biến của Honer:

(1.8)
(1.9)

Các mô hình trong đó nhân tố hình dạng cũng là 1 biến như:

(1.10)
(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.


5
Theo Đồng Sĩ Hiền,( 1974)[2] , Mendeleev D.I. (1989), Belanovxki
I.G. (1917)[6] và Wimmenauer K. (1918)[6] đã biểu thị phương trình đường
sinh thân cây bằng phương trình parabol bậc 2, bậc 3 (Mendeleev và
Belanovski) [6] và bậc 4 (Wimmenauer):
y = a + b.x + c.x2

(1.12)

y = a + b.x + c.x2 + d.x3

(1.13)

y = a + b.x + c.x2 + d.x3 + c.x4

(1.14)

Muller G. 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.bh = 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.xm. 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] .
(1.15)
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 1.3m như sau:
(1.16)


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.
1.1.2. Những nghiên cứu về hình số để lập biểu thể tích
1.1.2.1. 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 :
- f1.3 là hàm của d:

f1.3

a0
= b0 b1 .d

f1.3 = a – b. d

(1.18)
(1.19)

- f1.3 của hàm d và h:
f1.3 = a0 + a1h + a2. h

(1.20)

d

f1.3 = a0 +

a
a
a

a
a
+ 2 + 3 + 4 + 5
d 2 .h
h
d
d.h d 2

f1.3 = a0 +

a
a1
+ 2 +
d2
h

a3
d2h

(1.21)
(1.22)


7
Theo Prodan (1965) [6] thì trong lâm phần quan hệ f1.3/h chặt hơn
f1.3/d .
* 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 . Trong đó 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.N.P:

f1.3 = a + bq2

(1.23)

Kunze.M:

f1.3 = a0 + a1q2 + a 2

Smony:

f1.3 = a0 + a1q2 + a1q2

(1.25)

f1.3 = a0 + a1q2 + a 2

(1.26)

(1.24)

q2 h

Polans chutz:

q2 h

1.1.2.2. 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.
Y = f(x)

(1.27)

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.
Y= a + bx + cx2

(1.28)

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


8
Tuỳ theo m = 0; 1; 2; 3 mà ta có phương trình đường sinh viên trụ hay

neloid.
* Petrocxki.V.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.P.(y-h)
Trong đó:

(1.31)

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.
1.2. Ở Việt Nam
1.2.1. 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.d2
v = a + b1d + b2d2

(1.33)
(1.34)

log v = a + blogd

(1.35)

log v = a + b1logd + b2logh

(1.36)


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.
Về lập biểu thể tích bằng phương pháp đường sinh, Đồng Sĩ Hiền
(1974)[2] , đã sử dụng biến số phụ thuộc (hàm số) là hệ số thon tự nhiên.
Về phương pháp tiếp cận đường sinh, tác giả đã sử dụng phương trình

đa thức:
yˆ = b0 + b1x + b2x2 + …+ bkxk

(1.38)

Nguyễn Ngọc Lung. và Đào Công Khanh.( 1999)[4] đã tổng kết rằng,
để lập biểu thể tích đo tính trữ lượng gỗ cây đứng ở nước ta thường dùng 3
phương pháp sau:
(1)- Nghiên cứu các nhân tố cấu thành thể tích theo công thức V = G.H.f,
trong đó G và H thường đo trực tiếp tại rừng, còn f1.3 hay f01 cần lập thành
biểu trong tương quan với các nhân tố dễ xác định như H, D, ηi, q2…
(2)- Sử dụng tương quan trực tiếp giữa thể tích thân cây với các nhân tố
đo được như D, H, G, q2 và tổ hợp giữa chúng như các tương quan kép:
V = f(D, D2, H, DH, D2H, G, q2) trong đó dạng V = a + b1D + b2H +
b3D2H được sử dụng ở nhiều nơi và được giới thiệu trong biểu đối với rừng
Thông ba lá Việt Nam.
(3)- Phương pháp đường sinh thân cây, dựa trên cơ sở các độ thon tương
đối ổn định cho từng loài cây gỗ, nên có thể tạo ra 1 hàm số hoặc 1 tương
quan đường sinh biểu thị độ thon bình quân, đường sinh quay quanh trục H sẽ
tạo thành thể tích thân cây, đây là phương pháp mới đề xuất trong thời gian


10
giữa thế kỷ 20 bởi Djurjue ở Rumani, 1963 và Đồng Sĩ Hiền ở Việt nam
(1967)[2].
Cũng trong nghiên cứu này, Nguyễn Ngọc Lung. và Đào Công Khanh.,
(1999)[4] đã thử nghiệm các dạng phương trình thể tích như sau:
V = a + bD2H

(1.39)

V = a + b1H + b2G

(1.40)

V = a + b1D + b2H + b3D2H

(1.41)

LogV = a + blogD

(1.42)

LogV = a + b1logD + b2logH

(1.43)

LogV = a + b1logD + b2logH + b3logq2

(1.44)

Kết quả thử nghiệm cho thấy, hệ số tương quan R của dạng phương
trình đơn giản nhất V = a + bD2H và V = a + b1H + b2G đạt tới lớn hơn 0.99,
dạng LogV = a + blogD cũng có R = 0.9734. Kiểm tra sự tồn tại của mọi
tham số phương trình bi bằng tiêu chuẩn

đều đạt yêu cầu.

Lập biểu thể tích cho loài cây Keo tai tượng Đào Công Khanh. et
al., (2001)[6] đã thử nghiệm các dạng hàm:

V = Kdahb

(1.45)

V = K(d2h)a

(1.46)

V = a0 + a1d2 + a2h + a3d2h (1.47)
để lập biểu thể tích cho một số loài cây trong đề tài, trong đó dạng phương
trình V = K.da.hb là phù hợp nhất và nhân tố hình dạng đã được phản ánh qua
đường kính và chiều cao trong công thức này.
Phan Nguyên Hy., (2003)[3] đã sử dụng SPSS để thử nghiệm một số dạng
phương trình sau:
V = a + b.d2.h

(1.48)

V = a + b.h + c.d2.h

(1.49)

V = a.db.hc

(1.50)


11
để lập biểu thể tích rừng Thông Nhựa. Kết quả thử nghiệm cho thấy cả 3 dạng
phương trình đều thích hợp cao.

* Về ứng dụng phương pháp đường sinh trong lập biểu thể tích:
Đồng Sĩ Hiền (1974)[2], đã sử dụng biến số phụ thuộc (hàm số) là hệ số thon
tự nhiên để lập biểu thể tích bằng phương pháp đường sinh. Tác giả đã sử
dụng phương trình đa thức:
y = b0 + b1x + b2x2 + …+ bkxk

(1.51)

(Trần Hữu Viên., 2002)[6] đã áp dụng phương pháp của Pêtrôpski.V.X
(CHLB Nga) để xây dựng phương pháp lập biểu thể tích và biểu độ thon thân
cây ở Việt Nam với thể tích thân cây được xác định bằng phương pháp đường
sinh:

(1.52)
Trong đó:
 2X là đường kính thân cây tại vị trí độ cao l tính từ gốc
 d05 là đường kính giữa thân cây;
 F là hằng số, được gọi là hình số không đổi phụ thuộc vào loài cây
 φ là hàm số của biến số (1.3/H)
 H Là chiều cao của thân cây
Thể tích của từng đoạn thân cây tại vị trí bất kỳ được xác định bằng công
thức:

(1.52)
Trong đó b = 1, 2, 3,… là chiều cao tại vị trí 1, 2, 3m….


12
Giải phương trình tích phân thể tích từng đoạn thân cây nói trên và từ công
(xuất phát từ công thức

thức

của Pêtrôpski).

Từ công thức tính thể tích thân cây, công thức tính thể tích từng đoạn
thân cây và công thức tính đường kính thân cây tại vị trí độ cao l tính từ gốc
nói trên, cho phép xây dựng biểu thể tích và biểu độ thon thân cây, có thể theo
mẫu biểu 2 nhân tố hoặc theo cấp chiều cao.
Trong đề tài lập biểu sinh trưởng và sản lượng tạm thời cho rừng Keo
lai trồng thuần loài, Nguyễn Trọng Bình. et al., (2003)[1] đã sử dụng phương
pháp đường sinh để lập biểu thể tích hai nhân tố với công thức tổng quát đã
được các tác giả sử dụng trong đề tài là:

Qua kết quả tính toán và thử nghiệm bậc phương trình đường sinh thân cây,
tác giả đã chọn được phương trình bậc 5 là phù hợp nhất cho cả thân cây có
vỏ và không vỏ.
Vũ Tiến Hinh. et al.[6] đã sử dụng phương pháp đường sinh để lập biểu
thể tích thân cây đứng cho rừng Quế ở Văn Yên – Yên Bái, trong đó phương
trình đường sinh ở bậc 6 là thích hợp nhất cho cả thân cây có vỏ và không vỏ.
Phạm Ngọc Giao ( 1989) [6] trong công trình lập biểu thể tích thân cây
đứng cho Thông Mã vĩ ở khu Đông bắc đã dùng công thức V = a + b.d2.Trong
khi đó nhóm tác giả Vũ Tiến Hinh và các cộng sự (2000) lại dùng công thức
V = a.db.hc để lập biểu thể tích cho thân cây Sa mộc và mỡ trong công trình
lập biẻu sản lượng cho các loài cây này và thông Mã Vĩ .Hai công thức trên
cùng với công thức V = a + b.h + c.d2.h đã đươc Phan Nguyên Hy.( 2003)[3]
đã thử nghiệm để lập biểu thể tích rừng Thông Nhựa. Kết quả thử nghiệm cho
thấy cả 3 dạng phương trình đều thích hợp cao. Tác giả đã sử dụng các tiêu
chí như: (1) – hệ số xác định cao nhất; (2)- sai tiêu chuẩn hồi quy bé nhất; (3)các hệ số hồi quy của phương trình đều tồn tại và có nghĩa để chọn mô hình. .

13
Trong công trình này, tác giả cũng đã sử dụng một số phương pháp
kiểm tra sai số hệ thống của phương trình bằng sơ đồ, bao gồm: (1)- Kiểm tra
tính độc lập của phân bố số phần dư với Vlý thuyết, D và H; (2)- Kiểm tra
luật phân bố chuẩn của số phần dư; (3)- Kiểm tra bằng nhau các phương sai
của sai số phần dư. Tác giả cũng đã sử dụng phương pháp kiểm định dựa trên
biến phụ thuộc để khắc phục hiện tương phương sai của sai số thay đổi nhằm
nâng cao hiệu lực của mô hình lý thuyết được chọn.
Tác giả cũng đã kiểm tra tính thích ứng của biểu thể tích hai nhân tố đã
lập được bằng cách tính toán sai số tương đối (∆v%) giữa thể tích thực của
cây và thể tích lý thuyết tính được từ mô hình.
Trong công trình nghiên cứu gần đây nhất, (Cao Danh Thịnh., 2009)[5]
đã thử nghiệm 4 dạng phương trình:
V = a +b.D
V = a + b.lnD
LnV = a + b.D
LnV = a + b.lnD
và đã chọn dạng cuối cùng để xây dựng biểu thể tích 1 nhân tố cho cây
Luồng.
Cũng trong nghiên cứu này, tác giả Cao Danh Thịnh.( 2009)[5] đã xây
dựng biểu thể tích thân cây Luồng bằng phương pháp đường sinh với dạng đa
thức bậc 4 là thích hợp nhất cho thân ngoài và dạng phương trình bậc 5 là
thích hợp nhất với phương trình đường sinh thân trong (phần ống cây).
1.2.2. Về việc đánh giá, lựa chọn mô hình và kiểm tra biểu xây dựng được
Đào Công Khanh. et al., (2001)[6] đã sử dụng một số tiêu chí sau đây
để chọn phương trình tối ưu cho các phương trình thử nghiệm:
 Sự tồn tại của phương trình thông qua kiểm tra sự tồn tại của các tham
số theo tiêu chuẩn t của Student;
 Có hệ số tương quan cao;

14
 Sai số hồi quy (Sy/x) của phương trình thấp;
 Đơn giản trong sử dụng.
Nguyễn Trọng Bình. et al., (2003) [1] đã sử dụng một số tiêu chí sau
đây để chọn hàm sinh trưởng phù hợp:
 Hệ số xác định R2;
 Các tham số của phương trình;
 Sai số tương đối của phương trình

.

Phương trình được chọn là phương trình có hệ số xác định lớn nhất, sai số nhỏ
nhất và các tham số tồn tại.
Phan Nguyên Hy., (2003)[3] đã sử dụng các tiêu chí như:
 Hệ số xác định cao nhất;
 Sai tiêu chuẩn hồi quy bé nhất;
 Các hệ số hồi quy của phương trình đều tồn tại và có nghĩa
để lựa chọn mô hình thể tích thích hợp nhất cho việc xây dựng biểu thể tích
loài Thông Nhựa. Kết quả là phương trình theo dạng hàm V = a + b.d2.h đã
được lựa chọn để xây dựng biểu thể tích cây đứng cho rừng Thông nhựa tại
khu vực nghiên cứu.
* Về việc đánh giá biểu xây dựng được
Trong nghiên cứu lập biểu thể tích làm cơ sở lập biểu sinh trưởng và
sản lượng tạm thời cho rừng Keo lai trồng thuần loài, Nguyễn Trọng Bình. et
al., (2003)[1] đã sử dụng 25 cây giải tích khác không tham gia lập biểu để
kiểm tra biểu. Các cây này được lựa chọn ngẫu nhiên trên các ô tiêu chuẩn ở
các địa phương khác nhau.
Theo Nguyễn Trọng Bình. et al., 2003[1]; Vũ Tiến Hinh. et al., 1999(2000)[6], kết quả xây dựng biểu thể tích được kiểm nghiệm biểu thông qua

số liệu của 15-20 cây không tham gia thiết lập phương trình. Thông qua kiểm


15
nghiệm sẽ đánh giá được sai số xác định thể tích cây cá lẻ cũng như trữ lượng
lâm phần của biểu, đồng thời đánh giá biểu có sai số hệ thống hay không.
Để kiểm nghiệm các biểu thể tích xây dựng được, Đào Công Khanh. et
al., (2001) đã sử dụng phương pháp sau: Tuỳ vào số lượng cây giải tích của
mỗi loài, chọn ngẫu nhiên theo hệ thống cho mỗi loài tối thiểu 30 cây giải tích
để đưa vào kiểm nghiệm biểu xây dựng được. Các cây đưa vào kiểm tra sao
cho đảm bảo có ở nhiều tuổi và nhiều vùng sinh thái khác nhau.
Nhận xét: Điểm qua một số công trình nghiên cứu trên thế giới cũng
như ở Việt Nam cho thấy, vấn đề lập biểu thể tích cho các loài cây trồng rừng
đã được quan tâm nghiên cứu từ rất sớm. Các công trình nghiên cứu đã lập
được nhiều loại biểu khác nhau, trong đó biểu thể tích 2 nhân tố đã được quan
tâm hàng đầu trong các công trình nghiên cứu này. Tuy nhiên việc sử dụng
phương pháp phương trình đường sinh thân cây để lập biểu thể tích vấn còn
rất hạn chế và mới chỉ giới hạn cho một số loài cây cụ thể. Như vậy, việc xây
dựng biểu thể tích của đề tài nên tập trung vào:
+ Xây dựng biểu thể tích bằng cả 2 phương pháp tương quan và
phương pháp đường sinh.
+ Với phương pháp tương quan nên sử dụng nhóm phương trình giữa
G01 và G1,3.
+ Việc xây dựng biểu thể tích chỉ nên sử dụng các dạng mô hình mà
các tác giả trước đây đã thử nghiệm và áp dụng.
+ Với phương pháp đường sinh, nên tiếp cận theo hướng các tác giả
trong nước vẫn hay dùng là: định bậc phương trình đường sinh thân cây thích
hợp, tính hình số tự nhiên f01 sau đó áp dụng vào công thức V = G01.H.f01.
Tuy nhiên đề tài sẽ thực hiện thêm bước hiệu chỉnh hình số tự nhiên F01 thực
tế để kiểm tra độ chính xác của biểu xây dựng được.

+ Bổ sung các tiêu chí lựa chọn mô hình thể tích thích hợp để xây dựng biểu thể
tích hợp lý và các tiêu chuẩn để đánh giá mô hình sau khi đã xây dựng xong.


16
Chương 2
MỤC TIÊU, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích dựa vào tương quan giữa V
và các nhân tố G01, Hvn và so sánh hiệu quả của biểu với phương pháp lập
biểu dựa vào phương pháp đường sinh truyền thống mà các tác giả trước đây
đã sử dụng, để góp phần bổ sung và hoàn thiện một bước phương pháp lập
biểu thể tích cho rừng tự nhiên nước ta hiện nay.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài chỉ xây dựng biểu thể tích 2 nhân tố thông dụng ở trên thế giới
và ở Việt Nam hiện nay trên cơ sở phương pháp đường sinh thân cây và
phương pháp tương quan.
- Đề tài chỉ sử dụng số liệu điều tra đo đếm của các loài cây rừng tự nhiên
đang khai thác ở khu vực Nam trung bộ - Việt Nam để minh hoạ cho 2 phương
pháp lập biểu.
- Đề tài chỉ minh hoạ bằng số liệu cây có vỏ ở cả hai phương pháp.
2.3. Nội dung nghiên cứu
2.3.1. Kiểm tra luật phân bố của F01 từng loài
2.3.2. Tính toán số điều chỉnh giữa Koi2 và (Koi)2 cho từng loài để làm cơ
sở điều chỉnh F01
σ2 = Koi2 - (Koi)2

(2.1)

2.3.3. Lập tương quan giữa G01 và G1.3 : G01 = f (G1.3)
- Lựa chọn một số phương trình tương quan để kiểm tra, rút ra phương
trình tối ưu có R2 lớn nhất, sai số hồi quy bé nhất và các hệ số đều tồn tại.


17
2.3.4. Lập biểu thể tích theo phương pháp tương quan với hình số tự nhiên
thực tế.
2.3.5. Lập biểu thể tích theo phương pháp đường sinh có điều chỉnh F01
nghiên cứu.
2.3.6. Lập biểu thể tích bằng phương pháp đường sinh thân cây truyền
thống để so sánh với phương pháp điều chỉnh F01.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Thu thập số liệu nghiên cứu
Số liệu nghiên cứu là số liệu đo đếm ô tiêu chuẩn và cây tiêu chuẩn ở
các lâm phần rừng tự nhiên đang khai thác tại khu vực Nam trung bộ – Việt
Nam. Phương pháp đo đếm, tính toán cây ngả là các phương pháp thông dụng
hiện nay.
2.4.2. Phương pháp xử lý số liệu
2.4.2.1. Kiểm tra luật phân bố của F01
Có nhiều phương pháp kiểm tra luật chuẩn như phưng pháp dựa vào
Khi bình phương, phương pháp dựa vào độ lệch và độ nhọn... Nhưng ở đây đề
tài sử dụng phương pháp Kolmogorov – Smirnov để kiểm tra luật phân bố của
Koi xem có thuộc phân bố chuẩn hay không. Công thức như sau:
Dn = max  Fn(X)- Fo(X)

(2.2)

Trong đó:
Fn(X) tần suất luỹ tích thực nghiệm

Fo(X) tần suất lý thuyết luỹ tích (giá trị hàm phân bố)
Nếu dung lượng n>35 ( thường trong nghiên cứu sinh thái n>35) và
Dn > 1.36 / n ( ứng với mức ý nghĩa  = 0.05) hoặc Dn > 1.63 / n ( ứng với
mức ý nghĩa  = 0.01) thì giả thuyết bị bác bỏ. Trong trường hợp ngược lại
giả thuyết chưa có cơ sở bác bỏ.


18
2.4.2.2. Chọn ngẫu nhiên các cây kiểm tra
Trong lập biểu tích, nhằm đánh giá biểu xây dựng được thì 10% số cây
lấy từ số cây ban đầu sẽ được rút ra để kiểm tra hiệu lực của biểu. Những cây
này sẽ không tham gia vào quá trình tính toán xây dựng biểu.
2.4.2.3. Thăm dò quan hệ D và H, sàng lọc thô các cây cá biệt và xác định
giới hạn lập biểu
- Quan hệ giữa D và H được mô phỏng theo các dạng hàm có sẵn trong
SPSS và cũng phù hợp với quy luật sinh trưởng chiều cao của cây rừng như:
Dạng hàm Logarithmic, Quadratic, Power, Compound.
- Các cây cá biệt được xác định thông qua khoảng ước lượng cá biệt ở
xác suất 99%.
- Giới hạn lập biểu dựa trên cơ sở giới hạn trên và giới hạn dưới của
khoảng ước lượng cá biệt ở xác suất 99%.
2.4.2.4. Xác định quan hệ giữa G01 và G1.3:
Phương trình tương quan của G01 và G1.3 có dạng: G01 = f(G1.3)
Đề tài sử dung các dạng:
- G01 = A + B. G1.3
- G01 = A.(G1.3)B
Quan hệ giữa G01 và G1.3 được gọi là phù hợp nhất khi:
- Phương trình tương quan phải có hệ số xác định cao nhất hoặc gần
cao nhất với các hệ số của mô hình đều tồn tại.
- Sai số chuẩn ước lượng phải nhỏ nhất hoặc gần nhỏ nhất.

2.4.2.5. Phương pháp xác định bậc phương trình đường sinh
Gọi H là chiều cao vút ngọn của cây, Hi là chiều cao thân cây ở vị trí
phần 10 thứ i.
Nếu đặt
tới 1 (ở vị trí gốc cây).

thì Xi sẽ nhận các giá trị từ 0 (ở vị trí ngọn cây)


19
Thử nghiệm dạng phương trình đường sinh tổng quát:
(2.3)
Trong đó: a0, a1,…an là hệ số của phương trình đường sinh
n là bậc của phương trình đường sinh
Phương trình đường sinh thường là một đa thức bậc cao.Việc lựa chọn
bậc phù hợp là một nhiệm vụ quan trọng. Có nhiều phương pháp định bậc như
phương pháp Đa thức trực giao Sê bư Sép, Phương pháp so sánh mức chênh
lệch giữa hệ số xác định và bình phương tỷ tương quan qua tiêu chuẩn F,
Phương pháp kiểm tra mức chênh lệch Lack of Fit. Do đặc điểm của phương
pháp đường sinh là ứng với mỗi giá trị của X thì gồm nhiều giá trị của Y lặp
lại (vì lập biểu thể tích thường sử dụng nhiều cây) nên cách tốt nhất để xác
định bậc cho đa thức dạng này là sử dụng kiểm định Lack of fit ((Graham.
Jon., 2010; Nguyễn Hải Tuất. và Nguyễn Trọng Bình., 2005)
Lack of fit là một kiểm định dựa trên sự kết hợp giữa phân tích phương
sai một nhân tố và phân tích hồi quy (Nguyễn Hải Tuất. và Nguyễn Trọng
Bình., 2005). Theo kiểm định này, bậc của đa thức được xác định bằng tiêu
chuẩn F với giả thuyết:
H0: Bậc của đa thức là thích hợp
H1: Bậc của đa thức là không thích hợp
(2.4)

Với:
n- Tổng số quan sát
a – Số tổ quan sát của biến X
r – Số tham số của phương trình
y – giá trị của biến phụ thuộc
– giá trị trung bình của biến phụ thuộc trong tổ thứ i (i=(1;a))
– giá trị ước lượng của biến phụ thuộc


20
Nếu F tính > F05 tra bảng với k1 = a – r và k2 = n-a (hoặc Sig của F nhỏ hơn
0.05) thì bác bỏ giả thuyết H0 => Bậc của đa thức đã chọn là không thích hợp.
Theo (Graham. Jon., 2010). để đánh giá mức độ phù hợp của các dạng hồi
quy tuyến tính thì người ta so sánh Sig của kiểm định Lack of fit với 1. Sig đó
càng gần 1 thì đa thức càng phù hợp với mối quan hệ của biến phụ thuộc và
biến độc lập và ngược lại (Nguyễn Thị Thuỳ.,2010).
2.4.2.4. Tính hình số tự nhiên f01
Hình số tự nhiên f01 được tính bằng cách lấy tích phân phương trình
đường sinh đã lập được ở trên.
dx(2.5)
Kết quả được f01
2.4.2.5. Lập biểu thể tích
- Lập biểu thể tích thông qua phương pháp tương quan.
- Lập biểu thể tích thông qua phương pháp đường sinh có điều chỉnh
F01 và không điều chỉnh F01.
2.4.2.6. Phương pháp đánh giá biểu
Chọn một số cây không tham gia lập biểu để tính sai số phần trăm theo
giá trị tuyệt đối. Nếu sai số tổng thể tích <10% và sai số cây cá biệt lớn nhất
nhỏ hơn 20% thì biểu coi như đạt yêu cầu.

21
Chương 3
KẾT QỦA NGHIÊN CỨU
3.1. Kiểm tra phân bố chuẩn của F01, sự phụ thuộc của F01 vào D1,3, Hvn
và sàng lọc F01
3.1.1. Kiểm tra phân bố chuẩn của F01
Đề tài sử dụng phương pháp Kolmogorov – Smirnov để kiểm tra luật
phân bố của F01 vì đây là phương pháp đơn giản, rất thích hợp cho nghiên cứu
sinh thái rừng, dễ thực hiện và có độ chính xác tương đối cao.
Qua kiểm tra bằng phần mềm SPSS 16.0, kết quả là F01 của tất cả các
loài đều tuân theo luật phân bố chuẩn, có Sig. dao động từ 0,345 đến 0,893.
Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra luật phân bố F01
Loài

STT

Kết quả kiểm tra (Sig.)

1

Chò xót

0,890

2

Dẻ

0,893

3

Gội tẻ

0,345

4

Re

0,837

5

Sến mủ

0,740

6

Cồng chim

0,513

7

Trâm

0,636

22

Hình 3.1. Một số biểu đồ minh họa phân bố chuẩn của F01
* Nhận xét:
Từ bảng kết quả kiểm tra và các biểu đồ ta thấy: xác suất 2 chiều kiểm
tra của các loài đều lớn hơn 0,05. Với xác suất này ta nói rằng giả thuyết luật
phân bố chuẩn H0: X  N(, 2) của hình số tự nhiên F01 là chưa có căn cứ
để bác bỏ, ta tạm thời thừa nhận rằng hình số tự nhiên F 01 có dạng phân bố
chuẩn. Trong đó biểu đồ phân bố F01 của cả 7 loài là tuân theo phân bố chuẩn
hơn cả.


23
3.1.2.Kiểm tra sự phụ thuộc của F01 vào D1,3 và Hvn
Để kiểm tra sự phụ thuộc của F01 vào D1,3 và Hvn có rất nhiều cách như
kiểm tra bằng phân tích phươg sai, tiêu chuẩn Khi bình phương (Chi square)
hay kiểm tra bằng cách vẽ biểu đồ giữa các đại lượng cần kiểm tra xem chúng
độc lập hay phụ thuộc nhau. Trong đề tài này, tác giả chọn cách kiểm tra sự
phụ thuộc của F01 vào D1,3 và Hvn bằng phương pháp vẽ biểu đồ. Kết quả như
sau:

Hình 3.2. Kiểm tra sự phụ thuộc của F01 và D1,3

Hình 3.3. Kiểm tra sự phụ thuộc của F01 và Hvn


24
* Nhận xét:

Nhìn vào hai hình 3.2 và 3.3 trên ta thấy F01 hoàn toàn độc lập với hai
đại lượng D1,3 và Hvn. Các giá trị F01 phân bố rải rác xung quanh đường thẳng
F01 trung bình dọc theo trục D1,3 và Hvn. Bản chất F01 tính toán là dựa vào
phương pháp bình quân chia 10 đoạn vì vậy cây càng thấp, độ dài đoạn càng
ngắn thì độ chính xác càng cao tức là F01 càng sát với giá trị thực. Do số liệu
minh họa của đề tài là số liệu của cây rừng đang khai thác nên chiều cao ổn
định và không có sự khác biệt lớn, vì vậy có thể coi F01 là độc lập với Hvn.
Như vậy, hình số tự nhiên F01 vừa có phân bố chuẩn lại độc lập với hai
đại lượng D1,3 và Hvn nên F01 trung bình là đại diện tốt để đề tài lấy làm cơ sở
thực hiện việc lập biểu sau này.
3.1.3. Sàng lọc F01
Sau khi kiểm tra luật phân bố của F01, đề tài tiến hành sàng lọc F01 bằng
công cụ Decriptive trong SPSS có tính đến việc lưu các giá trị biến thiên
quanh giá trị chuẩn. Đây là một công cụ hữu hiệu để lọc số liệu, với công cụ
này, các giá trị chuẩn hóa tuyêt đối z > 3 trở lên sẽ bị thay thế bằng giá trị
trung bình của dãy biến để loại bỏ sai số trong quá trình tính toán sau này.
Sau khi lọc F01, chỉ có 01 giá trị có số sai lệch cần thay thế, đó là giá trị
F01= 0,6007 tại cây Re số 16 có trị số z = -3,02 và đề tài thay giá trị này bằng
giá trị F01tb của loài Re là 0,5049.
3.2. Phân nhóm loài cây
Việc phân nhóm loài cây nhằm mục đích đưa các loài có giá trị Koi
(hoặc F01) tính toán tương đồng và thuần nhất về một nhóm để tiến hành xử lý
số liệu và tính toán thể tích. Để phân nhóm loài cây, đề tài sử dụng một số
phương pháp tiên tiến đã được xây dựng và ứng dụng trong phần mềm SPSS.
Cụ thể như sau:


25
3.2.1. Thử kiểm tra sự khác biêt của các loài dựa vào Phương pháp phân
tích tách biệt (Discriminatory Analysis)

Phương pháp này tuy phức tạp nhưng có ưu điểm rất lớn là có thể kiểm
tra cùng một lúc nhiều biến. Với quy trình phân tích tách biệt, đề tài sử dụng
các giá trị Koi để phân nhóm loài cây.Theo nguyên lý máy tự động tính toán
thành 6 hàm tách biêt cho 7 nhóm loài cây. Sự khác biệt của các hàm cho
trong bảng 3.2 dựa vào tiêu chuẩn Wilks' Lambda qua Khi bình phương:
Bảng 3.2. Phân nhóm bằng Wilks' Lambda
Khi bình
Wilks' Lambda

phương

1 đến 6

0,173

787,916

54

0,000

2 đến 6

0,643

198,501

40

0,000

3 đến 6

0,780

111,819

28

0,000

4 đến 6

0,893

50,735

18

0,000

5 đến 6

0,983

7,784

10

0,650

6

0,995

2,337

4

0,674

Kiểm tra

Bậc tự do Mức ý nghĩa

Từ bảng kết quả trên cho thấy các loài cây không thuần nhất với nhau
do mức ý nghĩa của tiêu chuẩn không đồng loạt > 0.05. Như vậy, nếu lập biểu
thể tích chung cho 7 loài có thể sai số không đảm bảo.Trong trường hợp như
vậy biểu có thể lập cho từng loài riêng lẻ, hoặc một nhóm vài ba loài với
nhau. Đề tài tiếp tục tiến hành phân nhóm bằng phương pháp phân tích nhóm
(ClusterAnalysis) nhằm phân lập 7 loài thành các nhóm nhỏ hơn. Sau đó kiểm
định lại tính thuần nhất gữa các loài trong các nhóm nhỏ.