Analysis of the spatial structure of the trees of a tropical dry forest through point process theory

Abstract

A marked point pattern of a tropical dry forest, obtained from the locations of each plant in a one-hectare plot located in the national natural park El Tuparro in the Colombian Orinoquia was analysed. We used two qualitative marks species and size, and a quantitative mark diameter at breast height-dbh. The objective of the present study was to evaluated at an ecological community level, the spatial distribution of the plants with the marked point pattern, to understand the processes of facilitation and competition that have an influence on the generated point pattern. We propose a methodology based on different tools of point process theory: first we estimated the intensities using a kernel and the incorporation of a covariate (distance to rocks); then we used different second order tools to analyse the inter and intra dependences of each of the marks; and finally we used three classification methods to group the species by their spatial behaviour, one based on dispersal indices and the other two on second order functions. The results show an influence of the rocky soil over the spatial distribution of the plants inside the study area; the second order functions indicate an inhibition pattern for all of the species, and for some a cluster pattern at close distances was identify; the size of the plants also influence the spatial distribution, large and medium trees tend to created small clusters pattern with a radius of 1.3 meters, while small plants aggregated more around big plants than around medium plants; the three types of information used for the classification analysis show similarities in the groups of species form, however, the second order functions displays better classification results.

Resumen: Se analiza un patrón puntual marcado de un bosque seco tropical, el cual es generado a partir de la localización de los árboles dentro de una parcela de una hectárea ubicada en el parque nacional natural El Tuparro en la Orinoquia Colombiana. Utilizamos dos marcas cualitativas la especie y tamaño, y una marca cuantitativa el diámetro a la altura del pecho - dap. El objetivo del estudio fue analizar a un nivel de comunidad ecológica, la distribución espacial de las plantas mediante el patrón puntual marcado, para entender los procesos de competencia y facilitación que tienen una influencia en el patrón generado. Proponemos una metodología basada en diferentes herramientas provenientes de la teoría de procesos puntuales: primero estimamos la intensidad utilizando un kernel e incorporando la covariable distancia a las rocas; después utilizamos diferentes herramientas de segundo orden para analizar las intra e inter dependencias de cada una de las marcas; y finalmente usamos tres métodos para clasificar a las especies por su comportamiento espacial, uno basado en índices de dispersión y los otros dos en funciones de segundo orden. Los resultados muestran una influencia del suelo rocoso sobre la distribución espacial de las plantas dentro del área de estudio; las funciones de segundo orden indican un patrón de inhibición para todas las especies, y para algunas se identificó un patrón de agrupación a distancias cercanas; el tamaño de las plantas también influye en la distribución espacial, los árboles grandes y medianos tienden a formar pequeños patrones agregados con radios de 1.3 metros, mientras que las plantas pequeñas se agrupan más alrededor de plantas grandes que medianas; los tres tipos de información utilizados para el análisis de clasificación muestran similitudes en los grupos de especies formados, sin embargo, las funciones de segundo orden muestran mejores resultados de clasificación