اثرات باد و طوفان بر روی تنوع زیستی یک اکوسیستم جنگلی طبیعی در مقیاس محلی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری رشته مهندسی منابع طبیعی- جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور- دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشیار گروه جنگلداری - دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشیار گروه خاکشناسی - دانشگاه شهرکرد

4 استادیار گروه جنگلداری - دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

وزش تندبادها در اکوسیستم­های جنگلی منجر به پیدایش میکروسایت­های متعددی می­شود که می­تواند بر روی تنوع زیستی عناصر گیاهی اثرگذار باشد. متداول­ترین این میکروسایت­ها، پیدایش روشنه­های تاج پوشش (گپ یا حفره) با سطوح مختلف و همچنین تشکیل پیت و ماندها می­باشد. به منظور بررسی تاٌثیر این میکروسایت­ها بر روی پارامترهای مختلف تنوع (تنوع گونه­ای، غنا و یکنواختی)، تحقیق حاضر مورد توجه قرار گرفته است. به این منظور، مساحت 20 هکتار از جنگل آموزشی - پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس پیمایش شده و تعداد 21 حفره تاج پوشش با سطوح مختلف و 34 جفت پیت و ماند از گونه­های درختی مختلف شناسایی گردید. در داخل روشنه­ها، آماربرداری به روش ترانسکت خطی صورت گرفت و فراوانی پوشش گیاهی یادداشت شد. همچنین در محل پیت و ماندها، درصد پوشش گونه­های علفی در دوایری به شعاع 4 متر به مرکزیت محل تلاقی پیت و ماندها و در فاصله 20 تا 30 متری از آنها ثبت شد. بررسی مقادیر تنوع گونه­ای، غنا و یکنواختی عناصر گیاهی در موقعیت­های مختلف عرصه جنگلی بیانگر تفاوت آماری معنی­دار در محل­های مورد بررسی می­باشد. بطوری که با شکل­گیری روشنه­های تاج پوشش، مقادیر پارامترهای تنوع افزایش آماری معنی­داری را به نمایش گذاشته و با افزایش سطوح روشنه مقادیر پارامترهای تنوع نیز روند صعودی را نشان داد. همچنین میکروسایت پیت و ماند نیز اثرگذاری معنی­داری را بر روی پارامترهای تنوع به نمایش گذاشته است، بطوری که مقادیر پارامترهای تنوع و یکنواختی در موقعیت­های پیت و ماند افزایش معنی­دار داشته اما مقادیر غنای گونه­ای علیرغم افزایش در محل پیت و ماندها تفاوت معنی­داری را از لحاظ آماری نشان نداده است. نتایج این تحقیق بیانگر آنست که وزش تندبادها و طوفان در اکوسیستم جنگلی منجر به پیدایش شرایطی در جنگل می­گردد که باعث دینامیک و پویایی جوامع گیاهی می­شود که در بحث مدیریت جنگل می­بایست مورد توجه قرار گیرد.  

کلیدواژه‌ها


اثرات باد و طوفان بر روی تنوع زیستی یک اکوسیستم جنگلی طبیعی در مقیاس محلی

یحیی کوچ*1، سید محسن حسینی2، جهانگرد محمدی3، سید محمد حجتی4

1*دانشجوی دکتری جنگلداری، 2دانشیار گروه جنگلداری، دانشگاه تربیت مدرس

3دانشیار گروه خاکشناسی، دانشگاه شهرکرد

4استادیار گروه جنگلداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری 

 

 

 

 

 

 

چکیده

وزش تندبادها در اکوسیستم­های جنگلی منجر به پیدایش میکروسایت­های متعددی می­شود که می­تواند بر روی تنوع زیستی عناصر گیاهی اثرگذار باشد. متداول­ترین این میکروسایت­ها، پیدایش روشنه­های تاج پوشش (گپ یا حفره) با سطوح مختلف و همچنین تشکیل پیت و ماندها می­باشد. به منظور بررسی تاٌثیر این میکروسایت­ها بر روی پارامترهای مختلف تنوع (تنوع گونه­ای، غنا و یکنواختی)، تحقیق حاضر مورد توجه قرار گرفته است. به این منظور، مساحت 20 هکتار از جنگل آموزشی - پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس پیمایش شده و تعداد 21 حفره تاج پوشش با سطوح مختلف و 34 جفت پیت و ماند از گونه­های درختی مختلف شناسایی گردید. در داخل روشنه­ها، آماربرداری به روش ترانسکت خطی صورت گرفت و فراوانی پوشش گیاهی یادداشت شد. همچنین در محل پیت و ماندها، درصد پوشش گونه­های علفی در دوایری به شعاع 4 متر به مرکزیت محل تلاقی پیت و ماندها و در فاصله 20 تا 30 متری از آنها ثبت شد. بررسی مقادیر تنوع گونه­ای، غنا و یکنواختی عناصر گیاهی در موقعیت­های مختلف عرصه جنگلی بیانگر تفاوت آماری معنی­دار در محل­های مورد بررسی می­باشد. بطوری که با شکل­گیری روشنه­های تاج پوشش، مقادیر پارامترهای تنوع افزایش آماری معنی­داری را به نمایش گذاشته و با افزایش سطوح روشنه مقادیر پارامترهای تنوع نیز روند صعودی را نشان داد. همچنین میکروسایت پیت و ماند نیز اثرگذاری معنی­داری را بر روی پارامترهای تنوع به نمایش گذاشته است، بطوری که مقادیر پارامترهای تنوع و یکنواختی در موقعیت­های پیت و ماند افزایش معنی­دار داشته اما مقادیر غنای گونه­ای علیرغم افزایش در محل پیت و ماندها تفاوت معنی­داری را از لحاظ آماری نشان نداده است. نتایج این تحقیق بیانگر آنست که وزش تندبادها و طوفان در اکوسیستم جنگلی منجر به پیدایش شرایطی در جنگل می­گردد که باعث دینامیک و پویایی جوامع گیاهی می­شود که در بحث مدیریت جنگل می­بایست مورد توجه قرار گیرد. 

 

واژه­های کلیدی: روشنه تاج پوشش، پیت، ماند، تنوع گونه­ای، غنا، یکنواختی

 

زمینه و هدف

    تنوع زیستی، مبحثی اساسی در تحقیقات اکولوژیکی چند دهه گذشته محسوب می­شود. تنوع زیستی پویایی و تحرک پیچیده گیاه، جانور و اجتماعات میکروارگانیسمی و اثرات متقابل محیط غیر زنده به عنوان یک بخش و واحد کاربردی می­باشد. به طور کلی تنوع زیستی تعداد، تنوع و ترکیب موجودات را تحت پوشش قرار داده و در سه سطح تنوع ژنتیکی بین گونه­ها، تنوع در میان گونه­ها و تنوع در سطح اکوسیستم به مطالعه می­پردازد. ارزیابی تنوع زیستی به جهت درک ساختار اکوسیستم و کارکرد و سیر تحول آن، حفظ و حراست ذخایر ژنی، بررسی و کنترل تغییرات محیطی و شناسایی مناطق مناسب جهت حفظ تنوع زیستی مورد توجه قرار می­گیرد. تنوع با بسیاری از فرآیندهای اکولوژیکی (پایداری جوامع، حاصل­خیزی، تکامل، تحول، ساختار آشیان اکولوژیک و رقابت) مرتبط بوده و تصور می­شود که مقدار آن در طول توالی تا یک ماکزیممی در کلیماکس افزایش می­یابد (1). آشفتگی­های طبیعی مانند باد و طوفان, آتش­سوزی طبیعی, بهمن, حرکات توده­ای, عوامل بیماری­­زا به عنوان یک فرآیند کلیدی در همه اکوسیستم­های جنگلی مطرح می­باشند که می­توانند بر روی پارامترهای تنوع زیستی اثرگذار باشند. آشفتگی طبیعی همواره در عین از بین بردن بخشی از اکوسیستم­ها, شروعی دوباره برای از سرگیری حیات محسوب می­شود, تا آن­جا که بقای اکوسیستم به آن وابسته است. در مفاهیم اکولوژی، بی­نظمی و یا آشفتگی (Disturbance)، بخش مهمی از پویایی جوامع گیاهی محسوب می­شود (2). مهمترین نوع آشفتگی­ در جنگل­های معتدله، وزش بادهای شدیدی است که منجر به پیدایش روشنه­هایی با سطوح مختلف و همچنین تشکیل میکروسایت­های پیت و ماند (میکروتوپوگرافی­های حادث شده از ریشه­کن شدن درختان) در اکوسیستم­های جنگلی شده و نهایتاً باعث بر هم خوردگی خاک و تغییر جوامع گیاهی می­شوند (3). بطور کلی عوامل مختلفی منجر به ریشه­کن شدن درختان می­گردد، اما عامل اکولوژیکی باد به عنوان متداولترین دلیل ریشه­کن شدن درختان معرفی گردیده است (4).

    در اثر بادافتادگی، در مدت زمان کوتاهی بسیاری از عوامل محیطی دستخوش تغییرات می­شوند و محیط­های ناهمگنی شکل می­گیرد. بی­گمان، تغییرات نوری درون عرصه­ها بیشتر از دیگر عوامل خود را نشان می­دهند، که مجموعه این عوامل می­توانند بر روی تنوع گونه­های گیاهی اثرگذار باشند (2). پیت و ماندها نیز نه تنها نقش اساسی را در ترکیب جوامع در اکوسیستم­های مختلف ایفا می­کنند، همچنین تاٌثیر بسزایی در تغییرات نور و شرایط خاکی دارند که در نهایت منجر به تغییر در پوشش گیاهی منطقه می­شوند (5). اوهیمب و همکاران (2007) اثرات بادافتادگی را بر غنای گونه­های گیاهی در جنگل­های راش اروپای مرکزی مورد بررسی قرار دادند. نتایج تحقیق آن­ها نشان داد که تشکیل میکروسایت­های متعدد ناشی از بادافتادگی در عرصه جنگلی باعث افزایش غنای گونه­های گیاهی می­شوند و برخی گونه­های آوندی در عرصه مورد بررسی فقط در محل ماندها مشاهده شده­اند (6). فیلیپس و همکاران (2008) اثرات پدولوژیکی وزش تندبادها را در یک جنگل آمیخته سوزنی­برگ - پهن­برگ مورد بررسی قرار دادند. نتایج آن­ها حاکی از آنست که ریشه­کن شدن درختان در اکوسیستم جنگلی باعث ایجاد میکروسایت­هایی می­شود که می­تواند خصوصیات خاک را تحت تاٌثیر قرار داده و باعث برهم خوردگی و تحول خاک و نهایتاً تغییر جوامع گیاهی گردد (7). سامونیل و همکاران (2009) پویایی بادافتادگی را در جنگل­های آمیخته راش واقع در کوهستان­های کارپاتیان (Carpathian) مورد بررسی قرار دادند. نتایج تحقیق آن­ها نشان داد که بادافتادگی در اکوسیستم جنگلی راش منجر به ایجاد تغییرات معنی­داری در ترکیب گونه­های علفی می­شود (2). در مجموع آنچه مسلم است، بادافتادگی در اکوسیستم جنگلی و تشکیل میکروسایت­های متعدد، می­تواند بر روی ترکیب و تنوع عناصر گیاهی اثرگذار باشد. از این رو در این پژوهش تلاش شده که با شناسایی گونه­های گیاهی در روشنه­های تاج پوشش و در محل پیت و ماندها، با استفاده از شاخص­های تنوع زیستی، تغییرات تنوع در سطوح مختلف روشنه­ها و موقعیت­های مختلف پیت و ماند بررسی گردد. لذا در این تحقیق فرض می­شود که با افزایش اندازه روشنه تاج پوشش تنوع زیستی گونه­های گیاهی افزایش پیدا خواهد کرد (فرضیه اول)، همچنین تصور بر آنست که تشکیل میکروسایت­های پیت و ماند نیز منجر به افزایش مقادیر تنوع زیستی خواهد شد (فرضیه دوم). 

 

روش بررسی

منطقه مورد مطالعه

    این تحقیق‌ در جنگل آموزشی - پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس (آغوزچال) واقع در صلاح الدین کلا از توابع شهرستان نوشهر انجام گردید. این منطقه در سری 3 حوزه آبخیز آغوزچال واقع گردیده که دارای دامنه ارتفاعی 1700 - 100 متر از سطح دریا و طول جغرافیایی ˝39 ٰ47˚51 تا ˝20 ٰ43˚51 شرقی و عرض جغرافیایی˝ 56 ٰ32˚ 36 تا ˝23 ٰ29˚36 شمالی می­باشد. منطقه مورد مطالعه در تقسیم­بندی اقلیمی ایران، جزء نواحی با بارش متوسط 500 - 300 میلی­متر و اختلاف ارتفاع بیش از 200 متر واقع شده و بر اساس دما در اقلیم خیلی سرد قرار می­گیرد. میانگین بارندگی سالیانه 8/1308 میلی­متر بوده که با گرادیان منفی به سمت ارتفاعات به حدود 240 میلی­متر در بالا دست کاهش می­یابد (بر اساس آمار ایستگاه هواشناسی). حداکثر و حداقل متوسط بارندگی ماهیانه به ترتیب در مهرماه و تیرماه با 4/280 و 4/37 میلی­متر رخ می­دهد و حداکثر و حداقل میانگین دمای ماهیانه به ترتیب در تیر و مرداد 25 و در بهمن 6/6 درجه سانتی­گراد می­باشد. به منظور انجام این پژوهش، پارسل شماره 301 واقع در جنگل مذکور مد نظر قرار گرفت. این پارسل با مساحت 78 هکتار، عرصه حفاظتی بوده و در آن راش با گونه­های ممرز، انجیلی، نمدار، شیردار، پلت و بارانک همراه می­باشد. ساختار توده، دانه­زاد ناهمسال و دو اشکوبه بوده و کیفیت توده نیز مناسب می­باشد. حداقل و حداکثر ارتفاع از سطح دریا بترتیب 250 تا 800 متر بوده و اکثر سطوح این عرصه دارای شیب تند می­باشند. جهت عمومی پارسل، شمال­شرقی بوده و دارای سنگ مادر آهکی -  دولومیتی می­باشد. خاک محدوده مورد مطالعه، راندزین تکامل یافته تا راندزین شسته شده و بافت خاک، سیلتی - کلی -  لومی می­باشد (8). 

 

ثبت عناصر گیاهی

    به منظور انجام این پژوهش، یک محدوده 20 هکتاری از پارسل شماره 301 واقع در جنگل مذکور مورد پیمایش صددرصد قرار گرفت. در عرصه مورد نظر، حفرات تاج پوشش با سطح حداقل 30 متر مربع (1) برداشت و ثبت گردید. موقعیت مکانی کلیه حفرات تاج پوشش با سیستم موقعیت­یاب جغرافیایی (GPS) مشخص شد. سپس حدود آنها از طریق روش چند ضلعی­ها و قرار گرفتن در مرکز حفره و اندازه­گیری آزیموت از مرکز حفره تا حاشیه تعیین گردید. با استفاده از نرم افزار اتوکد، شکل حفرات ترسیم و مساحت آنها اندازه­گیری و محاسبه شد. مجموعاً 21 حفره تاج پوشش با اندازه­های مختلف در محدوده مورد مطالعه شناسایی شد. حفرات موجود، در چهار سطح مختلف طبقه‌بندی شدند: تعداد 4 حفره در کلاسه سطح 3/130 - 11/40 (حفره کوچک با میانگین سطح 12/85 متر مربع)، تعداد 5 حفره در کلاسه سطح 30/390 - 12/260 (حفره متوسط با میانگین سطح 21/325 متر مربع)، تعداد 8 حفره در کلاسه سطح 589 - 22/435 (حفره بزرگ با میانگین سطح 11/512 متر مربع) و تعداد 4 حفره در کلاسه سطح 58/821 - 12/626 (حفره خیلی بزرگ با میانگین سطح 85/723 متر مربع) قرار گرفت. در هر روشنه، هشت ترانسکت شعاعی (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) از مرکز به سمت حاشیه روشنه در نظر گرفته شد، سپس میکروپلات­های مربعی با ابعاد 2 * 2 بر روی این خطوط پیاده و درصد پوشش گیاهی در آن­ها ثبت شد (9). اولین میکروپلات در مرکز جای داده شد و بقیه میکروپلات­ها به صورتی قرار گرفتند که در هر جهت یک میکروپلات در میانه و دیگری در حاشیه روشنه قرار بگیرد. ضمناً به همان فواصل نیز میکروپلات­هایی در زیر تاج پوشش بسته در نظر گرفته شده و درصد پوشش عناصر گیاهی آن­ها نیز ثبت گردید. در عرصه مورد نظر همچنین، کلیه پیت و ماندها با عمق و ارتفاع حداقل 3/0 متر (1) برداشت و ثبت گردید. در مجموع 34 جفت پیت و ماند از گونه های درختی مختلف در سطح محدوده مورد نظر شناسایی گردید. به منظور بررسی اثرات پیت و ماند بر ترکیب و تنوع عناصر گیاهی، دوایری به شعاع 4 متر به مرکزیت محل تلاقی پیت و ماندها در نظر گرفته شد و پارامترهای نوع گونه علفی و درصد پوشش آن­ها مورد اندازه­گیری قرار گرفت. همچنین در فاصله 20 تا 30 متری از پیت و ماندهای مورد بررسی، دوایری به شعاع 4 متر به عنوان شاهد انتخاب شدند و کلیه پارامترهای مورد بررسی به همان ترتیبی که در محل پیت و ماندها گفته شد اندازه­گیری و ثبت شدند (10).

 

تجزیه و تحلیل داده­ها

    تنوع، غنا و یکنواختی گونه­ای بترتیب با استفاده از شاخص­های شانون­وینر، مارگالف و هیل محاسبه شد. برای بررسی شاخص­های مورد استفاده در تحقیق حاضر از فرمول­های ذیل استفاده گردید (11):

الف) شاخص تنوع شانون­وینر (1949) 

[1]                                                          

که در آن H'، شاخص تنوع شانون­وینر و Pi، فراوانی نسبی افراد گونهi   در نمونه مورد نظر می­باشد.

 

ب) شاخص غنای مارگالف (1985)

[2]                                                                           

R=

 

 

LnN

که در آن R، شاخص غنای گونه­ای؛ S، تعداد گونه­ها، Ln، لگاریتم طبیعی و N، تعداد کل افراد است.

R=

 

S-1

LnN

ج) شاخص­ یکنواختی هیل (1973)

[3]                                                                      

 که در آن E، شاخص هیل؛، شاخص سیمپسون و H، شاخص شانون­وینر می­باشد.

    پس از مرتب کردن داده­ها، شاخصهای تنوع، یکنواختی و غنا در هر یک از قطعات برداشت شده با استفاده از نرم­افزار PAST محاسبه شد. به منظور بررسی اثرات سطح روشنه­ها و همچنین موقعیت میکروپلات­ها (درون روشنه و زیر تاج پوشش بسته) از تجزیه واریانس دو طرفه در قالب رویه GLM استفاده شد. آزمون دانکن نیز به منظور مقایسه چندگانه میانگین بکار گرفته شد. به منظور بررسی اثرات پیت و ماندها بر روی مقادیر تنوع زیستی در مقایسه با موقعیت زیر تاج پوشش بسته، از آزمون تی غیر جفتی (Independent Sample T Test) استفاده گردید. تجزیه و تحلیل آماری کلیه داده­ها با استفاده از نرم افزار11.5  SPSS صورت گرفت. در اولین مرحله، نرمال بودن داده­ها بوسیله آزمون کولموگروف اسمیرنوف و همگن بودن داده­ها با استفاده از آزمون لون مورد بررسی قرار گرفت.

 

یافته­ها

    کلیه گونه­های علفی موجود در میکروسایت­های مورد بررسی شناسایی، نام آن­ها و درصد پوشش هر یک در موقعیت­های مختلف بصورت مجزا ثبت گردید. نتایج این بررسی نشان­دهنده حضور 21 گونه علفی در محدوده مورد مطالعه از جنگل آموزشی - پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس می­باشد (جدول 1). اکثر عناصر علفی موجود در منطقه مورد مطالعه دارای شکل زیستی کریپتوفیت بوده و اشکال زیستی همی­کریپتوفیت و فانروفیت در رده­های بعدی قرار دارند. بررسی کوروتیپ گونه­های علفی موجود، حاکی از غالبیت عناصر گیاهی هیرکانی در جنگل مورد مطالعه است. بطور کلی حضور گونه­های گیاهی از خانواده­های مختلف حاکی از تنوع بالای عناصر گیاهی در منطقه مورد مطالعه می­باشد (جدول 1). بررسی میانگین درصد پوشش گونه­های گیاهی بیانگر آنست که گونه­های Viola odarata، Rubus caesius، Sambacus ebulus، Epimedium pinnatum، Smilax exelsa، Tamus communis،Dryopteris filix – mas، Hypericum androsaemus  و Danae racemosaدر سطوح خیلی بزرگ روشنه تاج پوشش بصورت غالب مشاهده می­شوند. در حالی که گونه­های Pteridium aquilinum،Phylitis sclopendrium ، Carex acutiformis، Urtica dioica، Pteris cretica و Pteris dentateدارای درصد پوشش بالایی در میکروسایت­های پیت و ماند بوده­اند. بیشترین درصد پوشش گونه­هایOplismenus Undulatifolius ، Festuca drymeia، Euphorbia amygdaloides، Cyclamen coum، Primula heterocliroma وAsperula odorata در محل زیر تاج پوشش بسته مشاهده گردید (جدول 2). بررسی مقادیر تنوع گونه­ای، غنا و یکنواختی عناصر گیاهی در موقعیت­های مختلف عرصه جنگلی بیانگر تفاوت آماری معنی­دار در محل­های مورد بررسی می­باشد (جدول 3). بطوری که با شکل­گیری روشنه­های تاج پوشش، مقادیر پارامترهای تنوع، غنا و یکنواختی افزایش آماری معنی­داری را به نمایش گذاشته و با افرایش سطوح روشنه، مقادیر پارامترهای تنوع زیستی نیز روند صعودی را نشان می­دهد (شکل­های 1 تا 3). همچنین میکروسایت پیت و ماند نیز اثرگذاری معنی­داری را بر روی پارامترهای تنوع زیستی به نمایش گذاشته است. بطوری که مقادیر پارامترهای تنوع و یکنواختی در موقعیت­های پیت و ماند افزایش معنی­دار داشته اما مقادیر غنای گونه­ای علیرغم افزایش در محل پیت و ماندها تفاوت معنی­داری را از لحاظ آماری نشان نداده است (جدول 3 و شکل 4).   

 

        جدول 1-  جدول فلورستیکی جنگل­ آغوزچال شامل نام گونه، شکل زیستی و کورولوژی عناصر گیاهی

خانواده

کوروتیپ

شکل زیستی

نام فارسی

نام علمی

ردیف

Gramineae

H,M,IT

Cr

چمن النا

Oplismenus Undulatifolius (Ard.)

1

Gramineae

H

Cr

علف بره کوهی

Festuca drymeia M. & K.

2

Hypolepidaceae

H,M

Cr

سرخس عقابی

Pteridium aquilinum L.

3

Aspleniaceae

H

Cr

سرخس زنگی دارو

Phylitis sclopendrium L.

4

Cyperaceae

H,M

Cr

جگن

Carex acutiformis L.

5

Gramineae

H

He

فرفیون

Euphorbia amygdaloides L.

6

Primulaceae

H,M,IT

Cr

سیکلامن

Cyclamen coum Miller.

7

Primulaceae

H

He

پامچال هفت رنگ

Primula heterocliroma S.

8

Violaceae

H,M

He

بنفشه

Viola odarata L.

9

Rubiaceae

H,M

He

آسپرولا

Asperula odorata L.

10

Rosaceae

H

Ph

تمشک کبود

Rubus caesius L.

11

Urticaceae

POL

Cr

گزنه دوپایه

Urtica dioica L.

12

Caprifoliaceae

POL

He

آقطی

Sambacus ebulus L.

13

Podophyllaceae

H

He

چلرک

Epimedium pinnatum Fisch.

14

Pteridiaceae

Pol

Cr

سرخس پنجه­ای

Pteris cretica L.

15

Pteridiaceae

H

Cr

سرخس دوپایه

Pteris dentata F.

16

Asparaginaceae

H,IT

Ph

ازملک

Smilax exelsa L.

17

Dioscoraceae

M

Cr

تمیس

Tamus communis L.

18

Aspidiaceae

H

Cr

سرخس نر

Dryopteris filix - mas (L.) schott

19

Hypericaceae

H,M

Ph

متامتی

Hypericum androsaemus L.

20

Liliaceae

H

Ph

همیشک

Danae racemosa (L.) moench

21

                          (شکل زیستی­: Ph : فانروفیت. Cr : کریپتوفیت. He : همی کریپتوفیت.  کوروتیپ : H : هیرکانی. M : مدیترانه­ای. IT : ایران - تورانی. Pol : چند منطقه­ای)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 2- میانگین درصد پوشش عناصر گیاهی موجود در محدوده مورد مطالعه

زیر تاج

پوشش بسته

 بر روی

پیت و ماند

کلاسه سطح حفره

نام علمی گونه

ردیف

خیلی بزرگ

بزرگ

متوسط

کوچک

17/7

85/1

0

0

0

0

Oplismenus Undulatifolius (Ard.)

1

91/13

08/3

0

67/0

98/0

18/12

Festuca drymeia M. & K.

2

41/1

14/21

0

0

0

0

Pteridium aquilinum L.

3

58/0

85/23

0

0

0

0

Phylitis sclopendrium L.

4

73/0

52/24

13/21

12/14

08/10

13/2

Carex acutiformis L.

5

58/12

61/0

59/0

38/0

13/1

19/4

Euphorbia amygdaloides L.

6

14/14

0

0

0

0

0

Cyclamen coum Miller.

7

82/15

0

0

0

0

0

Primula heterocliroma S.

8

38/2

55/4

58/4

51/3

38/1

12/2

Viola odarata L.

9

35/17

20/0

01/13

67/13

01/15

29/17

Asperula odorata L.

10

47/0

38/47

32/78

56/74

13/52

11/22

Rubus caesius L.

11

35/0

35/18

85/15

38/10

14/10

0

Urtica dioica L.

12

85/0

02/10

16/11

92/8

82/8

56/3

Sambacus ebulus L.

13

94/15

17/0

23/13

26/10

33/15

63/15

Epimedium pinnatum Fisch.

14

41/0

97/18

0

0

0

0

Pteris cretica L.

15

50/0

38/21

0

0

0

0

Pteris dentata F.

16

0

0

17/22

23/19

0

0

Smilax exelsa L.

17

19/18

0

16/22

13/20

17/19

18/19

Tamus communis L.

18

31/32

0

83

30/72

20/68

30/59

Dryopteris filix - mas (L.) schott

19

20/14

0

83/20

38/19

40/17

31/14

Hypericum androsaemus L.

20

10/10

0

16/15

13/12

18/10

11/10

Danae racemosa (L.) moench

21

 

 

                        جدول 3 -  مشخصه­های آماری تنوع، غنا و یکنواختی گونه­های گیاهی در موقعیت­های مختلف

منبع تغییرات / شاخص­های تنوع

تنوع شانون­وینر

غنای مارگالف

یکنواختی هیل

درون حفره و زیر

تاج پوشش بسته

F - value

44/90

45/953

51/85

Sig.

00/0

00/0

00/0

سطوح مختلف حفره

 تاج پوشش

F - value

76/7

12/7

84/25

Sig.

00/0

00/0

00/0

اثرات متقابل موقعیت

 در سطوح حفرات

F - value

88/0

63/10

84/4

Sig.

46/0

00/0

00/0

پیت - ماند و زیر

 تاج پوشش بسته

t value

28/4

01/1

14/3

Sig.

00/0

31/0

00/0

 

شکل 1- میانگین مقادیر شاخص تنوع گونه­­ای شانون­وینر در سطوح روشنه و موقعیت­های مختلف

 

 

شکل 2- میانگین مقادیر شاخص غنای گونه­­ای مارگالف در سطوح روشنه و موقعیت­های مختلف

 

 

شکل 3- میانگین مقادیر شاخص یکنواختی گونه­­ای هیل در سطوح روشنه و موقعیت­های مختلف

 

شکل 4- میانگین مقادیر شاخص­های تنوع، غنا و یکنواختی در محل پیت - ماند و زیر تاج پوشش بسته

 

بحث و نتیجه­گیری

    حضور فراوان و درصد بالای عناصر کریپتوفیت، همی­کریپتوفیت و فانروفیت بیانگر ویژگی­های جنگل­های معتدله است. از طرف دیگر، درصد بالای عناصر سرخسی با شکل زیستی کریپتوفیت، نمایانگر رطوبت بالای جنگل­های آغوزچال می­باشد. همچنین عدم حضور عناصر گیاهی تروفیت، که شاخص رویشگاههای مناطق خشک و نیمه­خشک است، دلیل دیگری بر رطوبت بالای این جنگل­ها می­باشد. بررسی­های کورولوژیک عناصر گیاهی منطقه مورد مطالعه نشان می­دهد که کوروتیپ هیرکانی بیشترین تعداد گونه را به خود اختصاص داده است. در این رابطه جنگل آغوزچال یکی از بارزترین ویژگی­های جنگل­های هیرکانی را به نمایش می­گذارد چرا که بارندگی فراوان، حرارت مناسب، برخورداری از رطوبت دائمی دریای خزر به علت نزدیکی فاصله و همچنین حداقل روزهای برفی و یخبندان، همه از ویژگی­های بارز جنگل­های هیرکانی است که حضور درصد بالای عناصر هیرکانی نیز آن را به اثبات می­رساند. وجود دره­های متعدد، تغییرات میزان رطوبت خاک و تغییرات متنوع شیب از جمله عوامل مؤثر در رابطه با حضور کوروتیپ­های دومنطقه­ای، سه منطقه­ای و چند منطقه­ای می­باشند. مطالعات بسیاری افزایش تنوع زیستی مناطق دارای روشنه­های باز تاج پوشش جنگلی را نسبت به مناطقی با تاج پوشش بسته تاٌیید می­کند (12). با توجه به شدت نیاز نوری گیاهان کف جنگل، با افزایش سطوح روشنه­های باز، تنوع گونه­های علفی افزایش می­یابد. در واقع روشنه­های باز، جزایری با لایه­های علفی بیشتر محسوب می­شوند (13). نتایج تحقیق حاضر نیز بیانگر افزایش مقادیر تنوع زیستی گونه­های علفی در ارتباط با افزایش سطوح روشنه تاج پوشش می­باشد. بطور کلی نواحی واقع در درون روشنه­های باز تاج پوشش، تنوع بیشتری را نسبت به نواحی بدون روشنه­های باز از خود نشان می­دهند. این تنوع در داخل روشنه­های باز حداکثر است و با حرکت به محیط مجاور کاهش پیدا می­کند، بطوری که در سطوح زیر تاج پوشش بسته، از مقادیر تنوع زیستی کاسته می­شود (12) که این مطلب مطابق با نتایج بدست آمده در تحقیق حاضر می­باشد.

    همچنین لازم به ذکر است که روشنه­های باز دارای گونه­هایی هستند که رویش آن­ها در نواحی بدون روشنه باز به ندرت دیده می­شود، از این رو به عنوان گونه­های شاخص روشنه­های باز شناخته می­شوند (14). با توجه به مطالب عنوان شده آشکار است که گونه Dryopteris filix – mas در مطالعه حاضر، نوعی سرخس است که بیشترین سطح را در انواع کلاسه­های مختلف روشنه­های باز تاج پوشش اشغال می­کند. این گیاه جزء اولین گونه­هایی است که در صورت بروز تخریب و ایجاد روشنه­های باز جنگلی بویژه در راشستان­ها فضا را اشغال می­کند که علت این پدیده احتمالاً به سرشت اکولوژیکی این گونه بر می­گردد. در صورتی که سایر گونه­های سرخسی شناسایی شده در عرصه مورد مطالعه (Pteridium aquilinum،Phylitis sclopendrium، Pteris cretica وPteris dentate) فقط در محل­های پیت و ماند مشاهده شده­اند که احتمالاً به شرایط ادافیکی و میکروکلیمای این میکروسایت­ها مرتبط می­باشد. با تشکیل روشنه­های باز تاج پوشش در اکوسیستم جنگلی، منابع و شرایط اکولوژیکی دچار تغییرات متعددی می­شود بطوری که نور بیشتری به کف می­رسد، رطوبت خاک و میکرو اقلیم افزایش می­یابد و ظرفیت اکسیژن­گیری بطور محسوسی زیاد می­شود. مجموعه عوامل مذکور سبب می­گردد سیر تحولی و پویایی توده در مدت زمان کمتر و با سرعت بیشتری انجام شود. بخوبی آشکار است که با ایجاد تغییرات گفته شده، توانایی روشنه­های باز تاج پوشش جنگلی برای رویش جوامع گیاهی زیر اشکوب افزایش پیدا خواهد کرد (15)، که در نهایت به افزایش مقادیر تنوع زیستی منجر خواهد شد.

    یکی از بی­نظمی­هایی که به بطور معمول در راشستان­ها مشاهده می­شود ریشه­کن شدن درختان و به دنبال آن ایجاد نواحی میکروتوپوگرافیک پیت و ماندها می­باشند. این نواحی میکروتوپوگرافی سبب ایجاد میکرواقلیم در منطقه می­شود. نواحی پیت با دارا بودن شیب خاص، محل انباشت مواد غذایی می­شود که از ماندهای کوچک محتوی مواد آلی و معدنی به واسطه جریان­های فرسایش به آن راه پیدا می­کند. در نتیجه بستر مناسبی برای رویش گونه­های گیاهی پدید می­آید. ضمن اینکه پیت­ها محل مناسبی برای گیاه به منظور در امان ماندن از یخبندان­ها محسوب می­شود. با بررسی تغییرات نوری و رطوبتی در زیر اشکوب عرصه­های تاجی در جنوب آپالاش گزارش شده که تنوع گونه­های گیاهی در پیت و ماندها به دلایل ذکر شده بصورت معنی­داری از مناطق دیگر بیشتر است (16). گزارشات متعددی ریشه­کن شدن درختان و تشکیل پیت و ماندها را عامل اساسی در افزایش تنوع گونه­های گیاهی در یک اکوسیستم جنگلی عنوان نمودند (6، 17). لذا در این میکروسایت­ها گونه­های گیاهی با نیازهای رویشگاهی متفاوت مستقر خواهند شد که در تحقیق حاضر نیز چنین حالتی قابل مشاهده می­باشد. نتایج بررسی ترکیب گونه­های علفی کف جنگل در سطوح مختلف روشنه­ها، میکروسایت­های پیت و ماند و سطوح زیرتاج پوشش بسته نشان داد که درصد حضور گونه تمشک بعد از بادافتادگی در سطوح روشنه­های باز و همچنین محل پیت و ماند افزایش قابل ملاحظه­ای داشته است. قابل ذکر است که در بسیاری از جنگل­های مناطق معتدله شمالی بعد از وقوع بادافتادگی و تشکیل روشنه­های باز و همچنین پیت و ماندها، درصد پوشش جنس تمشک (Rubus Spp.) افزایش می­یابد (18). گونه تمشک ویژه مناطق دست­خورده و تخریب یافته می­باشد (18) و درصد حضور فراوان تمشک در روشنه­های باز تاج پوشش جنگلی و محل پیت و ماندها، نشانه آشفتگی و برهم خوردگی طبیعت است. در مطالعه حاضر تصور می­شود که حضور بالای این گونه گیاهی متاٌثر از آزادسازی  و رهاسازی گیاهان رقیب برای تمشک ­باشد. پیش­بینی می­شود که غالبیت فعلی گونه تمشک (Rubus caesius) در منطقه مورد مطالعه در روشنه­های باز تاج پوشش و همچنین در محل میکروتوپوگرافی پیت و ماندها بعدها بصورت تدریجی در اثر پوشیده شدن محل روشنه­های حاصله و تکمیل شدن تاج پوشش کاسته خواهد شد، اما پیش­بینی تغییر ترکیب سایر گونه­ها بسیار پیچیده و مشکل است. در مجموع بایستی متذکر شد که اگرچه با افزایش سطح روشنه باز تاج پوشش جنگلی، مقادیر تنوع زیستی افزایش معنی­داری را نشان داده است اما بایستی توجه نمود که کنترل تنوع گونه­­های گیاهی در عرصه­های خیلی وسیع بسیار مشکل است. از این رو پیشنهاد می­گردد در جنگل­های شمال کشور ایجاد روشنه­های باز با سطوح متوسط (400 - 200 متر مربع) مورد توجه بیشتری قرار گیرد ضمن اینکه در این سطح روشنه، خصوصیات خاک نیز دارای شرایط ایده­آل­تری می­باشند و با افزایش این سطح شرایط ادافیکی نامناسب می­گردند (8). در ارتباط با درختان ریشه­کن شده حاوی پیت و ماند بایستی تلاش نمود تا حد امکان این نوع درختان در عرصه جنگلی باقی بمانند و از خروج این درختان از عرصه جنگلی خودداری شود.    

 

منابع

1-Scharenborch, B. C., Bockeim, J. G., 2007. Pedodiversity in an old – growth northern hardwood forest in the HuronMountain, Upper Peninsula, Michigan. Canadian Journal of Forest Research, Vol. 37, pp. 1106 – 1117.

2-Samonil, P., Antolik, L., Svoboda, M., Adam, D., 2009. Dynamics of wind throw events in a natural fir – beech forest in the Carpathian Mountains. Forest Ecology and Management, Vol. 257, pp. 1148 – 1156.

3-Ulanova, N. G., 2000. The effects of wind throw on forests at different spatial scales: a review. Forest Ecology and Management, Vol. 135, pp. 155 – 167.

4-Peterson, C. J., 2007. Consistent influence of tree diameter and species on damage in nine eastern North America tornado blowdowns. Forest Ecology and Management, Vol. 250, pp. 96 - 106.

5-McAlister, S. D., Malmer, M. W., Arevalo, J. R., DeCoster, J. K., 2000. Species composition on tip up mounds and pits created by catastrophic windthrow in a Minnesota forest. Proceeding IAVS Symposium, pp.104 – 107.

6-Oheimb, G., Friedel, A., Bertsch, A., Hardtle, W., 2007. The effect of windthrow on plant species richness in a Central European beech forest. Plant Ecology, Vol. 191, pp. 47 – 65.

7-Phillips, J., Marion, D. A., Turkington, A. V., 2008. Pedologic and geomorphic impacts of a tornado blowdown event in a mixed pine – hardwood forest. Catena, Vol. 75, pp. 278 – 287.

8-Kooch, Y., Hosseini, S. M., Mohammadi, J., Hojjati, S. M., 2010. The effects of gap disturbance on soil chemical and biochemical properties in a mixed beech – hornbeam forest of Iran. Ecologia Balkanica Journal, Vol. 2, pp. 39 – 56.

9- مصداقی، منصور، " توصیف و تحلیل پوشش گیاهی"، انتشارات دانشگاه تهران، 1380.

10-Kooch, Y., Hosseini, S. M., Akbarinia, M., 2008. The ecological effects of pit and mounds created by a windthrow on understory of hyrcanian forests. Silva Balcanica Journal, Vol. 9, pp.13 – 28.

11-Waite, S. 2000. Statistical ecology in practice: A guide to analyzing environmental and ecological field data.

12-Nilsson, M. C., Wardle, D. A., 2005. Understory vegetation as a forest ecosystem driver: evidence from the northern Swedish boreal forest. Front. Ecol. Environ., Vol. 3, pp. 421 – 428.

13-Anderson, K. L., Leopold, D. J., 2002. The role of canopy gaps in maintaining vascular plant diversity at a forsested wetland in New YorkState. J. Torry Bot. Soc., Vol. 129, pp.238 – 250.

14-Harper, K. A. Macdonald, S. E., 2002. Structure and composition of edges next to regenerating clear cuts in mixed wood boreal forest. Journal of Vegetation Sciences, Vol. 13, pp. 533 – 546.

15-Felton, A. M., Wood, J., Lindenmayer, D. B., 2006. Vegetation structure, phenology and regeneration in the natural and anthropogenic tree fall gaps of a reduced – impact logged subtropical Bolivian forest. Forest Ecology and Management, Vol. 235, pp. 186 – 193.

16-McNab, H. W., Greenberg, C. H., Berg, E. C., 2004. Landscape distribution and characteristics of large hurricanerelated canopy gaps in a Southern Appalachian watershed. Forest Ecology and Management, Vol. 196, pp. 435 – 447.

17-Elliott, K. J., Hitchcock, S. L., Krueger, L., 2002. Vegetation response to large scale disturbance in a Southern Appalachian forest: hurricane opal and salvage logging. Journal of the Torrey Botanical Society, Vol.129, pp. 48 – 59.

18-Cooper – Ellis, S., Foster, D. R., Carlton, G., Lezberg, A., 1999. Forest response to catastrophic wind: results from an experimental hurricane. Journal of Ecology, Vol. 80, pp. 2683 – 2696.

 

 

 

Windthrow Effects on Biodiversity of Natural Forest Ecosystem in Local Scale

 

Kooch, Y. *1, Hosseini, S. M.2, Mohammadi, J.3, and Hojjati, S. M.4

*1Ph.D. Candidate of Forestry, 2Associate Professor of Forestry, Tarbiat Modares University.3Associate Professor of Soil Sciences, ShahrekordUniversity.

4Assistant Professor of Forestry, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University.

 

 

Abstract

Windthrow in forest ecosystems is due to different microsites creation that can be effective on biodiversity of plant elements. Canopy gaps and pit – mounds (PMs) creation are the most common microsites. Current reseach was considered to investigate of the effect of these microsites on diversity, richness and evenness parameters. For this purpose, twenty hectare areas considered in the Tarbiat Modares University Experimental Forest Station that is located in Mazandaran province, northern Iran. Twenty one canopy gaps with thirty four uprooted trees were found in these areas. Line transect method was used for sampling and plant abundances were also recorded in canopy gaps. Circles plots with radius of 4 meter in intersection of PMs and 20 - 30 meter distance far from PM position were designed for recording cover percent of herbaceous plants. The diversity parameters were significantly different in canopy gaps areas. Biodiversity indices amounts had ascending trend with increasing of canopy gaps areas. PMs were significantly effective on diversity parameters also. Diversity and evenness indices showed significantly increasing on PMs position. Richness was increased on PMs, but no significant statistically difference was considered. The obtained results are indicating windthrow is effective on plant community's dynamics, which should be considered in forest management.   

 

Keywords: Canopy gap, pit, mound, diversity plant, richness, evenness

       
 

 

 
 
   

 

 
1-Scharenborch, B. C., Bockeim, J. G., 2007. Pedodiversity in an old – growth northern hardwood forest in the HuronMountain, Upper Peninsula, Michigan. Canadian Journal of Forest Research, Vol. 37, pp. 1106 – 1117.

2-Samonil, P., Antolik, L., Svoboda, M., Adam, D., 2009. Dynamics of wind throw events in a natural fir – beech forest in the Carpathian Mountains. Forest Ecology and Management, Vol. 257, pp. 1148 – 1156.

3-Ulanova, N. G., 2000. The effects of wind throw on forests at different spatial scales: a review. Forest Ecology and Management, Vol. 135, pp. 155 – 167.

4-Peterson, C. J., 2007. Consistent influence of tree diameter and species on damage in nine eastern North America tornado blowdowns. Forest Ecology and Management, Vol. 250, pp. 96 - 106.

5-McAlister, S. D., Malmer, M. W., Arevalo, J. R., DeCoster, J. K., 2000. Species composition on tip up mounds and pits created by catastrophic windthrow in a Minnesota forest. Proceeding IAVS Symposium, pp.104 – 107.

6-Oheimb, G., Friedel, A., Bertsch, A., Hardtle, W., 2007. The effect of windthrow on plant species richness in a Central European beech forest. Plant Ecology, Vol. 191, pp. 47 – 65.

7-Phillips, J., Marion, D. A., Turkington, A. V., 2008. Pedologic and geomorphic impacts of a tornado blowdown event in a mixed pine – hardwood forest. Catena, Vol. 75, pp. 278 – 287.

8-Kooch, Y., Hosseini, S. M., Mohammadi, J., Hojjati, S. M., 2010. The effects of gap disturbance on soil chemical and biochemical properties in a mixed beech – hornbeam forest of Iran. Ecologia Balkanica Journal, Vol. 2, pp. 39 – 56.

9- مصداقی، منصور، " توصیف و تحلیل پوشش گیاهی"، انتشارات دانشگاه تهران، 1380.

10-Kooch, Y., Hosseini, S. M., Akbarinia, M., 2008. The ecological effects of pit and mounds created by a windthrow on understory of hyrcanian forests. Silva Balcanica Journal, Vol. 9, pp.13 – 28.

11-Waite, S. 2000. Statistical ecology in practice: A guide to analyzing environmental and ecological field data.

12-Nilsson, M. C., Wardle, D. A., 2005. Understory vegetation as a forest ecosystem driver: evidence from the northern Swedish boreal forest. Front. Ecol. Environ., Vol. 3, pp. 421 – 428.

13-Anderson, K. L., Leopold, D. J., 2002. The role of canopy gaps in maintaining vascular plant diversity at a forsested wetland in New YorkState. J. Torry Bot. Soc., Vol. 129, pp.238 – 250.

14-Harper, K. A. Macdonald, S. E., 2002. Structure and composition of edges next to regenerating clear cuts in mixed wood boreal forest. Journal of Vegetation Sciences, Vol. 13, pp. 533 – 546.

15-Felton, A. M., Wood, J., Lindenmayer, D. B., 2006. Vegetation structure, phenology and regeneration in the natural and anthropogenic tree fall gaps of a reduced – impact logged subtropical Bolivian forest. Forest Ecology and Management, Vol. 235, pp. 186 – 193.

16-McNab, H. W., Greenberg, C. H., Berg, E. C., 2004. Landscape distribution and characteristics of large hurricanerelated canopy gaps in a Southern Appalachian watershed. Forest Ecology and Management, Vol. 196, pp. 435 – 447.

17-Elliott, K. J., Hitchcock, S. L., Krueger, L., 2002. Vegetation response to large scale disturbance in a Southern Appalachian forest: hurricane opal and salvage logging. Journal of the Torrey Botanical Society, Vol.129, pp. 48 – 59.

18-Cooper – Ellis, S., Foster, D. R., Carlton, G., Lezberg, A., 1999. Forest response to catastrophic wind: results from an experimental hurricane. Journal of Ecology, Vol. 80, pp. 2683 – 2696.