Individual-tree-selection in uneven-sized Norway spruce stands in southern Sweden : Developments of tools for simulation and optimization

• Individual-tree-selection (ITS) is a continuous cover forestry method that aims to utilize the uneven-sized stand structure through optimized individual tree selections. ITS is an interesting management alternative to rotation forestry in terms of production of multiple benefits and forest owner profitability. With regard to Fennoscandia, ITS is currently only practiced to a limited extent, partly because of a scarcity in knowledge and skills among all stakeholders, but also due to the shortage of scientific guidelines for how optimized tree selections are performed in practice. Thus, the aim of the thesis is to develop tools for optimizing practical ITS recommendations for Norway spruce.Tree position data for model fitting were collected from five trial sites in southern Sweden, one of which was documented with terrestrial laser scanning to get crown shape data for knot size modelling. A method that optimizes the target diameter dependent on the discount rate and the degree of the local competition exposed to the subject tree, was developed. Technically, a defined adaptive control function was optimized with full system stochastic simulation and with expected present value as the objective function variable. Since the quality of the optimization is dependent on the quality of the models in the simulation, priority was given to the evaluation and development of the central models. Available individual tree growth models were tested and evaluated with tree data from long term uneven-sized trial plots. Furthermore, new individual-tree distance-dependent growth models were developed for uneven-sized Norway spruce. A modelling framework, for prediction of the largest knot size per stem height section, was developed to provide means of simulating log quality depending on impact from local tree competitors.The results indicated that the thinning intensity in uneven-sized stand structures may be used to actively control the transition point where smaller diameter classes are subjected to suppressed growth. The evaluation of the Swedish individual-tree growth models which are included in the HEUREKA forest simulator, showed underestimation of large trees and overestimation of small trees. The underestimation is smaller or absent in denser forests for diameter classes above 40 cm. The new distance-dependent growth models are presented in two versions, one with and one without crown ratio as a predictor. The new growth models facilitate the testing of spatial decision criteria in ITS optimization. From the results of the ITS optimization, field operators can choose either a fixed level target diameteror a flexible target diameter that is adaptive to the degree of local competition surrounding the subject tree. Optimal fixed target diameters at breast height range from 33 cm to 23 cm depending on discount rate (1–3 %). A decision support structure for ITS is proposed.

• Kontinuitetsskogsbruk, eller som det ofta benämns hyggesfritt skogsbruk, kännetecknas av brukningsmetoder som undviker kalhyggesfasen. Kontinuitetsskogsbruk kan i sin tur delas upp i två huvudkategorier, enskiktad respektive skiktad skogsskötsel, beroende på vilken beståndsstruktur som skötseln eftersträvar. I skiktad skogsskötsel fattas avverkningsbesluten antingen per trädgrupp (luckhuggning) eller per enskilt träd (individuella trädval). Denna avhandling fördjupar sig i metoden skiktad skogsskötsel med individuella trädval. Det svenska begreppet plockhuggning kan anses vara synonymt till individuella trädval under förutsättning att träden ”plockas” och ”huggs” efter medvetna överväganden om skogens långsiktiga avkastning.Nyligen redovisad forskning i Norden visar att skiktad barrskogsskötsel med individuella trädval har möjlighet att skapa en högre andel total nytta från skogsmarken samt ofta även en bättre lönsamhet för skogsägaren jämfört med traditionellt kalhyggesbruk. Idag tillämpas dock plockhuggning i olika former endast på mindre än 1 % av skogsarealen i de nordiska länderna. En huvudorsak till detta är att det finns bristande kunskaper och färdigheter hos alla intressenter (skogsägare, entreprenörer och rådgivare). Den uppkomna situationen beror sannolikt även på att forskningen endast i begränsad utsträckning har presenterat fältanpassade vägledningar för hur de individuella trädvalen bör utföras för att optimera den långsiktiga avkastningen.I en beslutssituation där ett specifikt träd utvärderas ifall det ska avverkas eller inte, kommer beslutet att påverka alla omgivande träd som delar tillväxtresurser med det aktuella trädet (trädets trädgrupp). Av de två tillgängliga beslutsalternativen, är det optimalt att välja det alternativ som ger högst värdeavkastning för hela trädgruppen. Det är ett komplext beslut med många dimensioner. Förutsättningarna är dessutom unika för varje träd och påverkas av dynamiska processer som förändras över tid. En optimering av generella besluts kriterier blir endast möjligt om problemställningen avgränsas och delas upp i hanterbara delproblem, där de mest inflytelserika variablerna inkluderas i analysen. Kompletterande analyser som hanterar olika delproblem kan sedan slås ihop till heltäckande beslutsvägledningar. Oavsett val av optimeringsmetod är grunden för sådana analyser att det finns tillgång till tillförlitliga och representativa simuleringsmodeller.Avhandlingens övergripande syfte är att undersöka sambanden mellan ekonomisk avkastning, skötsel och rundvirkeskvalitet för grandominerad skiktad skogsskötsel i södra Sverige. Under arbetets gång har detta, inom ovangivna ramar, specificerats till:att undersöka hur årsringsbredden beror på trädstorlek och gallringsuttag (artikel I).att utvärdera tillförlitligheten för befintliga tillväxtmodeller för enskilda träd (artikel I).att utveckla tillväxtmodeller för enskilda träd som är avståndsberoende (artikel II).att optimera beslutskriterier för individuella trädval i fält (artikel III).att utveckla en modell för största kviststorlek beroende av lokal konkurrens och position på stammen (artikel IV).Underlaget för analyserna har i huvudsak hämtats från fem olika provytor i Götaland bestående av grandominerad skiktad granskog med lång kontinuitet och mer eller mindre aktiv skötsel.Resultaten indikerar att i skiktade bestånd kan storleken på gallringsuttaget användas för att aktivt påverka den brösthöjdsdiameter där mindre diameterklasser får en hämmad tillväxt. Detta innebär att årsringsutvecklingen hos de mindre träden, vilket är en viktig kvalitetsregel, skulle kunna kontrolleras genom anpassning av gallringsuttaget. När de befintliga tillväxtmodellerna (för enskilda träd) testades på skiktad granskog, visade resultaten att tillväxten överskattades för små träd och underskattades för stora träd. När grundytan är hög försvinner underskattningen för stora träd med en brösthöjdsdiameter över 40 cm. Som ett alternativ till HEUREKA-modellerna presenteras nya avståndsberoende tillväxtmodeller för enskilda träd, som är anpassade för skiktad granskog. Med dessa tillväxtmodeller är det möjligt att studera betydelsen av avstånden mellan konkurrerande träd för det individuella trädvalet.Vidare presenteras en modellstruktur för att beräkna storleken på den största kvisten på en given höjd på stammen. Modellen tar även hänsyn till graden av lokal konkurrens runt det enskilda trädet. Modellstrukuren består av en uppsättning delmodeller som beskriver allometriska statistiska samband mellan några centrala fysiska proportioner hos granar i skiktade bestånd. Den modulära konstruktionen gör modellen anpassningsbar och den kan användas för att uppskatta förväntad rundvirkeskvalitet, avseende på tillåten kviststorlek.En metod som optimerar måldiametern hos det enskilda trädet beroende på vald diskonteringsränta samt graden av konkurrens runt trädet redovisas. Det optimerade resultatet presenteras i diagramform som kan användas som beslutsstöd direkt i fält. Beslutsstödet är anpassat för medelgoda till bördiga grandominerade ståndorter i södra Sverige. Optimal måldiameter, när ingen hänsyn tas till den lokala konkurrensen, var mellan 33 cm och 23 cm beroende på räntenivå (1–3 %). Slutligen presenteras ett förslag till beslutsstruktur för optimerade individuella trädval i fält, beskrivet med ett konkret exempel.Avhandlingen presenterar exempel på metodik och resultat som kan användas för att ta fram rekommendationer som optimerar trädvalen, men resultaten täcker endast en begränsad del av möjliga förutsättningar. Den mesta forskningen återstår således att göra för att täcka in fler geografiska områden, ståndorter, trädslag och beslutskriterier.

Ämnesord

LANTBRUKSVETENSKAPER  -- Lantbruksvetenskap, skogsbruk och fiske -- Skogsvetenskap (hsv//swe)

AGRICULTURAL SCIENCES  -- Agriculture, Forestry and Fisheries -- Forest Science (hsv//eng)

Nyckelord

continuous cover forestry

selective cutting

Picea abies

uneven-aged

single-tree-selection

growth model

knot size model

Forestry and Wood Technology

Skog och träteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)