Ann. For. Sci. 60 (2003) 105-114
DOI: 10.1051/forest:2003002

Optimising the management of Scots pine (Pinus sylvestris L.) stands in Spain based on individual-tree models

Marc Palahí^a and Timo Pukkala<sup>b

a</sup>  European Forest Institute, Torikatu 34, 80100 Joensuu, Finland
^b  University of Joensuu, Faculty of Forestry, PO Box 111, 80101 Joensuu, Finland

(Received 31 August 2001; accepted 13 May 2002)

Abstract
The article describes a simulation-optimisation system, SPINE, for the management of Pinus sylvestris L. stands in Spain. The simulation sub-system is based on an individual-tree diameter growth model, a static individual-tree height model, and models for the self-thinning limit and the probability of a tree to survive for the coming 5-year period. The simulation sub-system was combined with the optimisation algorithm developed by Hooke and Jeeves. The combined simulation-optimisation system is able to find the optimal timing and intensity of thinnings and the optimal time to commence regenerative cuts. The set of regenerative cuts consisted of a preparatory cut, a seed cut 10 years later and a final cut 20 years after the preparatory cut. The decision variables were thinning times, expressed as years since stand establishment or previous thinning, and the remaining stand basal area after each thinning. The system was used to find optimal management schedules of Pinus sylvestris stands on site indices 17, 24 and 30 m (dominant height at 100 years). When soil expectation value with 2% discounting rate was maximised, the optimum management schedule included five thinnings on all site indices. The optimal rotations from stand establishment to the final cut were 119, 90 and 94 years, respectively, on site indices 17, 24, 30 m. On all sites, the optimal management schedules were sensitive to the discounting rate, management objective (soil expectation value, forest rent or mean annual harvest) and fixed harvesting costs. Changes of up to 30 percent from the optimal value in a single decision variable did not affect much the soil expectation value.

Résumé
Optimisation de l'aménagement des peuplements de pin sylvestre en Espagne basée sur des modèles simulant la croissance individuelle des arbres. L'article décrit un système de simulation et optimisation, SPINE, pour la sylviculture des peuplements de pin sylvestre en Espagne. Le sous-système de simulation est basé sur un modèle de croissance en diamètre et un modèle statique de centrés-individu, et des modèles pour la limite d'éclaircie naturelle et la probabilité de survie pendant la période des 5 années suivantes. Le sous-système de simulation était combiné avec l'algorithme d'optimisation développé par Hooke et Jeeves. La combinaison des systèmes simulation-optimisation est capable de trouver le rythme et l'intensité optimale des éclaircies ainsi que le temps optimal pour commencer les coupes de régéneration. Les coupes de régéneration consistaient en une coupe préparatoire, une coupe d'ensemencement 10 ans plus tard et une coupe finale 20 ans après la coupe préparatoire. Les variables de décision étaient des périodes d'éclaircies, exprimées comme années après l'etablissement du peuplement ou années après l'éclaircie précédente, et la surface terrière du peuplement résiduel après chaque éclaircie. Le système était utilisé pour trouver des scénarios sylvicoles optimaux pour les peuplements de pin sylvestre pour des indices de fertilité de 17, 24 et 30 m (hauteur dominante à 100 années). Quand la valeur d'attente du fonds, pour un taux d'escompte de 2 %, était maximisée, le scenario de sylviculture comprenait cinq éclaircies sur toutes les stations. Les révolutions optimales, de l'établissement du peuplement jusqu'à la coupe finale, étaient 119, 90 et 94 ans, respectivement pour des indices de fertilités de 17, 24 et 30 m. Sur toutes les stations, les scénarios de sylviculture optimaux étaient sensibles au taux d'escompte, coût fixe des coupes et objectifs de gestion (valeur d'attente du fonds, coupe annuelle et moyenne). Des changements jusqu'à 30 % de la valeur optimale d'une variable de décision n'influençait pas beaucoup la valeur d'attente du fonds.

Key words: simulation / management schedule / forest management

Mots clés : simulation / sylviculture / optimisation / gestion forestière

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