Ecology of Iranian Forests

fa ارتباط بین تنوع زیستی و زیتوده رو زمینی گیاهان چوبی در طول مناطق اقلیمی و گرادیان ارتفاعی (مطالعه موردی: جنگل‌های استان ایلام) Relationship between biodiversity and aboveground biomass of woody plants across climatic regions and elevational gradients (Case study: forests of Ilam Province) اکولوژی جنگل اکولوژی جنگل پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">مقدمه و هدف: جنگل های زاگرس به عنوان یکی از مهمترین بوم سازگان های ایران، نقش کلیدی در تعدیل آب و هوا، حفاظت از تنوع زیستی و ارائه خدمات بوم سازگانی ایفا می کنند. با این حال، عوامل انسانی و تغییرات اقلیمی، این جنگل ها را با تهدیداتی مانند کاهش زی توده و تنوع گونه ای مواجه کرده اند. تنوع زیستی از مهمترین ویژگی های بوم سازگان های جنگلی بوده نقش مهمی در پایداری و حفاظت از کارکردهای بوم سازگانی از قبیل زی توده رو زمینی دارد. هرچند نقش عوامل توپوگرافی بویژه  ارتفاع از سطح دریا در مناطق اقلیمی بر ارتباط بین تنوع زیستی و کارکرد اکوسیستم در جنگل های زاگرس به خوبی مورد بررسی قرار نگرفته است. پژوهش حاضر با هدف بررسی رابطه بین شاخص‌های تنوع زیستی (تنوع، غنا، یکنواختی) و زی‌توده روزمینی، تلاش دارد تا با طراحی مطالعه مشابه در مناطق اقلیمی مختلف، ارتباط بین شاخص های تنوع زیستی و کارکرد اکوسیستم در طول گرادیان ارتفاعی در استان ایلام را مورد بررسی قرار دهد. مواد و روش ها: به منظور دستیابی به اهداف مطالعه مناطقی با اقلیم متفاوت (نیمه مرطوب سرد: مانشت – قلارنگ؛ نیمه خشک سرد: کبیرکوه) انتخاب شد. مناطق مورد مطالعه با توجه به ویژگی های اقلیمی، توپوگرافی و پوشش گیاهی انتخاب شدند تا تأثیر این عوامل بر تنوع گونه ای و کارکرد اکوسیستم ارزیابی شود. در هر منطقه در امتداد گرادیان ارتفاعی 300 متری، 4 ترانسکت با فاصله 100 متر پیاده و قطعات نمونه با ابعاد 30 متر در 30 متر به صورت تصادفی سیستماتیک روی ترانسکت ها پیاده شد.  داده‌های مربوط به گونه‌های چوبی از قبیل نوع گونه، قطر برابر سینه، ارتفاع کل و قطر بزرگ و کوچک تاج ثبت شدند. برای ارزیابی تنوع زیستی، شاخص‌های تنوع (شانون، سیمپسون)، غنا (مارگالف، منهینیک) و یکنواختی (پایلو) با استفاده از نرم افزار PAST محاسبه گردید. زی‌توده روزمینی با استفاده از معادلات زیست سنجی به تفکیک گونه های گیاهی موجود در نمونه برداری، برآورد شد. برای مقایسه شاخص های تنوع زیستی در دو منطقه اقلیمی از آزمون t مستقل، به منظور بررسی رابطه بین زی‌توده (متغیر وابسته) و شاخص‌های تنوع زیستی (متغیر مستقل)، و همچنین بررسی رابطه بین شاخص های تنوع زیستی و ارتفاع از سطح دریا نیز از رگرسیون خطی ساده (Simple Linear Regression) استفاده شد. در نهایت، برای بررسی میزان تفکیک پذیری مناطق اقلیمی بر اساس شاخص های تنوع از آزمون آنالیز مؤلفه های اصلی (PCA) استفاده گردید. پیش از این آنالیز، ابتدا همه داده ها استاندارد شدند. همچنین متغیرهای با همبستگی بیش از 0/7 پیش از آزمون حذف شدند. آزمون PCA در نرم افزار R و با استفاده از بسته های آماری "FactoMineR" و "factoextra" انجام شد. یافته ها: نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که زی توده رو زمینی در منطقه نیمه‌مرطوب سرد (57/278 ± 18/2973 کیلوگرم در هکتار) به‌طور معنی‌داری بیشتر از منطقه نیمه‌خشک سرد (337/158 ± 248/1948 کیلوگرم در هکتار) بود، این تفاوت قابل توجه احتمالاً ناشی از شرایط اقلیمی مساعدتر، دوره رشد طولانی تر و در نتیجه رشد بهتر درختان در اقلیم مرطوب تر است.  در مقابل، میانگین شاخص های تنوع گونه ای در اقلیم نیمه خشک (کبیرکوه) بیش از منطقه نیمه مرطوب (مانشت-قلارنگ) بود، که این پدیده می تواند به حضور گونه های مقاوم به خشکی، رقابت کمتر و تمایز آشیان های بوم شناختی در شرایط تنش محیطی نسبت داده شود. این نتایج با فرضیات اکولوژیکی مانند فرضیه آشفتگی متوسط و مدل تعادل پویا (وجود تنوع بیشتر در محیط های با تنش) همخوانی دارد. بررسی ارتباط رگرسیونی بین ارتفاع از سطح دریا و زی توده نشان داد که در منطقه نیمه‌مرطوب، زی توده با افزایش ارتفاع کاهش یافت (R2= -0.368). این روند ممکن است به دلیل کاهش تراکم گونه های غالب مانند بلوط ایرانی  (Quercus brantii L.) در ارتفاعات بالاتر و اثرات منفی ارتفاع بر دما، بارندگی و ساختار پوشش گیاهی باشد. بررسی رابطه بین شاخص‌های تنوع و زی‌توده نشان داد که در منطقه نیمه‌مرطوب سرد، غنای منهینیک رابطه معنی‌داری با زی‌توده داشت، در حالی که شاخص‌های دیگر مانند شانون-وینر و یکنواختی پیلو رابطه معنی داری نداشتند. در مقابل، در منطقه نیمه‌خشک کبیرکوه، شاخص یکنواختی پیلو بیشترین توان تبیین زی‌توده را داشت و شاخص‌های تنوع رابطه معنی‌داری با زی‌توده نشان دادند. این تفاوت‌ها می‌تواند ناشی از ساختار متفاوت پوشش گیاهی، تفاوت‌های اقلیمی و درجه تخریب در دو منطقه باشد. در شرایط تنش‌زا، کاهش منابع و سختی شرایط باعث ورود گونه‌های کم‌بازده می‌شود که منجر به کاهش کارکرد اکوسیستم و زی‌توده می‌گردد. در نتیجه، در اقلیم نیمه‌خشک، رابطه منفی شاخص‌های تنوع با زی‌توده قابل انتظار است، در حالی که در اقلیم نیمه‌مرطوب، تنها غنای گونه‌ای با زی‌توده رابطه منفی داشت که به رقابت شدید بین گونه‌ها و همپوشانی عملکردی آنها نسبت داده می‌شود. در تحلیل PCA تفکیک دو منطقه بر اساس محورهای زی‌توده و تنوع تأیید شد. منطقه نیمه‌مرطوب با زی‌توده و تاج پوشش بالاتر، و منطقه نیمه‌خشک با تنوع و غنای بیشتر مشخص شد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که مدیریت جنگل باید متناسب با شرایط اقلیمی هر منطقه انجام شود به خصوص در نواحی خشک و  نیمه‌خشک، حفاظت و توسعه گونه‌های مقاوم به خشکی و مدیریت رطوبت خاک می‌تواند به افزایش پایداری زی‌توده و تنوع گونه‌ای کمک کند. نتیجه گیری: این مطالعه نشان داد که اقلیم و ارتفاع از سطح دریا به‌عنوان عوامل کلیدی، تأثیر قابل توجهی بر الگوهای تنوع زیستی گیاهان چوبی و زی‌توده در جنگل های زاگرس داشتند. نتایج حاکی از آن است که در اقلیم های مرطوب تر، رقابت بین گونه ها منجر به زی توده بالاتر اما تنوع کمتر می شود. در حالی که در مناطق نیمه خشک، تنوع بالاتر با کاهش زی توده همراه است. این یافته ها بر ضرورت توجه به مدیریت پایدار جنگل‌های زاگرس با توجه به تفاوت‌های بوم شناختی این مناطق، حفظ تنوع زیستی در مناطق نیمه‌خشک، افزایش ذخیره کربن در مناطق نیمه‌مرطوب و نیاز به مدیریت تفکیک شده بر اساس شرایط اقلیمی تأکید می کند.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstarct Introduction and Objectives: The Zagros forests, one of the most vital ecosystems in Iran, play a crucial role in climate regulation, biodiversity conservation, and the provision of ecosystem services. However, anthropogenic activities and climate change have increasingly threatened these forests, leading to declines in aboveground biomass and species diversity. Biodiversity is a key characteristic of forest ecosystems and significantly contributes to maintaining ecosystem functions such as aboveground biomass production. Nevertheless, the influence of topographic factors—particularly elevation on mediating the relationship between biodiversity and ecosystem function across different climatic regions of the Zagros forests remains insufficiently studied. This study aims to investigate the relationship between biodiversity indices (diversity, richness, and evenness) and aboveground biomass through a comparative analysis across various climatic zones, assessing how biodiversity–ecosystem function relationships change along an elevational gradient in Ilam Province. Materials and Methods: To achieve the study objectives, areas with distinct climatic conditions were selected: semi-humid cold (Manesht-Qalarang) and semi-arid cold (Kabir-Kuh). Study sites were chosen based on their climatic, topographic, and vegetation characteristics to evaluate the influence of these factors on species diversity and ecosystem function. In each region, four transects were established along a 300-meter elevational gradient, with sampling points set at 100-meter intervals. Along these transects, 30×30 meter plots were systematically and randomly established. Within each plot, data on woody species were collected, including species identity, diameter at breast height (DBH), total height, and crown diameters. Biodiversity indices—Shannon and Simpson diversity indices, species richness indices (Margalef and Menhinick), and evenness index (Pielou)—were calculated using PAST software. Aboveground biomass was estimated using species-specific allometric equations. For statistical analysis, t-tests were used to compare biodiversity indices between the two climatic regions. Simple linear regression models were applied to examine the relationships between aboveground biomass (dependent variable) and biodiversity indices (independent variables), as well as the relationships between biodiversity indices and elevation. Additionally, Principal Component Analysis (PCA) was performed to assess the degree of separation between the two regions based on biodiversity indices. Prior to PCA, all data were standardized, and variables with correlation coefficients above 0.7 were excluded to avoid multicollinearity. PCA was conducted using R software with the “FactoMineR” and “factoextra” packages. Results: The results showed that aboveground biomass (AGB) was significantly higher in the semi-humid cold region (2,973.18 ± 278.57 kg/ha) compared to the semi-arid cold region (1,948.25 ± 158.34 kg/ha). This substantial difference is likely due to the more favorable climatic conditions in the semi-humid region, which support a longer growing season and enhanced tree growth. In contrast, species diversity indices were higher in the semi-arid region (Kabir-Kuh) than in the semi-humid region (Manesht–Qalarang). This pattern may be attributed to the presence of drought-tolerant species, reduced competition, and higher ecological niche differentiation under stressful environmental conditions. These findings are consistent with ecological theories such as the Intermediate Disturbance Hypothesis and the Dynamic Equilibrium Model, both of which propose that moderate levels of stress can enhance species diversity. Regression analyses revealed a negative relationship between elevation and AGB in the semi-humid region (R² = -0.368), likely due to the reduced abundance of dominant species like Persian oak (Quercus brantii L.) at higher altitudes, as well as the adverse effects of elevation on temperature, precipitation, and vegetation structure. Regarding the relationship between biodiversity indices and AGB, Menhinick’s richness index showed a significant correlation with biomass in the semi-humid region, while other indices such as Shannon-Wiener and Pielou’s evenness did not. Conversely, in the semi-arid region, Pielou’s evenness index exhibited the strongest explanatory power for AGB, with other diversity indices also significantly correlated with biomass. These differences likely reflect variations in vegetation structure, climatic conditions, and forest degradation levels between the two regions. Under stress conditions, limited resources and harsh environmental factors often lead to the dominance of low-performing species, reducing ecosystem function and biomass. Thus, in semi-arid climates, a negative correlation between diversity indices and biomass is expected. In the semi-humid region, only species richness showed a negative correlation with biomass, possibly due to intensified interspecific competition and functional redundancy among species. PCA results confirmed a clear separation between the two climatic regions based on biomass and biodiversity components. The semi-humid region w:::as char:::acterized by higher biomass and crown cover, whereas the semi-arid region exhibited greater species diversity and richness. Conclusion: This study underscores the significant influence of climate and elevation on biodiversity patterns and aboveground biomass in the Zagros forests. The results indicate that in more humid climates, intense interspecific competition may result in higher biomass but lower species diversity. Conversely, semi-arid environments tend to support greater biodiversity, albeit with lower biomass accumulation. These findings highlight the necessity of developing sustainable forest management strategies that are tailored to the ecological variability of different regions. Specifically, biodiversity conservation efforts should be prioritized in semi-arid areas, where species richness and ecological niche differentiation are more pronounced, while carbon storage initiatives can be more effectively targeted in semi-humid regions with higher biomass potential. Implementing management practices that consider local climatic and topographic conditions is essential for preserving the ecological integrity and functional resilience of the Zagros forest ecosystem.</div> تنوع گونه‌ای, تغییرات اقلیمی, توپوگرافی, زی‌توده روزمینی, زاگرس Species diversity, Climate change, Topography, Aboveground biomass, Zagros 0 0 http://ifej.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-438-4&slc_lang=fa&sid=1 Fatemeh Gol-Mohammadi فاطمه گل محمدی golmohamadi88@yahoo.com 100319475328460010715 100319475328460010715 No Ilam university دانشگاه ایلام Abdolali Karamshahi عبدالعلی کرمشاهی karamshahi@ilam.ac.ir 100319475328460010716 100319475328460010716 Yes Ilam university دانشگاه ایلام Mehdi Heydari مهدی حیدری m.heidari@ilam.ac.ir 100319475328460010717 100319475328460010717 No Ilam university دانشگاه ایلام Reza Omidipour رضا امیدی پور r.omidipour@ilam.ac.ir 100319475328460010718 100319475328460010718 No Ilam university دانشگاه ایلام