Predicting basal area increment in a spatially explicit, individual tree model: a test of competition measures with black spruce

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A current trend in the development of forest stand models is to use spatially explicit, individual-tree information to simulate forest dynamics with increased accuracy. By adding spatial information, such as tree coordinates, crown shape, and size, it is hypothesized that the computation of the model's driving function is improved over traditional competition indices, especially when simulating multistoried stands. In this paper, we want to test whether computationally demanding competition indices outperform traditional indices in predicting mean basal area increment. The study was undertaken in old, uneven-aged black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) stands in northeastern Quebec, Canada. The predictability of individual tree growth rates was related to crown dimensions and other stand and tree variables measured in the field. Data were collected from 90 trees coming from stands of varying site quality (range 9.6–16.5 m height at 50 years, age taken at 1 m) and age (range 66–257 years). Hegyis's distance-dependent competition index was found to be the most strongly correlated competition measure (r = 0.57) with mean basal area growth of the last 20 years. This value, 12% higher than the value obtained from the best distance-independent competition index (r = 0.45), clearly shows that precision gains can be achieved when estimating basal area increment with spatial indices in black spruce stands. Using indices computed from virtual hemispherical images did not prove superior to simpler distance-dependent indices based on their individual correlations with basal area increment. When included in a basal area increment model for the last 20 years of growth, however, the gains in precision were comparable to Hegyi's competition index. This indicates that indices derived from a hemispherical approach have some value in spatially explicit forest simulations models but that further tests using younger stands are needed to confirm this result in black spruce stands.

La tendance actuelle dans la mise au point de modèles à l'échelle du peuplement forestier consiste à employer de l'information spatialement explicite à partir d'arbres pris individuellement afin de simuler la dynamique des forêts avec une précision accrue. En ajoutant de l'information spatiale telle que la localisation des arbres, la forme et la dimension des houppiers, on présume que le calcul de la fonction motrice du modèle est améliorée par rapport aux indices de compétitions traditionnels, particulièrement pour la simulation de peuplements pluri-étagés. Dans cet article, nous voulons tester si les indices de compétition qui sont particulièrement coûteux en temps de calcul informatique surpassent les indices traditionnels en précision pour prédire l'accroissement moyen en surface terrière. L'étude a été entreprise dans de vieux peuplements d'épinette noire de structure inéquienne (Picea mariana (Mill.) BSP) localisés dans le Nord-Est du Québec, au Canada. La prévisibilité des différents taux de croissance des arbres a été reliée à la dimension des houppiers et à d'autres variables du peuplement et à des mesures d'arbres prises sur le terrain. Des données ont été recueillies sur 90 arbres provenant de peuplements de diverses qualités de station (écart allant de 9,6 à 16,5 m de haut à 50 ans, âge pris à 1 m) et différents âges (écart allant de 66 à 257 ans). L'indice de compétition dépendant des distances de Hegyi s'est avéré la mesure de compétition la mieux corrélée (r = 0,57) avec l'accroissement moyen en surface terrière des 20 dernières années. Cette valeur, 12 % plus haute que la valeur obtenue à partir du meilleur indice de compétition indépendant des distances (r = 0,45), démontre clairement que des gains de précision peuvent être réalisés en estimant l'accroissement moyen en surface terrière avec des indices de type spatial dans des peuplements d'épinette noire. L'emploi d'indices de compétition calculés à partir d'images hémisphériques virtuelles ne s'est pas avéré meilleur que l'utilisation d'indices de compétition dépendants des distances, plus simples, si on se base sur leurs corrélations avec l'accroissement moyen en surface terrière. Lorsqu'inclus dans un modèle d'accroissement moyen en surface terrière au cours des 20 dernières années, cependant, les gains en précision pour le mod&eg

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2003

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