crechi pinus taeda
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Pinus Taeda. ING FTAL Crechi. Planificacion de los raleos en plantaciones de Pinus taeda en la Provincia de MisionesTRANSCRIPT
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8, 9 y 10 de Junio de 2006 – Eldorado, Misiones. Argentina
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MODELOS DE ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN INDIVIDUAL DE ÁRBOLES CON
Y SIN CORTEZA DE Pinus taeda L. PARA LA ZONA NORTE DE MISIONES,
ARGENTINA1
MODELS ESTIMATION OF INDIVIDUAL TREE VOLUME WITH AND WITHOUT
BARK OF Pinus taeda L. CULTIVATED IN NORTH ZONE OF MISIONES,
ARGENTINA
Ernesto Crechi 1
Hugo Fassola 1
Aldo Keller 1
Sara Barth2 1. Ings. Ftales. Técnicos Área Forestal. INTA EEA Montecarlo. Av. Libertador nº 2472.
C. P. 3384. Montecarlo, Misiones, Argentina. TE y FAX: 54-03751-480057/480512.
e-mail: [email protected]
2. Ing. Ftal. Cátedra Dasometría. Fac. de Cs. Ftales. (UNaM). Bertoni 124. C. P. 3380.
Eldorado. Misiones. e-mail: [email protected]
SUMMARY
Volume with and without bark prediction models were fitted on the basis of trees data
collection from Pinus taeda L. plantations, located in Misiones and North Eastern Corrientes.
Analysis of the intercepts and slopes models for both zones established the need of individual
functions for each one. Volume equation for N Misiones included diameter to 1.3 meters and
total tree height as independent variables and total volume with and without bark as
dependent variable. This data base was constituted by 245 trees of which 103 were selected
for independent sample of validation. The best Model with and without bark was selected
considering statistics like R2 (determination coefficient), Syx (standard error of the estimation),
EAM (absolute mean error) and residual distribution. Modified Prodan model was selected
and its mathematical expression, including a correction factor for logarithmic discrepancy,
was: 2 2ln(vcc) (-8,70837 1,92414*ln (dap) 0,00823*ln (dap) 0,18622*ln (h))*1,0049507= + + +
1 Trabajo Financiado por PAN 571. Funciones y Algoritmos dasométricos para manejo silvícola intensivo, de aplicación en plantaciones forestales orientadas a producción de madera de alto valor agregado.
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2 2ln(vsc) (-8,65298 1,63191*ln (dap) 0,05478*ln (dap) 0,21421*ln (h))*1,0044256= + + +
The validation against an independent data base showed an error of -0,005 and -0,0047 m3, its
relative error was -2,28 and -1,74 % with and without bark respectively.
Key words: Mathematical models, volume estimations, Pinus taeda, Misiones
RESUMEN
Con datos provenientes de árboles pertenecientes a plantaciones de Pinus taeda L.
distribuidas en la Provincia de Misiones y NE de Corrientes se procedió al ajuste de modelos
de predicción volumétrica para árboles con y sin corteza. Se generaron ecuaciones para las
zonas en estudio realizándose una comparación de pendientes, manifestándose diferencias
significativas entre las diferentes zonas de origen de los datos. En consecuencia, se procedió a
modelar en forma separada los datos de Misiones y NE Corrientes. La base de datos utilizada
en el modelo presentado está compuesta por 245 árboles del área N de Misiones, de los cuales
103 fueron separados como muestra independiente. La selección del modelo se efectuó en
base al análisis de los estadísticos R2 (coeficiente de determinación), Syx (error estándar de la
estimación), EAM (error absoluto medio) y evaluación de la distribución de residuales. El
modelo de Prodan modificado fue seleccionado. Las expresiones matemáticas de los
volúmenes con y sin corteza, con el factor de corrección por discrepancia logarítmica, fueron: 2 2ln(vcc) (-8,70837 1,92414*ln (dap) 0,00823*ln (dap) 0,18622*ln (h))*1,0049507= + + +
2 2ln(vsc) (-8,65298 1,63191*ln (dap) 0,05478*ln (dap) 0,21421*ln (h))*1,0044256= + + +
La validación a través de la muestra independiente arrojó un error de – 0,0050 m3 para
volumen con corteza y – 0,0047 m3 para volumen sin corteza, para dichos casos el error
relativo fue de – 2,28 % y – 1,74 % respectivamente.
Palabras clave: Modelo matemático, estimación de volumen, Pinus taeda, Misiones
INTRODUCCIÓN
La estimación del volumen individual del árbol es un problema relevante de la
dendrometría y de la realización de inventarios forestales. La dificultad en la determinación
directa de dicho volumen a través de la cubicación de secciones hace conveniente contar con
expresiones matemáticas que, basadas en una muestra objetivamente seleccionada permita
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estimar el volumen de los individuos sobre la base de mediciones simples como lo son el
diámetro a altura de pecho (dap) y la altura total (h).
En la región existen antecedentes de tablas de volúmenes de simple y doble entrada para
diferentes especies implantadas, tal lo citado por CRECHI et al. (2004).
En el período 1997-1999 se desarrolló y presentó el Simulador Forestal de Pinus
taeda, Pinus elliottii y Araucaria angustifolia en un convenio entre INTA EEA Montecarlo,
la Facultad de Ciencias Forestales perteneciente a la Universidad Nacional de Misiones y
empresas privadas del medio (FRIEDL et al., 1997 a, b; CRECHI et al., 1998, 1999). En esas
oportunidades se consideraron modelos conjuntos para las provincias de Misiones y
Corrientes.
Dado que la base datos fue ampliada, el objetivo del presente trabajo fue verificar si
las bases de datos correspondientes a las zonas N Misiones y S Misiones – NE Corrientes,
podían unificarse en un solo modelo general, o bien en Pinus taeda debían ajustarse modelos
de estimación de volumen individual con y sin corteza para cada zona en particular.
MATERIALES Y MÉTODOS
La base general (Misiones y Corrientes) estuvo conformada por datos provenientes de
mediciones efectuadas por Alto Paraná S. A., Lipsia S. A., Celulosa Argentina S. A., Las
Marías S. A., Bosques del Plata S. A., Fiplasto S. A, los Ings. Mutarelli E., Mariott V., Friedl
R., e instituciones como el ex IFONA e INTA EEA Montecarlo.
La base de datos general quedó conformada por 860 individuos, de los cuales, 578
correspondían a la zona N de Misiones- Alta Misiones (PAPADAKIS, 1974) y 282 a S
Misiones – NE de Corrientes (PAPADAKIS, 1974). A su vez, 245 árboles del N de Misiones-
Alta misiones poseían datos con y sin corteza, no contando S de Misiones – NE de Corrientes
con esta última información.
Comparación de pendientes por zona.
Se procedió a la comparación de interceptos (ordenadas al origen) y pendientes
mediante un análisis de relaciones lineales que consideraban como variable dependiente al
volumen observado y como variable independiente a ((dap2)*h), ajustadas para las zonas N de
Misiones – Alta Misiones y S Misiones – NE Corrientes, pertenecientes a la región
agroecológica de clima Subtropical sin Estación seca (PAPADAKIS, 1974).
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Descripción de los datos de la base empleada en el ajuste para la zona Norte de Misiones
En las Tablas 1 a 3 se pueden observar los dap, alturas y edades máximas, mínimas y
promedio, como así también el número de ejemplares de la misma y su distribución
diamétrica.
El volumen total con y sin corteza (vcc y vsc), fue calculado mediante la fórmula de
Smalian, mientras que el volumen del ápice fue calculado mediante la fórmula del cono.
Dicho procesamiento fue realizado con el Sistema de Procesamiento de Datos de Árboles
Individuales del INTA EEA Montecarlo (KECK, et al., 1997).
Tabla 1: Valores observados de las variables descriptoras de la base de datos zona N de
Misiones
Table 1: Observed values for the descriptors variables zone N of Misiones data base.
valores dap (cm) h (m) edad (años)
Mín. 6,55 4,27 5
Máx. 64 32,2 38
Prom. 27,92 18,88 15
Tabla 2: Valores observados de las variables descriptoras de la muestra independiente para la
zona N de Misiones
Table 2: Observed values for the independent sample validation descriptor variable zone N of
Misiones
valores dap (cm) h (m) edad (años)
Mín. 10,48 6,14 5
Máx. 60,5 29,4 38
Prom. 18,90 13,9 10
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Tabla 3: Distribución diamétrica de la base de datos empleada para el N de Misiones
Table 3: Diametric distribution for N Misiones data base
Clase Diamétrica N n ajuste n muestra independiente
0-9,9 11 11
10-19,9 96 33 63
20-29,9 74 37 37
30-39,9 31 30 1
40-49,9 22 21 1
50-59,9 9 9
60-69,9 2 1 1
Total 245 142 103
Donde:
N: Número total de individuos que integran la base de datos considerada
n ajuste: Número de ejemplares empleados en el ajuste de los modelos
n muestra independiente: Número de árboles separados como muestra independiente
de validación
La base de datos correspondiente a la zona Sur de Misiones- NE de Corrientes fue
descripta por Fassola et al. (2006).
Ajuste de modelos
Tras la comparación de pendientes e interceptos, se procedió al ajuste de modelos para
la estimación del volumen con y sin corteza. Luego de una revisión de los modelos más
utilizados para ello, se decidió trabajar con los presentados en la Tabla 4.
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Tabla 4: Modelos ajustados
Table 4: Adjusted Models
Modelo Autor Función
1 Prodan modificado 2 20 1 2 3ln( ) ln . ln lnv b b dap b dap b h= + ⋅ + + ⋅
2 Schumacher – Hall 0 1 2ln( ) ln( ) ln( )v b b dap b h= + ⋅ + ⋅
3 Spurr logaritmizado 20 1ln( ) ln( . )v b b dap h= + ⋅
4 Naslund 2 2 2 20 1 2 3 4. . . .v b b dap b dap h b dap h b h= + ⋅ + ⋅ + +
5 Stoate hbhdapbdapbbv .).(.. 32
22
10 +++=
6 Meyer hdapbdapbdapbbv ..)(.. 32
210 +++=
Para estimar los volúmenes a partir de los modelos logarítmicos, se aplicó el factor de
corrección de discrepancia logarítmica (Fc) propuesto por Meyer (1941), y presentado por
CRECHI et al., 2004.
La selección del modelo se efectuó en base al análisis de los estadísticos R2 (coeficiente de
determinación), Syx (error estándar de la estimación), EAM (error absoluto medio) y
evaluación de la distribución de residuales. El nivel alfa (a) de aceptación fue del 95%.
Teniendo en cuenta que se utilizaron modelos con y sin transformación logarítmica, se
utilizó el Índice de Furnival (IF) (SILVA et al., 1991) para realizar la comparación entre
modelos (CRECHI et al., 2004).
Los modelos de mejor desempeño fueron validados con una muestra independiente.
RESULTADOS
Comparación de pendientes de modelos por zonas
De la base de datos empleada surgió que las zonas de Misiones y S Misiones – NE
Corrientes no pueden ser consideradas en forma conjunta dada la existencia de diferencias
significativas entre las pendientes de los modelos ajustados para cada una de ellas (Tabla 5),
razón por la cual se ajustó un modelo particular para cada zona.
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Tabla 5: ANOVA de las funciones generadas para las zonas consideradas.
Table 5: ANOVA of the functions generated for the considered areas.
Fuente de
Variación Suma de cuadrados F Valor P
(Dap^2)*H 290,897 25366,42 0,0000
Interceptos 0,00000744925 0,00 0,10
Pendientes 0,117835 10,28 0,0014
Modelo 291,015
Se presentan en este trabajo modelos de estimación de volumen individual con y sin
corteza para la zona N de la Provincia de Misiones.
Ajuste de modelos para la zona N de la Provincia de Misiones
Tras analizar el ajuste de diferentes modelos, se pre-seleccionó los de Prodan
Modificado y Schumacher – Hall como los de mejor desempeño.
Se presentan a continuación los modelos definitivos con sus respectivos coeficientes.
Modelo Prodan modificado
Las expresiones matemáticas del modelo de Prodan modificado para la estimación de
volúmenes con y sin corteza, incorporando el factor de corrección por discrepancia
logarítmica, fueron: 2 2ln(vcc) (-8,70837 1,92414*ln (dap) 0,00823*ln (dap) 0,18622*ln (h))*1,0049507= + + +
2 2ln(vsc) (-8,65298 1,63191*ln(dap) 0,05478*ln (dap) 0,21421*ln (h))*1,0044256= + + +
Los estadísticos correspondientes al modelo Prodan modificado para estimación de
volúmenes con y sin corteza son presentados en la Tabla 6.
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Tabla 6: Estadísticos de la estimación del volumen total con y sin corteza. Modelo de Prodan
modificado.
Table 6: Statistical for total volume estimation with and without bark. Prodan modified
model.
Variable R2 (%) Syx F – ratio P EAM
vcc 99,5868 0,0993831 10925,7 0,0000 0,0790069
vsc 99,5495 0,0939768 19568,99 0,0000 0,0737206
Donde: R2: Coeficiente de determinación. Syx: Error estándar de la estimación. EAM: Error absoluto medio.
Para los diferentes volúmenes, los Gráficos 1 y 2 muestran los datos observados versus
los estimados en los modelos de Prodan modificado para estimación de volúmenes con y sin
corteza.
Mediante un análisis gráfico de los puntos generados a través del empleo de los
modelos seleccionados frente a los datos reales se pudo observar que los mismos siguen un
agrupamiento similar a los datos observados pasando por el centro del diagrama de
dispersión.
0
1
2
3
5 15 25 35 45 55dap (cm)
v c
c (m
3 )
Volumen Observado c c Volumen Estimado c c
Gráfico 1: Volúmenes totales con corteza observados y estimados. Modelo Prodan
modificado
Graphic 1: Observed and estimate with bark total volumes. Prodan modified model.
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1
2
3
5 15 25 35 45 55dap (cm)
v s
c (m
3 )
Volumen Observado s c Volumen Estimado s c
Gráfico 2. Volúmenes totales sin corteza observados y estimados. Modelo Prodan modificado
Graphic 2: Observed and estimate without bark total volumes. Prodan modified model.
Schumacher – Hall
Las expresiones matemáticas del modelo Schumacher – Hall para la estimación de
volúmenes con y sin corteza, incorporando el factor de corrección por discrepancia
logarítmica, fueron:
ln(vcc) (-10,01850 2,01312*ln(dap)+0,93670*ln(h))*1,0063119= +
ln(vsc) (-10,62450 2,03185*ln(dap) 1,06905*ln(h))*1,00442401= + +
En tabla 7 se presentan los estadísticos correspondientes al modelo Schumacher – Hall
para estimación de volúmenes con y sin corteza
Tabla 7. Estadísticos del modelo de Schumacher – Hall para estimación de volumen con y sin
corteza
Table 7. Statistical of the Schumacher - Hall model for estimation volume with and without
bark
Variable R2 (%) Syx F – ratio P EAM
vcc 99,4622 0,1121790 12482,76 0,0000 0,0934697
vsc 99,3983 0,1135430 19904,49 0,0000 0,0939601
Donde: R2: Coeficiente de determinación. Syx: Error estándar de la estimación. EAM: Error absoluto medio.
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En las tablas 6 y 7 se puede observar que el estadístico F fue altamente significativo
para todas las funciones, los coeficientes de determinación ajustados resultaron todos
superiores a 0,99. El modelo Prodan modificado fue el que presentó el mayor valor de R2 y
menor Syx.
Si bien todos los modelos evaluados tuvieron buen ajuste, a través de la observación
gráfica de los residuos se pudo constatar que el de Prodan modificado presenta mejor
distribución. En base a ello se eligió a Prodan modificado como el modelo de mejor
comportamiento.
Validación del modelo de Prodan modificado.
En la tabla 8 se presenta el error que surge de la validación del modelo seleccionado al
ser contrastado contra la muestra independiente.
Tabla 8: Errores promedios provenientes de la validación de los modelos
Table 8: Average error obtained from the validation models
Modelo Volumen Error (m3) Error relativo (%)
vcc -0,0050 -2,28 Prodan modificado
vsc -0,0047 -1,74
Donde:
Error = (ΣValor Observado – Esperado)/n
Error relativo = (Σ((Valor Observado – Esperado)/Valor observado * 100))/n
En el gráfico 3 se presenta la distribución porcentual de los residuales del modelo de
Prodan modificado para estimar volumen con y sin corteza, siendo estos los que presentan
menor tendenciosidad.
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11
-30
-10
10
30
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5V (m3)
(O-E
)/O*1
00
Volumen c c Volumen s c
Gráfico 3: Diferencias porcentuales entre valores observados y estimados del volumen total
con y sin corteza. Modelo Prodan modificado
Graphics 3: Percentage differences between observed and estimated total volume with and
without bark values. Modified Prodan model.
CONCLUSIÓN
Los modelos seleccionados han surgido de ajustes sin tendencias respecto a los datos
observados por lo que pueden ser utilizadas para la determinación del volumen de árboles
individuales de Pinus taeda implantados en la zona N de la provincia de Misiones.
Si bien fue posible definir varios modelos para estimar volumen con y sin corteza de
Pinus taeda, de acuerdo a los estadísticos utilizados, el modelo Prodan modificado presentó el
mejor ajuste, mostrando además una mejor distribución de residuos. Validando dicho modelo
a través de una muestra independiente arrojó un error promedio de – 2,28 % para volumen
con corteza y – 1,74 % para volumen sin corteza.
Como los modelos seleccionados llevan implícita la medición del dap y altura total, se
recomienda el ajuste previo de una relación hipsométrica para su empleo local.
Para la utilización de los modelos presentados fuera de los rangos diamétricos
considerados debería recurrirse a una evaluación previa.
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Anexo 1: Tabla de volumen total con y sin corteza para Pinus taeda implantado en la zona N de la Provincia de
Misiones, expresado en metros cúbicos (m3) *
dap Altura (m) (cm) 6 10 14 18 22 26 30 34
V c c 0,0068 0,0101 0,0137 0,0178 5
V s c 0,0056 0,0087 0,0124 0,0167 V c c 0,0150 0,0221 0,0302 0,0391
7.5 V s c 0,0117 0,0183 0,0261 0,0351 V c c 0,0263 0,0389 0,0530 0,0687 0,0859
10 V s c 0,0200 0,0313 0,0447 0,0601 0,0778 V c c 0,0408 0,0603 0,0822 0,1064 0,1331 0,1621
12.5 V s c 0,0305 0,0478 0,0682 0,0918 0,1188 0,1491 V c c 0,0585 0,0863 0,1176 0,1523 0,1905 0,2321
15 V s c 0,0433 0,0678 0,0967 0,1303 0,1685 0,2115 V c c 0,0792 0,1169 0,1593 0,2064 0,2581 0,3145 0,3755
17.5 V s c 0,0584 0,0913 0,1304 0,1756 0,2271 0,2851 0,3496 V c c 0,1031 0,1521 0,2074 0,2686 0,3359 0,4092 0,4887
20 V s c 0,0757 0,1185 0,1693 0,2280 0,2948 0,3700 0,4538 V c c 0,1300 0,1920 0,2616 0,3389 0,4238 0,5163 0,6166 0,7247
22.5 V s c 0,0955 0,1494 0,2134 0,2874 0,3716 0,4664 0,5721 0,6888 V c c 0,1601 0,2364 0,3222 0,4174 0,5219 0,6359 0,7593 0,8924
25 V s c 0,1176 0,1841 0,2629 0,3540 0,4578 0,5746 0,7047 0,8485 V c c 0,1934 0,2855 0,3891 0,5040 0,6302 0,7678 0,9169 1,0775
27.5 V s c 0,1422 0,2225 0,3177 0,4279 0,5534 0,6945 0,8518 1,0257 V c c 0,3391 0,4622 0,5987 0,7486 0,9121 1,0892 1,2801
30 V s c 0,2648 0,3781 0,5092 0,6586 0,8265 1,0137 1,2206 V c c 0,3974 0,5416 0,7015 0,8773 1,0688 1,2764 1,5000
32.5 V s c 0,3110 0,4441 0,5981 0,7734 0,9707 1,1906 1,4336 V c c 0,4602 0,6273 0,8125 1,0161 1,2379 1,4783 1,7373
35 V s c 0,3612 0,5157 0,6945 0,8982 1,1273 1,3826 1,6647 V c c 0,5277 0,7193 0,9317 1,1650 1,4195 1,6951 1,9921
37.5 V s c 0,4154 0,5931 0,7987 1,0329 1,2963 1,5899 1,9144 V c c 0,5998 0,8175 1,0590 1,3242 1,6134 1,9267 2,2643
40 V s c 0,4736 0,6762 0,9106 1,1776 1,4780 1,8127 2,1827 V c c 0,9221 1,1944 1,4936 1,8198 2,1731 2,5539
42.5 V s c 0,7652 1,0305 1,3326 1,6725 2,0513 2,4700 V c c 1,0330 1,3380 1,6732 2,0386 2,4344 2,8610
45 V s c 0,8601 1,1583 1,4979 1,8800 2,3058 2,7764 V c c 1,1501 1,4898 1,8630 2,2698 2,7105 3,1855
47.5 V s c 0,9610 1,2942 1,6737 2,1006 2,5763 3,1021 V c c 1,2736 1,6498 2,0630 2,5135 3,0015 3,5275
50 V s c 1,4383 1,8600 2,3344 2,8631 3,4475 V c c 1,8179 2,2732 2,7696 3,3074 3,8870
52.5 V s c 1,5906 2,0570 2,5817 3,1663 3,8126
55 V c c 1,9942 2,4937 3,0382 3,6282 4,2639 57.5 V s c 1,7513 2,2647 2,8424 3,4861 4,1977
* Valores en letra negrita corresponden a rango diamétrico observado.