تعیین رابطه قطر- ارتفاع بلوط بلندمازو با استفاده از مدل‌‌‌های غیرخطی با اثرات آمیخته در توده‌های جنگلی استان گلستان

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مدیریت جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 دانشیار، گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

3 دانشیار، گروه آمار، دانشکده علوم، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران.

4 دانشجوی دکتری، مدیریت جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

چکیده

چکیده
مقدمه و هدف: لازمه ارزیابی صحیح و دقیق موجودی حجمی و زی‌توده، برآورد دقیق‌تر ارتفاع درختان می‌باشد. در این زمینه مدل‌های غیرخطی با اثرات آمیخته با در نظر گرفتن متغیر‌های تصادفی سطح توده علاوه‌ بر حفظ رابطه قطر-ارتفاع باعث بهبود دقت مدل‌ها می‌شوند و این مدل‌ها تغییرات توده را به خوبی نشان می‌دهند. بنابراین، هدف اصلی این پژوهش برآورد ارتفاع یک گونه مهم جنگل‌های هیرکانی بلوط بلندمازو با استفاده از مدل‌های غیرخطی با اثرات آمیخته و مقایسه آن با مدل‌های غیرخطی رگرسیونی در جنگل‌های ناهمسال آمیخته پهن‌برگ استان گلستان در سه طرح‌ جنگل‌داری شصت‌کلاته گرگان، لوه در گالیکش و جعفرآباد در علی‌آباد می‌باشد.
مواد و روشها: در این تحقیق 71 قطعه‌نمونه دایره‌ای شکل به مساحت 10 آر در سه طرح جنگلداری شصت‌کلاته، جعفرآباد و لوه پیاده و مشخصه‌های نوع گونه، قطر برابرسینه و ارتفاع درختان اندازه‌گیری و ثبت شد. ابتدا با استفاده از 20 مدل غیرخطی قطر-ارتفاع، ارتباط بین ارتفاع و قطر برابر سینه بررسی و سپس با درنظر گرفتن مشخصه‌های میانگین کوادراتیک قطر، سطح مقطع در هکتار، سطح مقطع درختان بزرگ‌تر از درخت موردنظر، تعداد درختان در هکتار، حجم در هکتار و ارتفاع غالب، با استفاده از مدل‌های غیرخطی با اثرات آمیخته ارتفاع درختان برآورد شد.
یافته‌ها: نتایج حاصل از برازش مدل‌های غیرخطی برای برآورد ارتفاع درختان بلندمازو نشان داد که میزان جذر میانگین مربعات خطای حاصل شده در این تحقیق برای هر سه رویشگاه بطور جداگانه و با هم حدود 3 تا 4 متر و ضریب تبیین مدل های حاصل شده بین 4/0 تا 62/0 بود. با اضافه کردن مشخصه‌های میانگین کوادراتیک قطر، سطح مقطع در هکتار، سطح مقطع درختان بزرگ‌تر از درخت موردنظر، تعداد درختان در هکتار، حجم در هکتار و ارتفاع غالب تحت عنوان متغیرهای تصادفی در مدل‌های غیرخطی با اثرات آمیخته میزان ضریب تبیین در حدود 10 تا 16 درصد و جذر میانگین مربعات خطا حدود 2/0 تا 1 متر بهبود یافت.
نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که استفاده از مدل‌های غیرخطی با اثرات آمیخته در مقایسه با مدل‌های غیرخطی رگرسیونی با عث بهبود دقت برآورد ارتفاع درختان بویژه در توده‌های ناهمسال نامنظم آمیخته می‌شود و این مدل‌ها تغییرات توده را به خوبی نشان می‌دهند. بنابراین این رویکرد می‌تواند روشی مناسب و جایگزین مدل‌های غیرخطی معمول علی‌رغم مطالعات بسیار کم در این زمینه می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. همچنین تحقیقات تکمیلی در مورد استفاده ار مدل‌های غیرخطی با اثرات آمیخته برای همه گونه‌های مهم خزری و سایر مناطق رویشی ایران لازم و ضروری است تا بتوان از اطلاعات دقیق در برنامه‌ریزی مدیریت پایدار منابع جنگلی و برنامه‌های حفاظتی استفاده نمود و به صورت عملیاتی بتوان از این مدل‌ها در برنامه‌ریزی جنگل استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Height-Diameter Modeling for Chestnut-leaved Oak using nonlinear mixed-effects model in Golestan forests

نویسندگان [English]

  • Abdol Ahad Kalte 1
  • Jahangir Mohammadi 2
  • Manoochehr Babanejad 3
  • Davoud Moghadasi 4
1 Master's degree in Forest Management, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Associate Professor of Forestry Department, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Associate Professor, Department of Statistics, Faculty of Science, Golestan University, Gorgan, Iran.
4 PhD student in Forest Management, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

Abstract:
Background and Objectives:
An accurate estimate of trees height is essential for evaluation of the forest stands volume and above-ground biomass. Also, nonlinear mixed-effects models using random effects with accounting variation between plots, in addition to maintaining the diameter-height relationship, improve the accuracy of the models, and these mixed effects models account for intergroup variation and intragroup variation. Therefore, this study aimed to develop a Height-Diameter relationship Oak (Quercus Castanefolia C.A.M) using nonlinear models and nonlinear mixed-effect models in uneven-aged broad-leaved stands in Golestan province (Shast-kalateh, Jafar-abad and Loveh forestry plan).
Materials and Methods: We applied a systematic sampling method to collect field data within a 150×200 m network (71 circular plots), and in each plot, tree species, height and diameter at breast height (DBH) of all trees were measured. In the first stage, we used 20 non-linear diameter-height models to select candidate models, then refitted in the second stage using mixed-effect model using dominant height, mean quadratic DBH, Basal area, BAL, stand volume and tree density.
Results: The results of fitting non-linear models for Oak showed that RMSE and R2 are ranged 3-4 meters and 0.4-0.62, respectively. By adding dominant height, mean quadratic DBH, Basal area, BAL, stand volume, and tree density as random effects in the nonlinear mixed-effect method, R2 improved by about 10 to 16%, and the RMSE improved about 0.2- 1 m. By adding
Conclusion: The results showed that using the nonlinear mixed-effect method in comparison with nonlinear regression models improved the accuracy of estimating the height, especially in uneven-aged broadleaved stands. These models can show variability height in stands. Therefore, this approach can be a suitable alternative to estimate tree height, despite few studies conducted in this field. Also, additional research on the use of nonlinear mixed-effect models for all important species of the Hyrcanian forests and other vegetation regions of Iran is necessary. Also, accurate information can be used in forest sustainable management and conservation programs. These models can be used in forest planning.
The results showed that using the nonlinear mixed-effect method in comparison with nonlinear regression models improved the accuracy of estimating the height, especially in uneven-aged broadleaved stands. These models can show variability height in stands. Therefore, this approach can be a suitable alternative to estimate tree height, despite few studies conducted in this field. Also, additional research on the use of nonlinear mixed-effect models for all important species of the Hyrcanian forests and other vegetation regions of Iran is necessary. Also, accurate information can be used in forest sustainable management and conservation programs. These models can be used in forest planning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nonlinear mixed-effect models
  • Weibull
  • Gomperz
  • Korf
  • Oak

مراجع

1.Masoudi, N., & Mohammadi, J. (2022). Estimation beech (Fagus Orientalis L.) and hornbeam (Carpinus betulus L.) trees height using nonlinear models and mixed-effects model. Forest and Wood Products. 74 (4), 433-443.
2.Sullivan, M. J., Lewis, S. L., Hubau, W., Qie, L., Baker, T. R., Banin, L. F., Chave, J., Cuni‐Sanchez, A., Feldpausch, T. R., Lopez‐Gonzalez, G., & Arets, E. (2018). Field methods for sampling tree height for tropical forest biomass estimation. Methods in Ecology and Evolution. 9 (5), 1179-1189.
3.Kordi, M. R., Mohammadi, J., Moayyeri, M. H., & Sadeghian, J. (2018). Determination of form factor for oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) in Golestan province. Iranian J. of Forest and Poplar Research. 25 (4), 598-608.
4.Ali, H., Mohammadi, J., & Shataee Jouibary, S. (2023). Allometric models and biomass conversion and expansion factors to predict total tree-level aboveground biomass for three conifers species in Iran. Forest Science. 69 (4), 355-370.
5.Natural Resources and Watershed Management Organization (NRWO). (2019). Natural Resources and Watershed Management Organization. Iran.
6.Mohammadi, J., & Shataee, S. (2017). Study of different height-diameter models for hornbeam (Carpinus betulus L.) in uneven-aged stands of Shastkalateh forest of Gorgan. Iranian J. of Forest and Poplar Research. 24 (4), 700-712.
7.Ghaderi, P., Mohammadi, J., Shataee, Sh., Rahmani, R., & Kariminezhad, N. (2023). Efficiency of nonlinear mixed-effects model in determining height-diameter equations of velvet maple and ironwood trees. Iranian J. of Forest. 14 (4), 473-485.
8.Castedo, F., Dieguez-Aranda, U., Barrio, M., Sanchez, M.R., & von Gadow, K. (2006). A generalized height-diameter model including random components for radiate pine. Forest Ecology and Management. 299 (1-3), 202-213.
9.Adame, P., del Río, M., & Canellas, I. (2008). A mixed nonlinear height–diameter model for pyrenean oak (Quercus pyrenaica Willd.). Forest Ecology and Management. 256 (1-2), 88-98.
10.Crecente-Campo, F., Tomé, M., Soares, P., & Diéguez-Aranda, U. (2010). A generalized nonlinear mixed-effects height–diameter model for Eucalyptus globulus L. in northwestern Spain. Forest Ecology and Management. 259 (5), 943-952.
11.Ferraz, A. C., Mola-Yudego, B., Ribeiro, A., Scolforo, J. R. S., Loos, R. A., & Scolforo, H. F. (2018). Height-diameter models for Eucalyptus sp. plantations in Brazil. Cerne. 24, 9-17.
12.Özçelik, R., Cao, Q. V., Trincado, G., & Göçer, N. (2018). Predicting tree height from tree diameter and dominant height using mixed-effects and quantile regression models for two species in Turkey. Forest Ecology and Management. 419, 240-248.
13.Ogana, F. N., & Gorgoso-Varela, J. J. (2020). A nonlinear mixed-effects tree height prediction model: Application to Pinus pinaster Ait in Northwest Spain. Trees, Forests and People. 1 (100003), 1-6.
14.Castano-Santamaria, J., Crecente-Campo, F., Fernandez-Martinez, J. L., Barrio-Anta, M., & Obeso, J. R. (2013). Tree height prediction approaches for uneven-aged beech forests in northwestern Spain. Forest Ecology and Management. 307, 63-73.
15.Temesgen, H., Zhang, C. H., & Zhao, X. H. (2014). Modelling tree height–diameter relationships in multi-species and multi-layered forests: a large observational study from Northeast China. Forest Ecology and Management. 316, 78-89.
16.Bronisz, K., & Mehtätalo, L. (2020). Mixed-effects generalized height–diameter model for young silver birch stands on post-agricultural lands. Forest Ecology and Management. 460, 117901.
17.Zhang, B., Sajjad, S., Chen, K., Zhou, L., Zhang, Y., Yong, K.K., & Sun, Y. (2020). Predicting tree height‒diameter relationship from relative competition levels using quantile regression models for Chinese Fir (Cunninghamia lanceolata) in Fujian province, China. Forests. 11 (2), 183.
18.Ahmadi, K., & Alavi, S. J. (2016). Generalized height-diameter models for Fagus orientalis Lipsky in Hyrcanian forest, Iran. J. of forest science. 62 (9), 413-421.
19.Kalbi, S., Fallah, A., Bettinger, P., Shataee, S., & Yousefpour, R. (2018). Mixed-effects modeling for tree height prediction models of Oriental beech in the Hyrcanian forests. J. of Forestry Research. 29 (5), 1195-1204.
20.Abedi, R., & Abedi, T. (2020). Some non-linear height-diameter models performance for mixed stand in forests in Northwest Iran. J. of Mountain Science. 17 (5), 1084-1095.
21.Duan, G., Gao, Z., Wang, Q., & Fu, L. (2018). Comparison of different height-diameter modelling techniques for prediction of site productivity in natural uneven-aged pure stands. Forests. 9 (2), 63.
22.Mehtätalo, L., de-Miguel, S., & Gregoire, T. G. (2015). Modeling height-diameter curves for prediction. Canadian J. of Forest Research. 45 (7), 826-837.
23.Trincado, G., VanderSchaaf, C. L., & Burkhart, H. E. (2007). Regional mixed-effects height–diameter models for loblolly pine (Pinus taeda L.) plantations. European J. of Forest Research. 126 (2), 253-262.
24.Forest, Range and Watershed Organization. (2008). Forest Management Plan of Shast-kalateh, district one. General Office of Natural Resources, Golestan Province. 478p.
25.Forest, Range and Watershed Organization. (2013). Forest Management Plan of Loveh, district one. General Office of Natural Resources, Golestan Province. 462p.
26.Forest, Range and Watershed Organization. (2006). Forest Management Plan of Jafar-abad, General Office of Natural Resources, Golestan Province. 417p.
27.Chambers, J. M. (2008). Software for data analysis: programming with R (Vol. 2). New York: Springer. 504p.
28.Alemi, A., Oladi, J., Fallah, A., & Maghsodi, Y. (2020). Evaluating of different height-diameter nonlinear models for hornbeam in Uneven-Aged Stands (Case Study: Golestan Rezaeian Forest). Ecology of Iranian Forest. 8 (16), 29-38.
29.Sharma, R. P., Vacek, Z., & Vacek, S. (2016). Nonlinear mixed effect height-diameter model for mixed species forests in the central part of the Czech Republic. J. of Forest Science. 62 (10), 470-484.
30.Mastouri, A., Shataee, S., Moayeri, M., & Saghebtalebi, K. (2021). Evaluation of nonlinear height-diameter models of two important species of Turkish Pine (Pinus brutia) and Mediterranean Cypress (Cupressus sempervirens var. horizontalis), in the planted forests. J. of Plant Ecosystem Conservation. 8 (17), 263-279.
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 31، شماره 2
تیر 1403
صفحه 71-90

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار