Nghiên cứu cơ sở lập biểu thể tích thân cây đứng cho một số loài cây ở khu vực rừng tự nhiên bắc trung bộ​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

ĐẶNG THỊ HƯƠNG LAN

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LẬP BIỂU THỂ TÍCH THÂN CÂY
ĐỨNG CHO MỘT SỐ LỒI CÂY Ở KHU VỰC RỪNG
TỰ NHIÊN BẮC TRUNG BỘ

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, 2011


i

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam
theo chương trình đào tạo cao học chuyên ngành Lâm học, khoá 17 (2009 2011).
Trước tiên, tác giả xin đặc biệt cảm ơn GS.TS. Vũ Tiến Hinh - người
hướng dẫn khoa học, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong quá trình thực

hiện luận văn này.
Trong q trình thực hiện và hồn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự
quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu, Khoa Sau Đại học và các thầy, cô giáo
Trường Đại học Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, các bạn bè đồng nghiệp và cán bộ
địa phương nơi tác giả thực hiện nghiên cứu. Nhân dịp này, tác giả xin chân thành
cảm ơn về sự giúp đỡ có hiệu quả đó.

Tơi xin cam đoan số liệu thu thập, kết quả tính tốn là trung thực và
được trích dẫn rõ ràng.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2011
Tác giả

Đặng Thị Hương Lan


i

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các từ viết tắt .................................................................................. i
Danh mục các bảng ......................................................................................... ii
Danh mục các hình ......................................................................................... iv
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 2
1.1 Trên thế giới ........................................................................................... 2
1.1.1. Về tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao ................ 2

1.1.2. Về hình số tự nhiên ......................................................................... 5
1.1.3. Về phương trình đường sinh .......................................................... 7
1.1.4 Về việc đánh giá mơ hình lựa chọn ................................................. 9
1.2. Ở Việt Nam .......................................................................................... 10
1.2.1. Các cơng trình nghiên cứu về quan hệ thể tích, đường kính và
chiều cao .................................................................................................. 10
1.2.3. Về phương trình đường sinh thân cây ......................................... 12
1.2.4. Về việc đánh giá, lựa chọn phương pháp qua cây kiểm tra biểu
xây dựng được ......................................................................................... 14
Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, NỘI
DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................ 17
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................... 17
2.1.1. Mục tiêu tổng quát ........................................................................ 17
2.1.2. Mục tiêu thực tiễn : ...................................................................... 17
2.2. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 17


ii

2.3. Nội dung nghiên cứu. .......................................................................... 18
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 18
2.4.1. Phương pháp luận ......................................................................... 18
2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu ...................................................... 19
2.4.3. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................ 20
2.4.5. Thăm dò quan hệ giữa D và H, xác định giới hạn lập biểu ........ 27
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................ 28
3.1. Khái quát số liệu nghiên cứu ............................................................. 28
3.2. Nghiên cứu phương pháp tính thể tích thân cây đứng từ phương
trình thể tích ............................................................................................... 29
3.2.1. Thử nghiệm một số phương trình thể tích ................................... 29

3.3. Xác định thể tích thân cây từ hình số tự nhiên F01 .......................... 35
3.3.1. Một số đặc điểm của hình số tự nhiên ......................................... 35
3.3.2. Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên hình số tự
nhiên ........................................................................................................ 36
3.3.3. Kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào một số đại lượng
điều tra cây đứng ..................................................................................... 37
3.3.4. Xác lập quan hệ D01 và D1.3 .......................................................... 39
3.3.5. Tính sai số thể tích xác định từ hình số tự nhiên ........................ 40
3.3.7. Tổng hợp sai số tính thể tích thân cây từ f01 tính theo phương
trình đường sinh ...................................................................................... 53
3.4. Đề xuất phương pháp xác định thể tích thân cây ............................ 54
3.5. Xác lập quan hệ giữa Vcvo và Vkvo...................................................... 56
3.6. Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính .............. 57
KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ ......................................................... 62
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Nghĩa đầy đủ

cv

Cây có vỏ

D00, D01, D02,...D09

Đường kính ở các vị trí phần 10 chiều cao thân cây

D1.3

Đường kính đo ở vị trí 1.3 m tính từ cổ rễ

f01

Hình số tự nhiên thân cây

f1.3

Hình số thường

Hvn

Chiều cao vút ngọn

Koi

Hệ số thon thân cây

kv

Cây không vỏ

n

Dung lượng mẫu

qh

Hệ số tương quan

R

Hệ số tương quan

R2

Hệ số xác định

V

Thể tích thân cây

Vlt

Thể tích lý thuyết

Vt

Thể tích thực

Vcvo

Thể tích thân cây có vỏ

Vkvo

Thể tích thân cây khơng vỏ

∆v %

Sai số tương đối về thể tích

 v%

Sai số tương đối bình qn về thể tích

∆%(  v)

Sai số tương đối tổng thể tích cây kiểm tra


ii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

TT

Trang

2.1

Bảng đo đếm các chỉ tiêu cây ngả

19

2.2

Kết quả xác lập phương trình thể tích

20

2.3

Kết quả tính sai số phương trình thể tích

21

2.4

Kết quả xác lập quan hệ D00 và D1.3

24

2.5

Kết quả xác lập phương trình thể tích từ F01

24

3.1

Khái quát số liệu nghiên cứu

28

3.2

Kết quả tính hệ số xác định và tham số cho các phương trình thể

30

tích theo lồi
3.3

Kết quả tính sai số của các phương trình thể tích

33

3.4

Một số đặc điểm của hình số tự nhiên

36

3.5

Kiểm tra luật phân bố chuẩn của hình số tự nhiên

37

3.6

Kết quả kiểm tra sự phụ thuộc của hình số tự nhiên vào D1.3 và

38

Hvn
3.7

Kết quả tính tốn quan hệ Doi và D1.3

39

3.8

Kết quả tính sai số từ hình số tự nhiên

40

3.9

Kết quả phương trình đường sinh thân cây của lồi Dẻ trắng

42

3.10 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của lồi Trâm móc

44

3.11 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của lồi Trín Qb

46

3.12 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của lồi Lim xanh

48

3.13 Kết quả phương trình đường sinh thân cây của lồi Trường sâng

50

3.13 Tổng hợp sai số thể tích từ f01 phương trình đường sinh

53

3.15 Tổng hợp sai số của ba phương pháp xác định thể tích thân cây

55


iii

3.16 Kết quả quan hệ giữa Vcvo và Vkvo

56

3.17 Quan hệ giữa D1.3 và Hvn loài Dẻ trắng

58

3.18 Quan hệ giữa D1.3 và Hvn lồi Trâm móc

58

3.19 Kết quả xác lập quan hệ giữa D1.3 và Hvn loài Vối thuốc

59

3.20 Kết quả xác lập quan hệ D1.3 và Hvn loài Lim xanh

59

3.21 Kết quả xác lập quan hệ D1.3 và Hvn loài Trường sâng

60

3.22 Ước lượng khoảng biến động chiều cao của từng cỡ kính

61


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH

TT

Tên hình

Trang

2.1

Sơ đồ phương pháp nghiên cứu

28

3.1

Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây của lồi Dẻ trắng

43

3.2

Biều đồ phương trình đường sinh của lồi Trâm móc

45

3.3

Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Trín Quảng Bình

47

3.4

Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Lim xanh

49

3.5

Biểu đồ phương trình đường sinh thân cây Trường sâng

51

3.6

Quan hệ giữa Vkv và Vcv loài Dẻ trắng

57

3.7

Quan hệ Vkvovà Vcvo loài Trâm móc

57

3.8

Đường cong giới hạn đường kính và chiều cao loài Trường sâng

60


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Cây rừng là một cơ thể sống nên là một khối thống nhất. Theo nguyên
lý sinh học, do hoạt động của thượng tầng và mô phân sinh, cứ qua mỗi mùa
sinh trưởng, cây rừng đồng thời tăng kích thước theo chiều ngang và chiều
dọc (hoặc chiều cao). Vì vậy, giữa chiều cao và đường kính thân cây hoặc
giữa đường kính ở các vị trí độ cao khác nhau trên thân cây luôn tồn tại mối

liên hệ nhất định. Quy luật này đã được các nhà khoa học điều tra rừng nghiên
cứu và khẳng định. Tuy nhiên, sự tăng đường kính ở các vị trí khác nhau trên
thân cây hoặc tăng chiều cao ở các thời điểm khác nhau ngay trong một cây
rừng cũng khơng giống nhau. Vì vậy, những mối quan hệ kể trên sẽ bị chi
phối bởi rất nhiều yếu tố nội tại và ngoại cảnh mà không thể đồng nhất cho
mọi điều kiện. Trong thực tiễn điều tra, khai thác lợi dụng rừng, người ta cần
biết một cách gần đúng trữ lượng của rừng để từ đó có các biện pháp quản lý,
tác động vào rừng cho hợp lý, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên, biểu
được lập đã hơn bốn thập niên và mặc dù sau năm 1975 được nghiên cứu bổ
sung mở rộng phạm vi sử dụng, nhưng đối tượng lập biểu lúc đó chủ yếu là
rừng giàu, thậm chí có cả rừng nguyên sinh. Trong khi đó, rừng nghèo và
rừng trung bình là đối tượng kinh doanh chủ yếu ở nước ta hiện nay (trên
80%). Qua hàng chục năm phát triển, khoa học điều tra rừng phát triển xây
dựng được biểu thể tích cho tồn quốc, biểu thể tích cho nhóm loài cây, cũng
như vùng sinh thái cụ thể của cây gỗ rừng tự nhiên và xây dựng được biểu thể
tích hai nhân tố cho hầu hết các loài cây trồng rừng chính. Những biểu này đã
phục vụ đắc lực cho kinh doanh rừng. Nhưng biểu thể tích này đã xây dựng từ
rất lâu trong khi đó điều kiện mơi trường thay đổi làm thay đổi đặc điểm hình
thái của cây rừng. Việc lập biểu thể tích mới sẽ bổ sung thêm cho các loài ở
các vùng miền trên cả nước. Từ đó đề tài tập trung nghiên cứu : “ Nghiên cứu
cơ sở khoa học lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài cây ở rừng tự
nhiên khu vực Bắc Trung Bộ”.


2

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Trên thế giới
1.1.1. Về tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao

Thể tích và trữ lượng là con số biểu thị khối lượng gỗ (tính bằng m 3)
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 nhằm đánh giá tài nguên rừng của mỗi quốc gia, hay vùng lãnh
thổ. Mặc dù thân cây hay bộ phận thân cây được xem như một khối hình học
trịn xoay chính tắc nào đó nhưng thực tiễn đã cho thấy không thể hoặc không
dễ đo được các chỉ tiêu về kích thước và hình dạng cây đứng nên khơng thể
xác định thể tích của chúng bằng những cơng thức hình học đã biết. Để giải
quyết tồn tại này, người ta thường lập sẵn những bảng tra thể tích ứng với
đường kính qui chuẩn, chiều cao và hình dạng, gọi chung là biểu thể tích
(Volume table). Khoa học Điều tra rừng đã khẳng định thể tích thân hoặc bộ
phận thân cây đứng có thể xác định bằng cơng thức: V    d 2j  h  f j
4

(1-1)

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 đẽ 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.
Theo ( (Akindele và Lemay, 2006; Đồng Sĩ Hiền, 1974; Husch, 2003),
các mơ hình tốn học vể thể tích thân cây được xem xét như 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) (1-2)


3

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
Spurr S.H (1952) đã đề xuất phương trình
V= a + b.(D2.h)

(1-3)

Perrey T.O và Yates P.A (1964) đã kiểm nghiệm và cho rằng phương
trình (1-16) ở Canada và khi kiểm tra theo phương pháp rút chọn thì đề xuất
phương trình:
= a1.d2+b1.h

(1-4)

Khi điều tra người ta đo tổng thiết diện ngang, chiều cao, đường kính và
sử dụng những biểu đã lập trên cơ sở phương trình nói trên
Carrow.John(1963) dùng phương pháp Spurr kết hợp với phương trình
Bitterlich:
V = a + b.d2.h biến đổi thành V = a + b.g1.3.h

(1-5)

M = ∑ V = Na + .h.∑g

(1-6)

Sau khi kiểm nghiệm tác giả cho rằng có thể dùng phương trình Spurr
để dự kiến lượng tăng trưởng thường xuyên với những tổ hợp khác nhau giữa
đường kính và chiều cao.
Shumacher B và Hall (1933) đã đề xuất phương trình:
V = k.db1hb2

( 1-7)

Theo (Jayaraman.K., 1999), trong lâm nghiệp thường sử dụng một số công


4

thức tương quan sinh trưởng sau đây để tính thể tích hoặc sinh khối cây (biến
phụ thuộc) thơng qua các biến độc lập là đường kính ngang ngực và chiều
cao:
Y = a + b.D2H

(1-8)

lnY = a+ b.D2H

(1-9)

Y0.5 = a+ b.D2.H

(1-10)

lnY = a + b.lnD + c.lnH

(1-11)

Y0.5 = a+ b.D + c.H

(1-12)

Y0.5 = a + b.D2 + c.H + d.D2.H

(1-13)

Dưới đây đưa ra một số hàm thể tích chung phổ biến được áp dụng:
Kiểu nhân tố hình dạng khơng đổi: V= b1 D2 H

(1-14)

Kiểu kết hợp biến:

(1-15)

V= b0  b1 D 2 H
2

V= b1 Db H b

3

(1-16)

Dạng biến đổi logarit:

V= logb1 + b2logD + b3logH (1-17)

Đổi biến của Honer:

D2
V=
b0  b2 H 1

(1-18)

Theo Loetsch-Zoehrer-Haller (1973), độ cao gốc chặt thường lấy bình
quân bằng 0,3m. Ở các nước nhiệt đới, chiều cao gốc chặt thường lớn hơn,
bởi vì nhiều lồi cây thường có bạnh gốc. Ở châu Âu, đường kính giới hạn
phần gỗ ngọn cây thường quy định là 7cm. Tuy nhiên, đường kính giới hạn
thường thay đổi do kích thước sản phẩm và điều kiện sử dụng gỗ.
Với loài Pinus patula ở Kenia, Alder D. (1980) xác định đường kính
giới hạn trên bằng 20cm và xác lập quan hệ thể tích thân cây từ gốc chặt đến
đường kính giới hạn với đường kính và chiều cao.
FAO (1981) giới thiệu biểu gỗ sản phẩm lồi pinus halepensis ở miền
Tây Malaysia. Trong đó gỗ sản phẩm được tính từ gốc cây đến chiều cao dưới


5

tán (VS). Thể tích thân cây được xác định thơng qua VS bằng phương trình
parabon bậc 2.
FAO (1989) đã lập biểu sản phẩm cho đối tượng rừng khô với các loại
sản phẩm gỗ trịn có đường kính > 40cm, gỗ trịn có đường kính < 40cm, gỗ
cột, củi, sản lượng quả. Trong đó, gỗ thương phẩm được tính từ gốc cây đến
đường kính đầu nhỏ bằng 7,5cm.

Với đối tượng kinh doanh gỗ nhỏ hay bột giấy thì gỗ thân cây cũng
chính là gỗ thương phẩm.
1.1.2. Về hình số tự nhiên
Theo 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 trên
thế giới.
Theo G. Krauter 1961 để giải quyết vấn đề lập biểu chung cho tất cả
các loài cây hay riêng cho từng lồi. G. Krauter nghiên cứu hình dạng theo đại
lượng tương đối và dùng hình số tự nhiên f 01( tức là λ 0.9). Để kiểm tra thuần
nhất củ hình dạng ơng đã chia năm tổ: mỗi tổ có 50 cây tiêu chuẩn, bốn tổ cho
các lồi Lim, Dẻ, Táu, và Trám còn tổ thứ năm gồm 50 cây được chọn ngẫu
nhiên trong tất cả các loài. G. Krauter lập bảng phân tích phương sai nhưng
khơng kết luận.
Để tính hình số G. Krauter đã dùng phương trình:
F01 = a – b.K0.5 (a = 0.1453 ; b = 0.5182 ; r = 0.833)

(1-19)

Trong đó f01 là hình số thon tự nhiên, K05 là hệ số thon tự nhiên ở giữa
thân tức là η05; a và b là hệ số phương trình, r là hệ số tương quan.
G. Krauter đã chuyển từ f01 sang f1.3 theo công thức:


6

f1.3 = f 012 bằng cả hai phương trình tương quan.
qH

f01 = a + b.d
q H2 = a + b.d

Trong đó qH là hệ số Hohennal:
q H2 

d1.3
d 01

Ơng đã lập được phương trình cho bốn lồi chính nhưng sau khi kiểm
tra thấy phương trình của các lồi giống nhau, riêng phương trình q H2 với d
của lồi Lim đã sai lệch với các phương trình khác trong phạm vi đường kính
từ 30- 50cm. G.Krauter đã tính phương trình chung cho tất cả các loài:
f01 = 0.5234 – 0.000175d

(1-20)

q H2 = 0.9432 + 0.0049d

(1-21)

và tính f1.3 = f 012 cho mỗi cỡ đường kính mà khơng phân biệt chiều cao khác
qH

nhau. Qua kiểm tra bảng biểu đồ thì thấy rằng f1.3 tính theo phương pháp đó
có khớp với các trị số hình số tính từ f01 và qH quan sát theo cơng thức:
f1.3 = f 012
qH

Hình số tự nhiên phổ biến nhất là f01. Hohenadl đã đề nghị tính thể tích của

cây theo 5 đoạn bằng nhau mỗi đoạn có chiều dài bằng 0,2h.
Vậy thể tích sẽ là:

V = 0.2h. (d 012  d 032  d 052  d 072  d 092 )
4

(1-22)

Hình số tự nhiên theo 5 đoạn sẽ là:
h 
  (d 012  d 032  d 052  d 072  d 092 )
f01 = 5 4

 d 012  h
4

(1.23)


7

=
→ f01 =

1
 (K 012  K 032  K 052 K 072 K 092
5

1
K 02i


n

1.1.3. Về phương trình đường sinh
Ngồi việc tính tốn 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 cây có thể được tính
thơng qua phương pháp đường sinh.
Mặc dù về mặt lý thuyết ngay từ thế kỉ 19 người ta đã biết nếu coi thân
cây là một khối hình học trịn xoay thì thể tích chính là tích phân phương trình
đường sinh của nó. Tuy nhiên do đường sinh thân cây là đường cong rất phức
tạp chỉ có thể biểu diễn băng một phương trình Parabol bậc cao nên những đề
nghị của Mendeleev [1899], Wimmenauer [1918], Belanovski [1917] (theo
Đồng Sĩ Hiền [1974]) vào đầu thế kỉ 20 mới chỉ dừng ở phạm trù lí thuyết.
Mãi tới giữa thế kỉ 20 những đề nghị này mới trở thành hiện thực nhờ sự trợ
giúp của những phương tiện tính tốn hiện đại. Từ đó xuất hiện một phương
pháp lập biểu thể tích mới gọi là phương pháp đường sinh thân cây. Theo
Đồng Sĩ Hiền [1974] ở nước Đức, Muller [1960] cho rằng đường kính liên hệ
với chiều cao theo dạng: D  a  h b hoặc  a  eln b.h
Đầu thế kỷ 20, do nhu cầu phát triển công nghiệp, sản phẩm gỗ trở nên đa
dạng và tập trung hơn nên đã xuất hiện những nghiên cứu cơ bản về điều tra
gỗ. Đầu tiên các tác giả xây dựng loại biểu thể tích hình viên trụ (thực chất là
một bảng tính sẵn ) để tra tính thể tích một khúc gỗ theo chiều dài và đường
kính trung bình. Giai đoạn 1906 - 1908 Criudener, giám đốc sở lâm nghiệp
hồng gia Nga đã lập biểu thể tích gỗ trịn cho 6 loài cây.
- Mendeleep 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


8

phương trình tốn 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.
- Ở Mỹ, Spurr K.N(1952) lập biểu sản phẩm cho lồi Thơng, đây là
biểu sản phẩm ghi thể tích gỗ tính từ gốc cây đến vị trí cỡ đường kính bằng 4
inch (1inch = 2,5 cm). Cũng trong thời gian này một số biểu khác cũng được
lập như biểu phục vụ tỉa thưa của Bradl R.T xuất bản ở Anh năm 1966 và biểu
lập theo cấp chiều cao của Ivarsannet xuất bản ở Thụy Điển năm 1988.
- Muller G (1960) đề nghị biểu thị mỗi liên hệ giữa đường kính và
chiều cao bằng hàm số mũ: D = a.bh = F(h). Giả thiết vịng 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.


V=

h

4

. F (h) .dh
2

(1-24)

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 =
+  n là chiều dài tương đối

n =

Don
D 01

hn
h

+ k, i ,i : là hệ số cố định. Thể tích cơ bản sẽ là:
Vg =


4

n





.  i  k.tgk  n  i  .d n
0

2

(1-25)


9

Như vậy, các nghiên cứu trên thế giới trong những năm gần đây cũng
chủ yếu là áp dụng phương pháp tương quan mà đặc biệt là tương quan giữa
đường kính và chiều cao để xây dựng biểu thể tích.
1.1.4 Về việc đánh giá mơ hình lựa chọn
Theo Nguyễn Thị Thùy (2010) Jiang, 2005 đã đưa ra 3 chỉ tiêu định lượng
cho việc đánh giá mơ hình, đó là: độ lệch trung bình (average bias), sai số
chuẩn ước lượng (standard error of estimate- S.E.E) và chỉ số thích hợp (fit
index- FI)
+ Độ lệch trung bình (Average bías)

 Y
n

Độ lệch trung bình =

i

1

n

^

 Yi 



(1-26)

^

Trong đó Yi là giá trị thực tế, Yi là giá trị lý thuyết và n là số quan sát của bộ
số liệu.
+ Sai tiêu chuẩn hồi quy (standard error of estimate- S.E.E):

n

  (Y  Y

^

i

S.E.E =

i

(1-27)

i

nk

Trong đó k là tham số ước lượng. Các biến khác như đã làm rõ ở trên.
+ Chỉ số thích hợp- FI (R2)

(Y  Y )
= 1 
 (Y  Y )
^

n

FI

i

i

n

i

i

2

i

(1-28)
2

i

(Akindele và LeMay, 2006), cũng sử dụng hai chỉ số là S.E.E và F.I để đánh
giá các mơ hình xây dựng cho các nhóm lồi

10

1.2. Ở Việt Nam
1.2.1. Các cơng trình nghiên cứu về quan hệ thể tích, đường kính và
chiều cao
Cơng trình nghiên cứu về lập biểu thể tích phải được kể đến đầu tiên là
của tác giả (Đồng Sĩ Hiền, 1974) đã thử nghiệm hai dạng parabol và 3 dạng
lũy thừa cho một số loài cây rừng tự nhiên ở nước ta:
v = a + b.d2

(1-29)

v = a + b1.d + b2logd

(1-30)

logv = a + blogd

(1-31)

logv = a +b1logd + b2logh

(1-32)

logv = a +b1logd + b2logh + b3logq2

(1-33)

Kết quả cho thấy hai dạng parabol thường thích hợp nhưng đối với hai
lồi Sâng và Táu và dạng đàu với Bứa thì có sai dị rõ rệt giữa r2 và η2.
Năm 1976 Phạm Ngọc Giao nghiên cứu mối quan hệ giữa thể tích thấn
cây đứng với đường kính và chiều cao nhằm lập biểu thân cây đứng rừng
trồng Thông đuôi ngựa và Thông nhựa. Qua thử nghiệm thấy dạng hàm
V= a + b.h + c.d2.h là thích hợp nhất.
Về các dạng lũy thừa thì biến số q 2 nhiều khi không cần thiết mà có thể
xác định thể tích thơng qua đường kính và chiều cao. Có thể dùng ba phuơng
trình dạng lũy thừa để lập biểu thể tích 1 hoặc 2; 3 nhân tố nhưng ở nước ta
biểu 3 nhân tố khơng có tác dụng thực tế. Trong điều kiện của nước ta có thể
áp dụng tốt hai dạng phương trình 3; 4 ở trên (Nguyễn Ngọc Lung và Đào
Công Khanh, 1999) đã tổng kết rằng để lập biểu thể tích đo tính trữ lượng gỗ
cây đứng ở nước ta thường dùng ba phuơng pháp sau:
Cũng trong thời gian này, (Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh,
1999) đã thử nghiệm các dạng phương trình thể tích dạng (1-9) và (1-10) cùng
các hàm như sau:


11

V= a + b1H + b2G

(1-34)

LogV = a + blogD

(1-35)

LogV = a +b1logD+ b2logH

(1-36)

LogvV = a +b1logD + b2logH + b3logq2

(1-37)

Kết quả thử nghiệm cho thấy, hệ số tương quan r của dạng phương
trình đơn giản nhất V= a+ b.D2H và V= a + b1H + b2G có r đạt tới hơn 0,99
dạng LogV = a + blogD có r là 0.9734. Kiểm tra sự tồn tại của mọi tham số
phương trình bi bằng tiêu chuẩn tb = b/ Sb đều đạt u cầu.
Lập biểu thể tích cho lồi Keo Tai tượng (Đào Công Khanh, 2001) đã
thử nghiệm các hàm dạng (1-7) và (1-13) kể trên.
Để lập biểu thể tích cho một số lồi cây trong đề tài thì dạng phương
trình V= K.DaHb là phù hợp nhất và nhân tố hình dạng đã phản ánh qua
đường kính và chiều cao trong công thức này. (Phan Nguyên Hy, 2003) đã sử
dụng SPSS để thử nghiệm một số dạng phương trình sau dạng (1-9); (1-10) và
(1-17).
Để lập biểu thể tích cho rừng Thông Nhựa, kết quả thử nghiệm cho thấy cả
ba dạng phương trình trên đều thích hợp cao.
1.2.2. Về hình số tự nhiên
Theo Đồng Sĩ Hiền (1971) Hệ số thon tự nhiên là tỷ lệ giữa đường kính
đo ở tầm cao 0.ih so với đường kính đo ở tầm cao 0,jh.
K0,I =
Nếu
và

d 0,ih
d o , jh

0,I = 0,0 ; 0,50 =

0,j = 0.25 =

(1-38)

2
3
; 0,75 =
4
4

1
4

thì ta có cá hệ số thon K01; K2.1; K3.1 tức là q01; q2.1; q3.1


12

Nếu
và

0,i = 0,0; 0,1; 0,2 ; …0,9 c
0,j = 0,1

thì ta có các hệ số thon K0,0; K01; K02; …..K09
Hình số tự nhiên ( hay là chỉnh số hình thái, hình số thực) là tỷ lệ giữa
thể tích thực của cây so với thể tích của viên trụ có cùng chiều cao và có đáy
bằng tiết diện thân cây ở tầm cao 0,j :
f0,j = V

V0 , j

0,j có thể là 0,0 ; 0,055 ; 0,1 ; 0,15
Cũng theo Đồng Sĩ Hiền (1974) có phương pháp lập biểu thể tích. Tác
giả chọn f01 làm hệ số tính thể tích thân cây. f01 được xác định bằng phương
pháp tích phân phương trình đường sinh thân cây :
1

f01 =  y 2 dx

(1-39)

0

1.2.3. Về phương trình đường sinh thân cây
Mở đầu cho cơng cuộc nghiên cứu lập biểu thể tích và biểu độ thon là
cơng trình nghiên cứu của Đồng Sĩ Hiền (1974) đã lập biểu độ thon và biểu
thể tích cây đứng cho rừng Việt Nam. Tác giả sử dụng hàm Meyer và họ
đường cong Person để nắn các phân bố thực nghiệm số cây theo cỡ kính của
rừng tự nhiên để lập biểu thể tích và biểu biểu độ thon cho cây đứng rừng
Việt Nam. Dựa trên cơ sở các độ thon tương đối là ổn định cho từng loài cây
gỗ nên có thể tạo ra một hàm số hoặc một tương quan đường sinh biểu thị độ
thon bình quân, đường kính quay quanh trục OX sẽ tạo thành thể tích thân
cây.Tác giả sử dụng phương pháp Scheaychev-Fisher lập phương trình đường
sinh với 11 điểm tựa, đây là phương pháp mới được tác giả đề xuất. Năm
1979, Viện nghiên cứu lâm nghiệp có tiến hành lập biểu thể tích và sản phẩm


13

cho lâm phần thông tại Lâm Đồng. Trong các biểu ghi thể tích sản phẩm tính
từ gốc cây đến độ cao có đường kính 6 cm.
Vũ Văn Nhâm(1988) đã nghiên cứu lập biểu độ thon, biểu sản phẩm và
biểu thương phẩm cho rừng thông đuôi ngựa kinh doanh gỗ vùng Đông Bắc.
Bảo Huy (1997), Tăng Công Tráng (1997) cũng sử dụng phương pháp trên để
lập biểu thể tích và biểu thương phẩm cho lồi Xoan Mộc, Bằng Lăng và
nhóm cây ưu thế ở rừng tự nhiên Tây Nguyên
GS.TS Vũ Tiến Hinh và các cộng sự (1999), tiến hành nghiên cứu lập
biểu thương phẩm cho loài quế ở Văn Yên, trên cơ sở ứng dụng phương trình
đường sinh thân cây...
Cao Thị Thu Hiền (2009) với đề tài nghiên cứu cơ sở khoa học để xây
dựng biểu quá trình sinh trưởng và sản lượng rừng luồng thuần lồi tại tỉnh
Thanh Hố. Tác giả tiến hành đo đếm D1.3, Dt, Hvn, mật độ, đường kính gốc
bụi, chọn chặt và đo đếm cây tiêu chuẩn. Từ số liệu đo đếm tính tốn tỷ lệ
phần trăm số cây non trung niên và cây già; lập phương trình đường sinh
trưởng. Thử nghiệm từ phương trình bậc 1 đến bậc 5 cho thân ngoài và thân
trong để lựa chọn phương trình phù hợp nhất. Từ đó tính thể tích thân cây
Luồng theo phương trình đường sinh; xác định trọng lượng tươi theo đường
kính và chiều cao theo 2 dạng phương trình : Wt = a*D^b*H^c và Wt = a +
b*D^2*H để lựa chọn phương trình thích hợp nhất. Lập tương quan trọng
lượng khô – trọng lượng tươi sau khai thác 1, 2 và 3 tháng theo các phương
trình bậc 1, bậc 2, bậc 3, logarit, compound, Power. Từ đó lựa chọn phương
trình phù hợp; chọn chỉ tiêu sinh trưởng làm căn cứ phân hạng đất trồng
Luồng và xác định mật độ trồng thích hợp và lập biểu quá trình sinh trưởng và
sản lượng


14

1.2.4. Về việc đánh giá, lựa chọn phương pháp qua cây kiểm tra biểu xây

dựng được
Đào Công Khanh, 2001 đã sử dụng một số tiêu chí sau đây để lựa chọn
phương trình tối ưu cho cá phương trình thử nghiệm:
- Sự tồn tại của phương trình thơng qua kiểm tra sự tồn tại của các tham
số theo tiêu chuẩn t của Student
- Có hệ số tương quan cao
- Sai số hồi quy (Sy/x) của phương trình thấp
- Đơn giản trong sử dụng
Nguyễn Trọng Bình (2003) đã sử dụng một số tiêu chí sau đây để chọn hàm
sinh trưởng cho phù hợp:
- Hệ số xác định R2
- Các tham số của phương trình
-Sai số tương đối của phương trình

^

S%

Phương trình được chọn là phương trình có hệ số xác định cao nhất, sai số
nhỏ nhất và các tham số tồn tại. Phan Nguyên Hy (2003) đã sử dụng các tiêu
chí như sau:
- 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 mơ hình thích hợp nhất cho việc xây dựng biểu thể tích
lồi Thơng Nhựa. Kết quả là phương trình theo dạng hàm: V= a+b.D 2H đã
được lựa chọn để xây dựng biểu thể tích cho cây đứng cho rừng Thơng Nhựa
tại nơi khu vực nghiên cứu.
* Thảo luận
Qua kết quả nghiên cứu trên thế giới và trong nước nhận thấy:

15

- Các nghiên cứu trên thế giới trong những năm gần đây cũng chủ yếu là
áp dụng phương pháp tương quan mà đặc biệt là tương quan giữa thể tích và
hai nhân tố đường kính, chiều cao để xây dựng biêu thể tích ba dạng hàm
dùng phổ biến nhất là dạng hàm (1-3); (1-7); (1-8).
- Độ chính xác của tính thể tích theo dạng hàm V= f(D,H,F) chủ yếu
phụ thuộc vào độ chính xác của cách xác định f.
- Phương pháp đường sinh thân cây, dựa trên cơ sở các độ thon tương
đối ổn định cho từng loài gỗ nên có thể tạo ra 1 hàm số hoặc một tương quan
đường sinh thân cây biểu thị độ thon bình quân, đường sinh thân cây quay
quanh trục H sẽ tạo thành thể tích thân cây, đây là phương pháp mới đề xuất
trong thời gian giữa thế kỉ 20 bởi Djiurjue ở Rumani, 1963 và Đồng Sĩ Hiền ở
Việt Nam, 1967. Qua đó cho thấy phương trình đường sinh thân cây đã được
nghiên cứu từ rất lâu Đồng Sĩ Hiền (1971) đã cải tiến để phù hợp với đặc
điểm rừng ở Việt Nam.
- Do rừng tự nhiên của Việt Nam bị khai thác bừa bãi nên số cây tiêu
trong một loài là khơng nhiều. Các nghiên cứu về biểu thể tích ở Việt Nam
gần đây chủ yếu là nghiên cứu về rừng trồng thuần lồi đều tuổi. Chưa có
nhiều nghiên cứu mới về lập biểu thể tích rừng tự nhiên.
Từ những cơng trình nghiên cứu trên tác giả đi nghiên cứu lập biểu thể
tích cho một số lồi cây khai thác chính ở vùng Bắc Trung Bộ.
Việc nghiên cứu phương pháp lập biểu thể tích của đề tài xin tập trung
theo phương pháp biểu thể tích hai nhân tố.
- Với phương pháp tương quan giữa thể tích, đường kính và chiều cao
tác giả nghiên cứu những mơ hình đã được thử nghiệm và áp dụng.
- Với phương pháp dùng hàm V = f(D,H, F) tác giả tính thể tích dựa
trên

của lồi.


16

- Phương pháp phương trình đường sinh đề tài đi theo hướng của các
tác giả trong nước hay làm là : định bậc phương trình đường sinh, tính f01 từ
tích phân phương trình đường sinh hiệu chỉnh, tính thể tích theo công thức.


V

10  4. .d12.3 .h. f 01
4
  1.3 
 1.3 
 1.3 
a1 .1    a 2 .1    .... a n .1  
h 
h 
h 


 
2

n






2

(1-40)


17

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, NỘI
DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu tổng quát
Xây dựng cơ sở khoa học lập biểu thể tích cây đứng cho một số lồi
cây ở rừng tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ
2.1.2. Mục tiêu thực tiễn :
Chọn phương pháp lập biểu thể tích cây đứng cho một số loài nghiên cứu.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc lập biểu thể tích gỗ thân cây đứng
cho một số lồi cây khai thác chủ yếu ở rừng tự nhiên khu vực Quảng Bình,
Hà Tĩnh. Sau khi tiến hành điều tra, khảo sát khu vực nghiên cứu, đề tài quyết
định nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc lập biểu thể tích 4 loài sau:
- Dẻ trắng ( Lythcapus probscideus)
- Vối thuốc (Syzygium cuminiI Choisy)
- Lim xanh ( Erythrophleum fordii)
- Trâm móc ( Eugenia Sp)
- Trường sâng (Amesiodendron chinense Merr.)
2.2. Phạm vi nghiên cứu.

Về loài cây: Đề tài tiến hành nghiên cứu một số lồi cây Dẻ trắng, Trâm
móc, Lim xanh, Trường sâng, Vối thuốc, tại một số tỉnh thuộc Bắc Trung Bộ.
Về phương pháp tính thể tích cây đứng:
- Đề tài chỉ thử nghiệm ba phương pháp tính thể tích chính là: phương
pháp dựa vào phương trình thể tích và phương pháp dựa vào hình số tự nhiên
và phương pháp tính thể tích từ phương trình đường sinh.
- Đề tài chỉ thực hiện xử lý số liệu cho cây có vỏ ở cả ba phương pháp.