Công Cụ Ước Tính Số Lá Cây - Tính Toán Số Lá Theo Loài, Tuổi & Chiều Cao

Công cụ ước tính số lá trên cây là gì?

Công cụ ước tính số lá trên cây là một máy tính dự đoán số lá trên một cây dựa trên ba thông tin đầu vào đơn giản: loài, tuổi và chiều cao. Công cụ không thể đếm lá thật. Thay vào đó, nó áp dụng một công thức cố định có các hằng số được hiệu chỉnh để kết quả khớp với số liệu đã công bố của một vài cây tham chiếu. Hãy xem kết quả là một ước lượng theo bậc độ lớn, không phải phép đo.

Đếm thủ công từng chiếc lá trên một cây thật không thực tế. Một cây sồi trưởng thành có thể mang hơn 200.000 lá, còn một cây thông lớn có thể mang vài triệu kim. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đo những cây mẫu và tìm kiếm các quy luật, gọi là các mối quan hệ dị lượng, liên kết những đặc điểm dễ đo như chiều cao với những đặc điểm khó đo hơn như số lá. Công cụ này áp dụng một quy luật như vậy.

Loài, tuổi và chiều cao ảnh hưởng đến số lá như thế nào

Ba thông tin đầu vào quyết định kết quả ước tính.

Loài. Kích thước lá khác nhau rất lớn giữa các loài. Lá liễu dài và hẹp. Lá sồi rộng. Kim thông là một mảnh lá nhỏ, chỉ dài vài centimet. Vì kim của cây lá kim nhỏ hơn nhiều so với lá của cây lá rộng, cây lá kim cần nhiều kim hơn rất nhiều để phủ cùng một diện tích tán cây. Máy tính bỏ qua sự khác biệt này sẽ ước tính thấp đáng kể số kim của cây lá kim.

Tuổi. Cây non nhanh chóng mọc thêm lá khi tán cây dần đầy lên. Sau đó, tốc độ tăng trưởng chậm lại. Công cụ mô hình hóa sự chậm lại này bằng một đường cong logarit, là hàm tăng nhanh lúc đầu rồi dần phẳng ra nhưng không bao giờ hoàn toàn ngừng tăng.

Chiều cao. Cây cao hơn có diện tích bề mặt cành để mang lá lớn hơn theo tỷ lệ, đồng thời thể tích tán cây tăng nhanh hơn chính chiều cao. Công cụ mô hình hóa điều này bằng quy luật lũy thừa: chiều cao mũ 1,5. Khi chiều cao tăng gấp đôi, kết quả ước tính tăng lên 2^1,5 lần, khoảng 2,83.

Công thức tính số lá trên cây

Máy tính sử dụng công thức sau:

$\text{Số lá} = SF \times \ln(A + 1) \times 2.5 \times H^{1.5} \times 100$

• SF là hệ số loài, một con số riêng cho từng loài cây.
• A là tuổi của cây tính bằng năm.
• ln là lôgarit tự nhiên.
• H là chiều cao của cây tính bằng mét.
• 100 là hằng số tỷ lệ chuyển tích thô thành số lá thực tế, dựa trên việc so sánh với những cây được đo ngoài thực địa.

Máy tính chấp nhận tuổi từ 1 đến 1.000 năm và chiều cao từ 0,1 đến 150 mét.

Các hệ số theo loài

Bốn loài cây lá kim (thông, vân sam, tuyết tùng, bách) có hệ số từ 105,8 đến 138,0. Sáu loài cây lá rộng có hệ số từ 3,7 đến 5,2, vì vậy hệ số của cây lá kim lớn hơn khoảng 20 đến 40 lần. Kim của cây lá kim nhỏ hơn nhiều so với lá cây lá rộng, nên cây lá kim cần nhiều kim hơn để tạo nên cùng một tán cây. Số kim của nó lên tới hàng triệu, trong khi số lá của cây lá rộng chỉ ở mức hàng trăm nghìn. Các hệ số cây lá kim được đặt sao cho một cây vân sam cao 2 mét cho kết quả gần với 200.000 kim được đếm trên những cây thông Noel thật.

Danh sách thả xuống chỉ cung cấp mười loài này. Nếu tên một loài khác được gửi đến máy tính, chẳng hạn qua một liên kết đã chỉnh sửa, công cụ sẽ dùng hệ số trung bình chung là 4,0.

Cách tính số lá trên cây: ví dụ minh họa

Xét một cây sồi 30 tuổi, cao 15 mét.

1. Tìm hệ số loài. Sồi = 4,5.
2. Tính hệ số tuổi. $\ln(30 + 1) \times 2.5 = \ln(31) \times 2.5 \approx 3.434 \times 2.5 \approx 8.58$.
3. Tính hệ số chiều cao. $15^{1.5} \approx 58.09$.
4. Nhân ba hệ số với nhau. $4.5 \times 8.58 \times 58.09 \approx 2,244$.
5. Áp dụng hệ số tỷ lệ 100. $2,244 \times 100 \approx 224,400$.

Phép tính với độ chính xác đầy đủ, không làm tròn ở từng bước, cho kết quả 224.434 lá. Đây là con số máy tính sẽ hiển thị.

Số lá điển hình theo loài

Số lượng thực tế thay đổi theo đất, khí hậu và tình trạng cây, vì vậy hãy xem đây là những ước lượng sơ bộ thay vì quy tắc cố định.

Đối với một cây lá rộng trưởng thành từ 40 đến 80 năm tuổi và cao từ 15 đến 25 mét, máy tính cho kết quả khoảng 200.000 đến 700.000 lá. Cây sồi 30 tuổi, cao 15 mét được nêu ở trên cho kết quả 224.434 lá.

Cây lá kim có đặc điểm khác. Mỗi kim rất nhỏ, nên số lượng cao hơn nhiều: cùng khoảng tuổi và chiều cao cho kết quả khoảng 6 triệu đến 19 triệu kim. Một cây vân sam có kích thước như cây thông Noel, khoảng 8 năm tuổi và cao 2 mét, cho kết quả 200.113 kim. Con số này phù hợp với khoảng 200.000 kim được các nhà nghiên cứu tại Trạm Nghiên cứu Rừng Hyytiala đếm trên những cây thông Noel thật.

Hạn chế

Công thức giả định một cây khỏe mạnh trong điều kiện sinh trưởng điển hình, được đo vào giai đoạn sinh trưởng cao điểm đối với các loài cây rụng lá. Một số yếu tố khiến số lượng thực tế lệch khỏi kết quả ước tính:

• Mùa. Cây rụng lá rụng toàn bộ lá vào mùa thu và mọc lại vào mỗi mùa xuân. Các ước tính chỉ áp dụng gần thời điểm cây ra lá đầy đủ, khoảng từ tháng Sáu đến tháng Chín ở Bắc bán cầu.
• Sức khỏe và việc cắt tỉa. Hạn hán, bệnh tật, sâu hại và việc cắt tỉa nhiều đều làm mất lá. Công thức không có thông tin đầu vào về sức khỏe cây, nên cây bị hư hại hoặc bị cắt tỉa nhiều sẽ có ít lá hơn kết quả ước tính.
• Điều kiện sinh trưởng. Đất nghèo dinh dưỡng hoặc bị những cây xung quanh chen lấn làm giảm kích thước tán so với một cây mọc ở nơi thông thoáng và được cung cấp đủ dinh dưỡng.
• Tuổi. Thành phần tuổi là một lôgarit không có giới hạn trên, nên kết quả ước tính tiếp tục tăng theo tuổi. Những cây rất già đang bị suy giảm tán sẽ cho kết quả quá cao.
• Mức độ phù hợp của loài. Máy tính chỉ bao quát mười loài ôn đới phổ biến. Công cụ không được thiết kế cho cây bụi hoặc cây cọ, vốn có hình dạng sinh trưởng khác.
• Không có nghiên cứu kiểm định. Công thức chưa được kiểm tra với một mẫu lớn gồm những cây đã được đo, nên không thể đưa ra khoảng sai số.

Các câu hỏi thường gặp

Ước tính số lá chính xác đến mức nào? Ước tính này là một chỉ dẫn theo bậc độ lớn. Các hằng số được khớp với một số ít số liệu đã công bố, không dựa trên một mẫu lớn đã được đo, nên không thể đưa ra khoảng sai số. Di truyền, đất, khí hậu và việc cắt tỉa đều làm thay đổi số lượng thực theo những cách mà công thức chỉ có ba thông tin đầu vào không thể phản ánh.

Tại sao cây lá kim có số kim ước tính cao như vậy? Kim của cây lá kim nhỏ hơn nhiều so với lá của cây lá rộng, nên cây lá kim cần nhiều kim hơn rất nhiều để lấp đầy cùng một lượng tán cây. Các hệ số loài trong máy tính dành cho thông, vân sam, tuyết tùng và bách nằm trong khoảng từ 105,8 đến 138,0, cao hơn khoảng 20 đến 40 lần so với hệ số cây lá rộng, để phản ánh điều này.

Ước tính có thay đổi theo mùa không? Có, đối với cây rụng lá. Sồi, phong, bạch dương, tần bì, liễu và dẻ gai rụng lá vào mùa thu và không có lá vào mùa đông. Công thức giả định cây có đầy đủ lá, thường xảy ra từ tháng Sáu đến tháng Chín ở Bắc bán cầu. Cây lá kim thường xanh giữ lại phần lớn số kim quanh năm, nên kết quả ước tính của chúng thay đổi ít theo mùa.

Việc cắt tỉa có ảnh hưởng đến kết quả không? Có. Cắt bỏ cành sẽ làm mất những chiếc lá trên các cành đó. Máy tính không có thông tin đầu vào về việc cắt tỉa, nên cây bị ngọn hoặc bị tỉa thưa nhiều sẽ có ít lá hơn số máy tính báo cáo.

Nếu loài cây của tôi không có trong danh sách thì sao? Hãy chọn loài gần nhất dựa trên kiểu lá. Trong nhóm cây lá rộng, hệ số tăng từ liễu ở mức 3,7 lên phong ở mức 5,2, nên thay loài cây lá rộng này bằng loài khác làm kết quả thay đổi nhiều nhất khoảng 40 phần trăm. Bốn loài cây lá kim nằm trong khoảng từ 105,8 đến 138,0, chênh lệch khoảng 30 phần trăm.

Tại sao tuổi được tính bằng lôgarit thay vì đường thẳng? Cây non mọc thêm lá nhanh khi tạo tán đầu tiên, sau đó tốc độ chậm lại khi tán đã lấp đầy không gian sẵn có. Lôgarit mô tả kiểu tăng nhanh rồi chậm này tốt hơn đường thẳng, vốn sẽ tiếp tục thêm lá với tốc độ không đổi mãi mãi.

Tài liệu tham khảo

1. Niklas, K. J. (1994). Plant Allometry: The Scaling of Form and Process. Nhà xuất bản Đại học Chicago.
2. West, G. B., Brown, J. H., & Enquist, B. J. (1999). Mô hình tổng quát về cấu trúc và dị lượng của hệ mạch thực vật. Nature, 400(6745), 664-667.
3. Forrester, D. I., và cộng sự (2017). Các phương trình dị lượng tổng quát về sinh khối và diện tích lá cho các loài cây châu Âu. Forest Ecology and Management, 396, 160-175.
4. Asner, G. P., Scurlock, J. M. O., & Hicke, J. A. (2003). Tổng hợp toàn cầu các quan sát về chỉ số diện tích lá. Global Ecology and Biogeography, 12(3), 191-205.
5. Cục Lâm nghiệp Hoa Kỳ. (2021). i-Tree: Công cụ đánh giá và quản lý rừng cùng cây xanh đô thị. https://www.itreetools.org/
6. Forest.fi. Nhà nghiên cứu kinh ngạc trước số lượng kim trên cây thông Noel (Juho Aalto, Trạm Nghiên cứu Rừng Hyytiala, Đại học Helsinki). https://forest.fi/article/researcher-amazed-at-number-of-needles-in-christmas-tree/
7. Danske Juletraeer. Số lượng kim của một cây thông Noel linh sam Nordmann. https://christmastree.dk/en/did-you-know/number-of-needles-of-a-nordmann-fir-christmas-tree/