Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu
2.2.4.4. Phân tích cấu trúc của những kiểu QXTV rừng
Cấu trúc quần thụ bao gồm phân bố của các thành phần theo không gian và tính phức tạp về cấu trúc. Phân bố của các thành phần theo chiều ngang được xác định thông qua phân bố N, G và M theo nhóm D và lớp H; phân bố N/D. Phân bố của các thành phần theo chiều đứng được xác định thông qua phân bố N/H. Tính phức tạp về cấu trúc quần thụ được xác định theo chỉ số hỗn giao (HG) và chỉ số phức tạp về cấu trúc quần thụ (SCI = Stand Complixity Index).
(a) Mô tả và phân tích kết cấu N, G và M của những kiểu QXTV rừng. Theo số liệu trong các QXTV rừng ở khu vực nghiên cứu, D dao động từ 8 – 72 cm, còn H dao động từ 6 – 32 m. Vì thế, kết cấu N, G và M của những kiểu QXTV rừng đã được phân chia theo 3 nhóm D (< 20, 20 – 40 và > 40 cm) và 3 lớp H (< 15, 15 - 25 và > 25 m). Sau đó phân tích so sánh sự khác biệt về N, G và M theo ba nhóm D và ba lớp H giữa những kiểu QXTV rừng.
(b) Phân tích phân bố N/D và phân bố N/H. Trước hết xác định những đặc trưng thống kê mô tả đối với phân bố N/D và phân bố N/H của mỗi ô tiêu chuẩn thuộc cùng một kiểu QXTV rừng. Đây là căn cứ để xác định những biến động về cấu trúc quần thụ trong cùng kiểu QXTV rừng và giữa những kiểu QXTV rừng. Những thống kê mô tả được phân tích bao gồm giá trị trung bình ( X ), giá trị lớn nhất (Max), giá trị nhỏ nhất (Min), sai tiêu chuẩn (S), hệ số biến động (CV%), độ lệch (Sk) và độ
nhọn (Ku). Những thông tin này không chỉ mô tả biến động D và H, mà còn cả hình dạng đường cong phân bố N/D và phân bố N/H. Hình thái của phân bố N/D và phân bố N/H được xác định bằng phương pháp mô hình hóa. Phương pháp này không chỉ cho phép xác định đúng hình dạng của đường cong phân bố N/D và phân bố N/H, mà còn cả tỷ lệ số cây và tốc độ suy giảm số cây sau mỗi cấp D và cấp H. Để xác định hình dạng phân bố N/D, D được phân chia thành các cấp với mỗi cấp 6 cm.
Tương tự, chiều cao thân được phân chia với khoảng cách giữa các cấp là 4 m. Số cấp D và cấp H nằm trong khoảng từ 6 đến 12 cấp. Bằng phương pháp biểu đồ cho thấy, phân bố N/D của 6 kiểu QXTV rừng đều tồn tại dưới dạng phân bố giảm từ cấp D nhỏ đến cấp D lớn. Tương tự, phân bố N/H tồn tại dưới dạng phân bố 1 đỉnh lệch trái. Vì thế, mô hình phân bố N/D thích hợp đã được kiểm định theo phân bố mũ (2.2) và phân bố Beta (2.3).
N = m*exp(-b*D) + k (2.2)
Hàm mật độ xác xuất của phân bố Beta:
f(x) = [(D – a)p-1(b – D)q-1]/B(p, q)(b – a)p+q-1 (2.3) với a ≤ D ≤ b; p, q > 0.
Đối với mô hình phân bố mũ (2.2), tham số m biểu thị số cây ở cấp Dmin; tham số b biểu thị tốc độ (tỷ lệ) suy giảm số cây sau mỗi cấp D; tham số k là số cây ở cấp Dmax. Ba tham số m, b và k được ước lượng bằng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquartz. Đối với mô hình phân bố Beta (2.3), tham số p và q là tham số hình dạng 1 và 2; tham số a và b tương ứng là Dmin và Dmax; hiệu số (b – a) là phạm vi biến động D; B(p, q) là hàm phân bố Beta. Hai tham số p và q được xác định tương ứng theo công thức 2.4 và 2.7; trong đó D* và S*2 được xác định tương ứng theo công thức 2.7 và 2.8.
p = D*((D*(1-D*)/S*2) – 1) (2.4) q = 1 - D*((1-D*)/S*2) – 1) (2.5)
D*= (Dbq – a)/(b – a) (2.6)
S2* = S2/(b – a)2 (2.7)
Sai lệch của hàm (2.2) và (2.3) so với phân bố thực nghiệm được đánh giá theo hệ số xác định (R2) (Công thức 2.8); sai lệch chuẩn của ước lượng (S) (Công thức 2.9); sai số tuyệt đối trung bình (MAE) (Công thức 2.10); sai số tuyệt đối trung bình theo phần trăm (MAPE) (Công thức 2.11) và tổng sai lệch bình phương (SSR) (Công thức 2.12). Trong nghiên cứu này, mô hình phân bố N/D thích hợp được xác định theo tiêu chuẩn SSRmin.
R2 = i=1,n(NLT - Nbq)^2/ i=1,n(NTN - Nbq)^2 (2.8) Se = √∑ i=1,n(NTN – NLT)^2/(n - p) (2.9)
MAE = |((NTN – NLT)/n))| (2.10)
MAPE = (MAE*100)/NTN (2.11)
SSR = ∑ i=1,n(NTN – NLT)^2 (2.12)
Phân bố N/H được mô hình hóa bằng phân bố khoảng cách (Hàm 2.13); trong đó a và b là tham số của phân bố khoảng cách, X = 0, 1, 2,…, k = thứ tự cấp H.
P(x) = a với x = 0
P(x) = (1 - a)(1 - b)*b^(x-1) với x ≥ 1 (2.13)
Từ những mô hình phân bố N/D và phân bố N/H, xác định số cây (N, cây), tỷ lệ số cây (N%), số cây tích lũy (NTL, cây) và tỷ lệ số cây tích lũy (N%TL) theo những cấp D và cấp H khác nhau. Sau đó phân tích so sánh sự khác biệt giữa các QXTV rừng về đường kính và chiều cao trung bình; phạm vi biến động đường kính và chiều cao; hình thái phân bố N/D và phân bố N/H; tỷ lệ đóng góp số cây theo cấp D và cấp H. Đặc điểm phân bố N/D là một căn cứ để xác định tính ổn định của các QXTV rừng.
(c) Phân tích phân bố số loài cây gỗ theo các lớp H. Số loài cây gỗ của mỗi kiểu QXTV rừng trên 5 ô tiêu chuẩn được phân chia theo 3 lớp H (< 15, 15 - 25 và
> 25 m). Sau đó phân tích so sánh phân bố số loài cây gỗ theo ba lớp H và những loài cây gỗ phân bố ở các lớp H khác nhau. Thông tin này cho biết khi trưởng thành thì những loài cây gỗ phân bố ở những lớp H nào.
(d) Phân tích tính phức tạp về cấu trúc của các QXTV rừng. Đặc tính này được phân tích theo chỉ số HG và chỉ số SCI. Chỉ số HG của các loài cây gỗ trong quần
thụ được xác định theo phương pháp của Nguyễn Văn Trương (1984) (Công thức 1.10). Chỉ số SCI được xác định theo phương pháp của Holdridge (1967) (Công thức 1.11). Sở dĩ sử dụng chỉ số SCI này là vì những thành phần của chỉ số này được tính toán đơn giản từ những đặc tính dễ đo đạc trong các kiểu QXTV rừng.
(e) Phân tích sự cạnh tranh giữa các cây gỗ trong quần thụ. Sự cạnh tranh giữa những cây gỗ trong quần thụ xảy ra khi nguồn sống không đủ cung cấp cho chúng.
Các cây gỗ có thể cạnh tranh với nhau bằng cách che bóng, đan xen hệ rễ hoặc thải các phytonxit độc hại…Trong nghiên cứu này, sự cạnh tranh giữa những cây gỗ trong 6 kiểu QXTV rừng được xác định theo chỉ số cạnh tranh tán (CCI = Crown Competiton Index). Chỉ số CCI được xác định theo phương pháp của Nguyễn Văn Trương (1984). Chỉ số CCI là tỷ lệ giữa tổng diện tích tán của các cây gỗ (∑Sij) và diện tích ô tiêu chuẩn (Công thức 2.14); trong đó STij (m2/ha) là diện tích tán của cây thứ i thuộc loài j, S = 2.500 m2.
CCIi = Si/S (2.14a)
CCIi = (0,785*DTi^2)/2.500 = 0,000314*DTi^2 (2.14b)
Chỉ tiêu STi đối với mỗi cây gỗ được xác định theo diện tích hình tròn với đường kính bằng DTi (Công thức 2.15). Chỉ tiêu DT phụ thuộc vào D và H thân cây.
Vì thế, chỉ tiêu DT được ước lượng bằng hàm (2.16). Tổng diện tích tán của toàn bộ quần thụ (∑ST, m2/ha) được xác định theo công thức (2.17); trong đó DTi là DT của cây thứ i, còn N là mật độ quần thụ trên ô tiêu chuẩn.
STi = 0,785*DTi2 (2.15)
DT = a*D^b*H^c (2.16)
ST = ∑i=1, N(0,785*DTi2) (2.17)
Hai đại lượng ST và chỉ số CCI đối với mỗi cấp H phụ thuộc vào biến động của N và H. Trong nghiên cứu này, hàm ước lượng ST và chỉ số CCI đối với mỗi cấp H được ước lượng theo hàm (2.18); trong đó Y là ST và chỉ số CCI, N là số cây ở mỗi cấp H. Số cây ở mỗi cấp H được ước lượng bằng hàm phân bố N/H. Ba tham số a, b và c được ước lượng bằng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquartz.
Y = a + b*N + c*NH + d*NH^2 (2.18)
Từ hàm (2.18), xác định ST và chỉ số CCI đối với các cấp H. Sau đó tổng hợp và phân tích so sánh chỉ số CCI theo cấp H; sự khác biệt về chỉ số CCI giữa các kiểu QXTV rừng. Tương tự, phân tích so sánh chỉ số CCI theo họ Sao Dầu và những loài cây gỗ khác. Đây là căn cứ để xác định vai trò của các loài cây gỗ trong cấu trúc QXTV rừng.