Оценка статистических моделей распределения деревьев по диаметру в культурах сосны
Статья: Оценка статистических моделей распределения деревьев по диаметру в культурах сосны
Автор: Дубенок Н.Н., Лебедев А.В., Кузьмичев В.В.
Журнал: Лесохозяйственная информация @forestry-information
Рубрика: Лесная таксация
Статья в выпуске: 1, 2022 года.
Бесплатный доступ
В настоящее время для моделирования распределения деревьев по диаметру используется широкий диапазон функций плотности вероятности. Цель исследования - сравнить несколько статистических моделей с точки зрения гибкости и способности оптимально описывать распределение деревьев по диаметру на примере лесных культур сосны. Использованы данные по 231 ряду распределения деревьев по диаметру на 24 постоянных пробных площадях в лесных культурах сосны Лесной опытной дачи Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К.А. Тимирязева. В качестве моделей распределения деревьев по диаметру проанализированы 12 функций распределения: бета-распределение, гамма-распределение, Хи-распределение, распределение Хи-квадрат, распределение SB-Джонсона, распределение SU-Джонсона, логнормальное распределение, распределение Накагами, Пирсона III типа, нормальное распределение и распределение Вейбулла. Для оценки соответствия теоретических распределений фактическим данным рассчитывали квадратный корень из среднеквадратической ошибки, среднюю абсолютную ошибку, среднее смещение ошибок и проводили тесты Колмогорова-Смирнова и Хи-квадрат. Анализируя результаты выравнивания рядов распределения деревьев сосны по диаметру в культурах, можно сделать вывод, что по большинству рассмотренных критериев трехпараметрическое распределение Вейбулла в наибольшей степени соответствует фактическим данным. Но в то же время близкие значения метрик качества для различных моделей распределения показывают, что нет однозначного решения относительно того, какую модель считать наиболее подходящей. В качестве лучшей модели целесообразней принимать наиболее гибкую для конкретного набора эмпирических данных.
Сосна, лесные культуры, распределение деревьев, диаметр дерева, функция распределения
Короткий адрес: https://sciup.org/143178323
IDR: 143178323 | УДК: 630.5 | DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2022.1.03
Estimation of statistical models of distribution of diameters of trees in pine plantations
In forestry, a wide range of probability density functions are currently used to model the distribution of tree diameters. The aim of the study is to compare several statistical distribution models in terms of flexibility and ability to best describe the distribution of tree diameters using the example of pine forest plantations. We used data on 231 series of tree diameters distribution on 24 permanent test plots in pine forest plantations of the Forest Experimental Station of the Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy. The 12 distribution functions were analyzed as models of tree diameter distribution: beta distribution, gamma distribution, Chi distribution, Chi-square distribution, SB-Johnson distribution, SU-Johnson distribution, lognormal distribution, Nakagami, Pearson type III, normal distribution and distribution of Weibull. To assess the correspondence of theoretical distributions to the actual data, the square root of the mean square error, the mean absolute error, the mean bias of the errors was calculated, and the Kolmogorov-Smirnov test and the Chi-square test were performed. Analyzing the results of aligning the distribution series of the diameters of pine trees in crops, we can conclude that, according to most of the considered criteria, the Weibull three-parameter distribution is most consistent with the actual data. But at the same time, close values of the quality metrics for different distribution models show that there is no unambiguous decision as to which model is considered the most appropriate. Speaking about the best model, it is better to take as it the most flexible one for a particular set of empirical data.
Список литературы Оценка статистических моделей распределения деревьев по диаметру в культурах сосны
- Baile, R.L. Quantifying diameter distributions with the Weibull function / R.L. Baile, T.R. Dell // For. Sci. - 1973. - № 19. - P. 97-104.
- Hyink, D.M. A generalized framework for projecting forest yield and stand structure using diameter distributions / D.M. Hyink, J.W. Moser // For. Sci. - 1983. - № 29. - P. 85-95.
- Individual height-diameter models for young black spruce (Picea mariana) and jack pine (Pinus banksiana) plantations in New Brunswick, Canada / X. Lei, C. Peng, H. Wang, X. Zhou // Forest. Chron. - 2009. - № 85. - P. 43-56. - DOI: 10.5558/tfc85043-1.
- Coomes, D.A. Mortality and tree-size distributions in natural mixed-age forests / D.A. Coomes, R.B. Allen // J. Ecol. - 2007. - № 95. - P. 27-40.
- Knight, D.H. A phytosociological analysis of species-rich tropical forest on Barro Colorado Island, Panama / D.H. Knight // Ecol. Monogr. - 2007. - № 45. - P. 259-284.
- Gap-dependent recruitment, realized vital rates, and size distributions of tropical trees / S.J. Wright, H.C. MullerLandau, R. Condit, S.P. Hubbell // Ecology. - 2003. - № 84. - P. 3174-3185.
- Ogana, F.N. Comparison of beta, Gamma and Weibull distributions for characterizing tree diameter in Oluwa Forest Reserve, Ondo State, Nigeria / F.N. Ogana, J.S.A. Osho, J.J. Gorgoso-Varela // Journal of Natural Sciences Research. - 2015. - № 5(4). - P. 28-36.
- Тюрин, А.В. Таксация леса / А.В. Тюрин. -2-е изд. - М. : Гослестехиздат, 1945. - 376 с.
- Третьяков, Н.В. Закон единства в строении насаждений / Н.В. Третьяков. - М.-Л. : Новая деревня, 1927. - 113 с.
- Meyer, H.A. Structure, growth, and drain in balanced uneven-aged forests / H.A. Meyer // J. For. - 1952. - № 50. - P. 85-92.
- Wang, M. Tree diameter distribution modelling: introducing the logit-logistic distribution / M. Wang, K. Rennolls // Can. J. For. Res. - 2005. - № 35. - P. 1305-1313. - DOI: 10.1139/X05-057.
- Percentile-based distributions characterize forest stand tables / B.E. Borders, R.A. Souter, R.L. Bailey, K.D. Ware // For. Sci. - 1987. - № 33. - P. 570-576.
- Ciceu, A. Modeling the Diameter Distribution of Mixed Uneven-Aged Stands in the South Western Carpathians in Romania / A. Ciceu, D. Pitar, O. Badea // Forests. - 2021. - № 12. - id 958. - DOI: 10.3390/f12070958.
- Хлюстов, В.К. Товарно-денежный потенциал древостоев и оптимизация лесопользования / В.К. Хлюстов, А.В. Лебедев. - Иркутск : Мегапринт, 2017. - 328 с.
- de Lima R.A.F. Modeling Tree Diameter Distributions in Natural Forests: An Evaluation of 10 Statistical Models / R.A.F. de Lima, J.L.F. Batista, P.I. Prado // For. Sci. - 2015. - № 61. - P. 320-327. - DOI: 10.5849/forsci.14-070.
- Дубенок, Н.Н. Результаты экспериментальных работ за 150 лет в Лесной опытной даче Тимирязевской сельскохозяйственной академии / Н.Н. Дубенок, В.В. Кузьмичев, А.В. Лебедев. - М. : Наука, 2020. - 382 с.
- 17.Дубенок, Н.Н. Рост и продуктивность древостоев сосны и лиственницы в условиях городской среды / Н.Н. Дубенок, В.В. Кузьмичев, А.В. Лебедев // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. - 2018. - № 1(37). - С. 54-71. - DOI 10.15350/23062827.2018.1.54.
- Товарные таблицы для таксации сосняков искусственного происхождения Поволжья / В.Л. Черных, А.А. Домрачев, А.С. Елсуков, Н.Г. Киселева, Н.Н. Охотин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2009. - № 4 (54). - С. 35-41.
- Fatigue Statistical Distributions Useful for Modeling Diameter and Mortality of Trees / V. Leiva, M.G. Ponce, C. Marchant, O. Bustos // Revista Colombiana de Estadística. - 2012. - № 35(3). - P. 349-370.
- Projejao da distribuijao diamétrica de povoamentos de eucalipto em diferentes amplitudes de classe / C.A. Jr. Araújo, G.S. Nogueira, M.L.R. Oliveira, R.O.V. Miranda, R.V.O. Castro, E. Pelli // Pesquisa Agropecuária Brasileira. 2010. - № 45(11). - P. 1275-1281. - DOI: 10.1590/S0100-204X2010001100007.
- Prediction System for Diameter Distribution and Wood Production of Eucalyptus / R. Miranda, L. Fiorentin, S.P. Netto, R. Juvanhol, A.D. Corte // Floresta Ambient. - 2018. - № 25(3). - DOI: 10.1590/2179-8087.054816.
- Teimouri, M. Evaluation of estimation methods for parameters of the probability functions in tree diameter distribution modeling / M. Teimouri, K. Abdolahnezhad, Sh. Ghalandarayeshi // Environmental Resources Research. - 2020. - № 8(1). - 2020. - P. 25-40.
- Pogoda, P. Modeling Diameter Distribution of Black Alder (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) Stands in Poland / P. Pogoda, W. Ochal, S. Orzel // Forests. - 2019. - № 10. - id 412. - DOI: 10.3390/f10050412.
- Ogana, F.N. Modeling diameter distributions of Gmelina arborea plantation in Omo Forest Reserve, Nigeria with Johnson's SB / F.N. Ogana, E.S. Itam, J.S.A. Osho // Journal of Sustainable Forestry. - 2016. - DOI: 10.1080/1054981 1.2016.1263575.
- Diameter Distribution of Semi-natural Mixed Forest of Pinus massoniana and Broadleaved Trees Based on Stratification / J. Wang, M. Yan, Q. Huang, R. Huang, Q. Zheng // Forest Research. - 2021. -№ 34(3). - P. 72-80. -DOI: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2021.03.008.
- Chen, Y. Stand Diameter Distribution Modeling and Prediction Based on Maximum Entropy Principle / Y. Chen, B. Wu, Z. Min // Forests. - 2019. - № 10(10). - id 859. - DOI: 10.3390/f10100859.
- Лемешко, Б.Ю.Сравнительный анализ мощности критериев согласия при близких конкурирующих гипотезах. I. Проверка простых гипотез / Б.Ю. Лемешко, С.Б. Лемешко, С.Н. Постовалов // Сибирский журнал индустриальной математики. - 2008. - Т. XI. - № 2 (34). - С. 96-111.
- Макаренко, А.А. К методике изучения древостоя / А.А. Макаренко // Лесообразовательные процессы на Урале : тр. Ин-та экологии растений и животных. - Вып. 67. - Свердловск, 1970. - С. 242-251.
- Макаренко, А.А. О свойствах рядов распределения деревьев в древостоях / А.А. Макаренко // Лесоведение. - 1975. - № 6. - С. 42-60.
- Остромогильская, И.Е. Закономерности распределения деревьев по толщине в совокупности однородных насаждений / И.Е. Остромогильская // Современное лесоустройство и таксация леса. - М. : ВНИИЛМ, 1974. - Вып. 4. - С. 200-206.
- Верхунов, П.М. Закономерности строения разновозрастных сосняков / П.М. Верхунов. - Новосибирск : Наука, 1976. - 256 с.