Luận văn Ứng dụng thiết bị Laser để xây dựng hệ thống các bảng biểu điều tra đánh giá tài nguyên rừng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA NÔNG LÂM NGHIỆP LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ỨNG DỤNG THIẾT BN LASER ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BIỂU ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN RỪNG TỰ NHIÊN TẠI HUYỆN KON PLÔNG, TỈNH KONTUM Họ và tên tác giả :GIANG THN THANH Ngành học : LÂM NGHIỆP Khóa học : 2003-2007 Đăk Lăk, tháng 9 năm 2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA NÔNG LÂM NGHIỆP ii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ỨNG DỤNG THIẾT BN LASER ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BIỂU ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN RỪNG TỰ NHIÊN TẠI HUYỆN KON PLÔNG, TỈNH KONTUM Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.BẢO HUY Họ và tên tác giả: GIANG THN THANH Ngành học : LÂM NGHIỆP Khóa học : 2003-2007 Đăk Lăk, tháng 9 năm 2007 iii Lời cảm ơn Hoàn thành đề tài khoa học này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo PGS.TS Bảo Huy là người dã hướng dẫn chỉ bảo tận tình tôi trong suốt thời gian làm luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể cán bộ và nhân viên làm việc tại UBND cùng các nông dân Xã Hiếu, Huyện KonPlong, Tỉnh Kon Tum đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành đợt thực tập này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban lãnh đạo nhà trường, các thầy cô trong khoa Nông Lâm Nghiệp Trường Đại Học Tây Nguyên và toàn thể các bạn sinh viên lớp Lâm Nghiệp K03 đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này. Do điều kiện thời gian có hạn nên đề tài này chắc hẳn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn Buôn Ma Thuôt, tháng 9 năm 2007 Sinh viên Giang Thị Thanh Mục lục 1  Đặt vấn đề ................................................................................. 1  2  Tổng quan vấn đề nghiên cứu ................................................. 2  2.1  Các thiết bị, phương tiện để điều tra cây rừng: ................................ 2  2.2  Các phương pháp lập biểu hình số, thể tích, hình cao cây rừng ..... 5  3  Đối tượng nghiên cứu ............................................................... 9  3.1  Đối tượng nghiên cứu cụ thể ............................................................. 9  iv 3.2  Đặc điểm khu vực nghiên cứu ........................................................... 9  4  Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu ................. 14  4.1  Mục tiêu nghiên cứu và giới hạn của đề tài ................................... 14  4.2  Nội dung nghiên cứu ........................................................................ 14  4.3  Phương pháp nghiên cứu ................................................................ 14  5  Kết quả nghiên cứu và thảo luận .......................................... 22  5.1  Xây dựng biểu hình số ..................................................................... 22  Từ biểu trên ta thấy: đường kính D1.3 tương quan tỷ lệ thuận với hình số. Khi đường kính tăng dần thì hình số cũng tăng theo. Như vậy trong điều tra rừng, muốn tính hình số F1.3 của một cây bất kì, ta chỉ cần đo đường kính D1.3 của cây đó sau đó tra biểu ta sẽ có ngay giá trị hình số cần tìm. Hoặc muốn tính hình số tại một vị trí bất kì nào đó trên một cây ta chỉ cần đo đường kính tại vị trí cần đo, sau đó tra biểu hình số ta sẽ có ngay giá trị cần tìm. ............................................................................................. 25  5.2  Xây dựng biểu hình cao ................................................................... 25  Từ biểu hình cao trên ta thấy: trong cùng một cấp kính, khi chiều cao thay đổi thì hình cao cũng thay đổi theo, chiều cao tăng thì hình cao cũng tăng theo. Ngược lại tại một cấp chiều cao, khi đường kính tăng lên thì hình cao lại giảm xuống. Nói cách khác: hình cao tỷ lệ thuận với chiều cao và tỷ lệ nghịch với đường kính cây rừng. Như vậy trong điều tra rừng, muốn tính hình cao của một cây ta chỉ cần đo hai chỉ tiêu đường kính và chiều cao của cây đó, sau đó tra vào biểu hình cao ta sẽ có ngay giá trị hình cao cần tìm...................................................................... 30  5.3  Xây dựng biểu thể tích ..................................................................... 30  Từ biểu thể tích trên ta thấy: thể tích tỷ lệ thuận với đường kính và chiều cao cây rừng. Khi đường kính và chiều cao tăng thì thể tích cũng tăng theo và ngược lại. Như vậy trong điều tra rừng, để tính thể tích cây rừng, ta chỉ cần đo hai chỉ tiêu đơn giản là đường kính và chiều cao cây, sau đó tra trong biểu thể tích ta có được thể tích của cây đó. Sau khi có được thể tích của các cây trong một ô tiêu chuẩn, nhân lên theo tỷ lệ ta có được thể tích của các cây trên một hecta. ................................................................. 35  5.4  Tương quan H/D .............................................................................. 35  5.5  Cách sử dụng các biểu đã lập: ......................................................... 36  5.6  Kiểm tra phương pháp haga cho từng trạng thái ........................... 38  6  Kết luận và kiến nghị ............................................................. 42  6.1  Kết luận ............................................................................................. 42  6.2  Kiến nghị ........................................................................................... 44  Tài liệu tham khảo ........................................................................ 45  Phụ lục ........................................................................................... 46  Phụ lục 1 : ................................................................................................... 46  Phụ lục 2: .................................................................................................... 48  Phụ lục 3: .................................................................................................... 54  v vi Danh sách bảng biểu: Bảng 5.1: Biểu hình số .................................................................................... 24  Bảng 5.2: Biểu hình cao .................................................................................. 28  Bảng 5.3: Biểu thể tích .................................................................................... 33  Bảng 5.4: So sánh trữ lượng tính theo công thức và trữ lượng tính theo biểu thể tích ở trạng thái rừng non. .................................................................. 38  Bảng 5.5: So sánh trữ lượng tính theo công thức và trữ lượng tính theo biểu thể tích ở trạng thái rừng trung bình. ....................................................... 39  Bảng 5.6: So sánh trữ lượng tính theo công thức và trữ lượng tính theo biểu thể tích ở trạng thái rừng nghèo. .............................................................. 40  Danh sách hình ảnh: Hình 5.2: Tương quan H/D ............................................................................. 35  Hình 6.1: Sơ đồ mối quan hệ giữa các nhân tố đầu vào và sản phNm đầu ra .................................................................. Error! Bookmark not defined.  1 1 Đặt vấn đề Rừng là một tài nguyên vô cùng phong phú và quý giá của đất nước. N ó có vai trò quan trọng đối với đời sống con người. N ó không những cung cấp gỗ củi và các lâm đặc sản khác đáp ứng nhu cầu xã hội mà còn góp phần bảo vệ an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế nông thôn, miền núi, ngoài ra nó còn có ý nghía đặc biệt quan trọng mà con người chưa thể tính hết được đó là giá trị về môi trường sinh thái. Tuy nhiên trong những năm gần đây rừng ngày càng suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng và chất lượng. N guyên nhân dẫn đế sự suy giảm tài nguyên rừng là do ý thức bảo vệ tài nguyên rừng của người dân chưa cao và công tác quản lý rừng chưa được chặt chẽ. Rừng bị khai thác một cách bừa bãi, không đúng quy trình quy phạm kỹ thuật dẫn đến rừng sau khi khai thác thường bị nghèo kiệt, không đáp ứng được nhu cầu kinh doanh một cách tổng hợp. Do đó việc khai thác rừng một cách hợp lý và bền vững đang là vấn đề được nhiều tổ chức, các đơn vị chủ rừng quan tâm để rừng sau khi khai thác vẫn đảm bảo khả năng tái sinh, ổn định về cấu trúc, phù hợp với mục đích kinh doanh. Để lập kế hoạch khai thác rừng hợp lý và bền vững thì đòi hỏi các đơn vị tổ chức kinh doanh rừng phải có số liệu giám sát, đánh giá rừng một cách chính xác và đầy đủ. Tuy nhiên việc đo đếm các chỉ số của rừng rất phức tạp, nhiều công đoạn. Việc điều tra thường chấp nhận hình số với một số tương đối là 0.45 – 0.50, chiều cao thường được ước lượng bằng mắt dẫn đến độ chính xác không cao. Việc tính trữ lượng rừng và lượng khai thác thông qua lượng tăng trưởng của rừng đòi hỏi người điều tra phải giải tích thân cây, phương pháp này gặp trở ngại nếu chưa nắm vững quy luật mùa sinh trưởng của cây, vòng năm không hiện rõ ràng, bề rộng của vòng năm quá hẹp (với cây sinh trưởng chậm) hoặc không phân biệt được các vòng năm giả (những vòng năm không khép kín), dẫn đến tốn nhiều thời gian, kinh phí và gây tác động đến tài nguyên vì phải chặt hạ cây, đặc biệt khi dùng khoan hoặc dùng đục tăng trưởng thay cho việc của thớt gốc để đếm số vòng năm thường cho kết quả kém chính xác. Hiện nay các bảng biểu hỗ trợ cho điều tra rừng còn thiếu, trong khi đó công tác điều tra với công cụ thông thường đạt độ tin cậy thấp. Với 2 mục tiêu dùng thiết bị công nghệ cao để đo đếm tất cả các chỉ tiêu của rừng để tiết kiệm thời gian và chi phí cho công tác điều tra rừng và góp phần bảo vệ tài nguyên . Được sự đồng ý của trường Đại Học Tây N guyên, khoa N ông – Lâm nghiệp và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Bảo Huy, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Ứng dụng thiết bị Laser để xây dựng hệ thống các bảng biểu điều tra đánh giá tài nguyên rừng ” để từ đó đưa ra mối quan hệ giữa các chỉ tiêu giúp người quản lý có thể điều tra nhanh các chỉ tiêu, dự báo cần thiết, góp phần khai thác, quản lý, bảo vệ tài nguyên rừng một cách hiệu quả. 2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Căn cứ vào mục tiêu và nội dung của đề tài, tổng quan tiến hành ở hai khía cạnh: - Các phương tiện, thiết bị dùng để điều tra thNm định tài nguyên - Các phương pháp lập các biểu thể tích, chiều cao, hình số 2.1 Các thiết bị, phương tiện để điều tra cây rừng: Hiện nay ở hầu hết các đơn vị chủ rừng tiến hành điều tra rừng bằng công cụ thông thường, do đó gặp rất nhiều khó khăn trong việc xác định những chỉ tiêu điều tra gián tiếp như thể tích, chiều cao, hình số, trữ lượng lâm phần. Thông thường chỉ đo đường kính, chiều cao và chấp nhận các giá trị bình quân về hình số, hình cao, … vì vậy việc điều tra rừng rất kém chính xác. Bên cạnh đó cũng có một số dụng cụ 3 điều tra quang học để cố gắng tiếp cận với các vị trí đo khác nhau trên thân cây để xác định chính xác hơn sinh khối cây rừng 2.1.1 Dụng cụ đo đường kính ở vị trí chuẩn trên cây đứng: Dụng cụ thông thường để đo đường kính cây đứng là: thước kẹp kính, thước dây đo chu vi hoặc đường kính, thước kẹp Phần Lan (Hay còn được gọi là thước kẹp cong). Đo đường kính được xem là một chỉ tiêu cơ bản để tiếp cận với nhân tố kích thước, thể tích cây. N ó dễ đo đếm và chế tạo các dụng cụ Thước kẹp kính: Gồm có 3 phần: Thân thước có khắc các vạch mét và các vạch cỡ để có thể dễ dàng thống kê, đường kính theo những cỡ định sẵn khi cần thiết. Hai chân thước: một chân cố định và một chân lưu động được đặt vuông góc với thân thước.[1] Thước dây đo đường kính: Có 2 mặt khắc vạch khác nhau, một mặt khắc như một thước mét bình thường dùng để đo chu vi, còn mặt kia khắc các trị số đường kính hoặc cỡ kính ứng với độ dài chu vi đó. Một đầu thước có gắn ghim nhọn để có thể găm vào thân cây khi thực hiện thao tác đo đạc. [1] Thước kẹp Phần Lan: Gồm 3 bộ phận chính: tay nắm, chân thước thẳng vuông góc với tay nắm và chân cong có khắc vạch cả 2 mặt để xác định đường kính. [1] 2.1.2 Dụng cụ đo đường kính trên cao ở thân cây đứng Để tiếp cận được chính xác hình số và thể tích thân cây, cần phải đo đạc đường kinh ở các vị trí khác nhau trên cây đứng, do vậy cũng có một vài dụng cụ nhằm giải quyết vấn đề này 4 Thước Ruler: Rẻ tiền, dễ chế tạo nhưng độ chính xác không cao. Thước kẹp sào: Là thước kẹp được gắn với 1 sào để có thể đo được đường kính trên cao. Chân thước di động được điều khiển bằng 1 hệ thống dây và ròng rọc. Kết quả đo đạc được xác định nhờ đoạn dây điều khiển dịch chuyển được. [1] Thước Relascope: Là một dụng cụ đa năng được chế tạo theo nguyên lý đo góc của Bitterlich, có thể đo được: - Đường kính ở vị trí bất kỳ trên thân cây. - Chiều cao của cây. - Hình số hoặc là hình cao của cây. - Tổng tiết diên ngang của cây trên một ha. - Khoảng cách từ người đo đến tâm của cây cần đo.[1] Tuy nhiên dụng cụ này dùng chức năng quang học, nên trong thực tế rất khó quan sát chính xác sự thay đổi của các dải ánh sáng, vì vậy cũng ít được áp dụng 2.1.3 Đo chiều cao thân cây đứng. N goài đường kính, chiều cao cây là một chỉ tiêu quan trọng trong hình thành sinh khối, đồng thời việc đo cao nếu kem chính xác sẽ mang lại sai số rất lớn về hình số và thể tích. Vì vậy đã có nhiều công cụ, thiết bị được chế tạo để tiếp cận chính xác chiều cao cây rừng Có nhiều loại thước đo bằng phương pháp lượng giác, nhưng phổ biến ở nước ta có 2 loại: Thước Blumme-liess: Gồm - Ống ngắm. - Kim chỉ kết quả đo cao. - N út hãm, mở kim. - Hệ thống thang chia ghi chiều cao ứng với cự ly ngang khác nhau và một thang chia độ dốcθ . - Thấu kính để đo cự ly ngang - Bảng tính sẵn Sin2 θ 5 - Mia để đo cự ly ngang.[1] Thước Sunto: Gồm: - Lỗ ngắm đọc kết quả đo. - Hệ thống thang chia hình tròn. - Thấu kính để đo cự ly ngang. [1] Thước đo cao Christen: Là một thanh gỗ hay một hợp kim nhẹ, có chiều dài thường là 30cm, trên thước có khắc các chiều cao giả định tương ứng với một mia có chiều dài định trước (thường là 4m).[1] Thước JAL: Là thước mét bình thường được khoét một khe nghắm chuẩn tương ứng với độ dài của mia. [1] 2.2 Các phương pháp lập biểu hình số, thể tích, hình cao cây rừng 2.2.1 Biểu thể tích và sản phẩm Biểu thể tích là biểu ghi thể tích bình quân của những cây rừng có cùng kích thước và hình dạng được sắp xếp theo một trình tự nhất định. Khi lập biểu thể tích thường phải nghiên cứu các quy luật liên quan giữa thể tích và các nhân tố cấu thành nên thể tích. Do đó có thể coi biểu thể tích là loại biểu ghi bằng số liệu các quy luật liên quan giữa thể tích với các nhân tố cấu thành thể tích như đường kính, chiều cao, hình dạng… Căn cứ vào phạm vi sử dụng ta có biểu địa phương và biểu chung. Căn cứ váo nhân tố lập biểu ta có biểu thể tích một nhân tố, biểu thể tích hai nhân tố, biểu thể tích ba nhân tố. - Biểu thể tích một nhân tố: Là biểu lập trên mối quan hệ giữa thể tích V và đường kính D. Trong biểu ghi thể tích bình quân của một cây tương ứng với từng cỡ kính. Khi sử dụng cần đo đường kính D1.3 tất cả các cây trong lâm phần hoặc trong 1 OTC, sau đó chỉnh lý số cây theo cỡ kính. Tương ứng với từng cỡ kính ta có thể tích bình quân của 1 cây. N hân thể tích này với số cây tương ứng của cõ kính đó được tổng thể tích của các 6 cây ở các cỡ kính đó. Tổng hợp thể tích ở các cỡ kính ta có được trữ lượng lâm phần - Biểu thể tích hai nhân tố: Là biểu ghi giá trị thể tích bình quân của một cây tương ứng với từng tổ hợp D, H. trong biểu này V được coi là một hàm của D và H V = f(D.H). (2.1) - Biểu thể tích ba nhân tố: Là biểu ghi giá trị thể tích bình quân của một cây tương ứng với từng tổ hợp D, H, F1.3. Với F1.3 là hình số được đo tại vị trí chiều cao 1.3m được tính thông qua hình suất q2 [1] Bên cạnh các biểu thể tích, trong thâm canh rừng trông, người ta cong lập các biểu sản phNm. Biểu được lập trên cơ sở lý luận của phương pháp cây tiêu chuNn, vì được lập trên cơ sở là các cây có cùng kích thước, hình dạng, chất lượng. Chúng sẽ cho các sản phNm với chất lượng như nhau, thể tích như nhau. Từ đó có thể tập hợp những loại sản phNm và thể tích tưong ứng của chúng ở mỗi cây bình quân của từng đơn vị trong lâm phần vào một biểu. Biểu đó được gọi là biểu sản phNm. N hư vậy biểu sản phNm là loại biểu ghi thể tích thân cây và các loại sản phNm có thể lấy được ở cây bình quân theo từng đơn vị kích thước và hình dạng (thông thường theo cỡ kính tương ứng với cấp chiều cao). N goài ra cũng có trường hợp biểu ghi thể tích của cây bình quân và tỉ lệ phần trăm thể tích V% mỗi loại sản phNm chiểm trong tổng thể tích của cây. [1] Trong quản lý rừng yêu cầu chính xác cao thì các biểu nói trên hết sức quan trọng, vì vậy đã có rất nhiều công trình nghiên cứu lập biểu thể tích và sản phNm. Tiên phong là Đồng Sĩ Hiền đẫ lập biểu độ thon và biểu thể tích cho rừng tự nhiên (1974) [1]. Sau đó một sô tác giải chỉ tập trung lập biểu thể tích và sản phNm cho rừng trồng. Việc hạn chế lập các biểu thể tích cho rừng tự nhiên là do các nguyên nhân: - Sự phức tạp về tổ thành loài của rừng hỗn loại - Sự đa dạng về lập địa đã tạo nên hình thân khác nhau 7 - Tốn kếm vì cần phải chặt hạ giải tích thân cây với khối lượng lớn. Đồng Sĩ Hiến khi lập biểu thể tích cây đứng cho rửng miền Bắc ã phải chặt hạ hàng vạn cây tiêu chuNn 2.2.2 Phương pháp và công cụ lập các biểu điều tra rừng: Thể tích, hình cao, hình số, độ thon Về phương pháp luận lập biểu đã được Đồng Sĩ Hiền tổng kết rất đầy đủ, bao gồm các phương pháp chính: - Sử dụng phương trình đường sinh để tiếp cận hình dạng thân cây - Sử dụng các mô hình quan hệ giữa các nhân tố cấu thành kích thức, hình dạng, sinh khối thân cây - Sử dụng các biểu đồ biểu diễn các quan hệ Từ các phương pháp đó sẽ lập được các biểu có độ chính xác khác nhau phục vụ thâm định tài nguyên rừng. Dù sử dụng bất kỳ phương pháp nào, nhưng để lập được các biểu xác định các nhân tố điều tra cây rừng, lâm phần gián tiếp như hình số, thể tích, … đều phải chặt hạ cây để đo đếm tỉ mỉ, từ đó mới xây dựng được các mô hình tương quan phục vụ lập biểu. Vì vậy rất tốn kém về tiền của, công sức và phá hoại tài nguyên rừng khá nhiều. Vì vậy trên thế giới, cùng với tiến bộ của công nghệ Laser, lần đầu tiên dụng cụ điều tra rừng sử dụng tia Laser được sản xuất, nó nhằm giải quyết vấn đề tồ tại nói trên trong giám sát tài nguyên rừng. Có nghĩa là không cần chặt hạ cây nhưng vẫn tiếp cận được hầu hết các thông số như giải tích thân cây. Vì vậy nó đạt được 2 yêu câu: Tiết kiệm và không ảnh hưởng đến rừng. Sử dụng cộng nghệ Laser trong điều tra rừng: dụng cụ này mới xuất hiện, khả năng đo đạc được các chỉ tiêu: đường kính tại một vị trí bất kì trên cây, chiều cao bất kỳ của cây, chiều dài tán, tổng tiết diện ngang lâm phần, độ dốc … từ đó tính toán được trữ lượng, thể tích, hình số, hình cao,… mà không cần lập ô mẫu, không giải tích thân cây. Sử dụng công cụ này sẽ thu thập được nhiều nhân tố gián tiếp mà trước đây phải tốn nhiều thời gian, công sức, tiền bạc mới thu thập được. 8 Vói những hạn chế trong việc nghiên cứu lập biểu truyền thống đã phân tích, đề tài tiếp cận với phương tiện mới để nhanh chóng lập các biểu địa phương phục vụ cho công tác quản lý rừng hiện nay 9 3 Đối tượng nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu cụ thể Đối tượng nghiên cứu bao gồm: - Kiểu rừng lá rộng thường xanh ở các trạng thái khác nhau - Chi tiêu nhân tố nghiên cứu: Là hầu hết các chỉ tiêu điều tra cây các biệt và lâm phần phục vụ lập các biểu giám sát tài nguyên rừng. 3.2 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 3.2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 3.2.1.1 Vị trí địa lý Trước đây xã Hiếu thuộc huyện Kon Plông cũ - Tỉnh Kon Tum. Cho đến năm 2002 sau khi chia tách thành hai Huyện Kon Plông và Kon Rẫy thì địa phận xã Hiếu thuộc huyện Kon Plông. Địa bàn xã Hiếu nằm cách trung tâm hu