پژوهش و توسعه جنگل

پژوهش و توسعه جنگل

مدلسازی منحنی‌های پاسخ گونه‌های Crataegus pentagyna و Crataegus microphylla با استفاده از مدلهای HOF در امتداد گرادیان‌های محیطی در شمال ایران

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 گروه دسترسی و توسعه منابع ژنتیکی، مرکز ملی مدیریت منابع ژنتیکی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی
2 دانشیار مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.
10.30466/jfrd.2026.57226.1817
چکیده
مقدمه و هدف: شناخت نحوه پاسخ گونه‌های گیاهی به گرادیان‌های محیطی از مهم‌ترین موضوعات بوم‌شناسی گیاهی است و نقش اساسی در تبیین الگوهای پراکنش، تعیین آشیان بوم‌شناختی و برنامه‌ریزی‌های حفاظتی دارد. در شرایط کنونی که تغییرات اقلیمی و تنش‌های محیطی بر ساختار و پویایی اکوسیستم‌ها تأثیر فزاینده‌ای دارند، بررسی روابط گونه‌ها با عوامل محیطی اهمیت ویژه‌ای یافته است. جنس زالزالک (Crataegus) یکی از عناصر ارزشمند جنگل‌های هیرکانی است که به دلیل نقش بوم‌شناختی، حفاظتی و دارویی از اهمیت زیادی برخوردار است، اما اطلاعات محدودی درباره دامنه تحمل محیطی و تفاوت‌های بوم‌شناختی گونه‌ها و زیرگونه‌های آن وجود دارد. هدف این پژوهش، مدل‌سازی و مقایسه منحنی‌های پاسخ گونه Crataegus microphylla Koch و دو زیرگونه Crataegus pentagyna subsp. pentagyna Waldst. & Kit. و Crataegus pentagyna subsp. pseudomelanocarpa (Popov ex Pojark.) K.I. Chr.در امتداد گرادیان‌های زیست‌اقلیمی، خاکی و توپوگرافی جنگل‌های هیرکانی با استفاده از مدل‌های Huisman–Olff–Fresco (HOF) بود.
مواد و روش‌ها: اطلاعات پراکنش تاکسون‌های مورد مطالعه از منابع فلوریستیکی معتبر شامل فلور ایرانیکا، فلور ایران و نمونه‌های هرباریومی موجود در هرباریوم مرکزی ایران (TARI) گردآوری شد. پس از کنترل صحت شناسایی نمونه‌ها، مختصات جغرافیایی استخراج و پایگاه داده حضور گونه‌ها تهیه گردید. متغیرهای محیطی شامل متغیرهای زیست‌اقلیمی، ویژگی‌های خاک، شاخص‌های توپوگرافی و تابش خورشیدی از پایگاه‌های WorldClim، SoilGrids و EarthEnv استخراج شدند. به منظور کاهش هم‌خطی میان متغیرها، تحلیل همبستگی انجام و متغیرهای دارای همبستگی بالا حذف شدند. سپس منحنی‌های پاسخ گونه‌ها و زیرگونه‌ها در امتداد گرادیان‌های محیطی با استفاده از مدل‌های HOF برازش و بهترین مدل بر اساس معیار اطلاعات آکائیک (AIC) انتخاب شد. همچنین به منظور تعیین اهمیت نسبی متغیرهای محیطی، از مدل‌سازی تجمعی مبتنی بر الگوریتم‌ها Generalized Linear Models (GLM)، (GAM)Generalized Additive Models ، (RF) Random Forest و (GBM) Gradient Boosting Machine استفاده شد..
یافته ها: نتایج نشان داد متغیرهای اقلیمی نسبت به عوامل خاکی و توپوگرافی تأثیر بیشتری بر پراکنش تاکسون‌های مورد مطالعه دارند. در میان متغیرهای بررسی‌شده، دامنه حرارتی سالانه(Bio07)، میانگین دمای خشک‌ترین فصل(Bio09)، فصلی بودن بارش (Bio15) و بارش فصل گرم (Bio18) مهم‌ترین عوامل کنترل‌کننده پراکنش شناخته شدند. منحنی‌های پاسخ بیانگر تفاوت معنی‌دار در دامنه تحمل و الگوی واکنش تاکسون‌ها به گرادیان‌های محیطی بود. زیرگونه C. pentagyna subsp. pentagyna دامنه تحمل محدودتری نسبت به متغیرهای اقلیمی نشان داد، در حالی که زیرگونه C. pentagyna subsp. pseudomelanocarpa از انعطاف‌پذیری بوم‌شناختی بیشتری برخوردار بود. گونه C. microphylla نیز در بسیاری از گرادیان‌های دمایی و بارشی دامنه تحمل وسیع‌تر و پاسخ متعادل‌تری نشان داد. تفاوت‌های مشاهده‌شده بیانگر تمایز آشیان بوم‌شناختی تاکسون‌ها و ظرفیت متفاوت آن‌ها برای سازگاری با شرایط محیطی متغیر است. .
نتیجه‌گیری کلی: تایج این پژوهش کارایی مدل‌های HOF را در شناسایی پاسخ‌های غیرخطی گونه‌ها، تعیین آستانه‌های بوم‌شناختی و استخراج دامنه‌های بهینه محیطی تأیید کرد. همچنین مشخص شد که تاکسون‌های مورد مطالعه از نظر میزان تحمل و حساسیت به عوامل اقلیمی تفاوت قابل توجهی دارند و در نتیجه واکنش یکسانی به تغییرات اقلیمی آینده نخواهند داشت. یافته‌های حاصل می‌تواند در پیش‌بینی تغییرات پراکنش گونه‌ها، شناسایی رویشگاه‌های پایدار، تعیین اولویت‌های حفاظتی، مدیریت ذخایر ژنتیکی و برنامه‌ریزی پروژه‌های احیای جنگل‌های هیرکانی مورد استفاده قرار گیرد. این نتایج همچنین مبنایی علمی برای تدوین راهبردهای سازگاری با تغییر اقلیم و مدیریت پایدار اکوسیستم‌های جنگلی شمال ایران فراهم می‌آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Modeling the Response Curves of Crataegus pentagyna and Crataegus microphylla to Environmental Gradients in Northern Iran Using HOF Models

نویسندگان English

محمودی Mahmoodi 1
Behnam Hamzehee 2
1 1National Center for Genetic Resources (NCGR), Agricultural and Natural Resources Research and Education Center (AREEO), Tehran 15614, Iran
2 Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), P. O. Box 13185-116, Tehran, Iran
چکیده English

Background and objectives: Understanding how plant species respond to environmental gradients is one of the most important topics in plant ecology and plays a fundamental role in explaining distribution patterns, defining ecological niches, and supporting conservation planning. Under current conditions, where climate change and environmental stresses increasingly affect the structure and dynamics of ecosystems, investigating species-environment relationships has gained particular importance. The genus Crataegus is one of the valuable components of the Hyrcanian forests and is of considerable ecological, conservation, and medicinal importance. However, limited information is available regarding the environmental tolerance ranges and ecological differences among its species and subspecies. Therefore, the aim of this study was to model and compare the response curves of Crataegus microphylla Koch and two subspecies, Crataegus pentagyna subsp. pentagyna Waldst. & Kit. and Crataegus pentagyna subsp. pseudomelanocarpa (Popov ex Pojark.) K.I. Chr., along bioclimatic, edaphic, and topographic gradients in the Hyrcanian forests using Huisman–Olff–Fresco (HOF) models.
Methodology: Distribution data for the studied taxa were compiled from authoritative floristic sources, including Flora Iranica, Flora of Iran, and herbarium specimens preserved in the Herbarium of Iran (TARI). After verifying the taxonomic identification of specimens, geographic coordinates were extracted and a species occurrence database was established. Environmental variables, including bioclimatic variables, soil characteristics, topographic indices, and solar radiation, were obtained from the WorldClim, SoilGrids, and EarthEnv databases. To reduce multicollinearity among predictor variables, correlation analysis was performed and highly correlated variables were excluded. Species and subspecies response curves along environmental gradients were then fitted using HOF models, and the best-fitting model was selected based on the Akaike Information Criterion (AIC). In addition, to determine the relative importance of environmental variables, ensemble modeling based on Generalized Linear Models (GLM), Generalized Additive Models (GAM), Random Forest (RF), and Gradient Boosting Machine (GBM) algorithms was applied.Results: The results indicated that climatic variables exerted a greater influence on the distribution of the studied taxa than soil and topographic factors. Among the examined variables, Temperature Annual Range (Bio07), Mean Temperature of Driest Quarter (Bio09), Precipitation Seasonality (Bio15), and Precipitation of Warmest Quarter (Bio18) were identified as the most important factors controlling species distribution. The response curves revealed significant differences in tolerance ranges and response patterns of the taxa along environmental gradients. C. pentagyna subsp. pentagyna exhibited a narrower tolerance range to climatic variables, whereas C. pentagyna subsp. pseudomelanocarpa demonstrated greater ecological flexibility. Likewise, C. microphylla showed broader tolerance ranges and more balanced responses across many temperature and precipitation gradients. These observed differences indicate ecological niche differentiation among the taxa and their varying capacities to adapt to changing environmental conditions.
Conclusion: The results of this study confirmed the effectiveness of HOF models in identifying non-linear species responses, determining ecological thresholds, and estimating optimal environmental ranges. The findings further demonstrated that the studied taxa differ considerably in their tolerance and sensitivity to climatic factors and, consequently, are unlikely to respond uniformly to future climate change. These results can contribute to predicting future distributional changes, identifying stable habitats, setting conservation priorities, managing genetic resources, and planning restoration projects in the Hyrcanian forests. Moreover, the findings provide a scientific basis for developing climate change adaptation strategies and promoting the sustainable management of forest ecosystems in northern Iran.

کلیدواژه‌ها English

Crataegus
Ecological optimum
Hyrcanian forests
Distribution
Response curve

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 مهر 1405