Анализ горизонтальной структуры древостоев методами случайных точечных полей | Analysis of tree stand horizontal structure using random point field methods

Russian. Рассмотрено применение модельного подхода к анализу горизонтальной структуры древостоя. Описаны основные типы моделей случайных точечных полей, а также статистические процедуры и функции, которые могут быть использованы для изучения размещения деревьев одно- и разновозрастных насаждений на разных стадиях развития. Показано, как современные методы пространственной статистики применяются для выяснения законов естественного изреживания древостоя и соответствующих изменений его пространственной структуры с течением времени. На примере изучения динамики отпада деревьев последовательно описаны этапы моделирования горизонтальной структуры насаждений: проверка однородности размещения деревьев, выбор подходящей параметрической модели, оценка параметров и генерация точечных паттернов в соответствии с выбранной моделью, подбор статистических функций для описания горизонтальной структуры древостоев, тестирование статистических гипотез о соответствии моделей и данных. Продемонстрированы возможности специализированного пакета Spatstat, служащего программной поддержкой современных методов анализа пространственного распределения систем дискретных объектов. Показано, что описание естественного изреживания древостоев без учета взаимодействия деревьев хорошо воспроизводит их размерную структуру, однако пространственная структура моделируемых таким способом насаждений не вполне соответствует реальному размещению деревьев в древостоях соответствующего возраста. По данным наблюдений в 3 сосняках в возрасте 25, 55 и 90 лет показана перспективность использования моделей случайных точечных полей для объединения данных однократных обмеров разных древостоев в общий динамический ряд с целью изучения процесса естественного изреживания лесных насаждений.

English. Considered is the use of the model approach to analyze the horizontal structure of forest stands. The main types of models of random point fields and statistical procedures that can be used to analyze spatial patterns of trees of uneven and even-aged stands are described. It is shown how modern methods of spatial statistics can be used to address one of the objectives of forestry – to clarify the laws of natural thinning of forest stand and the corresponding changes in its spatial structure over time. Studying natural forest thinning, we describe the consecutive stages of modeling: selection of the appropriate parametric model, parameter estimation and generation of point patterns in accordance with the selected model, the selection of statistical functions to describe the horizontal structure of forest stands and testing of statistical hypotheses. We show the possibilities of a specialized software package, Spatstat, which is designed to meet the challenges of spatial statistics and provides software support for modern methods of analysis of spatial data. We show that a model of stand thinning that does not consider inter-tree interaction can project the size distribution of the trees properly, but the spatial pattern of the modeled stand is not quite consistent with observed data. Using data of three pine forest stands aged 25, 55, and 90-years, we demonstrate that the spatial point process models are useful for combining measurements in the forest stands of different ages to study the forest stand natural thinning.