Predicting productivity and climatic resilience of coniferous–broadleaved mixed plantations with 3-PGmix and machine learning

弹性(材料科学) 生产力 机器学习 人工智能 心理弹性 计算机科学 环境资源管理 农林复合经营 气候变化 生态系统 持续性 环境科学 地理 生态学 随机森林
作者
fan peng,Yi Wen,Danling Hou,Yifu Wang,Qin Shen,Ling CHEN
出处
期刊:Ecological Informatics [Elsevier BV]
卷期号:95: 103702-103702
标识
DOI:10.1016/j.ecoinf.2026.103702
摘要

The transition from monocultures to mixed plantations is a key initiative in China to enhance plantation quality. Predicting how such measures affect stand productivity and resilience under climate change is therefore crucial. We employed a process-based 3-PGmix model in conjunction with two machine learning methods (random forest and artificial neural network) to predict the spatial distribution of biomass and productivity over a 40-year period following the implementation of various transition measures under diverse climate scenarios. The findings revealed that an optimal tree species mixing proportion can significantly enhance stand productivity, with the most favorable mixing ratio observed at approximately 70% coniferous and 30% broadleaved species. In our study area, transitioning from pure Cunninghamia lanceolata stands to a mixed stand with Schima superba under this proportion resulted in a total stand productivity increase of 3336.74 t ∙ year-1 by 2060, averaging a yearly increment of 1.2 t ∙ ha-1. In the SSP245 scenario, biomass declined by 9.9%, 7.0%, and 7.7% for pure Cunninghamia lanceolata, pure Schima superba, and their mixed stands, respectively. Under the SSP585 scenario, the biomass of these stands decreased by 15.9%, 11.1%, and 13.4%, respectively. Sensitivity analysis showed that declining stand productivity primarily stems from temperatures exceeding optimal levels for tree growth. The negative impact of rising monthly maximum temperatures outweighs the positive effects of increasing monthly minimum temperatures and precipitation. Random forest outperforms artificial neural networks in simplifying 3-PGmix. The results of this study can offer valuable insights into transitioning pure coniferous plantations into coniferous-broadleaved mixed stands.

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