W porównaniu z monokulturą o równym wieku, ostatnio zwrócono większą uwagę na zarządzanie lasami mieszanymi o nierównym wieku z wieloma celami1,2,3. Przewidywanie różnych alternatyw zarządzania jest niezbędne do formułowania solidnych strategii gospodarki leśnej, zwłaszcza w przypadku złożonych, nierównomiernie rosnących lasów mieszanych4. Modele wzrostu i plonowania lasów były szeroko wykorzystywane do prognozowania rozwoju i pozyskiwania drzew lub drzew lub drzew w różnych schematach zarządzania5,6,7. Modele wzrostu i plonowania lasów są podzielone na modele poszczególnych drzew, modele klas wielkości i modele wzrostu całego drzewostanu6,7,8. Niestety, modele klas wielkości i modele całych drzewostanów nie są odpowiednie dla lasów mieszanych o nierównym wieku, które wymagają bardziej szczegółowego opisu w celu wsparcia procesu podejmowania decyzji dotyczących gospodarki leśnej. Z tego powodu w ciągu ostatnich kilku dekad coraz większą uwagę poświęca się modelom wzrostu i plonowania poszczególnych drzew ze względu na ich zdolność do prognozowania dla drzewostanów leśnych z różnymi składami gatunkowymi, strukturami i strategiami zarządzania9,10,11.
Zwykła regresja metodą najmniejszych kwadratów (OLS) jest najczęściej używaną metodą do tworzenia modeli wzrostu poszczególnych drzew12,13,14,15. Zestawy danych dla modeli wzrostu poszczególnych drzew zbierane wielokrotnie przez określony czas na tej samej jednostce próbkowania (tj. na przykładowym wykresie lub drzewie) mają hierarchiczną strukturę stochastyczną, z brakiem niezależności i wysoką korelacją przestrzenną i czasową między obserwacjami10,16. Hierarchiczna struktura stochastyczna narusza podstawowe założenia regresji OLS, a mianowicie niezależne reszty i dane o rozkładzie normalnie o równych wariancjach. W związku z tym użycie regresji OLS nieuchronnie prowadzi do stronniczych oszacowań błędu standardowego oszacowań parametrów dla tych danych13,14.
Modele o mieszanych efektach dostarczają potężnego narzędzia do analizy danych o złożonych strukturach, takich jak dane z powtarzających się pomiarów, dane podłużne i dane wielopoziomowe. Modele z efektami mieszanymi składają się zarówno ze stałych składników, wspólnych dla całej populacji, jak i składników losowych, które są specyficzne dla każdego poziomu próbkowania. Ponadto modele efektów mieszanych uwzględniają heteroskedastyczność i autokorelację w przestrzeni i czasie, definiując macierze struktury wariancji i kowariancji bez przekątnej17,18,19. Z tego powodu modele z efektami mieszanymi są szeroko stosowane w leśnictwie, np. w modelach średnicowo-wysokościowych20,21, crown models22,23, modele samoprzerzedzające się24,25 i modele wzrostu26,27.
Tutaj głównym celem było opracowanie modelu przyrostu powierzchni podstawy pojedynczego drzewa przy użyciu liniowego podejścia opartego na efektach mieszanych. Mamy nadzieję, że podejście oparte na efektach mieszanych będzie mogło znaleźć szerokie zastosowanie.