Ecology of Iranian Forests

fa آیا فراوانی وقوع مه بر ویژگی ‎های ساختاری راش در جنگل‎ های هیرکانی تأثیر دارد؟ Does the Frequency of Fog Affect the Structural Properties of Fagus orientalis in the Hyrcanian Forest? اکولوژی جنگل اکولوژی جنگل پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: راش (Fagus orientalis Lipsky) از مهمترین گونه&lrm;های صنعتی جنگل&lrm;های هیرکانی است که از غرب تا شرق این جنگل‌ها گسترش دارد. فعالیت&lrm;های انسانی باعث آسیب قابل&lrm;توجهی به جنگل&lrm;های هیرکانی شده و این موضوع اهمیت شناسایی عوامل مؤثر بر ویژگی&lrm;های ساختاری درختان به‌ویژه راش را در مدیریت بهینه این جنگل&lrm;ها و احیاء مناطق تخریب شده بیش از پیش مشخص می&lrm;کند. با توجه به تأثیر عوامل محیطی روی ویژگی&lrm;های ساختاری (سطح مقطع و تعداد در هکتار) و پراکنش درختان، آگاهی از خواهش&lrm;های بوم&lrm;شناختی آن ها می&lrm;تواند به&lrm;منظور تدوین برنامه&lrm;های حفاظت، احیاء و توسعه منابع جنگلی مورد استفاده قرار گیرد. پژوهش&lrm;های پیشین در خصوص عوامل مؤثر بر پراکنش این گونه روی متغیرهای توپوگرافی و اثرات تغییر اقلیم متمرکز بود و تاکنون پژوهشی در مورد اثر فراوانی وقوع مه بر ویژگی&lrm;های ساختاری این گونه انجام نشده است. بنابراین در پژوهش حاضر اثر متغیرهای توپوگرافی (ارتفاع از سطح دریا، شیب، جهت)، دما، رطوبت نسبی و مه روی تعداد در هکتار، سطح مقطع و حضور گونه راش با استفاده از مدل خطی تعمیم یافته بررسی شد. نتایج حاصل از تحقیق حاضر و همچنین سایر مطالعات آتی بر روی داده&lrm;هایی که در آینده از جنگل&lrm;های شمال کشور تهیه خواهد شد، می&lrm;تواند برای پیش&lrm;بینی تغییرات احتمالی در پراکنش گونه&lrm;ها به‌ویژه گونه راش تحت تأثیر گرمایش جهانی مؤثر باشد. مواد و روش&lrm;ها: برای انجام این پژوهش داده&lrm;های گونه راش از بانک داده&lrm;های آماربرداری جنگل&lrm;های شمال کشور تهیه شد. با توجه به این‌که ایستگاه هواشناسی برای کل منطقه جنگل هیرکانی وجود ندارد، بنابراین داده&lrm;های هواشناسی از پروژه POWER مربوط به سازمان ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده آمریکا تهیه شد. از آنجایی&lrm;که مه به‌عنوان قطرات آب معلق در نزدیکی سطح زمین تعریف می&lrm;شود که دید افقی را به کمتر از یک کیلومتر کاهش می&lrm;دهد، وقوع مه با استفاده از شاخص دید افقی تعیین شد. پس از تهیه داده&lrm;ها، ابتدا تعداد در هکتار درختان و سپس سطح مقطع درختان در هر قطعه نمونه محاسبه شد. همچنین داده&lrm;های جمع&lrm;آوری شده بر اساس حضور و عدم حضور راش نیز تفکیک شد. در نهایت تجزیه و تحلیل&lrm; داده&lrm;ها با استفاده از مدل خطی تعمیم یافته و روش ارزیابی متقابل در نرم&lrm;افزار R و بسته caret انجام شد. یافته&lrm;ها: نتایج بررسی همبستگی بین متغیرهای مستقل نشان داد که مقدار بارش با رطوبت نسبی همبستگی معنی&lrm;دار و بالایی داشت، بنابراین در ادامه محاسبات متغیر بارش حذف شد. مدل خطی تعمیم یافته دقت قابل قبولی برای پیش&lrm;بینی تعداد در هکتار (0.16=R2)، سطح مقطع (0.16=R2) و حضور گونه راش (AUC=0.75) داشت. متغیرهای مه، ارتفاع از سطح دریا و رطوبت نسبی هوا رابطه مثبت با هر سه ویژگی تعداد در هکتار، سطح مقطع و حضور گونه راش داشت؛ درحالی&lrm;که دما فقط با حضور گونه راش رابطه منفی داشت. همچنین متغیر جهت نیز رابطه مثبت و معنی&lrm;داری با تعداد در هکتار و سطح مقطع درختان راش داشت ولی با حضور این گونه رابطه معنی&lrm;داری نداشت. متغیر ارتفاع از سطح دریا بالاترین اهمیت را برای پیش&lrm;بینی تعداد در هکتار، سطح مقطع و حضور گونه راش داشت. رطوبت نسبی دومین متغیر مهم برای پیش&lrm;بینی تعداد در هکتار و سطح مقطع بود درحالی&lrm;که برای حضور گونه راش، مه دومین متغیر مهم ارزیابی شد. متغیرهای دما، شیب و جهت اهمیت نسبی کمتر از 20 درصد داشتند. نتیجه&lrm;گیری: دلیل اهمیت نسبی ارتفاع از سطح دریا می&lrm;تواند ناشی از این مسأله باشد که شرایط بهینه برای رشد درخت راش دمای پایین و بارندگی زیاد است؛ که این شرایط ارتباط مستقیمی با ارتفاع از سطح دریا دارد. همچنین نتایج پژوهش حاضر اهمیت رطوبت نسبی و وقوع مه را در پراکنش گونه راش مشخص کرد. دلیل اهمیت بالای متغیر رطوبت نسبی ممکن است به&lrm;دلیل این واقعیت باشد که راش به&lrm;طور کلی به&lrm;عنوان سازگار با شرایط سایه کامل تا نیمه&lrm;سایه توصیف می&lrm;شود. از آنجایی&lrm;که جهت شمالی (در نیمکره شمالی) عموماً کمتر نور مستقیم خورشید را دریافت می&lrm;کند و معمولاً خنک&lrm;تر است، این گونه معمولاً در جهت شمالی در جنگل هیرکانی مستقر می&lrm;شود. از سوی دیگر، از آنجایی&lrm;که با کاهش دما، رطوبت نسبی افزایش می&lrm;یابد، می&lrm;توان نتیجه گرفت که راش رطوبت نسبی بیشتر را ترجیح می&lrm;دهد. در جنگل&lrm;های نواحی کوهستانی و نزدیک به ساحل، به&lrm;دلیل بالا بودن رطوبت هوا و ارتفاع، تعداد رخدادهای مه زیاد است. در نهایت این پدیده منجر به مه بارش می&lrm;شود مقدار آب رسیده به کف جنگل را افزایش می&lrm;دهد. بنابراین می&lrm;توان بیان کرد که با توجه به نیاز رطوبتی بالای درختان راش، وقوع مه و تولید مه&lrm;بارش نقش بسیار مهمی در تأمین نیاز آب درختان راش دارد. با توجه به اهمیت بالای رطوبت نسبی هوا و وقوع مه در پراکنش گونه راش، انجام مطالعات تکمیلی درخصوص تخمین دقیق وقوع مه و میزان مه&lrm;بارش در جنگل&lrm;های هیرکانی لازم و ضروری به&lrm;نظر می&lrm;رسد. مطالعات در مورد مه و تأثیر آن بر پوشش گیاهی، به&lrm;ویژه در مناطق معتدل، می&lrm;تواند بینش ارزشمندی در مورد مزایای بالقوه مه برای این گونه ارائه دهد. همچنین با توجه به کمبود مطالعات پیشنهاد می&lrm;شود اثر سایر عوامل محیطی از جمله ویژگی&lrm;های خاک روی پراکنش گونه راش نیز مورد توجه قرار گیرد.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) is one of the well-known industrial species of Hyrcanian forests that spreads from the west to east of these forests. Human activities have caused significant damage to Hyrcanian forests, and this issue highlights the importance of identifying factors affecting the structural characteristics of trees, especially beech, for the optimal management of these forests and the restoration of degraded areas. Considering the effect of environmental factors on the structural characteristics (the basal area and number per hectare) and the distribution of trees, the knowledge of their ecological requirements can be used to prepare programs for the protection and development of forests. Previous research about factors affecting the distribution of this species focused on topographical variables and the effects of climate change. Thus, No research has so far investigated the effect of the frequency of fog occurrence on the structural characteristics of this species. Therefore, the effect of topographical variables (height above sea level, slope, and direction), temperature, relative humidity, and fog on the number per hectare, basal area, and the presence of beech species was investigated in the present study using a generalized linear model (GLM). The results of this research and other studies on the future data from the forests of northern Iran can help predict possible changes in the distribution of species, especially beech species, under the effect of global warming. Methods: To carry out this research, beech species data were obtained from the forest inventory data bank in the north of Iran. Because no meteorological station was available for the whole region of Hyrcanian forests, meteorological data were obtained from the POWER project of the National Aeronautics and Space Administration of the USA. Since fog is defined as water droplets suspended near the earth's surface, which reduces horizontal visibility to less than one kilometer, the occurrence of fog was determined using the horizontal visibility index. After preparing the data, first the number of trees per hectare and then the basal area of trees were calculated in each sample plot. The collected data were separated based on the presence or absence of beech. Data were analyzed using GLM and cross-validation evaluation in R software and the caret package. Results: The results of the correlation between the independent variables showed that the amount of precipitation had a significant and high correlation with relative humidity, hence the precipitation variable was removed from the modeling. The GLM showed acceptable accuracy for predicting the number of trees per hectare (R2 = 0.16), basal area (R2 = 0.16), and the presence of beech species (AUC = 0.75). The fog, height above sea level, and relative air humidity variables had a positive relationship with all three traits (number per hectare, basal area, and the presence of beech species) while temperature was negatively related only to the presence of beech species. The aspect variable had a positive and significant relationship with the number of beech trees per hectare and basal area, respectively, but it was not significantly related to the presence of this species. The height above sea level was the most important variable for predicting the number of trees per hectare, the basal area, and the presence of beech species. Relative humidity was the second most important variable for predicting the number of trees per hectare and basal area while fog was the second most important variable for the presence of beech species. The temperature, slope, and aspect had a significance of less than 20%. Conclusion: The reason for the higher relative importance of the height above sea level can be attributed to low temperature and high rainfall as the optimal conditions for the growth of the beech tree; these conditions are directly related to the height above sea level. Our results also determine the importance of relative humidity and the occurrence of fog in the distribution of beech species. The high importance of the relative humidity variable may result from the fact that beech is generally described as adapting to full-shade to partial-shade conditions. Since the northern aspect (in the Northern Hemisphere) generally receives less direct sunlight and is usually cooler, this species usually establishes in the northern direction in the Hyrcanian forest. On the other hand, since relative humidity increases with decreasing temperature, it can be concluded that beech prefers higher relative humidity. In the forests of mountainous areas and near the coast, the number of fog occurrences is high due to high air humidity and altitude. Finally, this phenomenon leads to rain fog and increases the amount of water reaching the forest floor. Therefore, it can be stated that the occurrence and production of fog play a pivotal role in providing the water needs of beech trees due to the high moisture requirement of this species. The high importance of relative air humidity and the occurrence of fog in the distribution of beech species necessitate additional studies regarding the accurate estimation of the occurrence and amount of fog in Hyrcanian forests. Studies on fog and its effects on vegetation, particularly in temperate regions, can provide valuable insight into the potential benefits of fog for this species. Given the lack of studies, it is suggested to investigate the effects of other environmental factors, including soil properties, on the distribution of beech species.  </div> پراکنش گونه راش, مه ‎بارش, شاخص دید افقی, تغییر اقلیم, مدل خطی تعمیم یافته Beech species distribution, Fog precipitation, Horizontal visibility index, Climate change, Generalized linear model 15 25 http://ifej.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-69-2&slc_lang=fa&sid=1 Seyedeh Fatemeh Hosseini سیده فاطمه حسینی hosseini.fatemeh94@yahoo.com 10031947532846009763 10031947532846009763 No Department of Forest Science and Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Hamid Jalilvand حمید جلیلوند hj_458_hj@yahoo.com 10031947532846009764 10031947532846009764 No Department of Forest Science and Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Asghar Fallah اصغر فلاح fallaha2007@yahoo.com 10031947532846009765 10031947532846009765 No Department of Forest Science and Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Hamed Asadi حامد اسدی h.asadi@sanru.ac.ir 10031947532846009766 10031947532846009766 Yes Department of Forest Science and Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Mahya Tafazoli محیا تفضلی mahya_tafazoli@yahoo.com 10031947532846009767 10031947532846009767 No Department of Forest Science and Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران