تطوير نموذج زيادة منطقة القاعدية الفردية -شجرة باستخدام نهج مختلط الخطي
Summary
11 – والنماذج ذات الآثار المختلطة أدوات مرنة ومفيدة لتحليل البيانات ذات الهيكل العشوائي الهرمي في مجال الحراجة ويمكن استخدامها أيضا لتحسين أداء نماذج نمو الغابات بشكل كبير. هنا، يتم تقديم بروتوكول يجمع المعلومات المتعلقة بنماذج التأثيرات المختلطة الخطية.
Abstract
هنا ، وضعنا نموذج الفردية شجرة من 5 سنوات من زيادات المنطقة القاعدية على أساس مجموعة بيانات بما في ذلك 21898 أشجار اسبيراتا Picea من 779 قطعة أرض عينة تقع في مقاطعة شينجيانغ ، شمال غرب الصين. لمنع الارتباطات العالية بين الملاحظات من وحدة أخذ العينات نفسها ، قمنا بتطوير النموذج باستخدام نهج خطي مختلط التأثيرات مع تأثير مؤامرة عشوائية لحساب التغير العشوائي. وقد أدرجت متغيرات مختلفة على مستوى الأشجار والوقوف، مثل الأرقام القياسية لحجم الشجرة والمنافسة وحالة الموقع، كآثار ثابتة لتفسير التغير المتبقي. وبالإضافة إلى ذلك، تم وصف التغايرية والوثوث عن طريق إدخال وظائف التباين وهياكل العلاقات التلقائية. تم تحديد نموذج التأثيرات المختلطة الخطية الأمثل بواسطة العديد من الإحصاءات المناسبة: معيار المعلومات في أكايكي، ومعيار المعلومات باييزي، واحتمال اللوغاريتم، واختبار نسبة الاحتمال. وأشارت النتائج إلى أن المتغيرات الهامة للزيادة في المساحة القاعدية الفردية – الأشجار هي التحول العكسي لقطر عند ارتفاع الثدي، والمساحة القاعدية للأشجار التي أكبر من الشجرة موضوعها، وعدد الأشجار في الهكتار، والارتفاع. علاوة على ذلك، تم تصميم الأخطاء في بنية التباين بنجاح بواسطة الدالة الأسية، وتم تصحيح العلاقات التلقائية بشكل كبير بواسطة بنية التسجيل التلقائي من الدرجة الأولى (AR(1)). وتحسن أداء نموذج التأثيرات المختلطة الخطي تحسناً كبيراً بالنسبة للنموذج باستخدام الانحدار العادي الأقل المربعات.
Introduction
وبالمقارنة مع ثقافة أحادية العمر، فإن إدارة الغابات المختلطة الأنواع غير المتكافئة العمر ذات الأهداف المتعددة قد حظيت باهتمام متزايد مؤخراً1،2،3. والتنبؤ ببدائل مختلفة للإدارة ضروري لصياغة استراتيجيات قوية لإدارة الغابات، ولا سيما بالنسبة للغابات المختلطة المختلطة ذات الأنواع المختلطة المعقدة ذات الأعمار غير المتساوية4. وقد استخدمت نماذج نمو الغابات والغلة على نطاق واسع للتنبؤ شجرة أو الوقوف التنمية والحصاد في إطار مختلف مخططات الإدارة5,6,7. وتصنف نماذج نمو الغابات وغلة في نماذج الفردية شجرة، نماذج من فئة الحجم، ونماذج النمو الوقوف الكامل6،7،8. ومن المؤسف أن النماذج ذات الرتبة الحجمية ونماذج الاستعدادات الكاملة ليست مناسبة للغابات المختلطة الأنواع غير المتفاوتة العمر، مما يتطلب وصفا أكثر تفصيلا لدعم عملية صنع القرار في إدارة الغابات. لهذا السبب، تلقى نمو شجرة الفردية ونماذج الغلة اهتماما متزايدا على مدى العقود القليلة الماضية بسبب قدرتها على جعل التنبؤات للغابات تقف مع مجموعة متنوعة من تكوينات الأنواع، والهياكل، واستراتيجيات الإدارة9،10،11.
تراجع المربعات الأقل العادية (OLS) هو الأسلوب الأكثر استخداما لتطوير نماذج نمو شجرة الفردية12،13،14،15. مجموعات البيانات لنماذج نمو الأشجار الفردية التي تم جمعها مرارا وتكرارا على مدى فترة زمنية محددة على نفس وحدة أخذ العينات (أي، عينة مؤامرة أو شجرة) لها بنية عشوائية هرمية، مع عدم وجود استقلالية والارتباط المكاني والزماني العالي بين الملاحظات10،16. ينتهك الهيكل العشوائي الهرمي الافتراضات الأساسية لتراجع عملية شريان الحياة للسودان: أي المخلفات المستقلة والبيانات الموزعة عادة مع تباينات متساوية. ولذلك، فإن استخدام تراجع عملية شريان الحياة البرية ينتج حتماً تقديرات متحيزة للخطأ القياسي لتقديرات المعلمات لهذه البيانات13و14.
توفر نماذج التأثيرات المختلطة أداة قوية لتحليل البيانات ذات الهياكل المعقدة، مثل بيانات القياسات المتكررة والبيانات الطولية والبيانات متعددة المستويات. تتكون نماذج التأثيرات المختلطة من مكونات ثابتة، مشتركة بين السكان الكاملين، ومكونات عشوائية، والتي هي محددة لكل مستوى أخذ العينات. وبالإضافة إلى ذلك، نماذج الآثار المختلطة تأخذ في الاعتبار عدم القدرة على القياس والعلاقات الذاتية في المكان والزمان من خلال تحديد غير قطري التباين- مصفوفات هيكل التباين17،18،19. لهذا السبب، وقد استخدمت نماذج الآثار المختلطة على نطاق واسع في الغابات، مثل في نماذج قطر الارتفاع20،21، تاج نماذج22،23، ونماذج رقيقة الذاتي24،25، ونماذج النمو26،27.
وكان الهدف الرئيسي هنا هو وضع نموذج لزيادة المساحة القاعدية لشجرة فردية باستخدام نهج خطي مختلط الآثار. ونأمل أن يطبق نهج الآثار المختلطة على نطاق واسع.
Protocol
Representative Results
Discussion
مسألة حاسمة لتطوير نماذج الآثار المختلطة هو تحديد المعلمات التي يمكن التعامل معها على أنها تأثيرات عشوائية والتي ينبغي النظر في الآثار الثابتة34،35. وقد اقتُرحت طريقتان. النهج الأكثر شيوعا هو التعامل مع جميع المعلمات كمؤثرات عشوائية ومن ثم الحصول على أفضل ن…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا البحث من قبل صناديق البحوث الأساسية للجامعات المركزية، منحة رقم 2019GJZL04. ونشكر البروفيسور ويشينغ تسنغ في أكاديمية جرد وتخطيط الغابات، والإدارة الوطنية للغابات والمراعي، في الصين، على إتاحة الوصول إلى البيانات.
Referências
- Meng, J., Lu, Y., Ji, Z. Transformation of a Degraded Pinus massoniana Plantation into a Mixed-Species Irregular Forest: Impacts on Stand Structure and Growth in Southern China. Forests. 5 (12), 3199-3221 (2014).
- Sharma, A., Bohn, K., Jose, S., Cropper, W. P. Converting even-aged plantations to uneven-aged stand conditions: A simulation analysis of silvicultural regimes with slash pine (Pinus elliottii Engelm). Forest Science. 60 (5), 893-906 (2014).
- Zhu, J., et al. Feasibility of implementing thinning in even-aged Larix olgensis plantations to develop uneven-aged larch–broadleaved mixed forests. Journal of Forest Research. 15 (1), 71-80 (2010).
- Leites, L. P., Robinson, A. P., Crookston, N. L. Accuracy and equivalence testing of crown ratio models and assessment of their impact on diameter growth and basal area increment predictions of two variants of the Forest Vegetation Simulator. Canadian Journal of Forest Research. 39 (3), 655-665 (2009).
- Pretzsch, H. . Forest Dynamics, Growth and Yield. , (2009).
- Weiskittel, A. R., et al. Forest growth and yield modeling. Forest Growth & Yield Modeling. 7 (2), 223-233 (2002).
- Burkhart, H. E., Tomé, M. . Modeling Forest Trees and Stands. , (2012).
- Zhang, X. Chinese Academy Of Forestry. A linkage among whole-stand model, individual-tree model and diameter-distribution model. Journal of Forest Science. 56 (56), 600-608 (2010).
- Peng, C. Growth and yield models for uneven-aged stands: past, present and future. Forest Ecology & Management. 132 (2), 259-279 (2000).
- Lhotka, J. M., Loewenstein, E. F. An individual-tree diameter growth model for managed uneven-aged oak-shortleaf pine stands in the Ozark Highlands of Missouri, USA. Forest Ecology & Management. 261 (3), 770-778 (2011).
- Porté, A., Bartelink, H. H. Modelling mixed forest growth: a review of models for forest management. Ecological Modelling. 150 (1), 141-188 (2002).
- Moses, L. E., Gale, L. C., Altmann, J. Methods for analysis of unbalanced, longitudinal, growth data. American Journal of Primatology. 28 (1), 49-59 (2010).
- Biging, G. S. Improved Estimates of Site Index Curves Using a Varying-Parameter Model. Forest Science. 31 (31), 248-259 (1985).
- Kowalchuk, R. K., Keselman, H. J. Mixed-model pairwise multiple comparisons of repeated measures means. Psychological Methods. 6 (3), 282-296 (2001).
- Hayes, A. F., Cai, L. Using heteroskedasticity-consistent standard error estimators in OLS regression: An introduction and software implementation. Behavior Research Methods. 39 (4), 709-722 (2007).
- Gutzwiller, K. J., Riffell, S. K. . Using Statistical Models to Study Temporal Dynamics of Animal-Landscape Relations. , (2007).
- Calama, R., Montero, G. . Multilevel linear mixed model for tree diameter increment in stone pine (Pinus pinea): a calibrating approach. 39, (2005).
- Vonesh, E. F., Chinchilli, V. M. Linear and nonlinear models for the analysis of repeated measurements. Journal of Biopharmaceutical Statistics. 18 (4), 595-610 (1996).
- Zobel, J. M., Ek, A. R., Burk, T. E. Comparison of Forest Inventory and Analysis surveys, basal area models, and fitting methods for the aspen forest type in Minnesota. Forest Ecology & Management. 262 (2), 188-194 (2011).
- Sharma, M., Parton, J. Height-diameter equations for boreal tree species in Ontario using a mixed-effects modeling approach. Forest Ecology & Management. 249 (3), 187-198 (2007).
- Crecente-Campo, F., Tomé, M., Soares, P., Diéguez-Aranda, U. A generalized nonlinear mixed-effects height–diameter model for Eucalyptus globulus L. in northwestern Spain. Forest Ecology & Management. 259 (5), 943-952 (2010).
- Fu, L., Sharma, R. P., Hao, K., Tang, S. A generalized interregional nonlinear mixed-effects crown width model for Prince Rupprecht larch in northern China. Forest Ecology & Management. 389 (2017), 364-373 (2017).
- Hao, X., Yujun, S., Xinjie, W., Jin, W., Yao, F. Linear mixed-effects models to describe individual tree crown width for China-fir in Fujian Province, southeast China. Plos One. 10 (4), 0122257 (2015).
- Vanderschaaf, C. L., Burkhart, H. E. Comparing methods to estimate Reineke’s Maximum Size-Density Relationship species boundary line slope. Forest Science. 53 (3), 435-442 (2007).
- Zhang, L., Bi, H., Gove, J. H., Heath, L. S. A comparison of alternative methods for estimating the self-thinning boundary line. Canadian Journal of Forest Research. 35 (6), 1507-1514 (2005).
- Hart, D. R., Chute, A. S. Estimating von Bertalanffy growth parameters from growth increment data using a linear mixed-effects model, with an application to the sea scallop Placopecten magellanicus. Ices Journal of Marine Science. 66 (9), 2165-2175 (2009).
- Uzoh, F. C. C., Oliver, W. W. Individual tree diameter increment model for managed even-aged stands of ponderosa pine throughout the western United States using a multilevel linear mixed effects model. Forest Ecology & Management. 256 (3), 438-445 (2008).
- Condés, S., Sterba, H. Comparing an individual tree growth model for Pinus halepensis Mill. in the Spanish region of Murcia with yield tables gained from the same area. European Journal of Forest Research. 127 (3), 253-261 (2008).
- Pokharel, B., Dech, J. P. Mixed-effects basal area increment models for tree species in the boreal forest of Ontario, Canada using an ecological land classification approach to incorporate site effects. Forestry. 85 (2), 255-270 (2012).
- Wykoff, W. R. A basal area increment model for individual conifers in the northern Rocky Mountains. Forest Science. 36 (4), 1077-1104 (1990).
- Stage, A. R. Notes: An Expression for the Effect of Aspect, Slope, and Habitat Type on Tree Growth. Forest Science. 22 (4), 457-460 (1976).
- Gregorie, T. G. Generalized Error Structure for Forestry Yield Models. Forest Science. 33 (2), 423-444 (1987).
- Zhao, L., Li, C., Tang, S. Individual-tree diameter growth model for fir plantations based on multi-level linear mixed effects models across southeast China. Journal of Forest Research. 18 (4), 305-315 (2013).
- Hall, D. B., Bailey, R. L. Modeling and Prediction of Forest Growth Variables Based on Multilevel Nonlinear Mixed Models. Forest Science. 47 (3), 311-321 (2001).
- Yang, Y., Huang, S., Meng, S. X., Trincado, G., Vanderschaaf, C. L. A multilevel individual tree basal area increment model for aspen in boreal mixedwood stands : Journal canadien de la recherche forestière. Revue Canadienne De Recherche Forestière. 39 (39), 2203-2214 (2009).
- Pinheiro, J. C., Bates, D. M. Mixed-effects models in S and S-Plus. Publications of the American Statistical Association. 96 (455), 1135-1136 (2000).
