Modelos de crecimiento y producción en España: historia, ejemplos contemporáneos y perspectivas

[EN] In this paper we present a review of forest models developed in Spain in recent years for both timber and non timber production and forest dynamics (regeneration, mortality). Models developed are whole stand, size (diameter) class and individual-tree. The models developed to date have been developed using data from permanent plots, experimental sites and the National Forest Inventory. In this paper we show the different sub-models developed so far and the friendly use software. Main perspectives of forest modeling in Spain are presented[ES] En el presente trabajo se presenta una revisión sobre los modelos forestales desarrollados en España durante los últimos años, tanto para la producción maderable como no maderable y, para la dinámica de los bosques (regeneración, mortalidad). Se presentan modelos tanto de rodal completo como de clases diamétricas y de árbol individual. Los modelos desarrollados hasta la fecha se han desarrollado a partir de datos procedentes de parcelas permanentes, ensayos y el Inventario Forestal Nacional. En el trabajo se muestran los diferentes submodelos desarrollados hasta la fecha, así como las plataformas informáticas que permiten utilizar dichos modelos. Se incluyen las principales perspectivas de desarrollo de la modelización forestal en EspañaSIThe models described in this paper were funded by different regional, national and European projects, and some of them were elaborated by the authors. This work was funded by the Spanish Government by the SELVIRED network (code AGL2008-03740) and the strategic project «Restauración y Gestión Forestal» (code PSE-310000-2009-4

Using past growth to improve individual-tree diameter growth models for uneven-aged mixtures of Pinus sylvestris L. and Pinus nigra Arn. in Catalonia, north-east Spain

In this study, growth models of individual tree diameter for uneven-aged mixtures of P. sylvestris and P. nigra in Catalonia were developed using a past growth index as site descriptor. These models were compared to an earlier model, based on the same data, that did not use past growth as a predictor. The growth index was calculated as a ratio of the measured and predicted past growth of sample trees within a given stand, the predictors pertaining to an average site. The models for future growth were based on 7 982 and 5 673 observations, and the models for past growth on 1 997 and 1 686 observations for P. sylvestris and P. nigra, respectively. Due to the applied Snowdon correction, the biases for the diameter growth models were zero. The relative RMSE values were 56.3% for the earlier P. sylvestris model and 52.0% for the new model, and 48.7% for the earlier P. nigra model and 47.1% for the new model. The accuracy of stand-level predictions (10-year change in basal area of living pines in the inventory plots) was better for the new models (Bias % = 2.79 and RMSE % = 34.79) than for the earlier ones (Bias % = 3.27 and RMSE % = 41.54). The results indicate that the new models adapt to specific stand conditions better than models that omit past growth measurements.Utilisation de la croissance passée pour l’évaluation du site dans des modèles non spatialisés de croissance en diamètre pour des peuplements irréguliers et mélangés de Pinus sylvestris L. et Pinus nigra Arn. en Catalogne (Nord-Est de l’Espagne). Dans cette étude, des modèles de croissance en diamètre pour des peuplements irréguliers et mélangés de Pinus sylvestris L. et Pinus nigra Arn. en Catalogne ont été développés en utilisant un indice de croissance passée comme prédicteur du site. Ces modèles étaient comparés avec un modèle antérieur, à partir des mêmes valeurs, qui n’utilisait pas la croissance passée comme prédicteur. L’indice de croissance a été calculé comme un rapport de la croissance passée mesurée et la croissance passée prédite des arbres échantillonnées dans une placette donnée, avec des prédicteurs concernant un site moyen. Les modèles pour la croissance future correspondent à 7 982 et 5 673 observations, et les modèles pour la croissance passée à 1 997 et 1 686 observations pour P. sylvestris et P. nigra, respectivement. Les biais pour les modèles de croissance en diamètre sont zéro en raison de l’application de la correction de Snowdon. Les valeurs relatives du RMSE étaient 56.3 % pour le modèle antérieur de P. sylvestris et 52.0 % pour le nouveau modèle, et 48.7 % pour le modèle antérieur de P. nigra et 47.1 % pour le nouveau modèle. La précision des prédictions au niveau des placettes (dérive en surface terrière pour 10-années des arbres vivants dans les placettes d’inventaire) était meilleure pour les nouveaux modèles (Biais % = 2.79 et RMSE % = 34.79) que pour les modèles antérieures (Biais % = 3.27 et RMSE % = 41.54). Les résultats indiquent que les nouveaux modèles s’adaptent mieux aux conditions spécifiques de peuplement que les modèles omettant les mesures de croissance passée

Optimising the management of uneven-aged Pinus sylvestris L. and Pinus nigra Arn. mixed stands in Catalonia, north-east Spain

This study uses a simulation-optimisation system, PINUSMIX, to optimise the structure and management of uneven-aged mixtures of Pinus sylvestris L. and Pinus nigra Arn. in Catalonia (north-east Spain). The simulation sub-system consists of a method for drawing the initial tree diameters from a Weibull distribution and a stand growth and yield simulator based on individual-tree growth, height, ingrowth and survival models. The simulation sub-system was combined with the optimisation algorithm of Hooke and Jeeves. The system was used to optimise the management of uneven-aged mixtures of P. sylvestris and P. nigra on medium site characteristics in the region. When the land expectation value with a 20-year cutting cycle and a 2% discounting rate was maximized, the land expectation value was 1331 euro ha–1, and the optimal prior-thinning stand volume was 86 m3 ha–1. In the optimal stand structure P. sylvestris dominated. The effects of discounting rate, cutting cycle length, objective function, site, timber prices, type of diameter distribution and biodiversity considerations were logical. Increasing discounting rate and shortening the cutting cycle decreased the optimal prior-thinning stand densities. Maximising wood production or net income resulted in higher volumes of growing stock than did maximising profitability. Forcing the inclusion of large trees in the stand, for biodiversity reasons, clearly decreased profitability but had no effect on wood production.Optimisation de l’aménagement des peuplements irréguliers et mélangés de Pinus sylvestris L. et Pinus nigra Arn. en Catalogne (nord-est de l’Espagne). L’article décrit un système de simulation et optimisation, PINUSMIX, pour l’aménagement des peuplements irréguliers et mélangés de Pinus sylvestris L. et Pinus nigra Arn. en Catalogne (nord-est de l’Espagne). La combinaison des systèmes simulation-optimisation permet de trouver la structure et le scénario sylvicole optimal pour une fonction objective donnée. Le sous-système de simulation est basé sur un méthode pour dessiner les diamètres initiaux des arbres à partir d’une distribution de Weibull et un simulateur de la croissance et de la production du peuplement basé sur des modèles de croissance en diamètre, hauteur, développement, et survie. Le sous-système de simulation était combiné avec l’algorithme d’optimisation développé par Hooke et Jeeves. Le système était utilisé pour optimiser l’aménagement des peuplements irréguliers et mélangés de P. sylvestris et P. nigra en conditions moyennes de site dans la région. Quand la valeur espérée du fond, avec un cycle de coupe de vingt ans, pour un taux d’escompte de 2 %, était maximisée, la valeur espérée du fond atteignait 1331 euro ha–1, et le volume optimal avant-coupe du peuplement était 86 m3 ha–1. Dans la structure optimale du peuplement P. sylvestris était dominant. Les effets de taux d’escompte, durée du cycle de coupe, fonction objectif, site, prix du bois, type de distribution des diamètres, et considérations de biodiversité, étaient logiques. Augmenter le taux d’escompte et écourter la durée du cycle de coupe diminuaient les densités optimales d’avant-coupe. La maximalisation de la production de bois ou du revenu net se traduisait en niveaux de volume sur pied plus élevés que ceux obtenus avec la maximalisation de la rentabilité. L’inclusion pour des raisons de biodiversité d’arbres de grandes dimensions avait pour effet de diminuer clairement la rentabilité mais n’affectait pas la production de bois

The use of tree level vs. stand level data in forest planning calculations – does it really matter?

This study examined how the type of compartment inventory data affects the outcome of forest planning calculations. The inventory data alternatives were tree level data vs. a set of stand characteristics. When stand characteristics were used the diameter distribution of trees was predicted from the stand variables. For this, prediction models for the parameters of the diameter distribution of stand basal area were developed for seven main tree species in Catalonia. An optimisation approach was used to find the coefficients of the parameters models. The predicted diameter distribution was either scaled to yield the measured total stand basal area, or calibrated with the help of more than one stand characteristics. Individual tree data were used as a reference method to which the stand level data and the alternative ways to derive the diameter distributions were compared. The methods were compared in terms of calculated inventory results, growth predictions and treatment prescriptions (harvest removals per compartment) for the province of Lleida in Catalonia. The results showed that tree- and stand-level inventory data give very similar results. Calibration of the predicted diameter distribution improved the accuracy of forest planning calculations. When stand basal area, number of trees per hectare and basal-area-weighted median diameter were used to calibrate the diameter distributions the results were rather close to those based on tree level inventory data.L'utilisation des données au niveau arbre par rapport au niveau peuplement dans les calculs de planification en forêt – Est-ce réellement important ?. Ce travail analyse comment le type de données d'inventaire affecte les calculs de planification et de gestion forestières. Les données d'inventaire testées étaient soient des données concernant les arbres, soit des caractéristiques générales des peuplements. Lors de la mise en œuvre de caractéristiques de peuplement, la distribution des diamètres des arbres était prédite à partir des variables de peuplement. Pour cela, des modèles prédictifs de distribution de diamètres à partir de la surface terrière ont été développés pour sept espèces d'arbres de Catalogne. Une approche par optimisation a été utilisée pour trouver les coefficients des modèles. La distribution des diamètres prédite a été soit directement rapportée à la surface terrière totale, soit calibrée avec plusieurs caractéristiques du peuplement. Des données par arbre ont été utilisées comme référence pour une comparaison des prédictions au niveau du peuplement et les solutions alternatives pour simuler la distribution des diamètres ont été analysées. Les méthodes ont été comparées en termes de résultats de calculs d'inventaire, de prédiction de croissance et de prescription de traitements sylvicoles (récoltes par compartiments) pour la province de Lleida en Catalogne. Les résultats montrent que les inventaires au niveau arbre et au niveau peuplement produisent des résultats très similaires. Une calibration de la distribution prédite des diamètres a amélioré la précision des calculs de planification forestière. Lorsque la surface terrière, le nombre d'arbre à l'hectare et la surface terrière pondérée par le diamètre médian étaient utilisés pour calibrer la distribution des diamètres les simulations produisaient des résultats très proches de ceux basés sur les données de l'inventaire par arbre