الگوي توزيع زادآوري درختان براساس نظريه فركتال در جنگل هاي گهواره، استان كرمانشاه

Spatial distribution of tree regeneration using fractal theory in Gahvareh forests, Kermanshah province

سابقه و هدف زادآوري درختان يك فرآيند بسيار مهم در پويايي اكوسيستم جنگل است و اثر مهمي در تركيب جوامع جنگلي دارد. تحليل كمي زادآوري درختان، اطلاعات پايه و اساسي براي حفاظت و مديريت جنگل فراهم مي كند. در سال هاي اخير زادآوري، پوشش و ساختار جنگل هاي زاگرس دچار تغييرات شديدي شده است. اين جنگل ها داراي اهميت ملي فراوان هستند. حدود يك سوم بارندگي هاي سالانه كشور را دريافت كرده و منشا چهل درصد منابع آبي كشور هستند. با توجه به اهميت ملي و منطقه اي جنگل هاي زاگرس، ارزيابي زادآوري درختان و الگوي توزيع آن از اولويت هاي مهم براي برنامه ريزي، مديريت و احياي اين جنگل ها است. از طرفي تخريب اكوسيستم ها، ديناميك و الگوي مكاني آن ها را تغيير مي دهد. در اين راستا، اكوسيستم ها به سمت يك خودتشابهي در الگو هاي مكاني براي استفاده بهتر از منابع و مواد غذايي پيش مي روند كه در نتيجه اين خودتشابهي الگوي مكاني پوشش گياهي در مقياس وسيع، داراي يكنواختي شده و از ساختار اوليه دور خواهد شد. اين خودتشابهي در اكوسيستم ها يك ويژگي ذاتي سيستم هاي غيرخطي است. براي مطالعه سيستم هاي غيرخطي، تكنيك آماري كه مي تواند استفاده شود و قادر است ساختار مكاني را تفسير كند يك كميت رياضياتي به اسم بعد فركتال مي باشد. در واقع بعد فركتال، پتانسيلي براي بررسي و مطالعه ساختار مكاني آن دسته از پديده هايي دارد كه به سمت خود تشابهي پيش رفته اند. مواد و روش ها تحقيق حاضر در بخشي از جنگل هاي قرق شده گهواره در استان كرمانشاه انجام شد. نمونه برداري با استفاده از شبكه آماربرداري به ابعاد 100 متر × 100 متر و به صورت منظم تصادفي انجام گرفت. همچنين در بخشي از منطقه براي برداشت زادآوري در فاصله هاي كوچك تر، از ابعاد شبكه با فاصله 20 متر × 20 متر هم استفاده شد. در اين پژوهش الگوي توزيع زادآوري دانه زاد درختان در 126 قطعه نمونه 100 متر مربعي با استفاده از تابع خودهمبستگي و نظريه فركتال بررسي شد. يافته ها ويژگي هاي زادآوري در بسياري از موارد، خودهمبستگي نداشتند كه در واقع تاييد كننده عدم وجود ساختار مكاني مشخص در آنهاست. خودهمبستگي بيشتر در متغيرهاي تراكم زادآوري آلبالوي وحشي (Ceracus microcarpa (C.A.M) Boiss)، تراكم كل زادآوري، ميانگين كل ارتفاع زادآوري و شاخص شانون ديده مي-شود كه تاييدكننده وجود همبستگي مكاني بيشتر در اين متغيرها و واريانس تصادفي كم آن ها است. ابعاد فركتال زياد درمورد كليه متغيرها نشان داد كه نوسان هاي شديدي در منطقه وجود دارد و تغييرات مكاني داراي ساختار و نظام مندي مشخصي نيستند. نتيجه گيري براساس نتايج اين تحقيق، زادآوري دانه زاد درختان در جنگل هاي اين منطقه داراي تنوع است، اما با توجه به بعد فركتال بالا كه نشانگر الگوي مكاني غير قابل پيش بيني و تصادفي در اكثر متغيرهاي زادآوري است، هنوز ساختار مكاني به ثبات لازم براي استقرار كامل آن نرسيده و حفاظت اين جنگل ها بايد ادامه يابد.

Background and objectives: The tree species regeneration is a critical process in the population dynamics of forests and significantly influences the composition of forest communities. Quantitative analysis of tree regeneration may provide baseline information for conservation and management strategies. Zagros oak forests have been subjected to dramatic changes in forest regeneration, cover and structure in recent decades. Zagros forests have critical national importance. These forests capture over one third of the country’s annual precipitation, and are the headwaters for 40% of the country’s rivers and streams which provide water to the dry central plateau of Iran. Given the national and regional importance of Zagros forests, it is extremely useful for restoration management to evaluate spatial distribution of tree regeneration. Disturbing of ecosystems, changes the dynamic of species and ecosystem processes. Ecosystems are therefore moving in a self-organizing way towards a more efficient use of energy/nutrients to the total energy input. This self-organizing of the ecosystem is an inherent feature of non-linear interacting systems. Techniques used to study non-linear systems could be able to quantify the structure of complex objects and spatial dynamic of plants. Materials and methods: The mathematical features of spatially complex systems are often fractal. Fractal has the potential to exposure a new way to understand and analyze such natural spatial phenomena, which are not smooth, but rough and fragmented to self-similarity. We investigated the spatial patterns of tree regeneration density and diversity in 126 plots (100 m2). The study was conducted at a preserved area (12 years) in Zagros forest of western Iran. We applied autocorelation methods to examine the spatial structure in distribution of regeneration. Fractal analysis was also used to characterize the complexity of the spatial patterns. Results: We found that preservation favored density and diversity of tree regeneration in this area. On the whole the variables have weak autocorrelation but regeneration density of C.microcarpa, total regeneration density, regeneration height and Shannon index are the variables which have the most autocorrelation. On the other hand, fractal dimension, representing the unpredictability of spatial patterns, is high for trees and regeneration. This implies that although spatial dependence exists, it is generally fairly weak. Conclusion: These results revealed the scattered and homogeneous spatial distribution of trees and their regeneration. Indeed, our results showed a recovery of regeneration but not the spatial structure of it. It seems that conservation efforts must be continue to complete the recovery of regeneration and their spatial structure.