Karışık etkili modelleme yaklaşımıyla karaçam hacim denklemlerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, İç Anadolu ve Akdeniz Bölgelerindeki dört farklı yörede bulunan saf Anadolu Karaçamı meşcereleri için bölgesel tek ve çift girişli kabuklu ağaç hacim denklemleri geliştirilmiştir. Bu amaçla, ölçülen ağaçlardan 170’i denklem geliştirmede, 30’u ise kontrolde kullanılmıştır. Denklem geliştirmek için 4 adet tek ve 16 adet çift girişli ağaç hacim denklemi, 6 farklı başarı ölçütüne göre kıyaslanmış ve en başarılı olan denklemler belirlenmiştir. Seçilen denklemlerin düzeltilmiş belirtme katsayısı (R2düz), hata kareler ortalamasının karekökü (HKOK), ortalama mutlak hata yüzdesi (%OMH) ve toplam hata yüzdesi (%TH) değerleri sırasıyla; tek girişli denklemde 0,951; 0,145; 12,798 ve 0,263 şeklinde, çift girişli denklemde ise 0,976; 0,103; 8,978 ve 6x10-4 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca karışık etkili modelleme yaklaşımıyla, elde edilen hacim denklemlerinin katsayıları, her yöre için ayrı ayrı yeniden hesaplanmış ve hacim gelişimindeki bölgesel farklılık ortaya konmuştur. Son olarak da, geliştirilen denklemlerin daha önceki karaçam hacim denklemleriyle kıyaslaması yapılmıştır.

Keywords

• Anadolu Karaçamı
• bölgesel ağaç hacim denklemleri
• karışık etkili modelleme
• regresyon yöntemi

Development of Crimean pine volume equations: a mixed-effects modeling approach

Abstract

In this study, single- and double-entry over-barked volume equations were developed for pure Anatolian Crimean Pine stands in four different areas in Central Anatolia and the Mediterranean. For this purpose, 170 of the measured trees were used in model development and 30 in control. Six different success criteria were used on 4 single- and 16 double-entry tree volume equations in order to develop the equations, and the best equations were determined. The adjusted coefficient of determination (R2adj.), the root mean squared error (RMSE), the mean absolute percent error (MAPE) and the total percent error (TPE) values of the selected equations are respectively; it was calculated as 0.951, 0.145, 12.798 and 0.263 for the single-entry equation, and as 0.976, 0.103, 8.978 and 6x10-4 for the double-entry equation. In addition, the regional heterogeneity in volume development was shown by recalculating the coefficients of the volume equations obtained using the mixed effect modeling approach independently for each region. Finally, the developed equations were compared with the earlier Anatolian Crimean pine equations.

Keywords

• Crimean pine
• regional tree volume equations
• mixed effect modeling
• regression method

References

1. Akalp, T., 1978. Türkiye’deki Doğu Ladini (Picea orientalis Lk. Carr.) Ormanlarında Hasılat Araştırmaları. İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Yayın No: 2483/261, 145 s., İstanbul.
2. Alemdağ, Ş., 1962. Türkiye’deki Kızılçam Ormanlarının Gelişimi, Hasılat ve Amenajman Esasları. Ormancılık Araştırma Enstitüsü, Teknik Bülten No: 11, Ankara.
3. Alemdağ, Ş., 1967. Türkiye’deki Sarıçam Ormanlarının Kuruluşu, Verim Gücü ve Bu Ormanların İşletilmesinde Takip Edilecek Esaslar, Ormancılık Araştırma Enstitüsü, Teknik Bülten No: 20, Ankara.
4. Alkan, O., Özçelik, R., 2020. Stem taper equations for diameter and volume predictions of Abies cilicica Carr. in the Taurus Mountains, Turkey. Journal of Mountain Science 17 (12): 3054–3069. https://doi.org/10.1007/s11629-020-6071-x
5. Asan, Ü., 1984. Kazdağı Göknarı (Abies equi-trojani Aschers, Et Sinten.) Ormanlarının Hasılat Ve Amenajman Esasları Üzerine Araştırmalar. İ.Ü. Orman Fakültesi, İ.Ü Yayın No, 3205, O.F. Yayın No, 365, Taş Matbaası, 207 s. İstanbul.
6. Baskerville, G.L., 1972. Use of logarithmic regression in the estimation of plant biomass. Canadian Journal of Forest Research 2: 49-53. https://doi.org/10.1139/X72-009
7. Baynazoğlu, F., 2014. Mudurnu-Sırçalı Orman İşletme Şefliğinde yayılış gösteren Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) meşcereleri için tek ve çift girişli ağaç hacim denklemlerinin geliştirilmesi. 55s. Yüksek Lisans Tezi, Çankırı Karatekin Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çankırı.
8. Bozkuş, H.F., Carus, S., 1997. Toros göknarı (Abies cilicica Carr.) sedir (Cedrus libani Link.)’in çift girişli gövde hacmi tabloları ve mevcut tablolarla karşılaştırılması. Journal of the Faculty of Forestry İstanbul University (JFFIU) 47 (1): 51-70.

9. Brooks, J.R., Wiant, H.V., 2008. Ecoregion-based local volume equations for Appalachian hardwoods. Northern Journal of Applied Forestry 25 (2): 87-92. https://doi.org/10.1093/njaf/25.2.87
10. Brooks, J.R., Jiang, L., Ozçelik, R., 2008. Compatible stem volume and taper equations for Brutian pine, Cedar of Lebanon, and Cilicica fir in Turkey. Forest Ecology and Management 256: 147–151. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2008.04.018
11. Burkhart, H.E., Tomé, M., 2012. Modeling Forest Trees and Stands. 457p., Dordrecht: Springer Netherlands, ISBN: 9789048131709
12. Carus, S., 2002. Bazı hacim formüllerinin seksiyon, gövde ve bağıl uzunluklara göre kıyaslanması. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi Seri: A (1): 101-114.
13. Carus, S., Su, Y., 2014. Antalya–Korkuteli Yöresi Kızılçam Ağaçlandırmaları için tek ve çift girişli ağaç hacim tablosunun düzenlenmesi ve mevcut tablolar ile kıyaslanması. II. Ulusal Akdeniz Orman ve Çevre Sempozyumu, Isparta, 22-24 Ekim 2014, s.22-24.
14. Carus, S., Memiş, İ., Kündü, K., Alem, Ö., 2016. Şehit Ali İhsan Kalmaz Ormanı Karaçam (Pinus nigra Arnold.) ağaçlandırması için tek ve çift girişli ağaç hacim tablolarının düzenlenmesi. Turkish Journal of Forestry 17 (1): 37-42. https://doi.org/10.18182/tjf.59768
15. Crecente-Campo, F., Alboreca, A.R., Diéguez-Aranda, U., 2009. A merchantable volume system for Pinus sylvestris L. in the major mountain ranges of Spain. Annals of Forest Science 66 (8): 808, 1-12. https://doi.org/10.1051/forest/2009078
16. Castedo-Dorado, F., Gómez-García, E., Diéguez-Aranda, U., Barrio-Anta, M., Crecente-Campo, F., 2012. Aboveground stand-level biomass estimation: a comparison of two methods for major forest species in north west Spain. Annals of Forest Science 69: 735-746. https://doi.org/10.1007/s13595-012-0191-6
17. Çalışkan, A., Yeşil, A., 1996. Büyükdüz Araştırma Ormanı sarıçam-göknar-kayın karışık meşcerelerinde bulunan sarıçam için tek ve çift girişli hacim tablosu. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi 46 (1): 39-50.
18. de-Miguel, S., Mehtätalo, L., Shater, Z., Kraid, B., Pukkala, T., 2012. Evaluating marginal and conditional predictions of taper models in the absence of calibration data. Canadian Journal of Forest Research 42: 1383-1394. https://doi.org/10.1139/x2012-090
19. Diéguez-Aranda, U., Castedo-Dorado, F., Álvarez-González, J.G., Rojo, A., 2006. Compatible taper function for scots pine plantations in Northwestern Spain. Canadian Journal of Forest Research 36 (5): 1190-1205. https://doi.org/10.1139/x06-008
20. Eraslan, Ü., 1954. Trakya ve Bilhassa Demirköy Mıntıkası Meşe Ormanlarının Amenajman Esasları Hakkında Araştırmalar. OGM Yayını, Ankara.
21. Ercanlı, İ., 2020a. Innovative deep learning artifcial intelligence applications for predicting relationships between individual tree height and diameter at breast height. Forest Ecosystems 7, 12. https://doi.org/10.1186/s40663-020-00226-3
22. Ercanlı, İ., 2020b. Artificial intelligence with deep learning algorithms to model relationships between total tree height and diameter at breast height. Forest Systems 29 (2): e013. https://doi.org/10.5424/fs/2020292-16393
23. Ercanlı, İ., Güvendi, E., Güney, D., Günlü, A., Altun, L., 2008. Sinop yöresi Sahilçamı (Pinus pinaster Ait.) ağaçlandırmalarına ilişkin tek ve çift girişli ağaç hacim tablolarının düzenlenmesi. Kastamonu Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi 8 (1): 14-25.
24. Ercanlı, İ., Kurt, A.K., Şenyurt, M., Günlü, A., Bolat, F., Keleş, S., 2018. Tarsus Yöresi Anadolu Karaçamı ağaçlarında hacim tahminlerinin yapay sinir ağları ile elde edilmesi. Anadolu Orman Araştırmaları Dergisi 4 (1): 24-35.
25. Evcimen, B.S., 1963. Türkiye Sedir Ormanlarının Ekonomik Önemi, Hasılatı ve Amenajman Esasları. O.G.M. Yayınları, 355, 16, Ankara.
26. Fang, Z., Bailey R. L. 2001. Nonlinear mixed effects modeling for slash pine dominant height growht following intensive silvicultural treatments. Forest Science 47: 287-300. https://doi.org/10.1093/forestscience/47.3.287
27. Fırat, F., 1973. Dendrometri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları no:1800/1 93, 359 s, İstanbul.
28. Garber, S. M., Maguire D. A. 2003. Modeling stem taper of three central Oregon species using nonlinear mixed effects models and autoregressive error structures. Forest Ecology and Management 179: 507-522. https://doi.org/10.1016/S0378-1127(02)00528-5
29. Gülen, İ., 1959. Karaçam (Pinus nigra Arnold) hacim tablosu. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi Seri A, 9 (1): 97-112.
30. IBM, 2019. IBM SPSS Statistics for Windows, Version 19.0. Armonk, NY: IBM Corp., USA.
31. Kahriman, A., Sönmez, T., Şahin, A., 2017. Antalya ve Mersin Yöresi kızılçam meşcereleri için ağaç hacim tabloları. Kastamonu Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi 17 (1): 9-22. https://doi.org/10.17475/kastorman.295706
32. Kalıpsız, A., 1962. Değişik yaşlı Doğu Kayınında Artım ve Büyüme Araştırmaları, Orman Genel Müdürlüğü Yayın No 339/7, 112s. İstanbul.
33. Kalıpsız, A., 1984. Dendrometri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayın No: 354, 407 s, İstanbul.
34. Kalıpsız, A., 1999, Dendrometri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayın No,3194/354, İstanbul.
35. Kapucu, F., 2004, Orman Amenajmanı, Karadeniz Teknik Üniversitesi (KTÜ) Yayın No: 215, Orman Fakültesi Yayın No: 33, KTÜ Matbaası, 515 s, Trabzon.
36. Kapucu, F., Yavuz, H., Gül, A.U., Mısır, N., 2002. Kestane meşcerelerinin hasılatı ve amenajman esasları. TÜBİTAK TOGTAG-TARP 2229 nolu Proje, Sonuç Raporu.
37. Keselman, H. J., Algina, J., Kowalchuk, R. K., Wolfinger, R. D. 1998. A Comparison of Two Approaches for Selecting Covariance Structures in the Analysis of Repeated Measures. Communications in Statistics–Simulation and Computation 27 (3): 591–604. https://doi.org/10.1080/03610919808813497
38. Laar, A.V., Akça, A., 2007. Forest Mensuration. 390 p., Springer Netherlands, ISBN: 1402059906.
39. Leties, L.P., Robinson, A. P. 2004. Improving taper equations of loblolly pine with crown dimensions in a mixed-effects modeling framework. Forest Science, 50 (2): 204-212. https://doi.org/10.1093/forestscience/50.2.204
40. Littell, R. C., Miliken, G. A., Stroup, W. W., Wolfinger, R. D. 2005. SAS system for Mixed Models, SAS Institute Inc., Cary,, NC, USA.
41. Loetsch, F., Zöhrer, F., Haller, KE. 1973. Forest Inventory (2 ed., Vol. II). 905 p., Munich: BLV Verlagsgesellchaft, ISBN: 3405108128.
42. Mısır, N., Mısır, M., 2004. Developing double-entry tree volume table for ash in Turkey. Artvin Orman Fakültesi Dergisi 3 (4): 135-144.
43. Miraboğlu, M., 1955. Göknarlarda Şekil ve Hacim Araştırmaları. s.103, Orman Genel Müdürlüğü Yayın No: 188, Seri No: 5, İstanbul.
44. Özçankaya, N, Batur, M, Kiracıoğlu, Ö. 2021. İzmir Orman Bölge Müdürlüğü fıstıkçamı (Pinus pinea L.) meşcereleri için gövde hacim tablolarının düzenlenmesi. Ormancılık Araştırma Dergisi 8 (2): 125-145. https://doi.org/10.17568/ogmoad.813362
45. Özçelik, R., 2008. Comparison of formulae for estimating tree bole volumes of Pinus sylvestris. Scandinavian Journal of Forest Research 23: 412-418.
46. Özçelik, R., 2010. Bucak yöresi kızılçam, sedir ve Toros göknarı türleri için hacim denklemleri. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi Seri A (2): 1-15.
47. Özçelik, R., Brooks, J. R., Jiang, L. 2011. Modeling stem profile of Lebanon cedar, Brutian pine, and Cilicica fir in Southern Turkey using nonlinear mixed-effects models. European Journal of Forest Research 130(4): 613-621. https://doi.org/10.1007/s10342-010-0453-5
48. Özçelik, R., Çevlik, M., 2017. Batı Akdeniz yöresi doğal sedir meşcereleri için hacim denklemleri. Turkish Journal of Forestry 18 (1): 37-48. https://doi.org/10.18182/tjf.270694
49. Özçelik, R., Kalkanlı, Ş., 2018. Kaş Yöresi doğal kızılçam (Pinus brutia Ten.) meşçereleri için ağaç hacim denklemlerinin geliştirilmesi. Turkish Journal of Forestry 19 (1): 9-19. https://doi.org/10.18182/tjf.392873
50. Özdal, T., 2014. Yozgat Orman İşletme Müdürlüğü sınırları içerisinde yayılış gösteren karaçam (Pinus nigra Arnold. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) meşcereleri için tek ve çift girişli ağaç hacim denklemlerinin geliştirilmesi. 49 s. Yüksek Lisans Tezi, Çankırı Karatekin Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çankırı.
51. Özkurt, A., 2000. Okaliptüs (Eucalyptus grandis W.Hill ex. Maiden) için hacim tablosu, Doğu Akdeniz Ormancılık Araştırma Enstitüsü Dergisi 6: 87-106.
52. Philip, M.S., 1994. Measuring Trees and Forests. CAB International, Wallingford, UK. ISBN: 0851988830.
53. Pillsbury, N.H., McDonald, P.M., Simon, V., 1995. Reliability of Tanoak volume equations when applied to different areas. Western Journal of Applied Forestry 10 (2): 72-78.
54. Poudel, K.P., Cao, Q.V., 2013. Evaluation of methods to predict Weibull parameters for characterizing diameter distributions. Forest Science 59 (2): 243-252. https://doi.org/10.5849/forsci.12-001
55. R Core Team (2018) R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna., Austria.: https://www.R-project.org
56. Rodríguez, F., Lizarralde, I., Fernandez-Landa, A., Condes, S., 2014. Non-destructive measurement techniques for taper equation development: a study case in the Spanish Northern Iberian Range.
57. European Journal of Forest Research 133: 213-223. https://doi.org/10.1007/s10342-013-0739-5
58. Sakıcı, O.E., Yavuz, H., 2003. Ilgaz Dağı Göknar meşcereleri için hacim fonksiyonları. Kastamonu Orman Fakültesi Dergisi 3(2): 219-232.
59. Sakıcı, O.E., Sağlam, F., Seki, M., 2018. Kastamonu Orman Bölge Müdürlüğü karaçam meşcereleri için tek ve çift girişli ağaç hacim denklemleri. Turkish Journal of Forestry 19 (1): 20-29. https://doi.org/10.18182/tjf.394876
60. Saraçoğlu, Ö., 1988. Karadeniz Yöresi Göknar Meşcerelerinde Artım ve Büyüme. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi, Orman Genel Müdürlüğü, İstanbul.
61. Saraçoğlu, N., 1991. Kızılağaç (Alnus glutinosa Gaertn. subsp. barbata (C.A. Mey) Yalt.) gövde hacim ve biyokütle tablolarının düzenlenmesi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi Seri A, 41 (1): 117-139.
62. Sprugel, D.G., 1983. Correcting for bias in log-transformed allometric equations. Ecology 64 (1): 209-210.
63. Sun O., Eren M. E., Orpak M. 1978. Temel ağaç türlerimizde tek ağaç ve birim alandaki odun çeşidi oranlarının saptanması. (TÜBİTAK, proje no: TOAG-288), Tarım ve Ormancılık Araştırma Grubu Yayını, Ankara.
64. Şahin, A. Kahriman, A., Yüksel, Y.B., 2018. Artvin yöresindeki Doğu Karadeniz Göknarlarının ağaç hacmini tahmin etmek için mevcut denklemlerin karşılaştırılması. Uluslararası Artvin Sempozyumu (IAS 2018), Artvin, 18-20 Ekim 2018,,s. 671-684.
65. Şenyurt, M., Ümit, M., 2019 Asarkaya Kızılçam meşcereleri için tek ve çift girişli ağaç hacim denklemlerinin geliştirilmesi. Anadolu Orman Araştırmaları Dergisi 5 (2): 108-116.
66. Şenyurt, M., Ercanlı, İ., 2019. A comparison of artificial neural network models and regression models to predict tree volumes for Crimean Black pine trees in Çankırı Forests. Šumarski list 9–10: 413–423. https://doi.org/10.31298/sl.143.9-10.3
67. Tassia, G., Burkhart, H. E. 1998. An application of mixed effects analysis to modeling thinning effects on stem profile of loblolly pine. Forest Ecology and Management 103 (1): 87-101. https://doi.org/10.1016/S0378-1127(97)00179-5
68. Trincado, G., Burkhart, H. E. 2006. A generalized approach for modeling and localizing stem profile curve. Forest Science 52: 670-682.
69. Valentine H.T., Gregoire T. G. 2001. A switching model of bole taper. Canadian Journal of Forest Research 31 (8): 1400–1409. https://doi.org/10.1139/x01-061
70. Wolfinger, R., Chang, M.1999. Comparing the SAS GLM and MIXED Procedures for repeated measures. SAS Institute, Inc., Cary, NC.
71. Yavuz, H., 1999. Taşköprü yöresinde karaçam için hacim fonksiyonları ve hacim tabloları, Turkish Journal of Agriculture and Forestry 23: 1181-1188.
72. Yavuz, H, Gül, A.U, Mısır, N., Özçelik, R., Sakıcı, O.E., 2002. Meşcerelerde çap dağılımlarının düzenlenmesi ve bu dağılımlara ilişkin parametreler ile çeşitli meşcere öğeleri arasındaki ilişkilerin belirlenmesi.
73. Orman Amenajmanında Yeni Kavramsal Açılımlar ve Yeni Hedefler Sempozyumu, İ.Ü. Orman Fakültesi, İstanbul, 18-19 Nisan 2002, s. 203-212.
74. Yeşil, A., 1992. Değişik Sıklık ve Bonitetlerdeki Kızılçam Meşcerelerinin Yaşa Göre Gelişimi. Doktora Tezi, 179 s., İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.