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Scale and spatial structure effects on tree size distributions: implications for growth and yield modelling

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Abstract:

Diameter and other size distributions are extensively used in growth modelling. These are usually obtained from sample plot data and assumed to apply both at the stand level, of interest for production planning, and at the forest patch level, the level relevant for tree growth interactions. However, spatial correlation can cause distribution parameters and their estimates to vary with the extent of ground considered. Using mapped tree data from four forest stands in central Canada, it is shown that differences in DBH variance with plot size can be substantial. In addition, size correlations between neighbouring trees were positive, rather than negative as implied by current distance-dependent growth models. Biases in mean DBH are also found. It is proved that plot totals and frequencies are unbiased estimates of stand parameters, but variances and some other statistics are not. The expected variance is expressed in terms of plot size and shape and of second-order stand spatial structure properties. Some possible approaches for reducing bias in stand-level variance estimates are discussed, and the desirability of modelling microsite or genetic spatial correlations in individual-tree simulators is pointed out.

Les distributions de diamètres et d'autres dimensions sont très fréquemment employées pour modéliser la croissance. Ces distributions sont habituellement obtenues à partir de données provenant de placettes-échantillons et on assume qu'elles s'appliquent à la fois à l'échelle du peuplement, qui est utile pour la planification de la production, et à l'échelle d'îlots d'arbres, qui est appropriée pour étudier les interactions de la croissance entre les arbres. Toutefois, à cause de la corrélation spatiale, les paramètres de la distribution et la valeur estimée de ces paramètres peuvent varier en fonction de la superficie du terrain qui est considéré. À l'aide de données provenant d'arbres cartographiés dans quatre peuplements situés dans le centre du Canada, il est démontré que les différences dans la variance du DHP peuvent être substantielles selon la taille des placettes. De plus, les corrélations de taille entre les arbres voisins sont positives et non négatives comme l'assument les modèles actuels de croissance qui sont dépendants des distances. Des biais ont aussi été trouvés dans le cas du DHP moyen. Il est démontré que les totaux et les fréquences dans les placettes sont des estimations non biaisées des paramètres de peuplement mais que les variances et d'autres paramètres statistiques le sont. La variance attendue est exprimée en termes de taille et de forme de placette, ainsi que de propriétés de second ordre quant à la structure du peuplement. Certaines approches permettant de réduire les biais dans l'estimation des variances à l'échelle du peuplement sont abordées et l'opportunité de modéliser la corrélation spatiale d'ordre génétique ou à l'échelle du microsite dans les simulateurs d'arbres est soulignée. [Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2006

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