تأثیر اندازه روشنه بر تنوع گونه‌های علفی و ویژگی‌های خاک در جنگل راش با سابقه مدیریتی متفاوت در استان مازندران و گیلان

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 استاد، گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 استادیار پژوهش، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

مقدمه و هدف: جنگل‌ها به‌عنوان بوم‌سازگان پیچیده و پویا، تحت تأثیر تغییرات طبیعی و انسانی قرار دارند. این تغییرات می‌توانند به‌طور مستقیم بر ساختار جوامع گیاهی و تنوع زیستی تأثیر بگذارند. روشنه‌ها یکی از عوامل کلیدی در این زمینه هستند که به‌دلیل خشک‌شدن درختان، افتادن طبیعی آنها یا برداشت درختان به‌وجود می‌آیند. روشنه‌ها به‌عنوان فضایی برای ورود نور و بارش به سطح زیرآشکوب، نقش بسزایی در زادآوری درختان و تغییرات در تنوع گونه‌های زیرآشکوب ایفا می‌کنند. این پژوهش به سوالات زیر پاسخ خواهد داد:
1-آیا عامل مدیریت بر ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک و شاخص‌های تنوع گونه­ای گیاهان علفی در روشنه­ها با سطوح مختلف موثر است؟
2- آیا روند تغییرات تنوع گونه­ای گیاهان علفی و ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک در داخل روشنه­ها با اندازه­های مختلف در توده مدیریت­شده با شیوه تک­گزینی و توده شاهد در استان­های مازندران و گیلان متفاوت است؟
مواد و روش‌ها: این پژوهش در جنگل‌های راش استان‌های مازندران (منطقه کلاردشت) و گیلان (منطقه شفارود) انجام شد. دو قطعه شاهد و دو قطعه مدیریت‌شده با شیوه جنگل‌شناسی تک‌گزینی در هر منطقه انتخاب شدند. در توده مدیریت­شده و شاهد در هر منطقه، سه روشنه در چهار طبقه اندازه­ای، کوچک (کمتر از 200 مترمربع)، متوسط (200 تا 500 مترمربع) و بزرگ (500 تا 1000 مترمربع) و خیلی بزرگ (بیشتر از 1000 مترمربع) به­طور تصادفی مشخص شدند. نوع گونه و درصد پوشش گونه­های علفی در پنج ریزقطعه­نمونه چهار مترمربعی در حاشیه­ها و مرکز هر روشنه تعیین شد. سپس یک نمونه خاک از عمق صفر تا 25 سانتی‌متری پنج ریزقطعه­نمونه در هر روشنه برداشت شده و یک نمونه تلفیقی برای اندازه­گیری ویژگی­های آنها شامل بافت خاک به روش هیدرومتری بایکاس،pH  با pH متر الکتریکی، ازت کل به روش کجلدال، کربن آلی به روش واکلی-بلک، فسفر قابل جذب با روش اولسون و پتاسیم تبادلی با روش فلیم­فتومتری تعیین شد. شاخص غنای گونه­­ای (تعداد گونه­ها در قطعه ­نمونه)، شاخص تنوع گونه­ای سیمپسون، شاخص تنوع گونه­ای شانون وینر، شاخص یکنواختی شانون وینر هر قطعه­نمونه با استفاده از نرم­افزار PC-ORD نسخه 5 محاسبه شد. میانگین شاخص­های غنا و تنوع گونه­ای و ویژگی­های خاک توده مدیریت­شده و شاهد با آزمون t مستقل مقایسه شدند. همچنین میانگین این متغیرها در روشنه­ها با اندازه­های مختلف با آزمون توکی مورد مقایسه قرار گرفت. تمام آنالیزهای آماری در نرم­افزار SPSS نسخه 18 انجام شد.
یافته‌ها: در مجموع 32 گونه علفی در منطقه کلاردشت و 66 گونه در منطقه شفارود شناسایی شد. نتایج نشان داد به‌طورکلی با افزایش سطح روشنه­ها، شاخص‌های تنوع گونه­ای چه در بخش مدیریت­شده و در بخش مدیریت­نشده استان مازندران تغییرات معنی­داری نداشت، ولی در استان گیلان روند متفاوتی از تغییرات این متغیرها با افزایش سطح روشنه­ها مشاهده شد و اندازه روشنه و نوع مدیریت تأثیر قابل­توجهی بر تنوع گونه‌های علفی داشت، به‌طوری‌که در روشنه‌های بزرگ‌تر، تنوع گونه‌ای بیشتر بود. در این پژوهش، ویژگی­های خاک بین روشنه­های زادآوری چه در توده­های مدیریت­شده و چه در توده­های مدیریت­نشده استان گیلان و استان مازندران دارای اختلاف معنی­داری نبود.
نتیجه‌گیری کلی: این پژوهش نشان داد که اندازه روشنه و مدیریت جنگل تأثیر معنی‌داری بر ویژگی‌های خاک در مناطق مختلف مورد بررسی ندارد، اما بر شاخص‌های تنوع گونه‌ای گیاهان علفی در منطقه گیلان تأثیرگذار است. بنابراین، شرایط بوم‌شناختی منطقه و نوع مدیریت از عوامل کلیدی در تنوع زیستی روشنه‌ها به شمار می‌روند. نتایج این پژوهش می‌تواند به بهبود مدیریت جنگل‌ها و حفظ تنوع زیستی در مناطق مختلف کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of gap size on herbaceous biodiversity and soil properties in the Beech forest with different management background in Mazandran and Guilan provinces

نویسندگان [English]

  • Faezeh Mohabbati 1
  • Javad Eshaghi Rad 2
  • Pezhman Pahrizkar 3
1 M.Sc. of Forestry, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, I. R. Iran
2 Professor, Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, I. R. Iran
3 Assistant Professor, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, I. R. Iran
چکیده [English]

Background and objectives: As complex and dynamic ecosystems, forests are influenced by natural and human-induced changes. These changes can directly affect the structure of plant communities and biodiversity. Gaps are one of the key factors in this context, arising from tree dieback, natural tree fall, or tree harvesting. Gaps serve as spaces for light and precipitation to reach the understory, playing a significant role in tree regeneration and changes in the diversity of understory species. This research aims to address the following questions:

Does management affect the physical and chemical properties of soil and the diversity indices of herbaceous plants in gaps of varying sizes?
Is there a difference in the trends of changes in the diversity of herbaceous plants and the physical and chemical properties of soil within gaps of different sizes in managed stands using selective logging compared to control stands in the provinces of Mazandaran and Gilan?

Methodology: This study was conducted in the beech forests of Mazandaran Province (Kelardasht region) and Gilan Province (Shafaroud region). Two control plots and two managed plots using selective logging were selected in each region. In both the managed and control stands, three gaps were randomly identified across four size classes: small (less than 200 square meters), medium (200 to 500 square meters), large (500 to 1000 square meters), and very large (more than 1000 square meters). The type of species and the percentage of herbaceous cover were determined in five four-square-meter subplots at the edges and center of each gap. Soil samples were collected from a depth of 0 to 25 centimeters from the five subplots in each gap, and a composite sample was taken for analysis. Soil characteristics, including texture (using the hydrometer method), pH (using an electric pH meter), total nitrogen (using the Kjeldahl method), organic carbon (using the Walkley-Black method), available phosphorus (using the Olsen method), and exchangeable potassium (using flame photometry), were measured. The species richness index (number of species in the sample plot), Simpson diversity index, Shannon-Wiener diversity index, and Shannon-Wiener evenness index for each sample were calculated using PC-ORD version 5 software. The means of richness and diversity indices and soil characteristics for the managed and control stands were compared using independent t-tests. Additionally, the means of these variables in gaps of different sizes were compared using Tukey's test. All statistical analyses were performed using SPSS version 18.
Results: A total of 32 herbaceous species were identified in the Kelardasht region and 66 species in the Shafaroud region. The results indicated that, overall, with the increase in gap size, the diversity indices showed no significant changes in both the managed and unmanaged sections of Mazandaran Province. However, in Gilan Province, a different trend in the changes of these variables was observed with increasing gap sizes. The size of the gap and the type of management had a significant impact on the diversity of herbaceous species, with greater diversity found in larger gaps. In this study, the soil characteristics between regeneration gaps in both managed and unmanaged stands in Gilan and Mazandaran provinces did not show significant differences.
Conclusion: This study demonstrated that the size of gaps and forest management do not significantly affect soil characteristics in the studied areas; however, they do influence the diversity indices of herbaceous plants in Gilan Province. Therefore, the ecological conditions of the region and the type of management are key factors in the biodiversity of gaps. The results of this study can contribute to improving forest management and preserving biodiversity in various regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Single selection
  • Canopy
  • Species Richness
  • Soil Fertility

مراجع

Amanzadeh, B.; Saghebtalebi, Kh.; Pahrizkar, P.; Shahinrokhsar Ahmadi, P.; Moradi, A.; Pourbabaei, H.; Yousefpour, M., Comparison of regeneration and diversity of herbaceous species in created and natural gaps. Forest Research and Development 2019, 5 (1), 153-167. (In Persian).
Amiri, M.; Rahmani, R.; Sagheb-Talebi, KH., Canopy gaps characteristics and structural dynamics in a natural unmanaged oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) stand in the north of Iran. Caspian Journal of Environmental Science 2015, 13(3), 259-274.
Amolikondori, A.; Abrari Vajari, K.; Feizian, M.; Di Iorio, A., Influences of forest gaps on soil physico-chemical and biological properties in an oriental beech (Fagus orientalis L.) stand of Hyrcanian forest, north of Iran. iForest 2020, 13, 124-129.
Amiri, M.; Rahmani, R.; Sagheb-Talebi, KH., Canopy gaps characteristics and structural dynamics in a natural unmanaged oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) stand in the north of Iran. Caspian Journal of Environmental Sciences 2015,13(3), 259-274.
Bakhshandeh Navroud, B.; Abrari Vajari, K.; Pilehvar, B.; Kooch, Y., Floristic study of herbaceous layer plants in hyrcanian Beech Forest (case study: Beech forests in Asalem). Journal of Plant Ecosystem 2017, 4 (9), 115-132. (In Persian).
Battles, J. J.; Shlisky, A. J.; Barrett, R. H.; Heald, R. C.; Allen-Diaz, B. H., The effects of forest management on plant species diversity in a Sierran conifer forest. Forest Ecology and Management 2001, 146, 211-222.
Blair, B. C.; Letourneau, D. K.; Bothwell, S. G.; Hayes, G. F., Disturbance, resources and exotic plant invasion: gap size effects in a redwood forest. Madroño 2010, 57, 11-19.
Buajan, S.; BuajanJinfu, S.; Liu, L.; He, Z., The Spatial Variability of Soil Physical Properties of Different Sized-gap in a Subtropical Forest, China. Applied Environmental Research 2021, 43(1), 41-55.
Dhyani, S.; Maikhuri, R. K.; Rao, K. S., Canopy Gap phase regeneration: A study in moist temperate forests of Central Himalayas, India. Sustainable Forestry 2018, 1(4).
Elliott, K. J.; Knoepp, J. D., The effects of three regeneration harvest methods on plant diversity and soil characteristics in the southern Appalachians. Forest Ecology and management 2005, 211, 296-317.
Eshaghi Rad, J.; Khanalizadeh, A., Comparison of species diversity of woody and herbaceous plants in control and managed broadleaf stands (case study: Jamand series - Golband Nowshahr forest). Iranian Journal of Applied Ecology 2014, 3(7), 27-38. (In Persian).
Faraji, F.; Eshaghi Rad, J.; Parhizkar, P.; Manthey, M., Quantitative charachteristics of regeneration in natural and harvested made canopy gaps in different elevations in oriental beech (Fagus orientalis) forests. Journal of Forest Research and Development 2021, 6(4): 661-678. (In Persian).
Hamrang, N.; Pourbabaei, H.; Nikooy, M., The Influence of Canopy Gaps Size Derived from Selective Cutting on Diversity of Herbaceous Species in Mountainous Forests of Northern Iran (A Case Study: Beech Stands of Lumiere, Asalem). Iranian Forests Ecology 2014, 2 (3), 33-48. (In Persian).
He, Z.; Liu, J.; Su, S.; Zheng, S.; Xu, D.; Wu, Z.; Hong, W.; Wang, J. L. M., Effects of forest gaps on soil properties in Castanopsis kawakamii nature forest. PloS one 2015, 10(10), p.e0141203.
Heinrichs, S.; Schmidt, W., Short term effects of selection and clear cutting on the shrub and herb layer vegetation during the conversion of even aged Norway spruce stands into mixed stands. Forest Ecology and Management 2009, 258 (5), 667-678.
Kazemi, Sh.; Hojjati, M.; Fallah, A.; Barari, K., The effect of single-selection method on the biodiversity of woody and herbaceous plants in Khalil Mahaleh-Behshahr forest. Iranian Journal of Applied Ecology 2015, 4(11), 15-25. (In Persian).
Khanalizadeh, A.; Eshaghi Rad, J.; Zahedi Amiri, Gh.; Zare, H.; Schall, P.; Lexer, M.J., The relationship between plant diversity and aboveground biomass in managed and unmanaged temperate forests. European Journal of Forest Research 2023
Kian, S.; Kouchaksaraei, M. T.; Esmailzadeh, O.; Alavi, S. J., Gap characteristics and disturbance regime in an intact Hyrcanian Oriental beech forest, Iran. Austrian Journal of Forest Science 2017, 134(4), 323-346.
Kern, C. C.; Palik, B. J.; Strong, T. F., Ground-layer plant community responses to even-age and uneven-age silvicultural treatments in Wisconsin northern hardwood forests. Forest Ecology and Management 2006, 230: 162-170.
Kucbel, S.; Jaloviar, P.; Saniga, M.; Vencurik, J.; Klimaš, V., Canopy gaps in an old-growth fir–beech forest remnant of Western Carpathians. European Journal Forest Research 2010, 129, 249–259.
Lu, D.; Zhang, G.; Zhu, J.; Wang, G. G.; Zhu, Ch.; Yan, Q.; Zhang, J., Early natural regeneration patterns of woody species within gaps in a temperate secondary forest. European Journal Forest Research 2019, 138, 991–1003.
Jianxin, X. U.; Li, X.; Zhiyao, S. U., Impacts of forest gaps on soil properties after a severe ice storm in a Cunninghamia lanceolata stand. Pedosphere 2016, 26(3), 408-416.
Lelli, C.; Bruun, H. H.; Chiarucci, A.; Donati, D.; Frascaroli, F.; Fritz, Ö.;, Goldberg, I.; Nascimbene, J.; Tøttrup, AP.; Rahbek, C.; Heilmann-Clausen, J., Biodiversity response to forest structure and management: Comparing species richness, conservation relevant species and functional diversity as metrics in forest conservation. Forest Ecology and Management 2019, 15, 432:707-717.
Lyu, Q.; Luo, Y.; Dong, D.; Xiang, Y.; Zhao, K.; Chen, G.; Chen, Y.; Fan, G.; Li, X., Effects of Forest Gaps on the Structure and Diversity of Soil Bacterial Communities in Weeping Cypress Forest Plantations. Frontier Microbiology 2022, 13, https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.882949
Nagel, T. A.; Svoboda, M., Gap disturbance regime in an old-growth Fagus–Abies forest in the Dinaric Mountains, Bosnia-Herzegovina. Canadian Journal of Forest Research 2008, 38, 2728–2737.
North, M.; Oakley, B.; Fiegener, R.; Gray, A.; Barbour, M., Influence of light and soil moisture on Sierran mixed-conifer understory communities. Plant Ecology 2005, 177, 13-24.
Parhizkar, P.; Amanzadeh, B.; Hassani, M.; Sadeqzadeh Hllaj, M. H., Effect of single tree selection system on some of the canopy gap characteristics within Shafaroud beech forests. Journal of Forest Research and Development 2020, 6(2): 203-218. (In Persian).
Parhizkar, P.; Eshaghi Rad, J.; Ghorbani, H., The diversity indices of herbaceous species in the unmanaged and man-made forest gaps. Journal of Forest Research and Development 2023. (In Persian)
Parhizkar, P.; Sagheb-Talebi, K.; Zenner, E. K.; Hassani, M.; Sadeghzadeh Hallaj, M. H., Gap and stand structural characteristics in a managed and an unmanaged old-growth oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) forest. Forestry: An International Journal of Forest Research 2021, 19(5), 691–703.
Pourabbasi Shiraz, S.; Pourbabaei, H.; Heidari Safari kouchi, A., Investigation of composition and plant diversity of Persian ironwood (Parrotia persica ‎C.A. Mey) site, Chafroud’s forest of Guilan province. Forest Research and Development 2022, 8(2), 147-163. (In Persian)
Sagheb-Talebi, KH.; Sajedi, T.; Pourhashemi, M., Forests of Iran, a treasure from the past a hope for the future. Springer, Netherland 2014, 724pp.
Schütz, J. P., Sylviculture 1: Principes d’éducation des forêts. 1990, Zürich, Presses polytechniques et universitaires romandes 1990, 243pp.
Shahnavazi, H.; Sagheb-Talebi, KH.; Zahedi-Amiri, GH., Qualitative and quantitative evaluation of natural regeneration in gaps within beech (Fagus orientalis) stands of Caspian region. Iranian Journal of Forest and Poplar Research 2005, 13(2): 141-154. (In Persian).
Von Oheimb, G.; Härdtle, W., Selection harvest in temperate deciduous forests: impact on herb layer richness and composition. Biodiversity and Conservation 2009, 18, 271–287.
Salehi, A.; Zarinkafsh, M.; Zahedi Amiri, G.; Marvi Mohajer, R. A., study of soil physical and chemical properties in relation to tree ecological groups in Nam-Khaneh district of Kheirood Kenar forest. Iranian Journal of Natural Resources 2005, 58, 567–578. (In Persian).
Shen, Y.; Yang, W.; Zhang, J.; Xu, Z.; Zhang, L.; Liu, Y.; Li, H.; You, C.; Tan, B., Forest Gap Size Alters the Functional Diversity of Soil Nematode Communities in Alpine Forest Ecosystems. Forests 2019, 10(9), 806-816.
Ritter, E., Litter decomposition and nitrogen mineralization in newly formed gaps in a Danish beech (Fagus sylvatica) forest. Soil Biological Biochemistry 2005, 37, 1237–1247
Rose, S. A., Seeds, seedlings and gaps—size matters. A study in the tropical rain forest of Guyana. Dissertation, Utrecht University, the Netherlands 2000, 176pp.
Vajari, K. A.; Jalilvand, H.; Pourmajidian, M. R.; Espahbodi, K.; Moshki, A., Effect of canopy gap size and ecological factors on species diversity and beech seedlings in managed beech stands in Hyrcanian forests. Journal of Forestry Research 2012, 23(2), 217-222.
 Weber, T.A.; Hart, J.L.; Schweitzer, C. J.; Dey, D. C., Influence of gap-scale disturbance on developmental and successional pathways in Quercus-Pinus stands. Forest Ecology and Management 2014, 331, 60-70.
Whitmore, T. C., Canopy gaps and the two major groups of forest trees. Ecology 1989, 70(3), 536-538.
Xu, X J.; Zhou, G. M.; Liu, S.; Du, G.; Mo, H. Q.; Shi L. F.; Jiang, Y. J.; Zhou, Y.F.; Liu, E. B., Implications of ice storm damages on the water and carbon cycle of bamboo forests in south eastern China. Agriculture and Forest Meteorology 2013, 177, 35–45.
Qiu, R. H.; Chen, H.; Zhuo, L. X., Effects of selection cutting on the forest structure and species diversity of evergreen broad-leaved forest in northern Fujian, southern China. Forestry Study in China 2006, 8, 16-20.
پژوهش و توسعه جنگل
دوره 10، شماره 3
آذر 1403
صفحه 343-361

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار