مجله جنگل ایران

مجله جنگل ایران

آیا تنش خشکی تأثیری بر پراکنش گونه توسکا ییلاقی (Alnus subcordata C.A.Mey.) در جنگل های هیرکانی دارد؟

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
2 گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری
3 گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری. محقق مهمان، انستیو جنگلشناسی و اکولوژی جنگل مناطق معتدله، دانشگاه جورج- آگوست گوتینگن،
10.22034/ijf.2025.487916.2015
چکیده
مقدمه و هدف: با توجه به تغییرات اقلیمی و افزایش خشکی، جنگل‌ هیرکانی با تهدیدات جدی روبرو است که رشد و پویایی گونه‌های بومی این بوم‌سازگان منحصر به‌فرد را با چالش مواجه می‌سازد. گونه توسکا ییلاقی (Alnus subcordata C.A.Mey.)، یکی از گونه‌های کلیدی در جنگل‌کاری و احیای اراضی مخروبه، به‏دلیل ویژگی‌های زیست‌محیطی و نیاز شدید به منابع آبی، به‏طور ویژه‌ای تحت تأثیر تغییرات اقلیمی قرار دارد. از آنجا که این گونۀ پیشاهنگ رطوبت پسند، نقش مهمی در تثبیت نیتروژن و حفظ پایداری جنگل‌های هیرکانی ایفا می‌کند، مطالعه تأثیر تنش خشکی بر حضور و پراکنش آن، نیز از نظر حفاظت تنوع‏زیستی و مدیریت جنگل‌کاری، ضرورت دارد. بر اساس منابع موجود، تاکنون پژوهشی در ارتباط با اثر تنش خشکی روی پراکنش گونه توسکا انجام نشده است. بنابراین، هدف از اجرای پژوهش حاضر بررسی اثر تنش خشکی بر پراکنش گونه توسکا در کل سطح جنگل‌ هیرکانی بود.
مواد و روش‌ها: این پژوهش در کل سطح تحت پوشش جنگل‌های هیرکانی انجام شد. برای این منظور از پایگاه داده‌های آماربرداری جنگل‌های شمال کشور که شامل اطلاعات ارتفاع از سطح دریا، شیب و جهت، قطر و نوع گونه و ارتفاع درختان موجود برای 2700 قطعه نمونه استفاده شد. داده‌های هواشناسی شامل مقدار بارش و دما از پروژه POWER مربوط به سازمان ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده آمریکا (NASA Power) تهیه شد. به‌منظور محاسبه ضریب خشکی از بسته نرم‌افزاری medfate در نرم‌افزار R استفاده شد. در این پژوهش، علاوه بر اطلاعات داده‌های آماربرداری، سایر متغیرهای محیطی شامل میانگین بارندگی سالانه، میانگین دمای سالانه، فاصله از دره، شاخص موقعیت توپوگرافی، انحنای توپوگرافی، شاخص رطوبت توپوگرافی و تنش خشکی برای هر قطعه‌نمونه تهیه شده و برای مدل‏سازی رویشگاه مناسب توسکا استفاده شد. پراکنش توسکا در جنگل هیرکانی با استفاده از سه مدل جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان و مدل خطی تعمیم‏یافته پیش‌بینی شد. الگوریتم‌های مدل‌سازی و اهمیت نسبی متغیرها در بسته caret در نرم‌افزار R پیاده‌سازی و محاسبه شدند. برای ارزیابی عملکرد مدل‌ها از روش اعتبارسنجی متقابل استفاده شد. سپس از آماره سطح زیر منحنی برای ارزیابی عملکرد هر مدل استفاده شد.
یافته‌ها: مقدار سطح زیر منحنی برای مدل جنگل تصادفی (73/0) بیشتر از مدل‌های ماشین بردار پشتیبان (67/0) و مدل خطی تعمیم یافته (65/0) بود. ارتفاع از سطح دریا و تنش خشکی به‏ترتیب مهمترین عوامل برای پیش‌بینی حضور گونه توسکا با استفاده از مدل‌ جنگل تصادفی بودند. همچنین، بر اساس نتایج مدل‌های ماشین بردار پشتیبان و مدل خطی تعمیم‏یافته، متغیر بارش مهمترین عامل در پیش‌بینی حضور گونه توسکا شناسایی شد. نتایج بررسی واکنش گونه توسکا نسبت به متغیر ارتفاع از سطح دریا و شاخص تابش خورشیدی با استفاده از مدل جنگل تصادفی نشان داد که با افزایش هر دو متغیر احتمال حضور توسکا افزایش می‌یابد، در حالی‌که با افزایش مقدار تنش خشکی، احتمال حضور گونه توسکا کاهش می‌یابد. نقشه‌های پهنه‌بندی احتمال حضور توسکا نشان داد که این گونه حضور بیشتری در مناطق غربی و مرکزی جنگل هیرکانی دارد، درحالی‌که در بخش‌های شرقی جنگل هیرکانی احتمال حضور بسیار کمتر بود.

نتیجه‌گیری: نتایج پژوهش نشان داد که تنش خشکی یکی از مهم‌ترین عوامل محدودکننده پراکنش گونه توسکا در جنگل‌های هیرکانی است؛ چرا که این گونه از جمله گونه‏های رطوبت‌پسند جنگل هیرکانی است. کاهش بارندگی و افزایش دما به‌دلیل تغییر اقلیم، تنش خشکی را در منطقه افزایش خواهد داد و به‏طور مستقیم باعث محدود شدن رشد و تکثیر توسکا می‌شود. به‏طور کلی، پیشنهاد می‌شود که از جنگل‏کاری با گونه توسکا در مناطقی که به‌واسطه تنش خشکی آسیب‌پذیر هستند، خودداری شود و به‏جای آن گونه‌های مقاوم‌تر به شرایط کم‌آبی مورد استفاده قرار گیرند تا ساختار و عملکردبوم‏سامانه‏های جنگل بهتر حفظ شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Does drought stress have an effect on the distribution of Caucasian alder (Alnus subcordata C.A.Mey.) in Hyrcanian forests?

نویسندگان English

Khadijeh Asghari 1
Hamed Asadi 2
Hamid Jalilvand 1
Seyed Mohammad Hojjati 3
Mahya Tafazoli 1
1 Department of Forest Science and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Department of Forest Science and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
3 Department of Forest Science and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. Visiting Scientist, Institute of Silviculture and Forest Ecology, Georg-August Göttingen University, Germany sm.hojjati@uni-goettingen.de, s.hojati@sanru.ac.ir
چکیده English

Introduction and Objective: Due to the extensive climate changes and the increase in the frequency of drought stress, the Hyrcanian forests are facing serious threats that challenge the growth and dynamics of native species of these unique ecosystems. Caucasian alder (Alnus subcordata C.A.Mey.), as one of the key species in afforestation and rehabilitation of degraded lands, is particularly affected by these climate changes due to its environmental characteristics and strong need for water resources. Since this species plays an important role in nitrogen fixation and maintaining the stability of Hyrcanian forests, it is necessary to study the effect of drought stress on its presence and distribution, both in terms of biodiversity protection and forestry management. According to the literature review, no research has been done regarding the effect of drought stress on the distribution of alder species, so the purpose of this research was to investigate the effect of drought stress on the distribution of alder species in the entire area of Hyrcanian forests.
Material and Methods: This research was carried out in the entire area covered by Hyrcanian forests. For this purpose, the data bank of forest inventory in the north of the country was used. Meteorological data, including annual precipitation and mean annual temperature, were obtained from the POWER project. In order to calculate the drought stress, the medfate software package was used in R software. In this research, environmental variables including elevation, slope, radiation, annual rainfall, mean annual temperature, distance from the valley, topographic location index, topographic curvature, topographic humidity index and drought stress were prepared for each sample plot, and were used for modeling the suitable habitat of Caucasian alder. Caucasian alder distribution in Hyrcanian forest was predicted using three models including random forest (RF), support vector machine (SVM) and generalized linear model (GLM). Modeling algorithms and relative importance of variables were implemented and calculated in the caret package in R software. The cross-validation technique was used to evaluate the performance of the models. Then, the area under the curve (AUC) statistic was used to evaluate the performance of each model.
Results: The value of the area AUC for the RF model (0.73) was higher than other models. Elevation and drought stress were respectively the most important factors for predicting the presence of Caucasian alder using the RF model. Also, based on the results of SVM and GLM, annual rainfall was the most important factors in predicting the presence of Caucasian alder. Also, the results of investigating the respond of Caucasian alder to the elevation and radiation using the RF model showed that the probability of Caucasian alder presence increases with the increase of both variables. While the probability of Caucasian the presence of alder decreases with the increase of drought stress. The results of interpolation maps showed that Caucasian alder has a higher probability of presence in the western and central parts of the Hyrcanian forest, while the probability of its presence in the eastern parts of the Hyrcanian forest is very low.
Conclusion: The results of the present study showed that drought stress is one of the most important factors limiting the distribution of Caucasian alder in Hyrcanian forests. The decrease in rainfall and increase in temperature due to climate change will increase the drought stress in the region and will directly limit the growth and regeneration of alder. In general, it is suggested to avoid afforestation with Caucasian alder in areas that are vulnerable due to drought stress, and instead use species more resistant to low water conditions in order to preserve the structure and function of forest ecosystems in the best way.

کلیدواژه‌ها English

Machine learning models
random forest
suitable habitat
medfate package

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 21 تیر 1404

  • تاریخ دریافت 19 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 15 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 19 فروردین 1404