Refining volume estimates of down woody debris

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Abstract:

Down woody debris (DWD) plays a vital role in forest ecosystem structure and function. Although volume is likely the most common metric used to characterize DWD, an evaluation of the formulae used for volume estimation on individual DWD pieces has received little attention. We determined actual volume of 155 diverse DWD pieces (types, species, lengths, and diameters) by detailed field measurements. By comparing the actual and calculated volumes from six commonly used formulae, we assessed their bias, precision, and accuracy. Based on observed DWD forms, we developed a new formula, namely the “conic−paraboloid”, which was included in the assessment. Among the formulae that require length and two end diameter measurements, the conic−paraboloid had the lowest bias, highest precision, and hence greatest accuracy. Newton’s and the centroid formulae had higher accuracy yet require more field measurements. Smalian’s, conical frustum, and average-of-ends formulae had poor performance relative to the others. Accuracy of all formulae decreased with increasing piece length. Thus, partitioning pieces into two, three, and four sections for additional measurement improved accuracy. As decay advances, pieces become progressively more elliptical in cross section. Using the cross-sectional area derived from only the long axis of the ellipse leads to substantial volume overestimates for well-decayed DWD.

Les débris ligneux jouent un rôle vital dans la structure et la fonction de l’écosystème forestier. Quoique le volume soit vraisemblablement la variable la plus généralement utilisée pour caractériser les débris ligneux, peu d’attention a été accordée à l’évaluation des formules utilisées pour estimer le volume de chaque pièce de débris ligneux. Nous avons déterminé le volume réel de 155 pièces de divers débris ligneux (types, essences, longueurs et diamètres) en prenant des mesures détaillées sur terrain. En comparant les volumes réels et estimés par six formules communément utilisées, nous avons calculé le biais, la précision et l’exactitude de ces formules. À partir d’observations sur la forme des débris ligneux, nous avons développé une nouvelle formule, la formule du paraboloïde conique, qui a également été incluse dans notre évaluation. Parmi les formules qui exigent la mesure de la longueur et du diamètre aux deux bouts, la formule du paraboloïde conique possède le biais le plus faible, est la plus précise et donc la plus exacte. Les formules de Newton et du centroïde sont plus exactes mais exigent plus de mesures sur le terrain. Les formules de Smalian, du tronc de cône et de la moyenne des diamètres aux extrémités performent moins bien que les autres. Quelle que soit la formule, l’exactitude décroît avec l’augmentation de la longueur de la pièce. Par conséquent, la subdivision des pièces en deux, trois ou quatre sections pour obtenir des mesures additionnelles améliore l’exactitude. À mesure que la décomposition des débris ligneux progresse, leur section transversale devient de plus en plus elliptique. L’utilisation de la surface radiale déterminée seulement à partir du grand axe de l’ellipse entraîne une surestimation substantielle du volume des débris ligneux dont la décomposition est avancée.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2007

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