Estimation of diameter at breast height from stump diameter: Mixed oak stands in Bilecik region

Abstract

This study is relationship between stump diameter at 30 cm height d_0.30 and diameter at breast height d_1.30 was analyzed in mixed stands of Turkey oak (Quercus cerris) and sessile oak (Quercus petraea) located within the Bilecik Forest Enterprise Directorate. Four different regression equations (linear, quadratic, logarithmic, and power) were tested using data from 2339 trees in a total of 70 sample plots. Model performances were evaluated using R², RMSE, MAE, and AIC. The quadratic equation produced the best R2 (94.5%) and the lowest RMSE (1.998), MAE (1.451), and AIC (4803) values. The linear model, on the other hand, provided similar success and was considered an alternative option in practice. In a comparison with the best models in other studies, this study again yielded the best results for the mixed Q. cerris and Q. petraea in the Bilecik region. The results demonstrate that models based on basal diameter can be used with high accuracy in situations where the diameter at the base cannot be measured directly (such as during irregular felling, post-fire assessments, fallen trees, wind damage, etc.). The model developed for this purpose increases inventory accuracy in regional forestry applications and provides a practical, reliable, and statistically robust estimation tool for important processes such as calculating volume losses in regional forestry applications.

Keywords

• Stump diameter
• Diameter at breast height
• Mixed oak stands
• Forest inventory

Dip çaptan göğüs çapının tahmini: Bilecik yöresi karışık meşe meşcereleri

Abstract

Bu çalışmada Bilecik Orman İşletme Müdürlüğü sınırları içerisindeki doğal saçlı meşe (Quercus cerris) ve sapsız meşe (Quercus petraea) karışık meşcerelerinde dip kütük çapı (d_0.30) ile göğüs çapı (d_1.30) arasındaki ilişki analiz edilmiştir. Toplam 70 örnek alanda 2339 adet ağaçtan ölçülen veriler doğrultusunda dört farklı regresyon denklemi (lineer, kuadratik, logaritmik ve power) test edilmiştir. Modellerin performansları R² (Belirtme katsayısı), RMSE (Hata kareler ortalamasının karekökü), MAE (Ortalama mutlak hata) ve AIC (Akaike bilgi kriteri) ölçütleri ile değerlendirilmiş, en yüksek R2 (%94.5) ve en en düşük RMSE (1.998) MAE (1.451) ve AIC (4803) değerleri kuadratik denklem ile üretilmiştir. Linear model ise benzer düzeyde başarı sağlayarak uygulamada alternatif bir seçenek olarak değerlendirilmiştir. Farklı çalışmalarda yer alan en başarılı modeller ile yapılan karşılaştırmada ise Bilecik yöresi saçlı ve sapsız meşe karışık meşcereleri için yine bu çalışmada geliştirilen model en iyi sonuçları vermiştir. Sonuçlar, göğüs çapının doğrudan ölçülemediği durumlarda (usulsüz kesimler, yangın sonrası değerlendirme, devrrik ağaçlar, rüzgâr zararı vb.) dip çapına dayalı modellerin yüksek doğrulukla kullanılabileceğini ortaya koymuştur. Bu doğrultuda geliştirilen model, bölgesel ormancılık uygulamalarında envanter doğruluğunu artırmakta, hacim kayıplarının hesaplanması gibi önemli süreçlerde, pratik ormancılık uygulamalarında, güvenilir ve istatistiksel olarak sağlam bir tahmin aracı sunmaktadır.

Keywords

• Dip kütük çapı
• Göğüs çapı
• Karışık meşe meşcereleri
• Orman envanteri

References

1. Alkan, O., Özçelik, R., Alkan, H., 2019. Türkiye’nin bazı önemli ağaç türleri için yöresel gövde çapı modellerinin geliştirilmesi: Bucak örneği. Turkish Journal of Forestry, 20(4): 333-340.
2. Carus, S., Catal, Y., 2010. Growth response of Lebanon cedar (Cedrus libani) plantations to thinning intensity in Western Turkey. Journal of Environmental Biology, 31(5): 609-614.
3. Carus, S., 1996. Aynı yaşlı Doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky.) meşcerelerinde çap dağılımının bonitet ve yaşa göre değişimi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 46(2): 171-181.
4. 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.
5. Corral-Rivas, J.J., Barrio-Anta, M., AgirreCalderón, A.A., Diéguez-Aranda, U., 2007. Use of stump diameter to estimate diameter at breast height and tree volume for major pine species in El Salto Durango (Mexico). Forestry, 80(1): 29-40.
6. Demaerschalk, J.P., Omule, S.A.Y., 1982. Estimating breast height diameter form stump measurements in British Columbia. The Forestry Chronicle, 58 (3): 143-145.
7. Diamantopoulou, M. J., Özçelik, R., Koparan, B., Alkan, O., 2023. Artificial intelligence as an alternative modelling strategy for reliable height-diameter predictions of mixed-oaks species. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 47(2): 228-241.
8. Durkaya, B., Dağlı, C., 2021. Kütük çapı ve kütük yüksekliği ile göğüs çapı ilişkisi: Kastamonu-Göynük örneği. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 23(3): 1004-1012.

9. Durkaya, B., Durkaya, A., 2011. Zonguldak-Ulus Orman İşletme Müdürlüğü göknar, kayın ve karaçam ağaç türleri için kütük çapı ve boyu ile göğüs çapı ilişkisi. Kastamonu Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 11(1): 9-17.
10. Eraslan, H., 1954. Orman biyometrisi ve tatbikatı. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İstanbul.
11. Ercanlı, İ., Günlü, A., Başkent, E.Z., 2015. Mixed effect models for predicting breast height diameter from stump diameter of Oriental beech in Göldağ. Scientia Agricola, 72(3): 245-251.
12. Ercanlı, İ., Kahriman, A., Yavuz, H., 2012. Trabzon Orman Bölge Müdürlüğü doğu ladini-sarıçam karışık meşcereleri için karışık etkili doğrusal olmayan regresyon denklemleri ile doğu ladini çap-boy modellerinin geliştirilmesi. SDÜ Orman Fakültesi Dergisi, 13(2): 75-84.
13. 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 University Journal of Forestry Faculty, 8(1): 14-25.
14. Giray, N., 1982. Ağaçlarda kütük çapı, orta çap, göğüs çapı ilişkileri. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Dergisi, 28(56):69-79.
15. Hann, D.W., 1976. Estimating diameter at breast height and basal area from stump dimensions. USDA Forest Service Research Note, RM-316. Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station.
16. Kalıpsız, A., 1999. Dendrometri. İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Yayını, No:3194/354, İstanbul.
17. Kalıpsız, A., 1988. Orman Hasılat Bilgisi. İÜ. Yayın No: 3516, Orman Fakültesi Yayın No: 397, İstanbul. Koparan, B., Alkan, O., Carus, S., Çatal, Y., Özçelik, R., 2024. Tek ağaçta göğüs çap artımının periyot süresi, yaş sınıfı ve sosyal sınıfına göre değişimi: Sarıkamış yöresi sarıçam meşcereleri örneği. Turkish Journal of Forestry, 25(4), 437-446.
18. Kozak, A., Omule, A. Y., 1992. Estimating stump volume, stump inside bark diameter and diameter at breast height from stump measurements. The Forestry Chronicle, 68(2): 240–247. https://doi.org/10.5558/tfc68240-2.
19. Nacakci, F. M., Gülcü, S., 2025. Comparison of scotch pine (Pinus sylvestris L.) origins in terms of photosynthetic gas exchange and chemical properties. BioResources, 20(2): 4681-4700.
20. Myers, C. A., 1963. Estimating DBH from stump diameter for ponderosa pine. USDA Forest Service Research Note, RM-1.
21. OGM, 2022. https://www.ogm.gov.tr/tr/e-kutuphane/resmi-istatistikler/Ormancılık İstatistikleri/Ormancılık İstatistikleri 2022.zip, Erişim: 18.04.2025.
22. Özçankaya, N., Batur, M., 2022. İzmir Orman Bölge Müdürlüğü fıstıkçamı (Pinus pinea L.) meşcerelerinde kütük çapı–göğüs çapı ilişkisinin modellenmesi. Ormancılık Araştırma Dergisi, 9(1): 44-60.
23. Özçelik, R., Yavuz, H., Karatepe, Y., Gürlevik, N., Kırış, R., 2012. Burdur Yöresi kızılçam meşcereleri için uyumlu gövde çapı ve gövde hacim denklemlerinin geliştirilmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 13: 85-91.
24. Özçelik, R., 2005. Mut Orman İşletmesinde karaçam, sedir ve kızılçam ağaç türleri için dip çap-göğüs çapı ilişkileri. SDÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(3): 83-91.
25. Özçelik, R., 2009. Ulusal orman envanteri kavramı ve İsveç örneği. Turkish Journal of Forestry, 4(2): 69-82.
26. Özçelik, R., Brooks, J.R., Diamantopoulou, M.J., Wiant, H.V., 2009. Estimating breast height diameter and volume from stump diameter for three economically important species in Turkey. Scandinavian Journal of Forest Research, 25(1): 32–45. https://doi.org/10.1080/02827580903280053.
27. Özdemir, E., Şahin, A., Özdemir, G.A., 2020. Kuzey Marmara Yöresi sapsız meşe (Quercus petraea (Matt.) Liebl) meşcereleri için kütük çapı-göğüs çapı ilişkisinin belirlenmesi. Turkish Journal of Forestry, 21(1): 25-34.
28. Özer, E., 1981. Sarıçamlarda kütük çapından yararlanarak göğüs çapının bulunması. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Dergisi, 27(53): 20-23.
29. Özkan, U., Koparan, B., Genç, Ş. K., Şahin, C. K., 2025. Wood color variation in anatomical sections of Cedrus libani from two mediterranean regions. BioResources, 20(3): 7278-7292.
30. Pond, A.E., Froese, R.E., 2014. Estimating diameter at breast height from stump measurements in the Lake States. Northern Journal of Applied Forestry, 31(3): 97–102. https://doi.org/ 10.5849/njaf.13-001.
31. Poudel, K.P., Cao, Q.V., 2013. Evaluation of methods to predict Weibull parameters for characterizing diameter distributions. Forest Science, 59(2): 243-252.
32. Sağlam, F., 2025. Kastamonu yöresinde yayılış gösteren değişik yaşlı kayın meşcereleri için çap dağılımlarının modellenmesi. Turkish Journal of Forestry, 26(3): 269-276.
33. Sağlam, F., Sakici, O.E., Seki, M., 2016. Stump diameter and diameter at breast height relationship for Chestnut (Castanea sativa Mill.) stands in Kastamonu coastal region. International Forestry Symposium (IFS 2016), 7-10 December, Kastamonu, Turkey, pp. 514-520.
34. Sakıcı, O.E., Özdemir, G., 2017. Stump diameter and diameter at breast height relationships for oriental beech and Kazdağı fir at mixed stands in Karabük. Kastamonu University Journal of Forestry Faculty, 17(2): 298-306.
35. Sakıcı, O.E., Yavuz, H., 2016. The relationship between diameter at stump height and diameter at breast height in red pine-black pine mixed stands. Scientific Research Symposium in Turkish Word, 21-31 May, Celalabat, Kırgızistan, pp. 679-686. Şenyurt M., Ercanlı, I., Günlü, A., Bolat, F., Bulut, S., 2020. Artificial neural network models for predicting relationships between diameter at breast height and stump diameter: Crimean pine stands at ÇAKÜ Forest. Bosque, 41(1): 25-34.
36. Şenyurt, M., 2012. Batı Karadeniz yöresi sarıçam (Pinus sylvestris L.) meşcerelerinde kütük çapı-göğüs çapı ilişkileri. Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 13(1): 79–87.
37. Westfall, J.A., 2010. New models for predicting diameter at breast height from stump dimensions. Northern Journal of Applied Forestry, 27(1): 21-27.
38. Wharton, E.H., 1984. A regression model for estimating tree DBH from stump diameter for fourteen northeastern tree species. USDA Forest Service Research Note, NE-314.
39. Yavuz, H., 1996. Taşköprü Orman İşletmesinde sarıçam ve karaçam ağaç türlerimize ilişkin dip çap-göğüs çapı-orta çap ilişkileri ile kabuk hacminin hesaplanması. Karadeniz Teknik Üniversitesi Orman Fakültesi, (2): 67-75.
40. Yavuz, H., 2000. Dişbudak ağaç türü için dip kütük çapı ile göğüs çapı arasındaki ilişkinin belirlenmesi. K.T.Ü. Orman Fakültesi Güz Yarı Yılı Seminerleri, 7: 10-18.