سنجش تنوع زیستی و طبقه‌بندی گونه‌های درختی و درختچه‌ای در جنگل‌های ارسباران

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهش، بخش تحقیقات جنگل‌ها و مراتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان شرقی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تبریز، ایران

2 دانشیار پژوهش، مؤسسۀ تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران،‌ ایران

3 دانشیار، گروه جنگلداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی اهر،. دانشگاه تبریز، ایران

چکیده

مقدمه و هدف: کاهش تنوع زیستی، افزایش گونه‌های مهاجم و تغییرات اقلیمی از مسائل چالش‌برانگیز این قرن است که سبب کاهش تنوع گیاهی و تاثیرات منفی بر پایداری و ثبات بوم­سازگان­‌ها مانند جنگل‌ها شده ­است. وضعیت فعلی جنگل‌های ارسباران با توجه به تخریب‌ها و دخالت‌های انسانی سال‌های اخیر دستخوش تغییرات زیادی بوده و ارزیابی تنوع زیستی در سطح کل منطقه جنگلی ارسباران ضروری به نظر می‌رسد تا با بررسی آن، از وضعیت ترکیب و تنوع گونه‌ای فعلی جنگل آگاه و به بهبود شرایط توده‌های جنگلی کمک کرد. هدف از این پژوهش ارزیابی و تعیین تنوع گونه‌ای درختی و درختچه‌ای جنگل‌های ارسباران با استفاده از شاخص‌های تنوع زیستی و طبقه‌بندی توده‌های جنگلی بر اساس اندازه شباهت گونه‌ای آنها است.
مواد و روش‌ها: جنگل‌های کوهستانی پهن‌برگ ارسباران واقع در شمال غرب ایران جزء ناحیه اصلی اروپ- سیبری و زیر ناحیه هیرکانی هستند که جزو نه ذخیره‌گاه بیوسفر ایران است. اگرچه این جنگل‌ها حفاظتی هستند اما فعالیت‌های شدید انسانی در چند دهه گذشته، سیمای ظاهری، ترکیب و ساختار جنگل‌های ارسباران را به شدت تغییر داده است. برای انجام این پژوهش با استفاده از روش نمونه‌برداری دو مرحله‌ای، 12 توده جنگلی در سطح کل جنگل‌های ارسباران با پراکنش و توزیع مناسب توده‌ها در رویشگاه‌ها، تیپ‌های جنگلی و گرادیان‌های ارتفاعی مختلف به‌صورت تصادفی انتخاب و در داخل آنها به روش منظم– تصادفی، 347 قطعه­نمونه ثابت دایره‌ای شکل سه و 10 آری آماربرداری  و مشخصه‌های درختان اندازه‌گیری شد. سپس بر اساس داده‌های برداشت­شده، ترکیب گونه‌ای، پراکنش قطری، متوسط سطح مقطع و تراکم در هکتار، ارتفاع درختان و درصد پایه‌های شاخه‌زاد و دانه‌زاد برآورد شدند. برای ارزیابی تنوع زیستی از شاخص‌های غنای مارگالف و منهنیک، شاخص‌های یکنواختی پایلو و هیپ و شاخص‌های تنوع شانون- وینر و سیمپسون استفاده شد. سپس برای طبقه‌بندی بر اساس شباهت یا عدم شباهت گونه‌ای بین توده‌های جنگلی از شاخص جاکارد استفاده شد و دندروگرام حاصل از طبقه‌بندی توده‌ها بر اساس فاصله جاکارد ترسیم شد و با استفاده از آزمون‌ تجزیه واریانس به بررسی تفاوت‌های آماری بین گروه‌ها از نظر شاخص‌های تنوع زیستی پرداخته شد.
یافته‌ها: براساس نتایج، 25 گونه درختی و درختچه‌ای شناسایی شدند که چهار گونه غالب در توده‌ها شامل Carpinus spp  با فراوانی 40 درصد، Quercus spp با فراوانی 29 درصد، Juniperus spp با فراوانی 12 درصد و Acer spp با فراوانی 11 درصد بودند. نتایج مشخصه‌های کمی توده‌های مورد بررسی نشان داد که جنگل‌های ارسباران، جنگل‌های جوان، کم­قطر (میانگین قطر 10 سانتی‌متر) با تراکم درختی زیاد است که غالب توده‌ها به‌صورت شاخه و دانه‌زاد هستند که دلیل آن می‌تواند قطع یکسره درختان در گذشته برای زغال‌گیری در این جنگل‌ها، قدرت جست‌‌دهی زیاد گونه‌های ممرز و بلوط و دخالت‌های انسانی باشد. بررسی شش شاخص تنوع زیستی نشان داد که جنگل‌های ارسباران از نظر غنای گونه‌ای تقریباً خوب اما یکنواختی بسیار کمی دارند و از نظر تنوع زیستی نیز به‌نسبت خوب هستند. بر اساس شاخص جاکارد، توده‌های جنگلی ارسباران به پنج گروه تقسیم شدند که نتایج تجزیه واریانس نشان داد بین شاخص‌های تنوع در پنج گروه از نظر آماری اختلاف معنی‌داری وجود داشت. بیشترین مقادیر شاخص‌های تنوع زیستی مربوط به توده‌های پهن‌برگ آمیخته با مقادیر عددی 15/1، 66/0 و 2/1 به‌ترتیب برای شاخص غنا، یکنواختی و تنوع و کمترین آنها مربوط به توده خالص اوری با مقادیر عددی 28/0، 06/0 و 12/0 به‌ترتیب برای شاخص غنا، یکنواختی و تنوع به‌دست آمد. همچنین، بر اساس ضریب تغییرات، شاخص غنای مارگالف، یکنواختی پایلو و تنوع شانون- وینر، بهترین شاخص‌ها برای منطقه شناخته شدند.
نتیجه‌گیری کلی: براساس نتایج، در منطقه ارسباران تنوع زیستی گونه‌های درختی و درختچه‌ای بیشتر متأثر از غنای گونه‌ای است که نقش مهمی در تغییرات تنوع زیستی منطقه دارد و غالبیت این جنگل‌ها با دو تا سه گونه سبب کاهش یکنواختی شده است. این پژوهش نشان داد که طبقه‌بندی گونه‌های درختی و درختچه‌ای بر اساس تنوع زیستی و با استفاده از شاخص‌ جاکارد که به خوبی سبب تمایز گروه‌ها شد، امکان‌پذیر بوده و می‌تواند در تصمیمات مدیریتی و حفاظتی کاربرد داشته ‌باشد. بنابراین برای رسیدن به پایداری، لازم است تا به بررسی شاخص‌های تنوع پرداخته و شاخص‌هایی که سبب کاهش تنوع زیستی در منطقه شده را مشخص و در راستای بهبود آن برنامه‌ریزی کرد. اجرای درست برنامه‌ها به مدیریت حفاظتی صحیح از توده‌های جنگلی و جلوگیری از حضور دام، جلوگیری از شاخه‌زنی و قطع پایه‌های جوان، شناسایی پایه‌های قطور و ایجاد فضا برای تولید بذر، کاهش جست‌گروه‌ها برای فرصت دادن به پایه‌های بذری و بررسی زادآوری و علل عدم استقرار زادآوری در منطقه بستگی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Assessing and classification of tree species diversity in the Arasbaran forests of Iran

نویسندگان [English]

  • Raheleh Ostadhashemi 1
  • Reza Akhavan 2
  • Roya Abedi 3
1 Assistant Professor, Forests and Rangelands Research Department, East Azerbaijan Agriculture and Natural Resources Research and Education Center (AREEO), Tabriz, I. R. Iran
2 Associate Professor, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, I. R. Iran
3 Associate Professor, Department of Forestry, Ahar Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tabriz, I. R. Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Biodiversity loss, increase in invasive species, and climate change are challenging issues of this century leading to decreased plant diversity and negative impacts on the sustainability and stability of ecosystems such as forests. Arasbaran forests have significant changed in recent years due to degradation and human interventions. Therefore, it is essential to assess the biodiversity of Arasbaran forests in terms of species composition and species diversity to improve the forest stands stability. The aim of this research was to evaluate and determine the tree and shrub species diversity in the Arasbaran forests using biodiversity indices and classifying forest stands based on their species similarity.
Methodology: Mountainous broad-leaved forests of Arasbaran located in the northwest of Iran belonging to the main Euro-Siberian region and the Hyrcanian sub-region is known as a biosphere reserve of Iran. However these forests are protected, but intense human activities in recent decades have severely changed the appearance, composition, and structure of Arasbaran forests.To conduct this research, 12 forest stands were randomly selected all over the area based on suitable distribution of stands in different forest types and elevation gradients using a two-stage sampling method. Then, 347 circle permanent sample plots of 300 and 1000 m2 were established using a systematic-random sampling approach and all tree parameters were measured. Afterward, species composition, basal area distribution, mean cross-sectional area, density per hectare, tree height, and proportion of sprout and seedling bases were estimated based on the collected data.To assess the species diversity of the stands, Margalef and Menhinick richness indices, Pielou and Heip evenness indices, and Shannon-Wiener and Simpson diversity indices were used. Furthermore, the Jaccard index was applied for classifying forest stands based on species similarity or dissimilarity, and a dendrogram was prepared based on Jaccard distances. Statistical differences among groups regarding biodiversity indices were examined using analysis of variance.
Results: Based on the results, 25 tree species were identified in the study area, including four dominant species of Carpinus spp L. with 40%, Quercus spp L. with 29%, Juniperus spp L. with 12%, and Acer spp L. with 11%. The quantitative characteristics of the studied stands indicated that the forests of Arasbaran are young forests with small tree diameters (average diameter of 10 cm) and high tree density, with the dominance of coppice and seedling bases, that it is likely due to historical clear-cutting of forests for charcoal production, strong resprouting ability of species such as hornbeam and oak, and human interventions. The obtained six biodiversity indices showed that the species richness, evenness and biodiversity were moderate, very low, and relatively moderate respectively in the Arasbaran forests. Based on the Jaccard index, forest stands were divided into five groups, which analysis of variance results indicating significant statistical differences between groups in terms of biodiversity indices. The highest biodiversity indices related to mixed broad-leaved stands with values of 1.15, 0.66, and 0.21 for richness, evenness, and diversity indices respectively, while the lowest indices associated with pure stands of Quercus macranthera with values of 0.28, 0.06, and 0.12 for richness, evenness, and diversity indices respectively. Furthermore, the Margalef, Pielou and Shannon-Wiener indices were recognized as the best indices for the region based on the coefficient of variation.
Conclusion: According to the results, biodiversity of tree species is more influenced by species richness, and species richness plays a significant role in the variation of biodiversity in the Arasbaran region. These forests are dominated by two or three tree species, that leading to a reduction in evenness. This research revealed that classifying tree species based on biodiversity using the Jaccard index, which effectively differentiated groups, is feasible and can be useful in conservation and management decisions. Therefore, it is necessary to assess the biodiversity indices and identifying factors caused to reduction in biodiversity in the region in order to improve them to achieve sustainability. Successful management plans depend on proper conservation practices for the forests, preventing livestock grazing in the forest stands, avoiding tree cutting, identifying seed-trees and creating space for seed production by removal of the coppice sprouts and investigation of the reasons for lack of establishment of regeneration in the region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Arasbaran area
  • Biodiversity indices
  • Jaccard
  • Species diversity
Alijanpour, A.; Eshaghi Rad, J.; Banj Shafiei, A., Investigation and comparison of two protected and non-protected forest stands regeneration diversity in Arasbaran. Iranian Journal of Forest 2009, 1 (3), 209-217. (In Persian)
Alijanpour, A.; Eshaghi Rad, J.; Banej Shafiei, A., Effect of physiographical factors on qualitative and quantitative characteristics of Cornus mas L. in Arasbaran forests. Iranian Journal of Forest and Poplar Research 2011, 19 (3), 396-407. (In Persian)
Alijanpour, A.; Fatullahi, A.; Eshaghi Rad, J.; Mohamed, A. R., Effect of aspect and soil on quantitative and qualitative characteristic of hornbeam (Carpinus betulus L.) in Arasbaran forest (case study: Ilginehchay and Kaleibarchay Watersheds). Journal of Plant Research 2018, 30 (4), 887-898. (In Persian)
Asri, Y.; Partonia, L., Site and silvicultural characteristics of Juniperus foetidissima Willd. endangered species in Arasbaran Biosphere Reserve. Iranian Journal of Forest and Poplar Research 2016, 24 (4), 687-699. (In Persian).
Bahmany, H.; Ataei, I.; Moradmand Jalali, A., Compression of tree species indices in the darabkola forest, mazandaran. Journal of Environmental Science and Technology 2014, 15 (4), 55-64. (In Persian)
Bakhshandeh Navoroud, B.; Abrari Vajari, K.; Pilehvar, B.; Kooch, Y., Evaluating plant diversity and some features of Oriental beech in different tree-layers: A case study of Beech forests in Asalem, Guilan. Plant Ecosystem Conservation 2018, 6 (12), 109-122. (In Persian).
Birang, N.; Javanshir, A.; Mojtahedi, Y. Flora of Azerbeijan.; University of Tabriz: Tabriz., 2001; p 488. (In Persian)
Esmailzadeh, O.; Hosseini, S.M.; Asadi, H.; Ghadiripour, P.; Ahmadi, A., Plant biodiversity in relation to physiographical factors in Afratakhteh Yew (Taxus baccata L.) Habitat, NE Iran. Iranian Journal of Plant Biology 2012, 4 (12), 1-12. (In Persian)
 FAO, 2020. Sustainable forest management: lessons of history and recent developments. https://www.fao.org/3/v6585e/v6585e07.htm.
Fedor, P.; Zvaríková. M. Conservation Ecology; Biodiversity Indices: Encyclopedia of Ecology, 2th ed.; Elsevier: 2019; pp 337-346.
Ghanbari, S.; Esmaili. A., Quantitative characteristics and species diversity of coppice stands in the Arasbaran forests, Iran. Iranian Journal of Forest and Poplar Research 2022, 30 (3), 288-298. (In Persian)
Ghanbari, S.; Esmaili. A., Investigating the structure and biodiversity of the coppice with standard of Arsbaran forests. Forest Research and Development 2023, 9 (3), 335-347. (In Persian)
Ghanbari Sharafeh, A.; Marvie Mohajer, MR.; Zobeiri, M., Natural regeneration of Yew in Arasbaran forests. Iranian Journal of Forest and Poplar Research 2010, 18 (3), 380-389. (In Persian)
Heip, C., A new index measuring evenness. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom 1974, 54, 555-557.
Jaccard, P., Étude de la distribution florale dans une portion des Alpes et des Jura. Bulletin de la Société Vaudoise des Sciences Naturelles 1901, 37 (142), 547–579.
Kindt, R.; Coe, R. Tree diversity analysis. A manual and software for common statistical methods for ecological and biodiversity studies. World Agroforestry Centre (ICRAF): Nairobi, Kenya, 2005; p 179.
Kumar, P.; Dobriyal, M.; Kale, A.; Pandey, A. K.; Tomar, R. S.; Thounaojam, E., Calculating forest species diversity with information-theory based indices using sentinel-2A sensor’s of Mahavir Swami Wildlife Sanctuary. PLOS ONE 2022, 17 (5), 1-17.
Kwiatkowska, A.J., Changes in the species richness, spatial pattern and species frequency associated with the decline of oak forest. Vegetatio 1994, 112, 171-180.
Lakićević, M.; Srđević, B., Measuring biodiversity in forest communities – a role of biodiversity indices. Contemporary Agriculture 2018, 67 (1), 65 - 70.
Margalef, R., Information Theory in Ecology. General Systems 1958, 3, 36-71.
Menhinick, E.F., A Comparison of Some Species-Individuals Diversity Indices Applied to Samples of Field Insects. Ecology 1964, 45, 859-861.
Mohammadzadeh, A.; Basiry, R.; Torahi, A.A.; Dadashian, R.; Elahian, M., Evaluation of biodiversity of plant species in Arasbaran area using non parametric measures with respect to topographic factor of slope: a case study of aquiferous land of Ilgina and Kaleibar Rivers. Journal of Plant Research 2014, 27 (4), 728-741. (In Persian)
Moradi Dirmandrik, SH.; Ramezani Kakroudi, E.; Alijanpour, A.; Banj Shafiei, A., Quantitative and qualitative characteristics of Arasbaran Forest Protected Area in slope gradient classes. Forest Research and Development 2015, 1 (1), 1-15. (In Persian).
Naeem, S.; Thompson, L.J.; Lawler, S.P.; Lawton J.H.; Woodfin, R.M., Declining biodiversity can alter the performance of ecosystem. Nature 1994, 368, 734–737.
Ostadhashemi, R.; Akhavan, R; Abbaslou, A.; Safapour, GH.; Pourkhaki, M., Classification of forest degradation based on Quantitative characteristics in Arasbabran forests (Kaleibarchay and Ilginechay whatersheds). Iranian Journal of Forest and Range Protection Research 2021, 18 (2), 287-299. (In Persian).
Ostadhashemi, R.; Mirakhorlou, Kh.; Yarahmadi, J.; Najibzadeh, MR., Mapping forest distribution and density as well as other land uses in Arasbaran area using Sentinel 2 data. Geographical information (Sepehr) 2023, 32 (125), 67-80. (In Persian).
Pan, Y.; McCullough, K. Y.; Hollinger, D., Forest biodiversity, relationships to structural and functional attributes, and stability in New England forests. Forest Ecosystems 2018, 5, (14):1-12.
Pielou, EC., Species-diversity and pattern-diversity in the study of ecological succession. Journal of Theoretical Biology 1966, 10, 370-383.
PitkaÈnen, S., The use of diversity indices to assess the diversity of vegetation in managed boreal forests. Forest Ecology and Management 1998, 112, 121-137.
Pourbabaei, H.; Manafi, H.; Abedi, T., Investigation of woody species biodiversity in white Georgian oak tree (Quercus petraea subsp. iberica) sites (case study: Choobe daragh and Darana, Arasbaran). Iranian Journal of Forest 2010, 2 (3), 197- 207. (In Persian).
Sæbø, A.; Borzan, Ž.; Ducatillion, C.; Hatzistathis, A.; Lagerström, T.; Supuka, J.; García-Valdecantos, Jl.; Rego, F.; Van Slycken, J., The Selection of Plant Materials for Street Trees, Park Trees and Urban Woodland. In: Urban Forests and Trees: A Reference Book; Konijnendijk, C., Nilsson, K., Randrup, T., Schipperijn, J., Ed.; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, 2005; pp 257-280.
Safari, M.; Omid, N.; Sefidi, K.; Abhasht, S.; Elahian, MR., Influence of Elevation on Tree Species Biodiversity Indicators in Arasbaran Forest. Environmental Sciences Studies 2020, 5 (3), 2801- 2806. (In Persian)
Sagheb Talebi, Kh.; Sajedi, T.; Pourhashemi, M. Forests of Iran: A Treasure from the Past, A Hope for the Future.; Springer Dordrecht., 2014; P 152.
Sasanifar, S.; Alijanpour, A.; Banj Shafiei, A.; Eshaghi Rad, J.; Molaei, M., Changes of landscape metrics in Arsbaran forests during 45 years of protection. Forest Research and Development 2023, 9 (1), 81- 93. (In Persian)
Sefidi, K.; Sadeghi, M., Structural characteristics of Quercus macranthera forests in Arasbaran region, North West of Iran (Hatam Mashe Si, Meshgin-Shahr). Iranian Journal of Forest 2019, 11 (3), 347- 361. (In Persian)
Shannon, C.E., A mathematical theory of communication. Bell System Technical Journal 1948, 27, 379-423.
Simpson, E.H., Measurement of diversity. Nature 1949, 30, 163- 688.
Smith, G.; Gittings, T.; Wilson, M.; French, L.; Oxbrough, A.; O’Donoghue, S.; Pithon, J.; O’Donnell, V.; McKee, A.M.; Iremonger, S.; O’Halloran, J.; Kelly, D.; Mitchell, F.; Giller, P.; Kelly, T. Assessment of Biodiversity at Different Stages of the Forest Cycle, Bioforest project., 2005; p 247.
Storch, F.; Boch, S.; Gossner, M. M.; Feldhaar, H.; Ammer, C.; Schall, P.; Polle, A.; Kroiher, F.; Müller J.; Bauhus, J., Linking structure and species richness to support forest biodiversity monitoring at large scales. Annals of Forest Science 2023, 80 (3), 1-17.
Zobeiri, M. Forest Inventory.; Tehran University Press, Tehran., 1994; p 401. (In Persian)