Modeling of tree height-diameter relationships in the Atlantic Forest: effect of forest type on tree allometry

Tree height is one of the most important variables for quantitative assessment of forest stocks, but it is difficult to directly measure. Such allometric relationships of trees can vary between geographical regions, however, mainly due to climatic, edaphic, and floristic gradients. Based on the hypothesis that different forest types influence the generic modeling of tree height-diameter relationships on geographical scales, this study aimed to (i) fit equations to estimate tree height in Atlantic Forest types in the state of Rio de Janeiro, Brazil; (ii) compare efficiency and precision between generic and specific equations for forest types; and (iii) test the effect of different forest types and species on the height-diameter relationship. Four allometric models were tested for all forests (generic) and three main forest types (specific). Effects of tree size, forest types, and species on tree height estimation were analyzed using multiple linear models and mixed-effect linear models. A significant effect of forest type and species on tree height was seen, showing the need to apply local specific equations to minimize the effects that are not captured by generic equations. Differences in tree allometry between forest types were associated with temperature, rainfall, soil, and forest structure. These results confirm the effect of the local environment on the height-diameter relationship of trees as found over large scales in tropical forests. Key words: allometric models, environmental gradients, height modeling, categorical models, mixed-effect models. La hauteur des arbres est l'une des variables les plus importantes pour l'evaluation quantitative des stocks forestiers, mais elle est difficile a mesurer directement. Cependant, de telles relations allometriques pour les arbres peuvent varier entre les regions geographiques, surtout a cause de gradients climatiques, edaphiques et floristiques. En se fondant sur l'hypothese selon laquelle le type de foret influence la modelisation generique des relations entre la hauteur et le diametre des arbres a une echelle geographique, cette etude visait a (i) ajuster des equations d'estimation de la hauteur des arbres pour les types forestiers de l'Atlantique dans l'Etat de Rio de Janeiro, au Bresil; (ii) comparer l'efficacite et la precision des equations generiques et specifiques pour les types de forets; et (iii) tester l'effet de differents types forestiers et de differentes especes sur la relation entre la hauteur et le diametre. Quatre modeles allometriques ont ete testes pour l'ensemble des forets (modeles generiques) et pour trois principaux types forestiers (modeles specifiques). Les effets de la taille des arbres, des types forestiers et des especes sur l'estimation de la hauteur des arbres ont ete analyses a l'aide de modeles lineaires multiples et de modeles lineaires a effets mixtes. Nous avons observe un effet significatif du type forestier et de l'espece sur la hauteur des arbres, ce qui indique qu'il est necessaire d'appliquer des equations specifiques locales pour minimiser les effets qui ne sont pas pris en compte par les equations generiques. Les differences dans les relations allometriques des arbres entre les types forestiers etaient associees a la temperature, aux precipitations, au type de sol et a la structure forestiere. Ces resultats confirment la presence d'un effet de l'environnement local sur la relation entre la hauteur et le diametre des arbres, comme cela a ete constate a grande echelle dans les forets tropicales. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : modeles allometriques, gradients environnementaux, modelisation de la hauteur, modeles categoriques, modeles a effets mixtes.
1. Introduction Tree height is one of the most important variables for quantitative assessment of stocks in tropical forests. Measuring standing tree heights in tropical forest inventories is expensive, however, [...]