الگوی توزیع زادآوری درختان براساس نظریه فرکتال در جنگل‌های گهواره، استان کرمانشاه

سابقه و هدف: زادآوری درختان یک فرآیند بسیار مهم در پویایی اکوسیستم جنگل است و اثر مهمی در ترکیب جوامع جنگلی دارد. تحلیل کمی زادآوری درختان، اطلاعات پایه و اساسی برای حفاظت و مدیریت جنگل فراهم می‌کند. در سال‌های اخیر زادآوری، پوشش و ساختار جنگل‌های زاگرس دچار تغییرات شدیدی شده است. این جنگل‌ها دارای اهمیت ملی فراوان هستند. حدود یک‌سوم بارندگی‌های سالانه کشور را دریافت کرده و منشا چهل درصد منابع آبی کشور هستند. با توجه به اهمیت ملی و منطقه‌ای جنگل‌های زاگرس، ارزیابی زادآوری درختان و الگوی توزیع آن از اولویت‌های مهم برای برنامه‌ریزی، مدیریت و احیای این جنگل‌ها است. از طرفی تخریب اکوسیستم‌ها، دینامیک و الگوی مکانی آن‌ها را تغییر می‌دهد. در این راستا، اکوسیستم‌ها به سمت یک خودتشابهی در الگو‌های مکانی برای استفاده بهتر از منابع و مواد غذایی پیش می‌روند که در نتیجه این خودتشابهی الگوی مکانی پوشش‌گیاهی در مقیاس وسیع، دارای یکنواختی شده و از ساختار اولیه دور خواهد شد. این خودتشابهی در اکوسیستم‌ها یک ویژگی ذاتی سیستم‌های غیرخطی است. برای مطالعه سیستم‌های غیرخطی، تکنیک آماری که می‌تواند استفاده شود و قادر است ساختار مکانی را تفسیر کند یک کمیت ریاضیاتی به اسم بعد فرکتال می‌باشد. در واقع بعد فرکتال، پتانسیلی برای بررسی و مطالعه ساختار مکانی آن دسته از پدیده‌هایی دارد که به سمت خود تشابهی پیش رفته‌اند.مواد و روش‌ها: تحقیق حاضر در بخشی از جنگل‌های قرق شده گهواره در استان کرمانشاه انجام شد. نمونه‌برداری با استفاده از شبکه آماربرداری به ابعاد 100 متر × 100 متر و به صورت منظم تصادفی انجام گرفت. همچنین در بخشی از منطقه برای برداشت زادآوری در فاصله‌های کوچک‌تر، از ابعاد شبکه با فاصله 20 متر × 20 متر هم استفاده شد. در این پژوهش الگوی توزیع زادآوری دانه زاد درختان در 126 قطعه‌نمونه 100 متر مربعی با استفاده از تابع خودهمبستگی و نظریه فرکتال بررسی شد. یافته‌ها: ویژگی‌های زادآوری در بسیاری از موارد،‌‌ خودهمبستگی ‌‌نداشتند ‌‌که ‌‌در‌‌واقع ‌‌تایید‌‌کننده ‌‌عدم ‌‌وجود ‌‌ساختار ‌‌مکانی ‌‌مشخّص در ‌‌آنهاست. خودهمبستگی بیشتر در متغیرهای تراکم زادآوری آلبالوی وحشی (ceracus microcarpa (c.a.m) boiss)، تراکم کل زادآوری، میانگین کل ارتفاع زادآوری و شاخص شانون دیده میشود که تاییدکننده وجود همبستگی مکانی بیشتر در این متغیرها و واریانس تصادفی کم آن‌ها است. ابعاد فرکتال زیاد درمورد کلیه متغیرها ‌‌نشان داد ‌‌که ‌‌نوسان‌های ‌‌شدیدی ‌‌در ‌‌منطقه ‌‌وجود ‌‌دارد ‌‌و ‌‌تغییرات ‌‌مکانی ‌‌دارای ‌‌ساختار ‌‌و ‌‌نظام‌‌مندی ‌‌مشخّصی ‌‌نیستند. نتیجه‌گیری: براساس نتایج این تحقیق، زادآوری دانه‌زاد درختان در جنگل‌های این منطقه دارای تنوع است، اما با توجه به بعد فرکتال بالا که نشانگر الگوی مکانی غیر قابل پیش بینی و تصادفی در اکثر متغیرهای زادآوری است، هنوز ساختار مکانی به ثبات لازم برای استقرار کامل آن نرسیده و حفاظت این جنگل‌ها باید ادامه یابد.

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

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 selforganizing way towards a more efficient use of energy/nutrients to the total energy input. This selforganizing of the ecosystem is an inherent feature of nonlinear interacting systems. Techniques used to study nonlinear 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 selfsimilarity. 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.