Predicting maximum branch diameter from crown dimensions, stand characteristics and tree species

Abstract

Forest resource inventories must include wood quality information to support the optimum use of wood fibre. The objective of this study was to develop models relating maximum live branch diameter (MBD), which affects lumber value, to tree and stand characteristics that can be measured through current and emerging remote sensing technologies. Using non-linear mixed effects models for six Canadian conifer species, as well as for three broad-leaved species, MBD was related to crown radius, tree height, crown length, stand basal area, and basal area of trees larger than the subject tree. Models that included only individual tree characteristics (crown radius, tree height, and crown length) did not perform as well as models that additionally included stand characteristics (stand basal area and basal area of larger trees). Models that took into account tree species performed better than models that did not; in particular, broadleaved species had much thicker branches than conifers. The best model did not show bias with respect to independent variables and had root mean square error of 0.32 cm. For the best model, prediction error was not related to silvicultural treatment. These model characteristics strongly support the potential to successfully predict MBD from remotely sensed data. Key words: branch diameter, model, forest inventory RÉSUMÉLes inventaires des ressources forestières doivent inclure des informations sur la qualité de la matière ligneuse afin de pouvoir utiliser de façon optimale cette dernière. L' objectif de cette étude visait à élaborer des modèles reliant le diamètre maximal des branches vivantes (DMB), qui a une influence sur la valeur du bois de sciage, aux caractéristiques des arbres et du peuplement qui peuvent être mesurées au moyen des technologies actuelles et émergentes de télédétection. En utilisant des modèles non linéaires à effets variables pour six espèces de conifères du Canada, ainsi que pour trois espèces de feuillus, le DMB a été relié au diamètre de la cime, à la hauteur de l'arbre, à la longueur de la cime, à la surface terrière du peuplement et à la surface terrière des arbres plus gros que l'arbre étudié. Les modèles qui comprenaient seulement les caractéristiques individuelles des arbres (diamètre de la cime, hauteur de l'arbre et longueur de la cime) n' ont pas performé aussi bien que les modèles qui comprenaient, en plus, les caractéristiques du peuplement (surface terrière du peuplement et surface terrière des arbres plus gros). Les modèles qui ont tenu compte des espèces d'arbres ont mieux performé que les modèles qui n' en tenaient pas compte; notamment, les espèces feuillues avaient des branches beaucoup plus grosses en diamètre que les conifères. Le meilleur modèle n'a pas démontré de biais en fonction des variables indépendantes et affichait une erreur quadratique moyenne de 0,32 cm. Dans le cas du meilleur modèle, l' erreur de prédiction n' était pas reliée au traitement sylvicole. Ces caractéristiques des modèles démontrent la possibilité de prédire avec succ...

Predicting tree structure from tree height using terrestrial laser scanning and quantitative structure models

“…For all tree height classes, branch sections of approximately 3 cm diameter represent the largest volume in the tree canopies. This is in line with previous studies of canopy size distributions (Groot and Schneider 2011). When the volume distributions are normalized with that of the 3 cm diameter cylinder sections (Fig.…”

Crown-fibre attribute relationships for enhanced forest inventory: Progress and prospects

“…Correspondingly, the CFAR project found that MBD was strongly related to crown radius for a number of species (Groot and Schneider 2011), a result previously obtained by Garber and Maguire (2005). MBD also increased with height and decreased with stand basal area and basal area of larger trees, likely because of the effects of wind loading and competition on branch architecture (Groot and Schneider 2011, Fig.…”

“…Diameter at breast height Cortini et al (2011), Filipescu et al (2012 Maximum branch diameter Groot and Schneider (2011) Sapwood area distribution (longitudinal) Cruickshank et al (in review) Ring area distribution (longitudinal) Cortini et al (2013) Wood density, microfibril angle, Cortini et al (2014) Attribute variation in three dimensions is ignored when dimensionality is reduced by restricting measurements to only part of the tree. For example, measurements of wood density at the breast height part of the stem do not take into account any vertical dependence of this property and may provide a poor indication of wood density over the entire tree (Repola 2006).…”

“…Knots arise from tree branches, and the maximum branch diameter (MBD) is an indicator of the maximum knot size within and below the tree crown (Groot and Schneider 2011).…”

“…3. Mean diameter of the three largest branches (MBD) versus crown radius, tree height and crown length predicted from crown characteristics models for seven Canadian tree species (Groot and Schneider 2011 For personal use only.…”