Quantifying structure of intact beech (Fagus orientalis Lipsky) stands at different development stages (Case study: Kelardasht area, Mazandaran)

فصلنامة علمی - پژوهشی تحقیقات جنگل و صنوبر ایران

جلد 21  شمارة 3، صفحة 410-396، (1392)

کمی­سازی ساختار توده­های دست‌نخورده راش در مراحل مختلف تحولی (مطالعه موردی: منطقه کلاردشت، مازندران)

وحید علی‌جانی¹، خسرو ثاقب طالبی^*2 و رضا اخوان³

1- دانشجوی دکتری، گروه جنگل‌داری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج

2*- نویسنده مسئول،دانشیار پژوهشی، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، تهران. پست‌الکترونیک: saghebtalebi@rifr-ac.ir

3- استادیار پژوهشی، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، تهران

تاریخ دریافت: 19/9/91                                                                تاریخ پذیرش: 19/2/92

چکیده

ساختار جنگل تحت تأثیر فرایندهای طبیعی و دخالت­های بشر می­باشد. به‌منظور مدیریت صحیح جنگل به ابزارهایی نیاز است که با استفاده از آنها بتوان تغییرات ایجاد شده در ساختار جنگل را بررسی کرد. در این تحقیق به‌منظور بررسی تغییرات ساختار جنگل­های طبیعی و دست‌نخورده راش منطقه کلاردشت، از سه قطعه نمونه یک هکتاری موجود در مراحل اولیه، بلوغ و پوسیدگی استفاده شد. پس از اندازه­گیری فاصله و آزیموت هر درخت نسبت به گوشه جنوب‌غربی هر قطعه نمونه و ثبت مشخصاتی ازجمله نوع گونه، قطر برابرسینه و ارتفاع، با به‌کارگیری مجموعه­ای از شاخص­های مبتنی بر نزدیکترین همسایه، سه ویژگی موقعیت مکانی (شاخص کلارک و ایوانز و زاویه یکنواخت)، آمیختگی (شاخص آمیختگی) و ابعاد درختان (شاخص تمایز قطر برابرسینه و ارتفاع) مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج این تحقیق تراکم بیشتر درختان در مرحله اولیه را نشان می­دهد. شاخص کلارک و ایوانز نشان‌دهنده­ پراکنش کپه­ای درختان در مراحل اولیه و پوسیدگی و پراکنش تصادفی درختان در مرحله بلوغ می­باشد. همچنین شاخص زاویه یکنواخت بیان می­کند که چیدمان درختان در داخل گروه­های ساختاری در هر سه مرحله تحولی حالت تصادفی دارد. نتایج شاخص آمیختگی نشان‌دهنده­ آمیختگی کمتر مرحله اولیه نسبت به سایر مراحل تحولی می­باشد. همچنین نتایج شاخص­ تمایز قطر برابرسینه و ارتفاع به‌ترتیب نشان‌دهنده­ اختلاف متوسط تا آشکار و اختلاف کم تا متوسط برای درختان هر سه مرحله تحولی می­باشد. در پایان با توجه به دست‌نخورده بودن توده­های مورد بررسی، نتایج حاصل از این شاخص­ها می­تواند به‌عنوان مبنایی برای مقایسه با سایر جنگل­های مشابه و تعیین میزان انحرافات بوجود آمده در اثر فرایندهای طبیعی و دخالت­های بشر مورد استفاده قرار گیرد.

واژه‌های کلیدی: الگوی مکانی، شاخص آمیختگی، شاخص تمایز، نزدیکترین همسایه­، جنگل شاهد.

مقدمه

بررسی تنوع زیستی و ساختار جنگل از مهمترین پیش­نیازها برای درک و مدیریت اکوسیستم­های جنگلی است (Motz et al., 2010). به‌طورکلی ساختار جنگل چگونگی توزیع ویژگی­های درختان در داخل اکوسیستم­های جنگلی را مورد بررسی قرار می­دهد (Gadow et al., 2012). البته برای درک بهتر ساختار جنگل، محققان مختلف ساختار را به سه ویژگی تنوع موقعیت مکانی، تنوع آمیختگی و تنوع ابعاد درختان (قطر برابر‌سینه و ارتفاع) تقسیم کرده­اند (شکل1-الف) (Kint et al., 2000، Gadow, 2003 و Pommerening, 2002).

موقعیت مکانی درختان که نشان‌دهنده­ الگوی پراکنش آنها می­باشد، از یکی از الگوهای کپه­ای، تصادفی، منظم و یا حالتی بین آنها پیروی می­کند. آمیختگی به بررسی نحوه­ چیدمان گونه­های مختلف در کنار یکدیگر می­پردازد؛ درحالی‌که تنوع ابعاد درختان نشان‌دهنده­ چیدمان مکانی مشخصه­هایی ازجمله قطر برابرسینه و ارتفاع است (Pommerening, 2006). به‌منظور بررسی تنوع زیستی و ساختار درختان شاخص­های زیادی توسعه یافته­اند که به بررسی سطوح مختلف تنوع زیستی می­پردازند؛ در سال­های اخیر به‌منظور ساده کردن این اندازه­گیری­ها، شاخص­هایی توسعه یافته­اند که اندازه­گیری آنها نسبت به سایر شاخص­ها بمراتب ساده­تر می­باشد (Motz et al., 2010). این شاخص­ها که برای اولین بار در سال 1992 توسط مؤسسه مدیریت جنگل دانشگاه گوتینگن آلمان توسعه یافتند با دارا بودن عملکردی مشابه ساختار مولکول‌های شیمیایی به بررسی همسایه­های هر درخت می­پردازند (شکل1- ب) (Pommerening, 2006).

شکل1-الف- ویژگی­های مختلف ساختار جنگل، ب- یک گروه ساختاری بر مبنای چهار درخت همسایه (هر یک از دوایر نشان‌دهنده­ یک پایه درختی و هر رنگ نشان‌دهنده­ یک گونه می­باشد) (Gadow, 2003; Gadow, 2006)

در رابطه با ساختار جنگل، در داخل کشور مطالعات زیادی انجام شده است. ازجمله این مطالعات می­توان به مطالعات Mattaji & Namiranian (2003)، Daneshvar et al. (2007)، Eslami & Sagheb-Talebi (2008) و Hassani & Amani (2010) اشاره کرد. اما هیچ‌کدام از این تحقیقات به بررسی ساختار جنگل بر اساس سه ویژگی موقعیت مکانی، آمیختگی و ابعاد درختان نپرداخته­اند. از تنها تحقیقاتی که در جنگل­های ایران با استفاده از شاخص­های مبتنی بر نزدیکترین همسایه، به بررسی سه ویژگی ذکر شده پرداخته­اند، می­توان به تحقیقات Alijani & Feghhi (2012) و Alijani et al. (2012a) و همچنین Alijani et al. (2012b)اشاره کرد که با استفاده از قطعات نمونه 1000 متر مربعی به بررسی ساختار گونه­های مختلف در بخش گرازبن جنگل خیرود نوشهر پرداخته‌اند.

اما در تحقیقات متعددی در خارج از کشور، کاربرد شاخص­های مبتنی بر نزدیکترین همسایه در کمی­سازی ساختار توده­های جنگلی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته­اند. Kint et al. (2000) در بررسی این شاخص­ها به توانایی زیاد آنها در تشریح دقیق ساختار توده و همچنین بررسی سیر تکامل توده اشاره کردند. همچنین Pommerening (2002) از دیگر مزایای این شاخص­ها به توانایی بکار بردن آنها در اندازه­­گیری اختلافات بین توده­ها در زمان‌ها و مکان­های مختلف، تعیین اختلاف بین ساختار جنگل مشاهده شده و مورد انتظار و همچنین کمی­سازی تغییرات حاصل از عملیات بهره­برداری اشاره کرد. در تحقیقی دیگر Aguirre et al. (2003)از مزایای این شاخص­ها به عدم نیاز به ثبت موقعیت درختان و اندازه­گیری فاصله بین آنها اشاره و بیان کردند که ارزیابی ساختار جنگل با استفاده از این شاخص­ها کامل­تر و راحت­تر از روش­های سنتی می­باشد. در تحقیقی که Pommerening & Stoyan (2006) انجام دادند، ضمن تشریح مشکل درختان مرزی در تشکیل گروه­های ساختاری، بیان کردند که استفاده از روش تصحیح حاشیه نزدیکترین همسایه (Nearest neighbour)در صورت وجود تعداد کافی درخت در قطعات نمونه می­تواند مفید باشد. همچنین Kint (2005) کاربرد نتایج حاصل از این شاخص­ها را در مدیریت پایدار جنگل و به‌ویژه در رابطه با گونه­های در معرض انقراض (Ruprecht et al., 2010) توصیه ­کرد.

با توجه به اهمیت اقتصادی و اکولوژیکی زیاد راشستان­های شمال ایران، لازم است تا مطالعات کاملی در رابطه با ساختار این جنگل­ها انجام گیرد. از آن جا که راشستان­های قطعه شاهد لنگای کلاردشت جزء توده­های نسبتاً دست‌نخورده می­باشند، با کمی‌سازی ساختار این جنگل­ها در مراحل مختلف تحولی علاوه بر این که کارایی این شاخص­ها در کمی­سازی ساختار این جنگل­ها مورد بررسی قرار می­گیرد، نتایج حاصل از این بررسی می­تواند به‌عنوان الگویی برای مدیریت پایدار و فعالیت­های جنگل­شناسی همگام با طبیعت مورد استفاده قرار گیرد.

مواد و روش­ها

منطقه مورد مطالعه

طرح ملی «شناخت ویژگی‌های مناسب راشستان‌های شمال کشور برای اعمال جنگل‌شناسی نزدیک به طبیعت» در چهار منطقه از جنگل‌های هیرکانی ازجمله قطعه شاهد لنگای کلاردشت در مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور در دست انجام است (Sagheb-Talebi, 2012). در این تحقیق به‌منظور بررسی ساختار مراحل مختلف تحولی راشستان­ها، از سه قطعه نمونه پیاده شده در پارسل شاهد شماره 139 واقع در سری 1 طرح جنگل‌داری لنگای کلاردشت استفاده شد. از مهمترین ویژگی جنگل­های این منطقه که بررسی ساختار آن را ضرورت می­بخشد، عدم وجود دخالت­های انسانی می­باشد، بنابراین می­توان جنگل­های این منطقه را به‌عنوان نمونه­ای از جنگل­های دست‌نخورده و مدیریت نشده شناخت (Akhavan et al., 2012). منطقه مورد بررسی دارای ارتفاعی حدود 1600 متر بالاتر از سطح دریاست و با دارا بودن بارندگی سالانه 1300 میلی­متر در سال و دمای سالانه 8 درجه سانتی­گراد فاقد فصل خشک است. همچنین منطقه مورد مطالعه دارای خاک قهوه­ای جنگلی و pH اسیدی بوده و به‌طورکلی دارای دو تیپ جنگلی راش خالص و راش- ممرز همراه با سایر پهن­برگان می­باشد (Anonymous, 1998).

جمع­آوری اطلاعات مورد نیاز

اطلاعات مورد نیاز در این تحقیق با استفاده از سه قطعه نمونه یک هکتاری (100×100 متر) که هر کدام در یکی از مراحل تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی جنگل قرار دارند، جمع­آوری شد (شکل2). تشخیص این مراحل با استفاده از تجربیات و همچنین تعاریف موجود (Korpel, 1995; Delphan Abazari et al., 2004; Sagheb-Talebi et al., 2005; Mattaji & Sagheb-Talebi, 2007) صورت پذیرفت. در انتخاب این سه قطعه نمونه علاوه بر در نظر گرفتن مراحل تحولی سعی شد که هر سه قطعه نمونه از نظر خاک، اقلیم و عوامل توپوگرافی دارای شرایط یکسانی باشند، بنابراین تنها تفاوت از نظر مرحله تحولی توده می­باشد و سایر عوامل در ساختار این سه قطعه نمونه نقشی ندارند.

شکل2- موقعیت سه قطعه نمونه مورد بررسی نسبت به یکدیگر (نقاط موقعیت درختان در هر قطعه را نشان می‌دهند).

به‌منظور جمع­آوری اطلاعات مورد نیاز، پس از تعیین مختصات گوشه جنوب‌غربی هر سه قطعه نمونه، با استفاده از دستگاه VERTEX III و قطب‌نمای سونتو، آزیموت و فاصله درختان نسبت به گوشه جنوب‌غربی تعیین و بعد با استفاده از روابط مثلثاتی فاصله هر درخت نسبت به دو ضلع منتهی به گوشه جنوب‌غربی قطعه نمونه تعیین شد. همچنین علاوه بر مختصات هر درخت مشخصه­هایی مانند نوع گونه، قطر برابر‌سینه درختان بیشتر از 5/7 سانتی­متر و همچنین در نواری به عرض 10 متر و طول 100 متر در وسط هر قطعه نمونه ارتفاع تمام درختان موجود (به‌منظور ترسیم منحنی ارتفاع) اندازه­گیری شد. سپس با استفاده از منحنی ارتفاع، رابطه بین قطر و ارتفاع درختان راش محاسبه و ارتفاع تمامی درختان استخراج گردید.

شاخص­های مورد استفاده

در این تحقیق به‌منظور کمی­سازی ساختار جنگل­های مورد مطالعه از شاخص­های کلارک و ایوانز (Clark and Evans)، زاویه یکنواخت (Uniform angle)، آمیختگی (Mingling)، تمایز قطر برابر‌سینه (DBH differentiation)، تمایز ارتفاع (Height differentiation) و همچنین فاصله تا همسایه­ها (Distance to neighbors) استفاده شد. در جدول1 شاخص­های بکار رفته در این تحقیق به‌طور مختصر تشریح شده­اند.

جدول1- تشریح شاخص­های ساختاری مبتنی بر نزدیکترین همسایه

شاخص کلارک و ایوانز برای تعیین میزان انحرافی که یک جنگل از توزیع پوآسون (Poisson) دارد استفاده می‌شود. در این شاخص observedγ⁻ میانگین فاصله درختان نسبت به نزدیکترین همسایه خود در توده مورد بررسی می­باشد، درحالی‌که (γ)Ε مقدار این فاصله در یک جنگل با توزیع کاملاً تصادفی (جنگل پوآسون) و دارای N درخت در سطحی برابر با A می­باشد (Pommerening, 2002). هنگام بررسی یک جنگل با توزیع تصادفی، مقدار این شاخص برابر 1 و در جنگل­هایی با توزیع کپه­ای و منظم مقدار این شاخص به‌ترتیب کمتر و بیشتر از 1 بدست می­آید (Kint et al., 2000). دومین شاخصی که در این تحقیق برای بررسی موقعیت مکانی درختان انتخاب شد، شاخص زاویه یکنواخت می­باشد. این شاخص با مقایسه زاویه بین درختان همسایه ( ) و زاویه استاندارد ( ) (رابطه 1) به بررسی منظم بودن موقعیت مکانی درخت مرجع نسبت به درختان همسایه خود می­پردازد.

رابطه (1)       0= 360/number of neighbor+1 ∞

مقدار شاخص زاویه یکنواخت به هنگام استفاده از چهار درخت همسایه (Aguirre et al., 2003; Graz, 2004; Gadow 2006; Corral et al., 2010) یکی از ارزش­های صفر، 25/0، 50/0، 75/0 و 1 بدست می­آید که ارزش صفر نشان‌دهنده چیدمان منظم، 50/0 چیدمان تصادفی و 1 چیدمان کپه­ای می­باشد.

دومین ویژگی ذکر شده برای بررسی ساختار جنگل، آمیختگی گونه­ای می­باشد. به‌منظور بررسی این ویژگی از شاخص آمیختگی که اساس کار آن بر مبنای مقایسه نوع گونه درخت مرجع نسبت به درختان همسایه است، استفاده شد. به هنگام استفاده از چهار درخت همسایه، یکی از مقادیر صفر (گونه­ همه همسایه­ها مشابه گونه مرجع)، 25/0 (یک همسایه دارای گونه متفاوت نسبت به درخت مرجع)، 50/0 (دو همسایه دارای گونه متفاوت نسبت به درخت مرجع)، 75/0 (سه همسایه دارای گونه متفاوت نسبت به درخت مرجع) و یا 1 (گونه هیچ­کدام از همسایه­ها مشابه گونه مرجع نمی­باشند) بدست می­آید (Ruprecht et al., 2010). به‌عبارت دیگر با افزایش مقدار این شاخص، آمیختگی در توده مورد بررسی افزایش می­یابد (Graz, 2004).

همچنین در این تحقیق به‌منظور بررسی ابعاد قطری و ارتفاعی درختان (ویژگی سوم ساختار جنگل)، از شاخص­های تمایز قطر برابر‌سینه و تمایز ارتفاع استفاده شد. نتایج حاصل از این دو شاخص که به بررسی میزان اختلاف قطر برابر‌سینه و ارتفاع درختان همسایه در داخل توده می­پردازد، بین صفر (بدون اختلاف) تا 1 (ناهمگنی زیاد در میان درختان همسایه) در نوسان است. به‌منظور سهولت در تفسیر نتایج این دو شاخص، ارزش­های آن به پنج طبقه اختلاف کم (2/0-0)، متوسط (4/0-2/0)، آشکار (6/0-4/0)، زیاد (8/0-6/0) و خیلی زیاد (1-8/0) تقسیم می‌شوند (Kint et al., 2000).

یکی از معایب شاخص­های ذکر شده در بالا، در نظر نگرفتن تراکم توده­های جنگلی می­باشد؛ بگونه­ای که به هنگام مقایسه دو جنگل با چیدمان مشابه ولی تراکم‌های متفاوت، اختلافات به‌خوبی نشان داده نمی­شوند. به‌همین منظور شاخص فاصله تا نزدیکترین همسایه­ها به‌طور مکمل با شاخص­های دیگر در کمی­سازی ساختار جنگل مورد استفاده قرار می­گیرد (Ruprecht et al., 2010). بنابراین با استفاده از این شاخص به‌راحتی می­توان به مقایسه توده­های مختلف در زمان­ها و مکان­های مختلف پرداخت.

اما مسئله بسیار مهمی که به هنگام کمی­سازی ساختار جنگل با استفاده از شاخص­های مبتنی بر نزدیکترین همسایه باید در نظر گرفت، تأثیر حاشیه قطعات نمونه بر روی تشکیل گروه­های ساختاری می‌باشد، هر گروه ساختاری عبارت است از یک درخت مرجع و چهار درخت همسایه آن. به‌عبارت دیگر، ممکن است به هنگام تشکیل گروه‌های ساختاری نزدیک به مرز قطعه نمونه، یک یا چند درخت همسایه خارج از مرز قرار گرفته و در نتیجه عدم توجه به این موضوع سبب ایجاد انحراف در محاسبه شاخص­های یاد شده شوند. در این تحقیق برای جلوگیری از این انحراف از روش تصحیح حاشیه نزدیکترین همسایه (NN₁) استفاده شد. در این روش برای هر درخت با توجه به چیدمان مکانی آن تصمیم گرفته می­شود که در محاسبات ساختار وارد شود یا خیر. به‌عبارت دیگر، تنها در صورتی درخت i به‌عنوان درخت مرجع انتخاب می­شود که فاصله آن تا مرز قطعه نمونه بیشتر یا مساوی با فاصله آن تا nامین درخت همسایه باشد (Pmmerening & Stoyan, 2006).

در این تحقیق، تمامی محاسبات مربوط به شاخص­های ساختاری و همچنین انجام عملیات تصحیح حاشیه با استفاده از مجموعه نرم‌افزاری Crancod با استفاده از تکنیک­های برنامه­نویسی در محیط برلند دلفی مبتنی بر زبان برنامه‌نویسی پاسکال، انجام شد.

نتایج

مشخصات کمی سه قطعه نمونه یک هکتاری برداشت شده به‌منظور شناخت بهتر وضعیت توده­های مورد مطالعه در جدول2 ارائه شده است.

جدول 2- مشخصات کمی سه قطعه نمونه یک هکتاری برداشت شده

همچنین به‌منظور مطالعات ساختاری، پس از تصحیح حاشیه و حذف گروه­های ساختاری که دارای یک یا چند همسایه در خارج از مرز قطعه نمونه بودند، شاخص­های ساختاری مذکور در سه مرحله تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی محاسبه شد. در جدول3 تعداد گروه‌های ساختاری قبل و بعد از تصحیح حاشیه به روش نزدیکترین همسایه و همچنین فراوانی گروه­های ساختاری که راش به‌عنوان درخت مرجع می­باشد، ارائه شده است.

جدول3- تعداد گروه­های ساختاری قبل و بعد از تصحیح حاشیه با استفاده از روش نزدیکترین همسایه

نتایج حاصل از شاخص کلارک و ایوانز (جدول4) نشان‌دهنده­ الگوی مکانی کپه­ای درختان در مراحل اولیه و پوسیدگی می­باشد. هر چند که میانگین این شاخص در مرحله اولیه (88/0) به مقدار بسیار ناچیزی کمتر از مرحله پوسیدگی (89/0) است که نشان‌دهنده­ تمایل بیشتر مرحله اولیه به داشتن الگوی کپه­ای می‌باشد، ولی این تفاوت بسیار جزئی است. بر خلاف دو مرحله اولیه و پوسیدگی، میانگین شاخص کلارک و ایوانز در مرحله بلوغ بیان‌کننده الگوی مکانی تصادفی درختان می­باشد. بکارگیری شاخص زاویه یکنواخت به‌طور مکمل با شاخص کلارک و ایوانز نشان‌دهنده­ چیدمان تصادفی درختان همسایه در سه مرحله تحولی می­باشد (جدول4). نتایج حاصل از این شاخص بیان‌کننده­ این مطلب است که هرچند در مراحل اولیه و پوسیدگی درختان به شکل کپه­ای قرار دارند، ولی در داخل کپه­ها درختان به شکل تصادفی چیده شده­اند. در شکل3 به‌منظور درک بهتر از توزیع گروه­های ساختاری در طبقات مختلف صفر، 25/0، 50/0، 75/0 و 1، فراوانی نسبی گروه­های ساختاری در طبقات ذکر شده، ارائه شده است. همان‌طور که در شکل3 مشاهده می­شود، بیشترین فراوانی گروه­های ساختاری در طبقه 5/0 می­باشد که بیان‌کننده این مطلب است که از چهار زاویه بین درختان همسایه یک گروه ساختاری، دو زاویه کوچکتر و دو زاویه بزرگتر از زاویه مرجع است.

میانگین حاصل از شاخص آمیختگی که به بررسی آمیختگی درختان همسایه در سه مرحله تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی پرداخته در جدول4 ارائه شده است. نتایج حاصل از این شاخص به‌ترتیب در مراحل اولیه، پوسیدگی و بلوغ افزایش می­یابد. به‌عبارتی دیگر مرحله اولیه دارای آمیختگی کمتری نسبت به سایر مراحل است. شکل4 نشان‌دهنده­ توزیع گروه­های ساختاری در هر یک از طبقات 1-0 می­باشد. با توجه به شکل4 بیشترین فراوانی گروه­های ساختاری در طبقه صفر می­باشد که بیانگر یکسان بودن چهار درخت همسایه با گونه درخت مرجع می‌باشد.

سومین ویژگی ساختار جنگل اختلاف ابعاد درختان است. میانگین شاخص تمایز قطر برابر‌سینه (جدول4) نشان‌دهنده­ اختلاف قطری متوسط تا آشکار برای درختان همسایه در هر سه مرحله تحولی است. از آن جا که ارتفاع تمامی درختان در این تحقیق اندازه­گیری نشده بود، برای محاسبه ارتفاع درختان راش از منحنی ارتفاع استفاده شد (شکل5) و ارتفاع سایر گونه­های درختی به‌علت تعداد کم داده­های ارتفاعی آنها محاسبه نگردید. به ‌همین دلیل تعدادی از گروه­های ساختاری که دارای گونه­های دیگر بودند حذف و محاسبات مربوط به شاخص تمایز ارتفاع برای مراحل اولیه، بلوغ و پوسیدگی به‌ترتیب با 288، 166و 178 گروه ساختاری انجام شد. نتایج حاصل از این شاخص (جدول4) نشان‌دهنده­ اختلاف کم تا متوسط درختان از نظر ارتفاعی می­باشد. همچنین به‌منظور درک بهتر از توده­های مورد بررسی، نمودار­های توزیع گروه­های ساختاری برای دو شاخص تمایز قطر برابر‌سینه و ارتفاع به‌ترتیب در شکل­های6 و 7 ارائه شده است. این دو شاخص هر چه از ارزش صفر به ‌سمت 1 میل کنند، اختلاف بین کوچکترین و بزرگترین درخت از نظر ویژگی مورد بررسی بیشتر می­شود.

به‌منظور مقایسه فاصله بین درختان همسایه در سه مرحله ذکر شده، شاخص فاصله تا نزدیکترین همسایه­ها بکار گرفته شد. نتایج حاصل از این شاخص (جدول4) نشان‌دهنده­ افزایش فاصله بین درختان طی مراحل اولیه، پوسیدگی و بلوغ می­باشد. البته لازم به ذکر است که علاوه بر تعداد درختان، الگوی پراکنش درختان نیز بر نتایج حاصل از این شاخص تأثیر‌گذار می­باشد.

شکل3- نمودارهای توزیع مقادیر شاخص زاویه یکنواخت در مراحل تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی

شکل4- نمودارهای توزیع مقادیر شاخص آمیختگی در مراحل تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی

جدول4- میانگین شاخص­های ساختار جنگل در مراحل تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی

شکل5- منحنی ارتفاع گونه راش در منطقه کلاردشت

شکل 6- نمودارهای توزیع مقادیر شاخص تمایز قطر برابر‌سینه در مراحل تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی

شکل 7- نمودارهای توزیع مقادیر شاخص تمایز ارتفاع در مراحل تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی

بحث

با وجود این که درختان در جای خود ثابت هستند، ولی توده­های جنگلی در زمان­ و مکان­های مختلف دارای تغییراتی در ساختار خود می­باشند. از عوامل مؤثر در این تغییرات می­توان به فرایندهایی ازجمله تجدیدحیات، رویش و مرگ و میر درختان اشاره کرد. بنابراین می­توان بیان نمود که ساختار جنگل اثرات متقابلی با فرایندهایی ازجمله تجدیدحیات، رویش و مرگ و میر دارد. بررسی ساختار جنگل و مدیریت آن نه تنها از نظر اکولوژیست­ها جذاب می­باشد؛ بلکه از نظر اقتصاددانان نیز بسیار مفید است. به گونه­ای که یک جنگل با ساختار ناهمسال و آمیخته بمراتب نسبت به خطرات طبیعی مقاوم­تر بوده و همچنین می­تواند دارای تولیدات پایدار بیشتری باشد.

نتایج حاصل از شاخص­های بکار رفته در این تحقیق نشان‌دهنده­ وجود کپه­های درختان در دو مرحله اولیه و پوسیدگی است، البته باید بیان نمود که مرحله اولیه دارای تمایل بیشتری به حالت کپه‌ای می­باشد. پژوهشگرانی مانند Habashi et al. (2007)، Hassani & Amani (2010) و Akhavan et al. (2012) علت پراکنش کپه­ای گونه راش را در خصوصیات اکولوژیکی این گونه ازجمله بذرهای سنگین، سایه­پسندی و داشتن زادآوری لکه­ای می­دانند. اما نکته قابل توجه، وجود چیدمان تصادفی درختان داخل کپه­ها نسبت به یکدیگر بود که حکایت از طبیعی بودن جنگل­های منطقه مورد مطالعه داشت. بررسی موقعیت مکانی درختان مرحله بلوغ، وجود الگوی مکانی تصادفی را برای این مرحله نشان داد که نشان‌دهنده­ حذف تعداد زیادی از درختان داخل خوشه­ها به‌علت رقابت موجود در مرحله اولیه می­باشد. همچنین حذف این درختان سبب افزایش فاصله بین درختان همسایه می­شود. نتایج حاصل از بررسی موقعیت مکانی در این تحقیق با نتایج Akhavan et al. (2010) که با استفاده از تابع Kرایپلی به بررسی الگوی مکانی جنگل مورد بررسی در این تحقیق پرداختند، هماهنگی دارد. همچنین Kint et al. (2000) بیان کردند که علاوه بر تغییرات حاصل از فرایندهای طبیعی، مدیریت توده­ها نیز سبب تغییر در موقعیت مکانی درختان می­شود؛ به گونه­ای که در توده­های مدیریت شده با تنک کردن خوشه­ها به نفع درختان مرغوب، الگوی مکانی به‌سمت منظم شدن پیش می­رود. طی مقایسه­ای که Commarmot et al. (2005) بر روی دو توده راش بکر و مدیریت شده انجام دادند، بیان کردند که در توده مدیریت شده درختان اشکوب بالایی تحت تأثیر تنک کردن از بالا دارای توزیع منظم شده‌اند، درحالی‌که درختان در اشکوب پایینی و میانی پراکنش خوشه­ای داشتند. در جنگل بکر درختان مسن با قطر بیشتر از 80 سانتی‌متر دارای پراکنش تصادفی و درختان اشکوب­های میانی و پایینی تحت تأثیر زادآوریهای انجام شده در روشنه­های حاصل از خشکه­دارها، پراکنش خوشه­ای داشتند.

با وجود اختلاف کم در مقادیر شاخص آمیختگی در سه مرحله تحولی اولیه، بلوغ و پوسیدگی؛ هر سه ارزش نشان‌دهنده­ آمیختگی کم درختان به‌دلیل فراوانی بیشتر راش بوده است. نتایج حاصل از این شاخص نشان‌دهنده­ وجود رقابت درون گونه­ای در سه توده مورد بررسی (به‌ویژه مرحله اولیه) می­باشد. Akhavan & Sagheb-Talebi (2012) بیان کردند که سرشت سایه پسندی راش و رقابت درون گونه­ای آن در طول زمان و در مراحل مختلف تحولی جنگل تغییر می­کند که به‌همراه محدودیت پراکنش بذر آن سبب ایجاد الگوهای پراکنش مختلف می­شود. همچنین Pommerening (2002) ضمن تشریح ساختار درختان بلوط و راش بیان می­کند که آمیختگی گونه­ای به‌طور مستقیم تحت تأثیر موقعیت مکانی درختان قرار می­گیرد. به‌عنوان مثال تمایل گونه راش به داشتن الگوی مکانی کپه­ای سبب شده که بیشتر درختان مجاور این گونه را پایه­هایی از همان گونه تشکیل دهند، درحالی‌که الگوی مکانی تصادفی گونه بلوط سبب آمیختگی زیاد این گونه با سایر گونه­ها می­باشد. Alijani et al. (2012a) با مقایسه آمیختگی گونه راش و بلوط بیان کردند که میزان اختلاف مطلق بین نمودارهای توزیع مقادیر این دو گونه برابر 3/59 درصد می‌باشد که میزان زیاد این ارزش به‌خوبی نمایانگر تفاوت موجود بین آمیختگی این دو گونه می­باشد. همچنین مدیریت توده بر روی ترکیب گونه­ای بدون تأثیر نمی­باشد، به گونه­ای که در جنگل­های مورد مطالعه Commarmot et al. (2005)، مدیریت توده­های راش سبب افزایش تنوع گونه­های درختی نسبت به جنگل بکر شده بود.

ویژگی سوم ساختار جنگل که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت، اختلاف ابعاد درختان نسبت به یکدیگر می‌باشد. درختان مورد بررسی در هر سه مرحله تحولی از نظر قطر برابر‌سینه دارای اختلاف متوسط تا آشکار و از نظر ارتفاعی دارای اختلاف کم تا متوسط می­باشند. Pommerening (2002) بیان می­کند که علاوه بر سن و مراحل تکاملی توده، مدیریت جنگل نیز بر اختلاف ابعاد درختان مؤثر است. به‌طور مثال در توده­ بلوطی که Kint et al (2000) بررسی کردند، برداشت پایه­های قطور گیلاس وحشی در مجاورت بلوط سبب افزایش اختلاف قطری توده مورد بررسی شده بود. همچنین رابطه بین قطر درختان و رقابت موجود در توده­های راش راAkhavan & Sagheb-Talebi (2012) به‌طور مفصل بحث نموده‌اند. با وجود این که میانگین شاخص­های مورد استفاده در این تحقیق، اطلاعات مناسبی را ارائه می­دهند؛ ولی Aguirre et al. (2003) پیشنهاد کردند که به‌منظور درک بهتر از ساختار درختان از نمودارهای توزیع مقادیر شاخص­های مذکور در طبقات مختلف استفاده شود (شکل­های3، 4، 6 و 7).

شاخص­های بکار رفته در این تحقیق دارای توانایی زیادی در کمی‌سازی ساختار جنگل و تشریح ویژگی­های اکولوژیکی گونه­های درختی می­باشند. از مزیت­های این شاخص­ها نسبت به روش­های کلاسیک می­توان به ‌آسانی اندازه­گیری، ارزان بودن و صحت زیاد اشاره کرد. در پایان پیشنهاد می­شود که به‌منظور کسب اطلاعات بیشتر از تغییرات ساختار جنگل در مراحل مختلف تحولی، ساختار این توده­های جنگلی طی دوره­های زمانی پایش شود. همچنین لازم است که کاربرد نتایج حاصل از این شاخص­ها در عملیات­ جنگل­شناسی، بهره­برداری، جنگل­کاری و احیای جنگل مورد بررسی و استفاده قرار گیرد.

منابع مورد استفاده

References

- Aguirre, O., Hui, G., Gadow, K.V. and Jimenez, J., 2003. An analysis of forest structure using neighborhood-based variables. Forest Ecology and Management, 183: 137-145.

- Akhavan, R., Sagheb-Talebi, KH., 2012. Application of bivariate Ripley’s K-function for studying competition and spatial association of trees (Case study: intact Oriental beech stands in Kelardasht). Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 19(4): 632-644.

- Akhavan, R., Sagheb-Talebi, KH., Hassani, M. and Parhizkar, P., 2010. Spatial patterns in untouched beech (Fagus orientalis Lipsky) stands over forest development stages in Kelardasht region of Iran. Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 18(2): 322-336.

- Akhavan, R., Sagheb-Talebi, KH., Zenner, E.k. and Safavimanesh, F., 2012. Spatial patterns in different forest development stages of an intact old-growth Oriental beech forest in the Caspian region of Iran. European Journal of Forest Research, 131(5): 1355-1366.

- Alijani, V. and Feghhi, J., 2012. Investigation on the elm (Ulmus glabra Hudson) spatial structure to applying for sustainable management (Case Study: Gorazbon district, Kheirud Forest). Journal of Environmental Studies, 37(60): 35-44.

- Alijani, V., Feghhi, J. and Marvi Mohadjer, M.R., 2012a. Investigation on the beech and oak spatial structure in a mixed forest (Case study: Gorazbon district, Kheirud forest). Journal of Wood & Forest Science and Technology, 19(3): 175-188.

- Alijani, V., Feghhi, J., Zobeiri, M. and Marvi Mohadjer, M.R., 2012b. Quantifying the Spatial Structure in Hyrcanian Submountain Forest (Case Study: Gorazbon District of Kheirud Forest-Noushahr-Iran). Iranian Journal of Natural Resources. 65(1): 111-125.

- Anonymous, 1998. Management plan of district1 of Langa Forest, watershed basin No.36 (Kazemrood), Natural Resources Department of Noushahr Township, 450 p.

 -Commarmot, B., Bachofen, H., Bundziak, Y., Bürgi, A., Ramp, B., Shparyk, Y., Sukhariuk, D., Viter, R., and Zingg, A., 2005. Structures of virgin and managed beech forests in Uholka (Ukraine) and Sihlwald (Switzerland): a comparative study. Forest Snow Landscape Research, 79(1/2): 45-56.

- Corral, J.J., Wehenkel, C., Castelanos, H.A., Vargas, B. and Dieguez, U., 2010. A permutation test of spatial randomness: application to nearest neighbor indices in forest stands. Journal of Forest Research, 15: 218-225.

- Daneshvar, A., Rahmani, R. and Habashi, H., 2007. The heterogeneity of structure in mixed beech forest (case study: Shastkalateh, Gorgan. Journal of Agriculture Science and Natural Resource, 14(4): 20-31.

- Delphan Abazari, B., Sagheb-Talebi, KH, and Namiranian, M., 2004. Development stages and dynamic of undisturbed oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) stands in Kelardasht region (Iran). Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 12(3): 307-325.

- Eslami, A.R. and Sagheb-Talebi, KH., 2008. Investigation on the structure of pure and mixed beech forests in north of Iran. Pajouhesh & Sazandegi, 77: 39-46.

- Gadow, K.V., 2006. Forsteinrichtung, Adaptive Steuerung und Mehrpfadprinzip. University of Göttingen, 163 p.

- Gadow, K.V., 2003. Waldstruktur und Wachstum. Universitatsdrucke Göttingen, 241 p.

- Gadow, K.V., Zhang, C.Y., Wehenkel, C., Pommerening, A., Corral-Rivas, J., Korol, M., Myklush, S., Hui, G.Y., Kiviste, A. and Zhao, X.H., 2012. Forest structure and diversity, 29-83. In: Pukkala, T. and Gadow, K.V. (Eds.). Continuous cover forestry. 2nd edition, Managing Forest Ecosystem 23. Springer, Dordrecht, 296 p.

- Graz, P.F., 2004. The behavior of the species mingling index M_sp in relation to species dominance and dispersion. European Journal of Forest Research, 123: 87-92.

- Habashi, H., Hosseini, S.M., Mohammadi, J. and Rahmani, R., 2007.Stand structure and spatial pattern of trees in mixed Hyrcanian beech forests of Iran. Iranian Journal of Forest and Poplar Research. 15: 55-64.

- Hassani, M. and Amani, M., 2010. Investigation on structure of oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) stand at optimal stage in Sangdeh forest. Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 18(2): 163-176.

- Kint, V., 2005. Structural development in ageing temperate Scots pine stands. Forest Ecology and Management, 214: 237-250.

-Kint, V., Lust, N., Ferris, R. and Olsthoorn, A.F.M., 2000. Quantification of forest stand structure applied to Scote Pine (Pinus sylvestris L.) forests. Agraria: Sistemas y Recursos Forestales, 1: 147-163.

- Korpel, S., 1995. Die Urwälder der Westkarpaten. Gustav Fischer, Berlin, 310 p.

-Mattaji, A. and Namiranian, M., 2003. Investigation the structure and evolution process of beech forests natural stands in north of Iran (Case study: Kheyrood-Kenar, Noushahr). Iranian Journal of Natural Resources, 55(4): 531-541.

- Mattaji, A. and Sagheb-Talebi, KH., 2007. Development stages and dynamic of two oriental beech (Fagus orientalis) communities at natural forests of Kheiroudkenar-Noshahr. Iranian Journal of Forest and Poplar Research. 15(4): 398-416.

- Motz, K., Sterba, H. and Pommerening, A., 2010. Sampling measures of tree diversity. Forest Ecology and Management, 260: 1985-1996

- Pommerening, A., 2002. Approaches to quantifying forest structures. Forestry, 3: 305-324.

- Pommerening, A., 2006. Evaluating structural indices by reversing forest structural analysis. Forest Ecology and Management, 224: 266-277.

- Pommerening, A. and Stoyan, D., 2006. Edge-correction needs in estimating indices of spatial forest structure. Canadian Journal of Forest Research, 36: 1723-1739.

- Ruprecht, H., Dhar, A., Aigner, B., Oitzinger, G., Raphael, K. and Vacik, H., 2010. Structural diversity of English yew (Taxus bacata L.) populations. European Journal of Forest Research, 129: 189-198.

- Sagheb-Talebi, KH., 2012. Primary report of national plan of recognition the appropriate properties of Oriental beech forests for applying close to nature silvicultural system in north of Iran. Research Institute of Forests and Rangelands, Tehran, 32 p.

- Sagheb-Talebi, KH., Delfan Abazari, B. and Namiranian, M., 2005. Regeneration process in natural un-even aged Caspian beech forests of Iran. Swiss Forestry Journal, 156(12): 477-480.