Lựa chọn mô hình toán học thích hợp mô tả phân bố số cây theo đường kính và quan hệ giữa chiều cao với đường kính rừng tự nhiên ở các tỉnh phía bắc

1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Rừng nói chung và rừng tự nhiên nói riêng giữ một vai trị quan trọng
khơng gì thay thế được trong nhiều lĩnh vực. Rừng bảo vệ môi trường, duy trì
cân bằng sinh thái, bảo tồn nguồn gen, bảo vệ đa dạng sinh học, cung cấp
nhiều loại lâm đặc sản thiết yếu… đáp ứng nhu cầu cơ bản của con người.
Theo số liệu thống kê của Cục Lâm nghiệp và tổng cục thống kê, tính
đến ngày 31 tháng 12 năm 2008 thì diện tích rừng tự nhiên nước ta là 13,12ha
(Ban hành kèm theo Quyết định số 1267/QĐ-BNN-KL ngày 05/5/2009), độ
che phủ đạt 38,7%. Mặc dù rừng nước ta đã có sự tăng lên về số lượng song
chất lượng cịn q thấp, sự tăng trưởng của rừng có tính chất kém bền vững,
trong khi sức ép của con người về nhu cầu gỗ tự nhiên không ngừng tăng lên.
Đứng trước thực trạng đó, địi hỏi phải có một chiến lược thỏa mãn cả bốn
mặt sau: Quản lý – Bảo vệ - Phát triển và sử dụng rừng lâu bền.
Muốn Quản lý – Bảo vệ - Phát triển và sử dụng rừng lâu bền, bên cạnh
các giải pháp kinh tế xã hội thì hệ thống những biện pháp kỹ thuật lâm sinh
được coi là then chốt để dẫn dắt rừng theo đúng mục đích kinh doanh của
người sản xuất. Hệ thống các biện pháp kỹ thuật đó như các biện pháp quản lý
bảo vệ, khoanh nuôi xúc tiến tái sinh, ...Thực tiễn đã chứng minh rằng, các
giải kỹ thuật lâm sinh tác động vào rừng muốn đem lại hiệu quả thì phải có sự
hiểu biết đầy đủ và sâu sắc về bản chất quy luật sống của hệ sinh thái rừng,
đặc biệt là quy luật cấu trúc rừng.
Việc định lượng các quy luật cấu trúc rừng bằng những hàm toán học
cụ thể là nội dung không thể thiếu khi nghiên cứu cấu trúc rừng, đây là cơ sở
để từ đó xây dựng cấu trúc rừng ổn định, tận dụng tối đa không gian dinh
dưỡng của điều kiện lập địa, là cơ sở khoa học của việc đề ra các biện pháp
tác động thích hợp đối với từng trạng thái, từng kiểu rừng. Ngoài ra, nghiên


2

cứu cấu trúc rừng còn làm cơ sở cho việc thiết lập phương pháp điều tra rừng.
Đã có nhiều cơng trình cũng như đề tài thực hiện việc nghiên cứu định lượng
quy luật phân bố số cây theo đường kính và tương quan giữa chiều cao với
đường kính cho đối tượng rừng tự nhiên.Tuy nhiên, các cơng trình này mới
chỉ dừng ở phạm vi địa phương, hoặc cấp tỉnh, cấp xã hoặc một khu bảo tồn
với dung lượng mẫu chưa đủ đại diện, thậm chí diện tích ơ tiêu chuẩn chưa đủ
lớn. Vì thế, kết quả nghiên cứu chưa có tính đại diện cao cho cấu trúc rừng tự
nhiên vốn đa dạng, phức tạp và rộng lớn.
Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Lựa chọn mơ hình tốn học thích hợp
mơ tả phân bố số cây theo đường kính và quan hệ giữa chiều cao với
đường kính rừng tự nhiên ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam” được thực hiện
nhằm góp phần giải quyết những tồn tại nêu trên.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Quan điểm về cấu trúc quần xã thực vật rừng
Theo quan điểm của các nhà lâm sinh, cấu trúc rừng (Forest Structure)
là sự sắp xếp tổ chức nội bộ của các thành phần trong hệ sinh thái rừng mà
qua đó các lồi có đặc tính sinh thái khác nhau có thể chung sống hài hoà và
đạt tới sự ổn định tương đối trong một giai đoạn phát triển nhất định của tự
nhiên [26]. Cũng theo quan điểm này, Phùng Ngọc Lan (1986) [22] cho rằng:
“Cấu trúc rừng là một khái niệm dùng để chỉ quy luật sắp xếp tổ hợp các
thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng theo không gian và thời
gian”. Còn trên quan điểm sản lượng, Husch, B. (1982) [12], cho rằng cấu
trúc là sự phân bố kích thước của lồi và cá thể trên diện tích rừng.
Như vậy, cấu trúc lớp thảm thực vật là kết quả của quá trình chọn lọc tự

nhiên, là sản phẩm của quá trình đấu tranh sinh tồn giữa thực vật với thực vật
và giữa thực vật với hoàn cảnh sống. Do đó, cấu trúc phản ánh mối quan hệ
giữa sinh vật với nhau và giữa sinh vật với môi trường sống. Trên quan điểm
sinh thái thì cấu trúc chính là hình thức bên ngoài phản ánh nội dung bên
trong của hệ sinh thái. Trên quan điểm sản lượng thì cấu trúc rừng phản ánh
sức sản xuất của rừng theo điều kiện lập địa.
Cấu trúc quần xã thực vật rừng bao gồm cấu trúc tổ thành, cấu trúc tầng
thứ, cấu trúc tuổi, cấu trúc mật độ, cấu trúc theo mặt phẳng nằm ngang (mạng
hình phân bố)… Việc nghiên cứu cấu trúc rừng trên thế giới cũng như ở Việt
Nam đã tiến hành từ những năm đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học đã nghiên
cứu các quy luật cấu trúc làm cơ sở đề xuất biện pháp tác động nhằm nâng
cao mọi chức năng của rừng. Những nghiên cứu định tính dần chuyển sang
định lượng với sự trợ giúp của máy tính và ứng dụng toán học thống kê đã mở


4

ra hướng phát triển mới trong nghiên cứu lâm sinh học hiện đại. Tuy nhiên, hệ
sinh thái rừng mưa là đối tượng rất đa dạng, phong phú và phức tạp, và rừng
tự nhiên Việt Nam cũng khơng nằm ngồi đối tượng đó.
1.2. Nghiên cứu về cấu trúc rừng
1.2.1. Trên thế giới
1.2.1.1. Phân loại rừng phục vụ kinh doanh

Các nhà thực vật học đã chứng minh rằng điều kiện địa lý khác nhau có
ảnh hưởng sâu sắc đến sự phân bố từng kiểu rừng, dẫn đến đặc trưng cấu trúc,
sinh trưởng, tổ thành,… của rừng khác nhau và hình thành nên các quần xã
thực vật khác nhau. Mỗi quần xã thực vật là đại diện tiêu biểu phản ánh khách
quan của điều kiện địa lý.
Phân loại rừng theo điều kiện tự nhiên nhằm xác định các đơn vị kinh

doanh rừng, tạo điều kiện các hoạt động kinh doanh lợi dụng rừng đạt mục
đích và hiệu quả cao. Trên thế giới có nhiều trường phái phân loại rừng khác
nhau như: Trường phái của các nước thuộc Liên Xô cũ và một số nước Đông
Âu [50], trường phái Bắc Âu, trường phái Mỹ và Canada. Mỗi trường phái
tuỳ thuộc vào kiểu rừng và mục đích kinh doanh mà lựa chọn các nhân tố chủ
đạo để phân loại rừng khác nhau, Phùng Ngọc Lan (1986) [22].
1.2.1.2. Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính

Quy luật phân bố số cây theo cỡ đường kính là quy luật xắp xếp tổ hợp
các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng theo không gian và thời
gian. Đây là quy luật cơ bản nhất của kết cấu lâm phần. Hầu hết các tác giả
đều sử dụng hàm tốn học để mơ phỏng cho quy luật phân bố này. Có thể
điểm qua một số cơng trình tiêu biểu như sau:


5

Meyer (1934), sử dụng phương trình tốn học có dạng đường cong
giảm liên tục để mô tả phân bố số cây theo cỡ đường kính, về sau gọi là
phương trình Meyer hoặc hàm Meyer.
Naslund (1936 – 1937) đã xác lập luật phân bố Charlier kiểu A để nắn
phân bố số cây theo cỡ đường kính của các lâm phần thuần loài đều tuổi (dẫn
theo Phạm Ngọc Giao, 1995 [9]).
Balley (1973) đã sử dụng hàm Weibull để mơ hình hố cấu trúc đường
kính lồi Thơng theo mơ hình của Schumacher và Coile (dẫn theo Bùi Văn
Chúc, 1995 [5]). Loeschau (1973) đã dùng hàm Beta để nắn các phân bố thực
nghiệm (dẫn theo Trần Cẩm Tú, 1999 [41]).
Diatcheko, Z.N sử dụng phân bố Gamma để biểu thị phân bố số cây
theo cỡ đường kính lâm phần Thơng ơn đới. J.L.F Batista và H.T.Z Docouto
(1992) đã dùng hàm Weibull để mô phỏng phân bố N/D khi nghiên cứu rừng

nhiệt đới tại Marsanhoo – Brazin (Theo Phạm Ngọc Giao, (1995) [9]).
Ngồi ra, cịn một số tác giả sử dụng các hàm Hyperbol, họ đường cong
Poisson, phân bố Poisson, hàm Charlier A, Charlier B,… để mô phỏng quy
luật phân bố số cây theo cỡ đường kính.
1.2.1.3. Quy luật phân bố số cây theo chiều cao

Phân bố số cây theo chiều cao là nhân tố cấu trúc thể hiện sự sắp xếp
của cây rừng trong lâm phần theo chiều thẳng đứng. Nghiên cứu cấu trúc rừng
tự nhiên theo chiều thẳng đứng bằng việc vẽ các phẫu diện đồ đứng với tỷ lệ,
kích thước khác nhau tuỳ vào mục đích. Đây là phương pháp kinh điển trước
đây thường được áp dụng. Các phẫu đồ cho hình ảnh trực quan, khái quát về
cấu trúc tầng tán, phân bố số cây theo chiều thẳng đứng. Từ đó rút ra nhận xét
và đề xuất ứng dụng thực tế, phương pháp này được nhiều nhà nghiên cứu


6

rừng nhiệt đới áp dụng mà điển hình là cơng trình của các tác giả
P.W.Richards (1952) [28], và Rollet (1979) [51].
1.2.1.4. Quy luật tương quan giữa chiều cao vút ngọn với đường kính thân cây

Giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực của các cây trong
lâm phần ln tồn tại mối quan hệ chặt chẽ và tuân theo quy luật chung là,
khi tuổi tăng lên thì đường kính và chiều cao cũng tăng theo. Giữa chúng tồn
tại mối liên hệ theo dạng đường cong. Cùng với tuổi tăng lên thì đường cong
có xu hướng dịch chuyển lên trên (Tiurin D.V, 1927). Ngồi ra thì độ dốc của
đường cong chiều cao giảm theo dần theo tuổi (Prodan, 1965) [2].
Một số tác giả đã sử dụng các hàm toán học khác nhau để biểu thị mối
quan hệ này. Có thể điểm qua một vài cơng trình nghiên cứu điển hình sau
đây:

Tovstolesse, DI (1930) đã lấy cấp đất làm cơ sở để nghiên cứu quan hệ
H/D. Mỗi cấp đất tác giả lập một đường cong chiều cao bình quân ứng với
mỗi cỡ đường kính để có dãy tương quan cho lồi và cấp chiều cao. Sau đó
dùng phương pháp biểu đồ để nắn dãy tương quan theo dạng đường thẳng của
Gehrhardt và Kopetxki (dẫn theo Phạm Ngọc Giao, 1995 [9]).
Các tác giả Naslund, M (1992), Assmanm, E (1936), Hohenadl.W
(1936), Prodan, M (1944), Meyer, H.A (1952) khi nghiên cứu quan hệ H/D đã
đề nghị các dạng phương trình: Michailov, Holler woger.F (1934,1954).
(1.1)

(1.2)


7

(1.3)

(1.4)
Krauter.G (1958) và Tiurin. A.V (1931) (theo Phạm Ngọc Giao, 1995)
[9], nghiên cứu tương quan H/D dựa trên cơ sở cấp đất và cấp tuổi. Kết quả
cho thấy:
Khi dãy phân hố hình thành các cấp chiều cao thì mối quan hệ này
không cần xét đến cấp đất hoặc cấp tuổi, cũng khơng cần xét đến các tác động
của hồn cảnh và tuổi đến sinh trưởng của cây rừng và lâm phần, vì những
nhân tố này được phản ánh trong kích thước của cây, nghĩa là giữa đường
kính và chiều cao trong mối quan hệ đã bao hàm tác động của hồn cảnh và
tuổi.
Petterson, H (1955) (dẫn theo Nguyễn Trọng Bình, 1996 [15]) đề xuất
sử dụng phương trình:
(1.5)

Kennel, R (1971) (dẫn theo Phạm Ngọc Giao, 1995 [9]), ứng dụng các
quan hệ này để lập biểu cấp chiều cao cho lâm phần và khuyến nghị: Để mô
phỏng sự biến đổi của quan hệ H/D theo tuổi trước hết tìm phương trình thích
hợp cho lâm phần, sau đó xác lập mối quan hệ của các tham số theo tuổi.
Curtis, R.O (1967) (dẫn theo Hồng Văn Dưỡng, 2000 [7] đã mơ phỏng
quan hệ giữa chiều cao và đường kính và tuổi theo dạng phương trình:
(1.6)


8

Như vậy, để biểu thị mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao có thể
sử dụng nhiều dạng phương trình. Nhìn chung, để biểu thị đường cong chiều
cao thì phương trình Paraboll và phương trình Logarit được dùng nhiều nhất.
1.2.2. Ở Việt Nam
1.2.2.1. Phân loại rừng

Năm 1960, Loeschau đã đưa ra hệ thống phân loại rừng theo trạng thái
hiện tại để đáp ứng các khâu điều tra gỗ nhỏ ở Quảng Ninh. Năm 1966 cơng
trình đã được chính tác giả bổ sung với tên gọi: Phân chia kiểu trạng thái và
phương hướng kinh doanh rừng hỗn giao thường xanh lá rộng nhiệt đới. Sau
khi được sử dụng phổ biến, Viện Điều Tra Quy Hoạch rừng đã có những cải
tiến hệ thống phân loại cho phù hợp hơn với đặc điểm rừng nước ta.
Thái Văn Trừng (1978) [38] đưa ra hệ thống phân loại sinh thái phát
sinh, tác giả chia rừng Việt Nam thành 14 kiểu thảm thực vật, nhưng các đơn
vị cấp thấp phục vụ cho kinh doanh lợi dụng rừng chưa được nghiên cứu đầy
đủ.
H.Thomaius (1978) đã căn cứ vào chỉ số khô hạn của M.I Buduko
(1956) để sắp xếp rừng Việt Nam thành 16 dạng thực bì, trong đó có 12 dạng
thực bì khí hậu, 4 dạng thực bì thổ nhưỡng.

Nguyễn Hồng Quân, Trương Hồ Tố, Hồ Viết Sắc (1981) [49] đã dựa
vào các chỉ tiêu chính: Trạng thái hiện tại, mức độ bị tác động, cấp sản xuất
của lâm phần và các chỉ tiêu phụ như khả năng tái sinh tự nhiên, tình trạng đất
đai (độ dốc và độ dày tầng đất) tiến hành phân loại rừng Khộp nhằm phục vụ
cho công tác điều chế rừng Khộp.


9

Vũ Đình Huề (1984) [15] đã đề nghị lấy kiểu rừng làm đơn vị phân loại
trên chỉ tiêu phụ là khả năng tái sinh tự nhiên, tình hình đất đai, cơ sở hai chỉ
tiêu là trạng thái rừng loại hình quần xã thực vật.
Vũ Biệt Linh (1984) [48] khi bàn về vấn đề phân chia rừng theo hệ
thống phân loại kinh doanh đã được xác định cho rằng cần phân chia rừng và
đất rừng theo mục đích, nội dung, phương thức, biện pháp kinh doanh, tạo
điều kiện kinh doanh có hiệu quả.
Vũ Đình Phương (1985 – 1988) [30] dựa vào 5 nhân tố là nhóm sinh
thái tự nhiên, các giai đoạn phát triển và sinh thái của rừng, khả năng tái sinh
bằng con đường tái sinh tự nhiên, đặc điểm địa hình, thổ nhưỡng để phân chia
rừng thành các lơ rừng khác nhau phục vụ thiết thực cho công tác điều chế
rừng ở các khu rừng Tây Nguyên và Quảng Ninh, rất hiệu quả khi cường độ
kinh doanh cao.
Bảo Huy (1993) [17] đã xác định trạng thái rừng hiện tại của các lâm
phần rừng Bằng Lăng ở Tây Nguyên theo hệ thống phân loại của Loestschau,
tác giả cũng xác định các loại hình xã hợp thực vật với các ưu hợp khác thơng
qua trị số IV%.
Như vậy, có nhiều tác giả trong và ngoài nước đều cho rằng việc phân
chia loại hình rừng tự nhiên ở nước ta là rất cần thiết đối với nghiên cứu cũng
như trong sản xuất, đặc biệt là trong bảo tồn đa dạng sinh học. Nhưng tuỳ
từng mục tiêu đề ra mà xây dựng các phương pháp khác nhau nhưng đều

nhằm mục đích làm rõ thêm các đặc điểm của đối tượng nghiên cứu. Cấu trúc
của thảm thực vật rừng đã đặt nền móng cho việc phân chia rừng tự nhiên
nước ta một cách tổng quát. Phương pháp phân chia loại hình rừng của
Loetschau đơn giản, dễ sử dụng và khơng địi hỏi người thực hiện phải có
trình độ cao, rất hữu hiệu trong thống kê tài nguyên rừng nhưng lại không


10

định hướng được cho các biện pháp kỹ thuật lâm sinh tác động vào đối tượng.
Phương pháp của Vũ Đình Phương tỷ mỉ hơn và cho ta những thông số về
thực trạng rừng hiện tại khơng chỉ ở góc độ về trữ lượng vì vậy người quản lý
dễ phác hoạ được các biện pháp quản lý lâm sinh tác động vào rừng. Phương
pháp này tỏ ra hữu hiệu ở nơi có trình độ kinh doanh cao và tương đối ổn
định.
1.2.2.2. Quy luật phân bố số cây theo cỡ kính

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên ở
nước ta đã được nhiều tác giả quan tâm, vì đây là cơ sở cho quản lý rừng và
đề xuất biện pháp lâm sinh hợp lý, có thể điểm qua những cơng trình nghiên
cứu sau:
Đồng Sỹ Hiền (1974) [10] dùng hàm Meyer và họ đường cong Poisson
để nắn phân bố thực nghiệm số cây theo đường kính làm cơ sở cho việc lập
biểu thể tích và độ thon cây đứng rừng tự nhiên miền Bắc Việt Nam.
Nguyễn Hải Tuất (1975, 1982, 1990) [42] [43], [44] đã sử dụng hàm
phân bố giảm, phân bố khoảng cách để biểu diễn cấu trúc rừng thứ sinh và
vận dụng quá trình Poisson vào nghiên cứu cấu trúc quần thể.
Nguyễn Văn Trương (1983) [39] đã thử nghiệm dùng các hàm mũ,
Logarit và phân bố Poison để biểu thị cấu trúc số cây theo cấp kính của rừng
tự nhiên hỗn lồi, kết quả cho thấy chỉ có riêng phân bố Poisson khơng đem

lại hiệu quả cao.
Bảo Huy (1988, 1993) [16] thử nghiệm 5 dạng phân bố lý thuyết là
Poisson, Khoảng cách, Hình học, Meyer, vàWeibull để mô phỏng cấu trúc
rừng Bằng lăng ở Tây Nguyên.


11

Trần Văn Con (1991), Lê Minh Trung (1991) [39] đã thử nghiệm một
số phân bố xác suất mô tả phân bố N/D đều cho nhận xét là phân bốWeibull
thích hợp nhất cho rừng tự nhiên ở Đắc Lắc.
Nguyễn Ngọc Lung (1991) [21] khi nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên
ở Hương Sơn, Kon Hà Nừng và một số địa phương khác thấy rằng: Phân bố
số cây theo cỡ đường kính tuân theo phân bố giảm kiểu Meyer ở rừng nguyên
sinh và thường xuất hiện một đỉnh ngay sau cỡ đường kính nhỏ nhất và có thể
có một đỉnh q thành thục ở cỡ đường kính lớn.
Lê Sáu (1996) [34] sử dụng hàmWeibull mơ phỏng phân bố đường
kính và chiều cao cho rừng tự nhiên ở Kon Hà Nừng, Tây Nguyên.
Trần cẩm Tú (1999) [41] sử dụng hàmWeibull và hàm khoảng cách để
mô phỏng quy luật phân bố N/D cho tổng thể rừng tự nhiên phục hồi sau khai
thác đã khẳng định: Cả hai hàm đều mô phỏng tốt quy luật phân bố N/D, tuy
nhiên với việc xuất hiện phổ biến đỉnh đường cong ở cỡ kính 12cm thì hàm
khoảng cách đã thể hiện sự phù hợp hơn.
Phạm Ngọc Giao (1995) khi nghiên cứu quy luật phân bố N/D cho rừng
thông đi ngựa vùng Đơng Bắc đã chứng minh tính thích ứng của
hàmWeibull và xây dựng mơ hình cấu trúc đường kính cho lâm phần thơng
đi ngựa.
Vũ Tiến Hình (1985, 1986, 1990) đã thử nghiệm một số phân bố lý
thuyết để nắn phân bố N/D một số loài cây trồng và đi đến kết luận: Phân bố
Weibull là phân bố thích hợp nhất.

Lê Hồng Phúc (1996) đã vận dụng quy luật phân bố Weibull để nắn
phân bố N/D rừng Thông ba lá Đà Lạt – Lâm Đồng.


12

Nhìn chung, khi xây dựng mơ hình cấu trúc N/D, với rừng trồng
thuần loài đều tuổi, các tác giả thường sử dụng hàm Weibull còn với rừng
tự nhiên hỗn giao khác tuổi thì sử dụng phân bố khoảng cách, phân bố
giảm là phù hợp hơn.
1.2.2.3. Quy luật phân bố số cây theo cỡ chiều cao

Những nghiên cứu của Đồng Sỹ Hiền (1974) [10] cho thấy, phân bố số
cây theo cỡ chiều cao ở các lâm phàn rừng tự nhiên hay trong từng lồi
thường có nhiều đỉnh, phản ảnh kết cấu tầng phức tạp của rừng chặt chọn.
Thái Văn Trừng (1978) [38] trong cơng trình nghiên cứu đã đưa ra kết
quả nghiên cứu cấu trúc tầng cây gỗ ở trạng thái IV.
Bảo Huy (1993) [17], Đào Công Khanh (1996) [19] đã nghiên cứu
phân bố N/H để tìm tầng tích tụ tán cây. Các tác giả đều đi đến nhận xét
chung là phân bố N/H có dạng một đỉnh, nhiều đỉnh phụ hình răng cưa và mơ
tả thích hợp bằng hàmWeibull.
Lê Sáu (1996) [34] cũng đã sử dụng hàmWeibull để mô phỏng quy luật
phân bố N/H ở rừng tự nhiên Kon Hà Nừng – Tây Nguyên và đi đến kết luận:
HàmWeibull rất phù hợp để mô phỏng phân bố N/H thực nghiệm.
Trần Cẩm Tú (1999) [41] khi nghiên cứu quy luật phân bố N/H đã sử
dụng phương pháp vẽ phẫu diện đồ đứng của rừng kết hợp với việc sử dụng
hàmWeibull để nắn phân bố N/H, kết quả cho thấy hàmWeibull mô phỏng tốt
cho quy luật phân bố này.
Nguyễn Thành Mến (2005) [25] sử dụng hàmWeibull, Meyer và hàm
Khoảng cách để mô phỏng quy luật phân bố N/Hvn thực nghiệm ở các khu

rừng tự nhiên lá rộng thường xanh sau khai thác ở Phú Yên, kết quả cho thấy


13

hàm Meyer và hàm khoảng cách tỏ ra không phù hợp, riêng hàmWeibull với
độ mềm dẻo hơn đã mô phỏng tốt cho quy luật phân bố số cây theo chiều cao.
1.2.2.4. Quy luật tương quan giữa chiều cao với đường kính

Quy luật tương quan giữa H/D là quy luật cơ bản và quan trọng trong
cấu trúc lâm phần. Việc nghiên cứu mối quan hệ này có ý nghĩa đặc biệt quan
trọng và được nhiều tác giả quan tâm. Có thể kể ra một vài cơng trình nghiên
cứu sau:
Đồng Sỹ Hiền (1974) [10] khi nghiên cứu rừng tự nhiên nước ta đã thử
nghiệm 5 dạng phương trình sau:
(1.7)

(1.8)

(1.9)

(1.10)

(1.11)
Kết quả cho thấy, cả 5 dạng phương trình trên đều phù hợp trong đó
2 phương trình (1.8) và (1.9) được chọn làm phương trình lập biểu cấp
chiều cao.
Vũ Nhâm (1988) [27] sử dụng phương trình (1.9) để xác lập quan hệ
H/D cho lâm phần Thông đuôi ngựa làm cơ sở lập biểu thương phẩm.

14

Phạm Ngọc Giao (1995) [9], cũng sử dụng phương trình logarit (1.9) để
mô tả quan hệ giữa chiều cao vút ngọn và đường kính ngang ngực của các
lâm phần Thơng đuôi ngựa.
Bảo Huy (1993) [17] khi nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng nửa rụng
lá Bằng lăng, rụng lá ưu thế Bằng lăng, Cẩm xe, Kháo và Chiêu liêu đã thự
nghiệm 4 dạng phương trình:
(1.12)

(1.13)

(1.14)

(1.15)
Kết quả chọn được hàm (1.14) là phù hợp nhất.
Đào Công Khanh (1996) [19], Trần Cẩm Tú (1999) [41] đã chọn
phương trình LogH = a + b.LogD để biểu thị quan hệ H/D cho rừng tự nhiên
hỗn loài ở Hương Sơn – Hà Tĩnh.
Hoàng Văn Dưỡng (2000) [7] đã sử dụng dạng hàm (1.13), (1.14),
(1.15) để nghiên cứu quan hệ H/D cho các lâm phần Keo lá tràm ở một số khu
vực Miền Trung. Kết quả các tác giả đã lựa chọn dạng phương trình (1.13) để
biểu thị mối quan hệ H/D.
Nguyễn Thành Mến (2005) [25] khi nghiên cứu cấu trúc rừng tự nhiên
lá rộng thường xanh sau khai thác ở tỉnh Phú Yên đã sử dụng các hàm:


15

(1.16)

(1.17)

(1.18)

(1.19)
Kết quả cho thấy cả 4 phương trình đều biểu thị tốt mối quan hệ H/D.
1.2. Thảo luận
Rừng tự nhiên là đối tượng vô cùng phong phú và phức tạp, chúng luôn
vận động và biến đổi theo thời gian và khơng gian, cho tới nay các cơng trình
nghiên cứu về rừng tự nhiên trên thế giới và trong nước cũng rất đa dạng và
phong phú, những cơng trình này đóng góp đáng kể vào vốn hiểu biết của con
người về rừng và có giá trị to lớn về mặt thực tiễn và lý luận ở những mức độ
khác nhau, tựu chung đều nhằm mục đích phục vụ kinh doanh có hiệu quả và
lâu bền. Các cơng trình nghiên cứu trên là những vấn đề liên quan đến đề tài
như: nghiên cứu về phân chia trạng thái rừng, cấu trúc rừng, mối quan hệ giữa
chiều cao với đường kính. Xu hướng nghiên cứu cũng chuyển dần từ định
tính sang định lượng, chuyển từ lý thuyết sang thực tế, cũng chính từ việc đề
cao ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn mà những nghiên cứu này đã
đề cập khá nhiều khía cạnh phong phú như cấu trúc tổ thành, cấu trúc theo
đường kính thân cây, cấu trúc theo chiều thẳng đứng, cấu trúc theo chiều
nằm ngang.
Phần lớn các tác giả đã chú ý đến việc lựa chọn mơ hình lý thuyết thích
hợp để mơ phỏng các đặc điểm của cấu trúc rừng như đã nêu ở trên. Trong đó


16

cấu trúc N/D được quan tâm hàng đầu và sau đó là cấu trúc N/H. Từ mơ hình

lý thuyết thích hợp, các tác giả đã xây dựng mơ hình cấu trúc mẫu làm cơ sở
cho việc đề xuất biện pháp lâm sinh phù hợp với từng điều kiện lập địa và
mục tiêu kinh doanh cụ thể.
Những vấn đề đề cập ở trên là những định hướng quan trọng cho việc
giải quyết các nội dung của đề tài, qua đó tác giả muốn đóng góp một phần
nhỏ của mình về mặt cơ sở lý luận cũng như thực tiễn trong việc sử dụng hàm
lý thuyết để mô phỏng phân bố N/D và quan hệ H/D.


17

Chương 2
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu tổng quát

Lựa chọn được mơ hình tốn học thích hợp nhất để mơ tả phân bố số
cây theo đường kính và quan hệ giữa chiều cao với đường kính khi nghiên
cứu cấu trúc rừng tự nhiên ở Việt Nam.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể

- Xác định được dạng phân bố số cây theo cỡ đường kính thực nghiệm
phổ biến cho từng trạng thái rừng.
- Xác định được phân bố lí thuyết thích hợp nhất mơ phỏng phân bố số
cây theo cỡ đường kính đối với từng trạng thái rừng.
- Xác định được dạng phương trình phù hợp nhất mô tả quan hệ giữa
chiều cao với đường kính cho từng trạng thái rừng.
2.2. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được những mục tiêu trên, đề tài thực hiện những nội dung sau:
2.2.1. Phân loại trạng thái rừng hiện tại.

2.2.2. Nghiên cứu phân bố số cây theo đường kính
2.2.2.1. Xác định một số đặc trưng của phân bố số cây theo đường kính cho các
trạng thái rừng
2.2.2.2. Xác định phân bố thực nghiệm số cây theo đường kính
2.2.2.3. Mơ phỏng phân bố số cây theo đường kính bằng các phân bố lý thuyết
2.2.3. Nghiên cứu quan hệ giữa chiều cao với đường kính
2.2.3.1. Xác định một số đặc trưng về chiều cao của các trạng thái rừng


18

2.2.3.2. Mô tả quan hệ giữa chiều cao với đường kính bằng các dạng phương trình
khác nhau và lựa chọn phương trình thích hợp cho từng trạng thái rừng

2.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp luận tổng quát: Đề tài sử dụng các phương pháp truyền
thống trong nghiên cứu điều tra rừng để thu thập số liệu như: Phương pháp
thống kê tốn học, phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu và tính tốn đảm
bảo độ chính xác trong nghiên cứu.
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu

Số liệu phục vụ đề tài được kế thừa từ nguồn số liệu điều tra trên các ơ
định vị nghiên cứu sinh thái (Ơ ĐVNCST) của Viện Điều tra Quy hoạch rừng,
Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và Bộ môn Điều rừng Trường ĐHLN.
Bảng 2.1. Khái quát nguồn kế thừa số liệu nghiên cứu
STT

Nguồn kế thừa

Số lượng ƠTC

1

Viện ĐTQHR

57

2

Viện KHLNVN

15

3

Bộ Mơn Điều tra Trường ĐHLN

26

Tổng

98

Phương pháp điều tra trên Ô ĐVNCST với đối tượng là tầng cây cao để
nghiên cứu cấu trúc được trình bày sơ lược như sau:
* Lập ô định vị nghiên cứu sinh thái, ơ điều tra cơ bản
Lập Ơ ĐVNCST trên diện tích rừng thuộc phạm vi nghiên cứu. Diện
tích Ơ ĐVNCST là 100ha (1000x1000m). Lấy ¼ diện tích Ơ ĐVNCST phía
Đơng Bắc (diện tích 25ha) làm ơ điều tra cơ bản (Ơ ĐTCB), ranh giới ơ được
đo đạc bằng địa bàn 3 chân (hình 2.1). Trên đó, tiến hành thiết lập mạng lưới

ô vuông (50x50m) để phân chia các lơ trạng thái rừng (hình 2.2).
Ơ ĐTCB (hình 2.2) được phân thành các trạng thái khác nhau, ranh
giới giữa các trạng thái là các đường đứt nét. Ở sơ đồ trên việc phân chia các
trạng thái chỉ là minh hoạ, thực tế trên 1 Ơ ĐTCB có thể cùng một trạng thái.


19

Hình 2.1. Sơ đồ lập Ơ ĐVNCST

Hình 2.2. Sơ đồ lập Ơ ĐTCB

* Lập ơ đo đếm
Sau khi phân chia trạng thái rừng ở Ơ ĐTCB, tiến hành lập ơ đo đếm
(ƠĐĐ), số lượng là 3 ơ, diện tích mỗi ô là 1 ha (100x100m), ranh giới ô được
đo bằng địa bàn 3 chân, sai số khép kín cho phép <1/200.
Trong mỗi ƠĐĐ, phân thành 25 phân ơ, đánh số từ 1 đến 25 (theo
nguyên tắc từ trái qua phải, từ trên xuống dưới), mỗi phân ơ có diện tích
400m2 (20x20m) hình 2.3.

Hình 2.3. Sơ đồ 1 bố trí 1 ô đo đếm


20

* Thu thập số liệu trên hệ thống ô đo đếm
Đối tượng điều tra là các cây gỗ thuộc tầng cây cao (cây có D1.3 ≥ 6cm).
Trên hệ thống các ÔĐĐ (3 ô), ở mỗi ô, trong các phân ô lẻ (1,3,5…25)
xác định tên cây, đo đường kính tại vị trí 1,3m từ cổ rễ (D1.3), đo chiều cao vút
ngọn (Hvn), chiều cao dưới cành (Hdc), đường kính tán (Dt) và phân cấp

phẩm chất. Các phân ô chẵn (2,4,…24) chỉ xác định tên cây, điều đo D1.3 và
phân cấp phẩm chất. Kết quả ghi vào mẫu biểu 2.1
Bảng 2.2. Phiếu điều tra thống kê tầng cây gỗ
Số hiệu Ô ĐVNCST:…. Trạng thái rừng:….. Vị Trí:………. Tác động:……..
Số hiệu Ơ ĐTCB:…..Tàn che:…….. Độ cao:……… Ngày điều tra:…./…./….
Địa điểm:…. Tiểu khu:……… Độ dốc:………. Người điều tra:……………..
Số

Số

hiệu

hiệu

ÔĐĐ

cây

Tên
cây

D1.3(cm)
ĐT

NB

Hvn

Hdc

(m)

(m)

Dt (m)
ĐT

NB

Phẩm Ghi
chất

chú

1
2
.
n

2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu

Số liệu được xử lý trên máy tính với sự trợ giúp của phần mềm Excel 2007.


21

2.3.2.1. Khái quát số liệu và phân loại trạng thái rừng hiện tại

Sau khi có số liệu điều tra tiến hành tính tốn một số chỉ tiêu như:
Đường kính bình quân (Dtb), tổng tiết diện ngang/ha (∑G/ha), Trữ lượng/ha

(M/ha), Mật độ/ha (N/ha) cho từng ô đo đếm tiến hành phân loại trạng thái
rừng hiện tại trên cơ sở phương pháp của Loeschau.
Trạng thái rừng được phân loại căn cứ vào tổng tiết diện ngang của lâm
phần ∑G/ha và một số thơng tin điều tra ngồi thực địa, tiến hành phân chia
trạng thái cho từng ô đo đếm. Cụ thể tiêu chuẩn phân chia các trạng thái rừng
như sau:
+ Kiểu trạng thái II: Rừng non phục hồi sau nương rẫy hoặc sau khai
thác trắng, kiểu rừng này là rừng cây gỗ có đường kính nhỏ, chủ yếu là những
cây tiên phong hoặc có tính chất tiên phong ưa sáng mọc nhanh, nó có thể
chia thành 2 kiểu phụ:
Kiểu phụ IIA: Rừng phục hồi còn non và đặc trưng bởi lớp cây tiên
phong ưa sáng, mọc nhanh, thường đều tuổi và kết cấu một tầng, G < 10
m2/ha, rừng có trữ lượng nhỏ. Thuộc đối tượng nuôi dưỡng.
Kiểu phụ IIB: Rừng cây tiên phong phục hồi phát triển đã lớn, đặc
trưng tổ thành gồm những cây tiên phong hoặc có tính chất tiên phong ưa
sáng, mọc nhanh, thành phần loài đã phức tạp, đã có sự phân hố về tầng thứ
và tuổi. Tổng tiết diện ngang G > 10 m2/ha. Thuộc đối tượng nuôi dưỡng.
+ Kiểu trạng thái III: Trạng thái rừng đã quan khai thác chọn, là kiểu
trạng thái đã bị tác động của con người ở nhiều mức độ khác nhau, làm cho
kết cấu rừng có sự thay đổi. Tuỳ theo mức độ tác động, khả năng tái sinh và
cung cấp lâm sản mà có thể phân loại trạng thái rừng khác nhau:


22

Kiểu phụ IIIA: Rừng thứ sinh qua khai thác chọn kiệt, đang phục hồi,
khả năng khai thác bị hạn chế, cấu trúc rừng bị phá vỡ hoặc thay đổi cơ bản,
trạng thái này có thể chia thành một số dạng trạng thái:
Dạng trạng thái IIIA1: Rừng mới qua khai thác chọn kiệt, cấu trúc rừng
đã bị phá vỡ hoàn toàn, tán rừng bị phá vỡ thành từng mảng lớn, tầng trên cịn

sót lại một số cây cao nhưng phẩm chất xấu, nhiều dây leo bụi rậm, tre nứa
xâm lấn. Tổng tiết diện ngang ∑G < 10 m2/ha.
Dạng trạng thái IIIA2: Rừng qua khai thác kiệt bắt đầu phục hồi, đặc
trưng của trạng thái này là đã hình thành tầng giữa vươn lên chiếm ưu thế với
lớp cây đại bộ phận có đường kính 20 – 30cm. Tổng tiết diện ngang ∑G = 10
– 15 m2/ha.
Dạng trạng thái IIIA3: Rừng đã có q trình phục hồi tốt (rừng trung
bình, rừng có từ 2 tầng trở lên). Tổng tiết diện ngang ∑G = 16 – 21 m2/ha.
Kiểu phụ IIIB: Rừng bị tác động với mức độ thấp, trữ lượng rừng còn
cao, cấu trúc rừng chưa bị phá vỡ, rừng còn giàu trữ lượng, có tổng tiết diện
ngang ∑G = 21 - 26 m2/ha.
+ Kiểu trạng thái IV: Rừng nguyên sinh hoặc thứ sinh phục hồi, đã phát
triển đến giai đoạn ổn định, trữ lượng và sản lượng cao, có tổng tiết diện
ngang ∑G > 26 m2/ha.
Tuỳ theo nguồn gốc khác nhau của rừng được phân chia thành 2 kiểu phụ:
Kiểu phụ IVA: Rừng nguyên sinh
Kiểu phụ IVB: Rừng thứ sinh phục hồi đã phát triển đến giai đoạn ổn định.
2.3.2.2. Nghiên cứu phân bố số cây theo đường kính

2.3.2.2.1. Xác định một số đặc trưng của phân bố số cây theo đường kính của
các trạng thái rừng.
Để làm rõ quy luật phân bố N/D, đề tài sử dụng công thức thực nghiệm
của Brook và Carruther:


23

- Số tổ:

(2.1)

- Cự ly tổ:

(2.2)

Công thức (2.1), (2.2) áp dụng đối với trạng thái IIA, IIB do đây là đối
tượng rừng non.
Các trạng thái còn lại lấy k = 4 để chỉnh lý và tính tốn.
Đặc trưng mẫu về đường kính của các ơ đo đếm được xử lý bằng phần
mềm Excel 2007 với trình lệnh: T-D-D (Tools – Data Analysis – Descriptive
Statistics).
2.3.2.2.2. Mô phỏng phân bố số cây theo đường kính bằng các phân bố lý
thuyết
Việc mơ hình hoá quy luật cấu trúc tần số trong thực tiễn Lâm nghiệp
rất cần thiết, một mặt cho biết các quy luật phân bố vốn tồn tại khách quan
trong tổng thể, mặt khác quy luật phân bố này có thể biểu thị một cách gần
đúng bằng các biểu thức toán học cho phép xác định tần xuất hoặc tần số
tương ứng với mỗi tổ của đại lượng điều tra nào đó.
Có nhiều phân bố lý thuyết khác nhau, tuy nhiên trong luận văn tác giả
chỉ thử nghiệm 3 hàm phân bố để mơ hình hố quy luật phân bố N/D, đó là:
Phân bố Mũ (Phân bố giảm), phân bố khoảng cách và phân bố Weibull với
việc ứng dụng bảng tính điện tử của phần mềm Excel.
(1). Phân bố mũ (phân bố giảm)
Là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên liên tục. Trong lâm nghiệp
thường vận dụng hàm phân bố giảm dạng hàm Meyer để mơ hình hố các
phân bố thực nghiệm có dạng giảm.


24

Hàm Meyer có dạng

(2.3)

Trong đó α và β là hai tham số của hàm Meyer.
Để xác định tham số α và β của phương trình (2.3) ta chuyển về dạng
tuyến tính.
Y = a + bx

(2.4)

(2). Phân bố khoảng cách
Phân bố khoảng cách là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên đứt
quãng, hàm phân bố có dạng:

(2.5)

Trong đó:

Với fo là tần số quan sát ở tổ thứ nhất

Khi 1 – γ = α thì phân bố khoảng cách trở về dạng phân bố hình học.
với x ≥ 0

(2.6)

Bằng phương pháp tối đa hợp lý có thể xác định được tham số của phân
bố khoảng cách như sau:
(2.7)

(2.8)


25

Phân bố khoảng cách mô tả tốt những phân bố thực nghiệm có dạng
hình chữ J và dạng phân bố giảm khi đó tham số γ > (1-γ)(1-α).
(3). Phân bốWeibull
Là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên liên tục với miền giá trị (0, +∞).
Hàm mật độ có dạng:
(2.9)
Hàm phân bố có dạng:
(2.10)
Với α và λ là hai tham số của phân bốWeibull: Tham số λ đặc trưng
cho độ nhọn phân bố, tham số α đặc trưng cho độ lệch phân bố.
nếu: α = 1 phân bố có dạng giảm
α = 3 phân bố có dạng đối xứng
α > 3 phân bố có dạng lệch phải
α < 3 phân bố có dạng lệch trái
(4). Kiểm tra sự phù hợp giữa phân bố lý thuyết với phân bố thực
nghiệm bằng tiêu chuẩn χ2:
(2.11)
Trong đó: ft là tần số thực nghiệm ở từng cỡ kính; fl là tần số lý thuyết, nếu
fl < 5 thì phải ghép vào tổ trên hoặc dưới sao cho fl ≥ 5; l là số tổ sau khi gộp, m là
tham số của phân bố.
- Nếu χ2n > χ205(k=l-r-1) hoặc χ205(k=l-r-1) thì giả thuyết bị bác bỏ, nghĩa là
phân bố lý thuyết không phù hợp với phân bố thực nghiệm.
- Nếu χ2n ≤ χ205(k=l-r-1) hoặc χ205(k=l-r-1) thì giả thuyết được chấp nhận,
nghĩa là phân bố lý thuyết phù hợp với phân bố thực nghiệm.