Ecology of Iranian Forests

fa اثر تغییرات مشخصه‎ های کمی ساختار توده ‎های جنگلی بر روی شاخص سطح برگ در جنگل‎ های هیرکانی، استان گلستان The Effects of Changes in the Forest Structure’s Quantitative Traits on the Leaf Area Index in Hyrcanian Forests, Golestan Province اکولوژی جنگل اکولوژی جنگل پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: شاخص سطح برگ در بین شاخص&lrm;های ساختاری توده، به&lrm;عنوان یک متغیر کلیدی در وضعیت اکوسیستم&lrm;های جنگلی می&lrm;باشد این شاخص از مهم&lrm;ترین شاخص&lrm;های ساختاری جنگل است که در فرآیندهای تبخیر و تعرق و پایش رشد درختان نقش مهمی دارد. نقش شاخص سطح برگ در بررسی تغییرات مشخصه&lrm;های کمی ساختار توده&lrm;های جنگلی بسیار مهم است. ارتباط کلی بین شاخص سطح برگ با مشخصه&lrm;های کمی توده وجود دارد. سطح برگ هر درخت می&lrm;تواند با استفاده از معادلات آلومتریک مشخصه&lrm;های کمی برآورد شود. این پژوهش اثر تغییرات مشخصه&lrm;های کمی حجم در هکتار، تعداد در هکتار، رویه زمینی در هکتار، مساحت تاج در هکتار، حجم تاج در هکتار و میانگین قطر و ارتفاع بر شاخص سطح برگ و تهیه معادلات آلومتریک آن&lrm;ها در جنگل&lrm;های پهن&lrm;برگ استان گلستان را مورد ارزیابی قرار می&lrm;دهد. مواد و روش&lrm;ها: در این مطالعه جهت برداشت اطلاعات زمینی شاخص سطح برگ 227 قطعه‌نمونه دایره&lrm;ای شکل به مساحت 1000 مترمربع با روش نمونه‌برداری سیستماتیک و شبکه 100×100 متر در پنج رویشگاه از غرب به شرق (کردکوی، شصت کلاته، زرین گل، سرخداری و لوه) پیاده شد. در مرکز هر قطعه‌نمونه تله برداشت برگ با ابعاد 60×60 سانتی&lrm;متر برای اندازه&lrm;گیری شاخص سطح برگ استفاده شد. مرکز جغرافیایی هر قطعه‌نمونه با استفاده از دستگاه سیستم موقعیت‌یاب جهانی تفاضلی ثبت شد. در هر قطعه&lrm;نمونه نوع گونه، قطر برابرسینۀ بیشتر از 12/5 سانتی‌متر، ارتفاع درختان،  قطر بزرگ و قطر کوچک تاج اندازه‌گیری شد سپس حجم در هکتار، تعداد در هکتار، رویه زمینی در هکتار، مساحت تاج در هکتار، حجم تاج در هکتار و میانگین قطر و ارتفاع واقع در هر قطعه‌نمونه محاسبه شد. برای محاسبه شاخص سطح برگ ابتدا لازم است سطح ویژه برگ تمامی گونه&lrm;ها در منطقه مورد مطالعه اندازه&lrm;گیری شود. برای محاسبه شاخص سطح برگ نیز از هرگونه‌ی درختی در هر رویشگاه 20 درخت و از هر درخت پنج نمونه برگ در چهار جهت جغرافیایی جدا شد. در پنج رویشگاه در مجموع بیش از15000 نمونه برگ آنالیز و اسکن شد. مساحت هر برگ با استفاده از نرم‌افزار ImageJ اندازه‌گیری شد. وزن‌تر و خشک و مساحت سطح به‌طور هم‌زمان با استفاده از ترازوی دیجیتالی با دقت 0/01 اندازه‌گیری و سپس با اسکنر با وضوح بالا اسکن شد. برگ&lrm;ها پس از اسکن در دمای 72 درجه سانتی‌گراد به&lrm;مدت 48 ساعت در آون خشک شدند و وزن خشک آن‌ها توزین شدند. جهت بررسی روابط بین شاخص سطح برگ و مشخصه&lrm;های ساختاری توده از مدل&lrm;های غیرخطی رشنال فانکشن، گوسین، هایپر بولیک، هیت کاپاسیتی و نمایی استفاده شد. یافته&lrm;ها: نتایج آنالیز آماره&lrm;های توصیفی نشان داد که میزان حداقل، حداکثر، میانگین و انحراف معیار شاخص سطح برگ برای 227 قطعه‌نمونه به&lrm;ترتیب (1/86، 13/45، 6/33 و 2/33) محاسبه شد. نتایج آنالیز آماره&lrm;های توصیفی همچنین نشان داد که میانگین و انحراف معیار برای مشخصه&lrm;های حجم در هکتار، تعداد در هکتار، رویه زمینی در هکتار، مساحت تاج در هکتار، حجم تاج در هکتار و میانگین قطر و ارتفاع نیز به&lrm;ترتیب (298/96 و 205/18)، (24/05 و 12/82)، (24/05 و 12/82)، (148/51و 155/54)، (781/2 و 95/05)، (36/41 و 9/97) و (25/81و 4/93) محاسبه شد. نتایج بررسی روابط بین شاخص سطح برگ با مشخصه&lrm;های کمی حجم در هکتار، تعداد در هکتار، رویه زمینی در هکتار، مساحت تاج در هکتار، حجم تاج در هکتار و میانگین قطر و ارتفاع میزان ضرایب تبین را بین (0/96 - 0/36R2 =) و میزان میانگین مربعات خطا را بین (2/06- 0/48= MSE) نشان داد. نتایج همچنین نشان داد که در بین مشخصه&lrm;های کمی بررسی شده، مشخصه&lrm;های کمی میانگین ارتفاع، حجم تاج در هکتار و حجم در هکتار بیشترین ضریب تبیین (0/96- 0/9R2 =) و میانگین مربعات خطا (0/56 – 0/48 = MSE) محاسبه شد. با مدل&lrm;های آلومتریک گوسین، ریچارد و هیت کاپاسیتی و مشخصه تعداد در هکتار با مدل آلومتریک گوسین کمترین میزان ضریب تبیین (0/36R2 =) و میانگین مربعات خطا (2/06 = MSE) را در بررسی با شاخص سطح برگ داشتند. نتایج همچنین نشان داد که برای مشخصه&lrm;های حجم تاج در هکتار تا 400 متر مکعب سیر تغییرات شاخص سطح برگ زیاد و سپس بعد از آن سیر یکنواختی دارد. برای مشخصه میانگین ارتفاع تا 40 متر سیر تغییرات شاخص سطح برگ زیاد می&lrm;باشد. برای مشخصه حجم در هکتار نیز تا 800 متر مکعب شاخص سطح برگ با سیر صعودی افزایش می&lrm;یابد و سپس بعد از آن تا 1200 متر مکعب سیر یکنواخت و حتی نزولی دارد. نتیجه&lrm;گیری: نتایج حاصل از این تحقیق نشان داده شد که سه مشخصه کمی حجم تاج در هکتار، میانگین ارتفاع و حجم در هکتار بیشترین تأثیر را بر روی تغییرات شاخص سطح برگ دارند و این سه مشخصه بهتر می&lrm;توانند شاخص سطح برگ را تبیین کنند. با استفاده از این سه مشخصه حجم تاج در هکتار، میانگین ارتفاع و حجم در هکتار می&lrm;توان شاخص سطح برگ را برآورد نمود. نتایج همچنین نشان داد که بر اساس مشخصه&lrm;های مشخصه حجم تاج در هکتار، میانگین ارتفاع و حجم در هکتار می&lrm;توان شاخص سطح برگ را در مقیاس وسیع تبیین کرد و نتایج برآوردی را می&lrm;توان در مدل&lrm;های اقلیمی و تدوین سیاست‌های مناسب تغییرات اقلیمی مورد بررسی قرار داد.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: The leaf area index (LAI) is one of the structural indices of forests and a key variable in the state of forest ecosystems. This index is one of the major structural indices of forests that plays an important role in the processes of evaporation and transpiration and in monitoring the growth of trees. The role of LAI is very important in the changes in the structural quantitative characteristics of forest stands. There is a general relationship between the LAI and the quantitative characteristics of the mass. The leaf area of each tree can be estimated using allometric equations of quantitative characteristics. This research focuses on the effects of changes in the quantitative characteristics, such as tree density (n.ha-1), basal area (m2.ha-1), volume (m3.ha-1), mean height (m), mean diameter at breast height (DBH, cm), crown area (m2.ha-1), and crown volume (m3.ha-1) on the LAI and preparation of their allometric equations in the broadleaf forests of Golestan province. Methods: To collect ground information on LAI, 227 circular sample plots with an area of 1000 m2 with a systematic sampling method and a 100 × 100 m grid were dismounted in five habitats from west to east (Kordkoy, Shasat Kalathe, Zarrin, Gol, Sorkhdari, and Loveh). In the center of each sample plot, the LAI was measured using a leaf harvesting trap with dimensions of 60 × 60 cm. The geographic center of each sample was recorded using a Differential Global Positioning System device. The species type, breast diameter greater than 12.5 cm, the height of trees, large diameter, and small crown diameter are measured, then as tree density (n.ha-1), basal area (m2.ha-1), volume (m3.ha-1), mean height (m), mean DBH (cm), crown area (m2.ha-1), and crown volume (m3.ha-1) located in each sample plot were calculated in each plot. To calculate the LAI, it is first necessary to measure the specific leaf area of all species in the study area. To calculate the LAI, 20 trees were separated from each tree in each habitat and five leaf samples were separated from each tree in four geographical directions. In total, more than 15,000 leaf samples were analyzed and scanned in five habitats. The area of each leaf was measured using ImageJ software. The wet and dry weight and surface area were measured simultaneously using a digital scale with an accuracy of 0.01 and then scanned with a high-resolution scanner. After scanning, the leaves were dried in an oven at 72 °C for 48 hours to obtain their dry weights. Non-linear rational function, Gaussian, hyperbolic, heat capacity, and exponential models were used to investigate the relationship between LAI and the structural characteristics of the stand. Results: The results of the analysis of descriptive statistics showed that the minimum, maximum, average, and standard deviation of the LAI were calculated for 227 samples (1.86, 13.45, 6.33, and 2.33), respectively. The results of the analysis of descriptive statistics also showed that the mean and standard deviation for the characteristics of volume (m3.ha-1), tree density (n.ha-1), basal area (m2.ha-1), crown area (m2.ha-1), crown volume (m3.ha-1), mean height (m), and mean DBH (cm) were respectively (96.96) 298 and 18.205), (24.05 and 12.82), (24.05 and 12.82), (51.148 and 54.155), (2.781 and 05.95), (41.36 and 9.97), and (25.81 and 4.93). The results of the relationships between the LAI and the quantitative characteristics of the volume (m3.ha-1), tree density (n.ha-1), basal area (m2.ha-1), crown area (m2.ha-1), crown volume (m3.ha-1), mean height (m), and mean DBH (cm) of the coefficients of determination showed (36-0.96) R2 = 0.00 with a mean square error of MSE = 0.48-2.06<v:shape filled="f" id="Text_x0020_Box_x0020_12" o:gfxdata="UEsDBBQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbJSRQU7DMBBF 90jcwfIWJU67QAgl6YK0S0CoHGBkTxKLZGx5TGhvj5O2G0SRWNoz/78nu9wcxkFMGNg6quQqL6RA 0s5Y6ir5vt9lD1JwBDIwOMJKHpHlpr69KfdHjyxSmriSfYz+USnWPY7AufNIadK6MEJMx9ApD/oD OlTrorhX2lFEilmcO2RdNtjC5xDF9pCuTyYBB5bi6bQ4syoJ3g9WQ0ymaiLzg5KdCXlKLjvcW893 SUOqXwnz5DrgnHtJTxOsQfEKIT7DmDSUCaxw7Rqn8787ZsmRM9e2VmPeBN4uqYvTtW7jvijg9N/y JsXecLq0q+WD6m8AAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAX3JlbHMvLnJl bHOkkMFqwzAMhu+DvYPRfXGawxijTi+j0GvpHsDYimMaW0Yy2fr2M4PBMnrbUb/Q94l/f/hMi1qR JVI2sOt6UJgd+ZiDgffL8ekFlFSbvV0oo4EbChzGx4f9GRdb25HMsYhqlCwG5lrLq9biZkxWOiqY 22YiTra2kYMu1l1tQD30/bPm3wwYN0x18gb45AdQl1tp5j/sFB2T0FQ7R0nTNEV3j6o9feQzro1i OWA14Fm+Q8a1a8+Bvu/d/dMb2JY5uiPbhG/ktn4cqGU/er3pcvwCAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAA IQBaDF0K9AEAAM8DAAAOAAAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWysU9uO0zAQfUfiHyy/06ShhW7UdLXsahHS cpF2+YCp4zQWiceM3Sbl6xk73VLgDfFieS4+c+bMeH099p04aPIGbSXns1wKbRXWxu4q+fXp/tVK Ch/A1tCh1ZU8ai+vNy9frAdX6gJb7GpNgkGsLwdXyTYEV2aZV63uwc/QacvBBqmHwCbtsppgYPS+ y4o8f5MNSLUjVNp79t5NQblJ+E2jVfjcNF4H0VWSuYV0Ujq38cw2ayh3BK416kQD/oFFD8Zy0TPU HQQQezJ/QfVGEXpswkxhn2HTGKVTD9zNPP+jm8cWnE69sDjenWXy/w9WfTp8IWFqnl0hhYWeZ/Sk xyDe4SjYxfoMzpec9ug4MYzs59zUq3cPqL55YfG2BbvTN0Q4tBpq5jePL7OLpxOOjyDb4SPWXAf2 ARPQ2FAfxWM5BKPznI7n2UQuip2LxfL16opDimPLvChWy1QCyufXjnx4r7EX8VJJ4tkndDg8+BDZ QPmcEotZvDddl+bf2d8cnBg9iX0kPFEP43ZMQp1F2WJ95HYIp63iX8CXFumHFANvVCX99z2QlqL7 YFmSq/liEVcwGYvl24INuoxsLyNgFUNVMkgxXW/DtLZ7R2bXcqVpCBZvWMbGpA6j3hOrE33emtT4 acPjWl7aKevXP9z8BAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAz3YeP98AAAAOAQAADwAAAGRycy9kb3du cmV2LnhtbEyPzU7DMBCE70i8g7VI3OialAYIcSoE4gqi/Ejc3HibRMTrKHab8PZsT3Db0XyanSnX s+/VgcbYBTZwudCgiOvgOm4MvL89XdyAismys31gMvBDEdbV6UlpCxcmfqXDJjVKQjgW1kCb0lAg xrolb+MiDMTi7cLobRI5NuhGO0m47zHTOkdvO5YPrR3ooaX6e7P3Bj6ed1+fV/qlefSrYQqzRva3 aMz52Xx/ByrRnP5gONaX6lBJp23Ys4uqN7CUdEHFWGXXGagjonUm+7Zy5TpfAlYl/p9R/QIAAP// AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRf VHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABf cmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQBaDF0K9AEAAM8DAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABk cnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQDPdh4/3wAAAA4BAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAE4E AABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAWgUAAAAA " stroked="f" style="position:absolute; left:0; text-align:left; margin-left:200px; margin-top:1018px; width:350.7pt; height:39.55pt; z-index:251654656" type="#_x0000_t202"></v:shape>. Among the investigated quantitative traits, the average height, crown volume per hectare, and volume per hectare gained the highest R2 values (0.36-0.96) and the MSE (0.48-2.06) with Gaussian, Richard, and heat capacity allometric models, and the tree density trait (n.ha-1). The lowest R2 (0.36) and MSE (2.06) in the study of LAI were obtained with the Gaussian model. The results also showed large changes in the LAI for the crown volume trait up to 400 (m3.ha-1), followed by a uniform trend. For the average height of up to 40 (m), many changes were found in the LAI. For the volume trait (m3.ha-1), the LAI increased up to 800 (m3.ha-1) and then showed a uniform and even downward trend until 1200 (m3.ha-1). Conclusion: The results of this research demonstrate that the three quantitative traits, viz. crown volume (m3.ha-1), mean height, and volume (m3.ha-1), have the greatest effect on the changes in the LAI. Thus, these three traits can better explain the LAI. The LAI can estimated using the three crown volume (m3.ha-1), mean height, and volume (m3.ha-1) traits. Based on these three traits, the LAI can explained on a large scale, and the estimated results can be used in climate models and the development of appropriate climate change policies.</div> شاخص سطح برگ, حجم در هکتار, میانگین ارتفاع, ریچارد, گوسین, استان گلستان Gaussion, Golestan Province, Heat Capacity, Leaf Area Index, Mean Height,Volume (m3.ha-1) 59 72 http://ifej.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-804-1&slc_lang=fa&sid=1 seyedeh zahra seyed mousavi سیده زهرا سید موسوی mousavizahra242@yahoo.com 10031947532846009777 0009-0003-8563-9232 Yes Department of Forest Management, Faculty of Forest Science, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Gorgan, Iran گروه مدیریت جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران jahangir mohamadi جهانگیر محمدی mohamadi.jahangir@gmail.com 10031947532846009778 10031947532846009778 No Department of Forest Management, Faculty of Forest Science, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Gorgan, Iran گروه مدیریت جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران roshanak darvishzadeh روشنک درویش زاده r.darvish@utwente.nl 10031947532846009779 10031947532846009779 No Department of Geo-Information Science and Earth Observation (ITC), University of Twente, Netherlands گروه علوم اطلاعات جغرافیایی و رصد زمین (ITC)، دانشگاه توئنته، هلند shaban shtaee Jouibary شعبان شتایی جویباری shataee@yahoo.com 10031947532846009780 10031947532846009780 No Department of Forest Management, Faculty of Forest Science, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Gorgan, Iran گروه مدیریت جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران ramin rahmani رامین رحمانی dr_ramin99@yahoo.com 10031947532846009781 10031947532846009781 No Department of Silviculture and Forest Ecology, Faculty of Forest Science, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Gorgan, Iran گروه جنگل‎ شناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران khalil ghorbani خلیل قربانی ghorbani.khalil@gmail.com 10031947532846009782 10031947532846009782 No Department of Water Engineering, Faculty of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Gorgan, Iran گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران