Báo cáo kết quả đề tài: Nghiên cứu hoàn thiện các biểu điều tra của một số loài cây Keo, Bạch đàn, Thông

Phan Minh Sáng

I. Đặt vấn đề

Trong những năm qua, các bảng biểu điều tra, kinh doanh rừng như biểu thể tích, biểu cấp đất, biểu sản lượng… đã được xây dựng cho gồm có hầu hết các loài cây trồng rừng chủ yếu ở nước ta và đã góp phần quan trọng cho công tác quản lý kinh doanh rừng ở nước ta.

Mặc dù vậy việc xây dựng bảng biểu điều tra cho rừng trồng ở nước ta vẫn còn một số vấn đề nên được cải thiện để đáp ứng tốt hơn đòi hỏi của nghiên cứu và sản xuất lâm nghiệp, đây cũng là luận giải cho tính cần thiết phải thực hiện đề tài:

Các kết quả của một số nghiên cứu lập bảng biểu vẫn dựa trên số liệu của chọn ô tiêu chuẩn, cây tiêu chuẩn để đo đếm theo phương pháp lấy mẫu điển hình, số liệu này không phù hợp để sử dụng trong các phân tích thống kê chuẩn mực vì lý thuyết xác suất thống kê là dựa trên nền tảng các qui luật về xác suất (laws of chance) mà chỉ đúng đắn khi mẫu được chọn ngẫu nhiên (Grafen và Hails, 2002; Husch et al., 2003; Jayaraman, 1999). Alder (1980) đề cập, hai thiết kế thí nghiệm phù hợp với nghiên cứu sinh trưởng và sản lượng bao gồm bố trí thí nghiệm ngẫu nhiên và rút mẫu hệ thống (Alder, 1980).

Do kinh phí, thời gian hạn hẹp kết hợp với số lượng hạn chế các lâm phần của mỗi loài cây nghiên cứu trong thời gian trước đây, nên một số các nghiên cứu lập biểu cho rừng trồng chỉ lấy được số liệu trên một số vùng sinh thái nhất định. Số liệu hạn chế này, vì thế, không bao quát được hết đặc điểm đa dạng các lâm phần rừng trồng của mỗi loài cây trên các lập địa, biện pháp kỹ thuật kinh doanh, quản lý khác nhau. Alder (1980) đề nghị để lập biểu cấp đất, sản lượng cho một loài cây, cần khoảng 100 tiêu chuẩn (định vị) bố trí trên các điều kiện lập địa và biện pháp kỹ thuật tác động khác nhau.

Các tác giả thường cố gắng tìm các lâm phần chưa hoặc ít bị tác động để lập ô tiêu chuẩn đo đếm, điều này có ưu điểm là các qui luật cấu trúc và sinh trưởng của lâm phần không bị xáo trộn. Tuy nhiên lại có nhược điểm là tính đại diện cho thực tiễn phong phú của sản xuất kinh doanh không cao, đặc biệt là các tác động ảnh hưởng đến mật độ lâm phần – nhân tố rất quan trọng trong mô phỏng sinh trưởng và sản lượng. Alder (2003) đã sử dụng số liệu đủ lớn các ô tiêu chuẩn định vị và tạm thời (bao gồm các ô tạm thời trên lâm phần đã bị tác động) để xây dựng biểu sinh trưởng và sản lượng cho Bạch đàn, Thông caribbea và Thông nhựa ở Uganda (Alder et al., 2003).

Việc áp dụng một phương pháp tiếp cận chung cho một vài vấn đề/ khâu trong lập bảng biểu ở nước ta ví dụ như: xác định mật độ tối ưu từ luận chứng lâm phần chuẩn với tổng diện tích tán các cây/ ha = 10.000 m² cho rừng trồng các loài cây từ lá kim (thông…) cho đến lá rộng (keo, bạch đàn…) có đặc điểm sinh thái rất khác nhau, với hình thái tán và mạng hình sắp xếp không gian của lá, tán lá rất đa dạng (ví dụ: bạch đàn so với keo)… chưa chắc đã là tối ưu so với những phương pháp khác về xác định mật độ tối đa và/ hoặc mật độ tối ưu đã đề cập ở trên.

Các thí nghiệm ở Việt Nam cho thấy tỉa thưa làm ảnh hưởng đáng kể đến sinh trưởng đường kính của các loài cây rừng trồng qua đó có tác dụng mạnh trong điều chỉnh kết cấu sản phẩm lâm phần như tăng số lượng và chất lượng gỗ xẻ (Phan Minh Sáng, 2005), trong khi đó tỉa thưa – đến một giới hạn nhất định không làm giảm tốc độ sinh trưởng thể tích của lâm phần (Skovsgaard và Vanclay, 2007; Vanclay, 1999). Tuy nhiên, hầu hết các bảng biểu đã xây dựng được chưa phản ánh được qui luật sinh trưởng và phát triển của lâm phần sau tỉa thưa từ kết quả thực nghiệm.

Các biểu thể tích, cấp đất, sản lượng được lập gần đây nhất cho rừng trồng các loài cây này (trừ biểu tạm thời loài Keo lai) cũng đã cách đây 8 – 15 năm (Vụ KHCN & CLSP – Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2003), trong khi đó giống, kỹ thuật thâm canh rừng trồng được cải thiện cùng với nhận thức, khả năng đầu tư của các chủ rừng ngày càng lớn nên rừng trồng sản xuất ngày càng được thâm canh với cường độ cao, năng suất được cải thiện đáng kể mà các bảng biểu đã xây dựng trước đây không bao quát được. Cùng với đó, quá trình suy giảm độ phì, suy giảm năng suất của rừng trồng các luân kỳ kế tiếp hoặc trên các lập địa cực đoan và biến đổi khí hậu làm thay đổi hình thái và các quy luật sinh trưởng, phát triển của cây và rừng trồng mà sự thay đổi này vẫn chưa được điều chỉnh cho các biểu đã xây dựng.

Tốc độ phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp và công nghiệp chế biến gỗ làm tăng cao và đa dạng hóa nhu cầu gỗ nguyên liệu. Ví dụ riêng đối với mặt hàng gỗ xẻ, nhu cầu lớn về các loại gỗ có qui cách và phẩm chất khác nhau như làm đồ mộc, ván xây dựng, ván bao bì… đã góp phần tận thu và nâng cao đáng kể giá trị gỗ của rừng trồng. Vì vậy, sản xuất, kinh doanh lâm nghiệp đang có nhu cầu cấp thiết về biểu sản phẩm, thương phẩm và khối lượng thương phẩm của các loài cây chính cho trồng rừng sản xuất, có diện tích rừng trồng lớn, cường độ kinh doanh cao, có vai trò thiết yếu trong cung cấp gỗ nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc, ván xây dựng, ván bao bì, dăm, giấy… hiện nay, đặc biệt là các loài Keo tai tượng, Keo lai và Bạch đàn urophylla. Để từ các bảng biểu này, giúp chủ rừng hạch toán, lập kế hoạch sản xuất kinh doanh. Tuy nhiên các bảng biểu này vẫn chưa có, đặc biệt là ba loài cây nêu trên.

Rừng trồng không những cung cấp lâm sản – chủ yếu gỗ – mà còn là một bể hấp thụ cacbon hữu hiệu. Để tính được lượng cácbon hấp thụ được bởi rừng trồng cần tính được lượng hấp thụ qua sinh khối cây và tồn trữ trong đất. Mặt khác, có thể dễ dàng ước tính năng suất sinh khối từ năng suất gỗ của rừng trồng.

Do sự phát triển và tiện ích của các khoa học máy tính, các bảng biểu đã được xây dựng và xuất bản trên giấy khó sử dụng, ít tính ứng dụng nếu không được chuyển tải lên xử lý trên nền các ứng dụng quản lý dữ liệu đơn giản phổ biến (vd: Visual Basic, MS Excel, MS Access, Open Office); Ngoài ra, chủ rừng rất cần các phần mềm có khả năng xây dựng nhanh biểu thương phẩm, biểu sản lượng để sử dụng khi có thay đổi đột ngột của nhu cầu thị trường, điều kiện sản xuất, mục đích kinh doanh rừng trong khi những biểu sẵn có chưa bao hàm được.

II. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1 Nội dung nghiên cứu

2.1.1. Kiểm tra, hiệu chỉnh và bổ sung các bảng biểu điều tra, kinh doanh đã có cho 9 loài cây Keo lá tràm, Keo tai tượng, Keo lai, Bạch đàn urophylla, Bạch đàn Camal, Thông ba lá, Thông mã vĩ , Thông caribbea và Thông nhựa

a) Kiểm tra các bảng biểu điều tra, kinh doanh đã có cho 9 loài cây

Kiểm tra biểu thể tích, biểu sản phẩm, thương phẩm (nếu có):
Kiểm nghiệm biểu cấp đất:
Kiểm tra các mô hình sản lượng khác

b). Hiệu chỉnh, bổ sung các biểu thể tích, biểu cấp đất cho 04 loài Keo lá tràm, Bạch đàn Camal, Thông mã vĩ và Thông caribbea

2.1.2. Xây dựng lại biểu thể tích, cấp đất và sản lượng 03 loài Keo tai tượng, Bạch đàn Urophylla và Keo lai và xây dựng biểu sản phẩm, thương phẩm, khối lượng thương phẩm, và bộ phận sản phẩm khối lượng thương phẩm và cacbon trong biểu sản lượng cho 07 loài cây Keo lá tràm, Keo tai tượng, Keo lai, Bạch đàn urophylla, Bạch đàn Camal, Thông mã vĩ , Thông caribbea

Nếu kết quả kiểm tra có sai số quá cao, biểu không thể sử dụng được thì sẽ tiến hành lập lại biểu. Qui trình lập lại biểu là qui trình đã được chuẩn hóa trong các giáo trình sản lượng rừng và gồm các bước:

a) Xây dựng lại biểu thể tích, cấp đất và sản lượng 03 loài Keo tai tượng, Bạch đàn Urophylla và Keo lai

Lập biểu thể tích hai nhân tố
Lập biểu cấp đất
Xây dựng các mô hình sinh trưởng, lập biểu sản lượng

b) Xây dựng biểu sản phẩm, thương phẩm, khối lượng thương phẩm, và bộ phận sản phẩm khối lượng thương phẩm và cacbon trong biểu sản lượng cho 07 loài cây Keo lá tràm, Keo tai tượng, Keo lai, Bạch đàn urophylla, Bạch đàn Camal, Thông mã vĩ , Thông caribbea

– Xây dựng phương trình và lập biểu độ thon, cấp chiều cao, biểu sản phẩm, thương phẩm, khối lượng thương phẩm cho các loài Keo tai tượng, Keo lai và Bạch đàn urophylla

– Kế thừa, kiểm tra, hiệu chỉnh để đưa vào sử dụng biểu sản phẩm, thương phẩm, khối lượng thương phẩm của loài Thông Caribbea đã được lập trên thế giới cho Việt Nam.

– Kiểm tra, hiệu chỉnh để sử dụng biểu thương phẩm các loài Thông ba lá và Thông mã vĩ

– Kế thừa kết quả nghiên cứu sinh khối, cácbon các đề tài khác trong nước để lập bộ phận sinh khối, cácbon trong biểu sản lượng các loài cây

2.1.3. Xây dựng phần mềm quản lý, tra cứu cơ sở dữ liệu, tính toán trữ lượng và quản lý rừng và hướng dẫn sử dụng

° Quản lý, tra cứu thể tích, thể tích sản phẩm, thương phẩm, khối lượng thương phẩm sản phẩm cây cá lẻ

° Quản lý, tra cứu trữ lượng, trữ lượng và khối lượng thương phẩm sản phẩm cho rừng trồng các cấp đất

° Quản lý, tra cứu các bảng biểu điều tra rừng tự nhiên đã có

° Xây dựng hướng dẫn phần mềm

2.2. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng

2.2.1. Phương pháp thu thập số liệu

a) Phương pháp chọn lâm phần, ô tiêu chuẩn tạm thời và cây giải tíha.

° Chọn lâm phần điều tra: Trong một đơn vị quản lý rừng (xã, lâm trường) các lâm phần điều tra được chọn ngẫu nhiên theo từng cấp tuổi. Đối với những loài mà không có khả năng chọn ngẫu nhiên lâm phần theo cấp tuổi trên đơn vị quản lý rừng do số lâm phần quá ít thì có thể điều tra lâm phần đang có.

° Chọn ô đo đếm trên lâm phần điều tra: Trên mỗi lâm phần điều tra, chọn ngẫu nhiên 03 ô tiêu chuẩn tạm thời, thiết lập và đo đếm.

° Chọn cây giải tích: 1) Từ số liệu điều tra 03 ô tiêu chuẩn lâm phần, tính cây bình quân theo ba cấp kính của lâm phần; 2) Liệt kê và đánh số tất cả những cây có đường kính nằm trong phạm vi đường kính của cây bình quân theo mỗi cấp kính; 3) Chọn ngẫu nhiên ba cây trong 03 nhóm này. 4) Chặt ngả và giải tích theo qui trình được nêu ở phần dưới

b). Đo đếm, giải tích cây trên ô tiêu chuẩn

Lập ô, đo đếm và giải tích cây tiêu chuẩn theo phương pháp điều tra rừng trồng chuẩn mực trên thế giới cũng như Việt Nam

2.2.2. Phương pháp xử lý số liệu

a). Chỉnh lý và tính toán các chỉ tiêu cơ bản của cây và lâm phần (V, dg, hg, Ho, N, M, G…)

b). Phương pháp kiểm tra, lựa chọn mô hình tương quan, hàm sinh trưởng

Để lựa chọn mô hình tương quan, hàm sinh trưởng các bước cơ bản – đã được giản lược từ Vanclay (1997) – cần phải thực hiện:

° So sánh các trị số thống kê của phương trình (hệ số tương quan R, hệ số tương quan điều chỉnh)

° So sánh sai số mô hình (giá trị lý thuyết so với giá trị thực nghiệm), kiểm tra sai số hệ thống

° Thử nghiệm bằng số liệu thực nghiệm (đã được lấy ra ngẫu nhiên trước đó) không tham gia xây dựng mô hình

° Xem xét đặc điểm sai số – phần dư (residuals) của mô hình gồm: a) Phân bố tự nhiên của sai số, b) phân bố tần suất của sai số, c) phân bố phần dư theo giá trị lý thuyết của mô hình và d) xem xét phân bố của giá trị lý thuyết và giá trị mô hình.

° Sử dụng tiêu chuẩn thống kê hiện đại để so sánh, chọn mô hình: Sử dụng tiêu chuẩn thông tin Akaike để chọn mô hình (Johnson và Omland, 2004):

AIC = n*Log10(RSS/n) + 2*k

Trong đó RSS là tổng bình phương phần dư (sai số); n: dung lượng mẫu (số quan sát); k là tổng số tham số của phương trình, bao gồm tham số tự do và sai số σ².

Nếu AIC càng nhỏ, phương trình càng phù hợp với số liệu thực nghiệm.

Đối với hàm sinh trưởng còn phải kiểm tra tính phù hợp của nó với đặc điểm sinh trưởng của lâm phần điều tra hay không bằng điểm uốn, giá trị cực đại của đại lượng sinh trưởng.

c). Phương pháp kiểm tra biểu

Kết quả kiểm tra biểu có thể làm nảy sinh:

° Các biểu phù hợp và vẫn tiếp tục được sử dụng

° Các biểu cần phải hiệu chỉnh – ví dụ: biểu thể tích cần lập bổ sung thêm cấp chiều cao mới (do một bộ phận của cây có hình thái khác với các cây tham gia lập biểu đang có), biểu cấp đất không có cấp năng suất cao hoặc rất thấp, một mô hình nào đó trong biểu sản lượng như mô hình mật độ, không phù hợp và cần xây dựng lại.

° Các biểu cần phải xây dựng lại: sai số của biểu đang có quá lớn và không thể hiệu chỉnh được.

Dưới đây là phương pháp kiểm tra biểu cụ thể

* Phương pháp kiểm tra biểu thể tích

– Sử dụng số liệu đo đường kính có vỏ và không vỏ ở các vị trí 1/10 chiều cao cây để tính thể tích cây kiểm tra bằng công thức kép (Vũ Tiến Hinh và Phạm Ngọc Giao, 1997)

– Tra biểu thể tích hai nhân tố hoặc áp dụng phương trình thể tích đã dùng để xây dựng biểu thể tích

– Tính sai số tương đối trung bình giữa giá trị tra biểu (tính theo phương trình) và giá trị thực nghiệm

– Xem xét đặc điểm sai số – phần dư (residuals) (xem ở trên)

* Phương pháp kiểm tra biểu cấp đất

– Kiểm tra theo phương pháp biểu đồ: Vẽ đường cong lý thuyết cấp đất và đường cong sinh trưởng chiều cao thực nghiệm, so sánh, đánh giá.

– Kiểm tra bằng so sánh tham số biểu thị nhịp điệu sinh trưởng của hai phương trình, đường cong cấp đất và phương trình mô phỏng sinh trưởng chiều cao lâm phần kiểm tra.

* Phương pháp kiểm tra các mô hình sản lượng

– So sánh giá trị lý thuyết với giá trị thực nghiệm của các biến sản lượng (N, S_T, sinh trưởng d, h, h₀…), tính sai số của mô hình.

– Tính phần dư (residual) của sai số, vẽ lên biểu đồ để đánh giá xem có sai số hệ thống cũng như phân bố sai số có tuân theo luật chuẩn hay không (xem ở trên)

* Phương pháp hiệu chỉnh biểu

Nếu kết quả kiểm tra cho thấy phương trình thể tích, sản phẩm, thương phẩm và mô hình sản lượng nào không phù hợp nhưng có thể, thì phải tiến hành xây dựng lại phương trình/ mô hình đó, từ đó điều chỉnh biểu tương ứng. Riêng đối với cấp đất, trong trường hợp kiểm tra thấy cấp đất đã lập phù hợp với đa số cấp đất đã có, chỉ thiếu các đường cong sinh trưởng đại diện cho cấp đất tốt hoặc rất xấu thì chỉ cần suy diễn đường cong cấp đất mới từ phương trình sinh trưởng chiều cao đã có.

* Phương pháp xây dựng lại hoặc làm mới các biểu điều tra, kinh doanh

Kiểm tra tính đồng nhất về hình dạng và kiểu sinh trưởng

Để sử dụng chung số liệu lập biểu, cần thiết phải kiểm tra tính đồng nhất về hình dạng và kiểu sinh trưởng giữa các vùng sinh thái, giữa các cấp tuổi, và giữa các dòng giống khác nhau, đặc biệt là 2 loài Keo lai và Bạch đàn urophylla – là những loài có mức đa dạng về giống lớn với nhiều dòng khác nhau, nhân giống theo phương pháp khác nhau. Phương pháp kiểm tra gồm:

° Kiểm tra tính đồng nhất về kiểu sinh trưởng (chiều cao) bằng: 1) vẽ đường cong chiều cao trung bình các cấp đất sơ bộ lên biểu đồ – so sánh bằng mắt thường 2) mô phỏng các đường cong sinh trưởng thực nghiệm bằng chung một hàm số; 3) so sánh hệ số góc của phương trình sinh trưởng

° Kiểm nghiệm sự đồng nhất về kiểu hình:

– Kiểm nghiệm đồng nhất về kiểu hình giữa các cấp tuổi: chia cấp tuổi cho mỗi loài, từ kết quả giải tích xây dựng phương trình đường sinh, tính hệ số thon qua tích phân phương trình đường sinh, so sánh giữa các cấp tuổi xem gộp được không.

– Kiểm nghiệm đồng nhất về kiểu hình giữa các dòng/giống trong một loài. Phương pháp kiểm nghiệm cũng tương tự trên.

Xây dựng các bảng biểu điều tra, kinh doanh:

° Xây dựng biểu thể tích và biểu sản phẩm, thương phẩm: thử nghiệm cả hai phương pháp

– Xây dựng phương trình đường sinh thân cây (phương pháp tuân theo phương pháp đã giới thiệu bởi Đồng Sĩ Hiền (1974) và Vũ Tiến Hinh và Phạm Ngọc Giao (1997))

– Xây dựng phương trình quan hệ giữa thể tích, thể tích, sản phẩm với các nhân tố điều tra cây cá lẻ như đường kính, chiều cao, tuổi…

Lựa chọn phương pháp phù hợp hơn với đối tượng nghiên cứu cụ thể.

° Xây dựng các biểu điều tra khác như biểu độ thon, biểu cấp chiều cao, biểu trọng lượng

° Xây dựng biểu cấp đất và sản lượng.

* Phương pháp xây dựng phần mềm quản lý, xử lý dữ liệu và hướng dẫn phần mềm

° Phần mềm dự kiến được viết trên ngôn ngữ C#. Một số đầu ra chủ yếu của phần mềm và qui trình tính toán được cho ở biểu đồ 2 ở trên.

° Xây dựng hướng dẫn phần mềm với thông tin đầy đủ, dễ hiểu và bao hàm được hết các modules của phần mềm

III. Kết quả nghiên cứu năm 2010 và thảo luận

Theo kế hoạch đã được duyệt, năm 2010, đề tài đã thực hiện các nội dung:

– Khảo sát chọn điểm nghiên cứu trên toàn quốc

– Điều tra, đo đếm 540 ô tiêu chuẩn rừng trồng để kiểm tra các bảng biểu hiện có

– Tính toán số liệu để kiểm tra biểu một số loài cây chính

Trừ ba loài cây, Bạch đàn urophylla, Keo tai tượng và Keo lai đề tài đã thu thập được số liệu đủ lớn để kiểm tra biểu, các loài cây còn lại, do kinh phí năm 2010 ít nên chưa thể đo đếm đủ số liệu kiểm tra. Vì vậy, đề tài chỉ tính toán và kiểm tra bảng biểu điều tra kinh doanh của 03 loài cây này. Kết quả kiểm tra cho thấy:

Kiểm tra biểu thể tích 03 loài cây Bạch đàn urophylla, Keo tai tượng và Keo lai cho thấy, biểu thể tích đã lập cho 03 loài này có sai số lớn, sai số xác định thể tích trung bình loài thấp nhất là Keo tai tượng là 8 %, loài cao nhất là Keo lai sai số trung bình lên tới 18 %. Đối với biểu cấp đất, kết quả kiểm tra cũng cho thấy, đường sinh trưởng chiều cao của các lâm phần điều tra cắt đường cong cấp đất lý thuyết của các biểu đã lập. Ngoài ra, biểu cấp đất của một số loài không phản ánh được khả năng sinh trưởng của rừng trồng hiện tại, đặc biệt là loài keo lai. Hay nói cách khác biểu cấp đất của các loài này có sai số lớn và không còn phù hợp để sử dụng.

Nói tóm lại, kết quả nghiên cứu năm đầu tiên cho thấy, các bảng biểu điều tra kinh doanh rừng đã lập được cho 03 loài cây trồng rừng chính ở Việt Nam là Bạch đàn Urophylla, Keo tai tượng và Keo lai có sai số lớn, không còn phù hợp để sử dụng, vì vậy cần thiết phải xây dựng lại các biểu này.

IV. Kết luận và kiến nghị

Bảng biểu điều tra, kinh doanh rừng là công cụ thiết yếu trong quản lý rừng trồng, đặc biệt là rừng trồng sản xuất. Kết quả nghiên cứu năm đầu tiên của đề tài cho thấy, các bảng biểu điều tra, kinh doanh đã lập cho rừng trồng 03 loài cây trồng rừng chính ở Việt Nam, Bạch đàn urophylla, Keo tai tượng và Keo lai không còn sử dụng được do sai số lớn. Vì vậy, năm 2011 và 2012 đề tài sẽ tiếp tục đo đếm, thu thập số liệu bổ sung để kiểm tra cho các loài còn lại. Hiệu chỉnh biểu và xây dựng nếu cần thiết