Ecology of Iranian Forests

fa ارتباط بین تنوع ‎زیستی و زی‎ توده روزمینی گیاهان چوبی در طول مناطق اقلیمی و گرادیان ارتفاعی (مطالعه موردی: جنگل‎ های استان ایلام) The Relationship between Biodiversity and the 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;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: جنگل&lrm; های زاگرس به&lrm;عنوان یکی از مهم&lrm; ترین بوم&lrm; سازگان&lrm; های ایران، نقش کلیدی را در تعدیل آب و هوا، حفاظت از تنوع &lrm;زیستی و ارائه خدمات بوم&lrm; سازگانی ایفا می&lrm; کنند. با این &lrm;حال، عوامل انسانی و تغییرات اقلیمی، این جنگل&lrm; ها را با تهدیداتی مانند کاهش زی&lrm;توده و تنوع گونه&lrm; ی مواجه کرده&lrm; اند. تنوع&lrm; زیستی از مهم&lrm;ترین ویژگی &lrm;های بوم &lrm;سازگان&lrm; های جنگلی است و نقش مهمی در پایداری و حفاظت از کارکردهای بوم&lrm; سازگانی از قبیل زی&lrm; توده روزمینی دارد. هر چند که نقش عوامل توپوگرافی به&lrm; ویژه ارتفاع از سطح دریا در مناطق اقلیمی بر ارتباط بین تنوع &lrm;زیستی و کارکرد اکوسیستم در جنگل &lrm;های زاگرس به&lrm; خوبی مورد بررسی قرار نگرفته است. پژوهش حاضر با هدف بررسی رابطه بین شاخص‌های تنوع &lrm;زیستی (تنوع، غنا، یکنواختی) و زی‌توده روزمینی، تلاش دارد تا با طراحی مطالعه مشابه در مناطق اقلیمی مختلف، ارتباط بین شاخص &lrm;های تنوع&lrm; زیستی و کارکرد اکوسیستم در طول گرادیان ارتفاعی در استان ایلام را مورد بررسی قرار دهد. مواد و روش&lrm; ها: به&lrm; منظور دستیابی به اهداف مطالعه، مناطقی با اقلیم متفاوت (نیمه &lrm;مرطوب سرد: مانشت&lrm;قلارنگ؛ نیمه&lrm; خشک سرد: کبیرکوه) انتخاب شدند. مناطق مورد مطالعه با توجه به ویژگی &lrm;های اقلیمی، توپوگرافی و پوشش گیاهی انتخاب شدند تا تأثیر این عوامل بر تنوع گونه &lrm;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&lrm;صورت تصادفی سیستماتیک روی ترانسکت &lrm;ها پیاده شدند. داده‌های مربوط به گونه‌های چوبی از قبیل نوع&lrm; گونه، قطر برابر سینه، ارتفاع کل و قطر بزرگ و کوچک تاج ثبت شدند. برای ارزیابی تنوع &lrm;زیستی، شاخص‌های تنوع (شانون-وینر، سیمپسون)، غنا (مارگالف، منهینیک) و یکنواختی (پایلو) با استفاده از نرم &lrm;افزار PAST محاسبه گردیدند. زی‌توده روزمینی با استفاده از معادلات زیست &lrm;سنجی به تفکیک گونه&lrm; های گیاهی موجود در نمونه&lrm; برداری برآورد شد. برای مقایسه شاخص&lrm; های تنوع &lrm;زیستی در دو منطقه اقلیمی از آزمون t مستقل، به&lrm;منظور بررسی رابطه بین زی‌توده (متغیر وابسته) و شاخص‌های تنوع&lrm; زیستی (متغیر مستقل)، و همچنین بررسی رابطه بین شاخص&lrm; های تنوع &lrm;زیستی و ارتفاع از سطح دریا نیز از رگرسیون خطی ساده (Simple Linear Regression) استفاده شد. در نهایت، برای بررسی میزان تفکیک&lrm;پذیری مناطق اقلیمی بر اساس شاخص &lrm;های تنوع از آزمون آنالیز مؤلفه&lrm; های اصلی (PCA) استفاده گردید. پیش از این آنالیز، ابتدا همه داده&lrm; ها استاندارد شدند. همچنین، متغیرهای با همبستگی بیش از 0/7 پیش از آزمون حذف شدند. آزمون PCA در نرم &lrm;افزار R و با استفاده از بسته&lrm; های آماری FactoMine R و factoextra انجام شد. یافته&lrm; ها: زی &lrm;توده رو&lrm;زمینی در منطقه نیمه‌ مرطوب سرد (278/57 ± 2973/18 کیلوگرم در هکتار) به‌طور معنی‌داری بیشتر از منطقه نیمه‌خشک سرد (158/337 ± 1948/248 کیلوگرم در هکتار) بود؛ این تفاوت قابل &lrm;&lrm;توجه احتمالاً ناشی از شرایط اقلیمی مساعد&lrm;تر، دوره رشد طولانی&lrm; تر و در نتیجه رشد بهتر درختان در اقلیم مرطوب&lrm; تر است. در مقابل، میانگین شاخص&lrm; های تنوع گونه &lrm;ای در اقلیم نیمه&lrm;خشک (کبیرکوه) بیش از منطقه نیمه &lrm;مرطوب (مانشت-قلارنگ) بود، که این پدیده می&lrm; تواند به حضور گونه&lrm; های مقاوم به خشکی، رقابت کمتر و تمایز آشیان&lrm; های بوم &lrm;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&lrm; های با تنش) هم خوانی دارند. بررسی ارتباط رگرسیونی بین ارتفاع از سطح دریا و زی&lrm; توده نشان داد که در منطقه نیمه‌ مرطوب، زی &lrm;توده با افزایش ارتفاع کاهش یافت (R2 = -0.368). این روند ممکن است به&lrm;دلیل کاهش تراکم گونه&lrm; های غالب مانند بلوط ایرانی (L.Quercus brantii ) 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&lrm; که شاخص‌های دیگر مانند شانون-&lrm;وینر و یکنواختی پیلو رابطه معنی &lrm;داری نداشتند. در مقابل، در منطقه نیمه‌ خشک کبیرکوه، شاخص یکنواختی پیلو بیشترین توان تبیین زی‌توده را داشت و شاخص‌های تنوع رابطه معنی‌داری با زی‌توده نشان دادند. این تفاوت‌ها می‌توانند ناشی از ساختار متفاوت پوشش گیاهی، تفاوت‌های اقلیمی و درجه تخریب در دو منطقه باشند. 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 نیمه‌ خشک، رابطه منفی شاخص‌های تنوع با زی‌توده قابل انتظار است، در حالی&lrm;که در اقلیم نیمه‌مرطوب، تنها غنای گونه‌ای با زی‌توده رابطه منفی داشت که به رقابت شدید بین گونه‌ها و هم پوشانی عملکردی آن&lrm;ها نسبت داده می‌شود. در تحلیلPCA ، تفکیک دو منطقه بر اساس محورهای زی‌توده و تنوع تأیید شد. منطقه نیمه‌ مرطوب با زی‌توده و تاج&lrm; پوشش بالاتر، و منطقه نیمه‌ خشک با تنوع و غنای بیشتر مشخص شدند. این یافته‌ها نشان می‌دهند که مدیریت جنگل باید متناسب با شرایط اقلیمی هر منطقه انجام شود به &lrm;خصوص در نواحی خشک و نیمه‌ خشک، حفاظت و توسعه گونه‌های مقاوم به خشکی و مدیریت رطوبت خاک می‌توانند به افزایش پایداری زی‌توده و تنوع گونه‌ای کمک کنند. نتیجه&lrm; گیری: این مطالعه نشان داد که اقلیم و ارتفاع از سطح دریا به‌عنوان عوامل کلیدی، تأثیر قابل &lrm;توجهی بر الگوهای تنوع &lrm;زیستی گیاهان چوبی و زی‌توده در جنگل&lrm; های زاگرس داشتند. نتایج حاکی از آن هستند که در اقلیم &lrm;های مرطوب &lrm;تر، رقابت بین گونه&lrm; ها منجر به زی&lrm; توده بالاتر اما تنوع کمتر می &lrm;شود. در حالی&lrm; که در مناطق نیمه &lrm;خشک، تنوع بالاتر با کاهش زی&lrm; توده همراه است. این یافته&lrm; ها بر ضرورت توجه به مدیریت پایدار جنگل‌های زاگرس با توجه به تفاوت‌های بوم &lrm;شناختی این مناطق، حفظ تنوع &lrm;زیستی در مناطق نیمه‌ خشک، افزایش ذخیره کربن در مناطق نیمه‌ مرطوب و نیاز به مدیریت تفکیک&lrm; شده بر اساس شرایط اقلیمی تأکید می&lrm; کنند. </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstarct Background: 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 regions, assessing how biodiversity–ecosystem function relationships change along an elevational gradient in Ilam Province. Methods: Areas with distinct climatic conditions, semi-humid cold (Manesht-Qalarang) and semi-arid cold (Kabir-Kuh), were selected to achieve the study objectives. 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 established systematically and randomly. Data on woody species, including species identity, diameter at breast height (DBH), total height, and crown diameters, were collected within each plot. 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 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 two regions based on biodiversity indices. All data were standardized prior to PCA, 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) than in the semi-arid cold region (1,948.25 ± 158.34 kg/ha). This substantial difference is likely due to 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, such as 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, Pielou’s evenness index exhibited the strongest explanatory power for AGB in the semi-arid region, 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 zones. Under stress conditions, limited resources and harsh environmental factors often lead to the dominance of low-performing species, reducing ecosystem function and biomass. Thus, a negative correlation between diversity indices and biomass is expected in semi-arid climates. 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 was characterized by higher biomass and crown cover, whereas the semi-arid region exhibited greater species diversity and richness. These findings indicate that forest management should be tailored to the climatic conditions of each region. In arid and semi-arid areas, in particular, the conservation and development of drought-resistant species, along with soil moisture management, can help enhance biomass stability and species diversity. 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 intense interspecific competition may result in higher biomass but lower species diversity in more humid climates. 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> تغییرات اقلیمی, تنوع گونه ‎ای, توپوگرافی, زاگرس, زی‎ توده روزمینی Aboveground biomass, Climate change, Species diversity, Topography, Zagros 3 15 http://ifej.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-438-4&slc_lang=fa&sid=1 Fatemeh Gol-Mohammadi فاطمه گل محمدی 100319475328460010916 100319475328460010916 No Department of Forest Sciences, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran گروه علوم جنگل، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران Abdolali Karamshahi عبدالعلی کرمشاهی a.karamshahi@mail.ilam.ac.ir 100319475328460010917 100319475328460010917 Yes Department of Forest Sciences, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran گروه علوم جنگل، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران Mehdi Heydari مهدی حیدری 100319475328460010918 100319475328460010918 No Department of Forest Sciences, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran گروه علوم جنگل، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران Reza Omidipour رضا امیدی پور 100319475328460010919 100319475328460010919 No Department of Rangeland and Watershed Management, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران