بومشناسي کاربردي/ سال چهارم/ شماره دوازدهم / تابستان ۱۳۹۴
توصيف فرکتالي تاج پوشش درختان و چگالی ظاهری خاک در جنگلهای زاگرس
(مطالعه موردی: منطقه حفاظت شده بيستون)
1*1شایسته غلامی و احسان صیاد
(تاریخ دریافت: 14/10/1393 ؛ تاریخ پذیرش: 19/3/1394)
چكيده
در اکوسيستم جنگلي زاگرس، تغييرات مکاني ويژگیهای خاک و پوشش گياهي تحت تأثير مجموعهای از عوامل فيزيکي و زيستي شـاملتوپوگرافي و عوامل انساني بوده و الگوی توزيع آنها دارای نوسانات بسيار است. در اين پژوهش از زمين آمار و نظريه فرکتـال بـهمنظـوربررسي تغييرات مکاني تاج پوشش درختان و چگالی ظاهری خاک در بخشي از جنگلهای زاگرس در استان کرمانشاه استفاده شد. بررسي ساختار مکاني از طريق محاسبه واريوگرام و بعد فرکتال انجام شد. نتايج نشان دادند که هيچکدام از ويژگیها، خودهمبستگي ندارند که در واقع تاييد کننده عدم وجود ساختار مکاني مشخص آنهاست. اگرچه چگالی ظاهري خاک داراي ساختار مکاني متوسط بـا مـدل سـقفدار (نمايي) است، اما اين ساختار قابلتوجه نيست و با بررسي خودهمبستگي، اثري از همبستگي مکاني ديده نشد. بررسـي نحـوه پـراکنش ورفتار فرکتالي متغيرها نشان داد که نوسانات شديدي در منطقه وجود دارد و تغييرات مکاني داراي ساختار و نظاممندي مشخصي نيسـتند ومقدار بعد فرکتالي هردو نيز بالاست. بهطورکلی بهنظر ميرسد که بهعلت تخريب و فشار بر اکوسيستم، همبستگي مکاني متغيرها کم شـدهبهگونهاي که مقادير عددي آنها را ميتوان مستقل از يکديگر درنظر گرفت.
واژههاي كليدي: ساختار مکاني، بعد فرکتال، زمين آمار، خودهمبستگي

۱. گروه منابع طبيعي، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه*: مسئول مكاتبات، پست الكترونيكي:Shaiestegholami@gmail.com
مقدمه
تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی و زمـانی ویژگـیهـاي محیطـیمانند خاك و گیاه نیازمند بهکارگیري مفاهیم و روشهاي آماري ویژه است (8). در سالهاي اخیر جهـت تجزیـه و تحلیـل ایـنگونه دادههاي مکانی از مجموعه ابزارهـاي آمـاري کـه توانـاییبهکارگیري همزمان اطلاعات کمی و عددي متغیر مـورد نظـر واطلاعات مربوط به موقعیت نسبی جغرافیـایی داده هـا را دارنـد،اســتفاده مــیشــود. ایــن مجموعــهي آمــاري را آمــار مکــانی مینامند (3). زمـین آمـار شـاخه اي از آمـار مکـانی، مبتنـی بـرنظریهي متغیر ناحیهاي است که رسالت اساسی آن، مـدل سـازيمتغیرهاي ناحیهاي در چهارچوب نظریه احتمال میباشد (10) و بهوسیله واریوگراف بهعنـوان ابـزار بررسـی کمـی تغییرپـذیريمکانی پدیدهها (18)، الگوي مکانی مشاهدات را بررسی میکند.
واریــوگرافی کــه در طــی آن اقــدام بــه محاســبه تــابع آمــاريسمیواریانس میشود، یکی از ابزارهاي آماري مهـم در بـرآوردساختار تغییرات مکانی متغیرهاي محیطی اسـت (8). ایـن تـابعآماري بیانکننده میزان وابستگی مشـاهدات بـه عنـوان تـابعی ازفاصله بین آنها بوده و بنابراین براي تعیین الگوي پراکنش دادهها در بعد مکان بهکار برده میشود (3، 6، 7 و 17).
واریوگرافها کـه در واقـع مقـدار تـابع سـمی واریـانس رابهازاي مقادیر مختلف فاصله در یک نمـودار رسـم مـیکنـد در فواص ل ابت دایی داراي تغیی رات ناگه انی و س ریع م یباش ند.
بنابراین مقدار واریوگرام در مبدأ مختصات بیشتر از صفر اسـت .
عوامل گوناگونی مانند خطاهاي نمونهبرداري و آزمایشـگاهی وتغییــرات کوتــاه دامنــه ي ویژگــی مــورد مطالعــه ، در فواصــل کوچکتر از کوتاهترین فاصله نمونـه بـرداري و سـایر تغییـراتغیرقابل پیشبینی، باعث جهش اولیه واریـوگرام هـا ي تجربـی وغیرپیوستگی آن در مبـدأ مختصـات مـیشـوند . مقـدار عـدديواریوگرام در گام صفر را اثر قطعهاي و نسبت بین اثر قطعهاي و حدآستانه را اثر قطعهاي نسبی مـی نامنـد . ایـن تغییـرات معـادلپدیده نویز سفید در علم فیزیک است (10).
در علوم زیسـت محیطـی تصـور اینکـه چنـین نوسـانات وتغییرات، فاقد ساختار قابل توصیفی هستند مشکل و با واقعیـتانطباق ندارد. بهعنوان مثال با افزایش سطح منطقه مورد بررسـیمیتوان اقدام به استخراج ساختاري نظـام دار از درون نوسـاناتتصادفی به ظاهر نویز سـفید نمـود کـه در مقیـاس هـاي مکـانیمختلف تکرارپذیر است. بدین ترتیـب ماهیـت سلسـله مراتبـیبودن تغییرات و نوسانات مکانی یک متغیر ناحیهاي را مـی تـوانبا بهکارگیري مفهوم فرکتال (Fractal Concept)، که بیان کننـدهنسبی بودن تغییرات است بهصورت کمـی توصـیف کـرد (13).
بررسیهاي انجام شده نشان میدهند که بسیاري از ویژگیهـايخاك و گیاه داراي رفتاري فرکتالی است، بنابراین بـا اسـتفاده ازنظریه فرکتال میتوان الگـوي سـاختاري تغییـرات مکـانی و یـازمانی آنها را بررسی کرد (12).
فرکتال براي رفع مشکلات موجود در توصیف پدیـده هـايطبیع ی در عل وم زیس تی و اکول وژي اس تفاده م یش ود زی را اندازهگیري مشخصههاي طبیعت با ویژگیهاي پیچیده بهوسـیلههندسه اقلیدسی امکان ندارد. بعد فرکتالی بـراي توضـیح انـدازهپیچیدگی در این علوم بهکار میرود (11 و 21).
در جنگلداري، هندسه فرکتالی در ارزیابی تراکم توده، توالی جنگل و توصیف و تحلیل فرم درختان بهکـار رفتـه اسـت (15، 21، 23 و 26). همچنین در زمینه تنـوع زیسـتی نیـز پترسـون وهمک اران (22) در عوام ل م وثر ب ر تن وع گون ههاي، س اختار فرکتالی یافتند. براي ارزیابی الگوي مکانی جوامـع گیـاهی نیـز،لی (20) از اصول هندسه فرکتالی استفاده نمود.
در اکوسیس تم جنگل ی زاگ رس، تغیی رات مک انی خ اك و پوشش گیـاهی تحـت تـأثیر مجموعـهاي از عوامـل فیزیکـی وزیستی شامل توپوگرافی و عوامل انسانی بوده و الگـوي توزیـعآنها داراي نوسانات بسیار است. این جنگلها ازنظر تولید چوب صـنعتی اهمیـت ندارنـد ،امـا از نظـر حفـظ آب و جلـوگیري از فرسایش خاك اهمیت فراوان دارند. از اینرو هنگامی کـه هـدفبرآورد مشخصهاي از این جنگلها باشد، بیشتر بـر تـاج پوشـشآنها تکیه میشود زیرا درختان ایـن ناحیـه از یـک سـو بـه سـب ب دخالتهاي انسانی و برداشتهاي بـی رویـه ، اغلـب داراي قطـ ر

شکل1. موقعیت منطقه مورد مطالعه
برابر سینۀ مشـخص و قابـل انـدازه گیـري نیسـتند و بـه صـورتشاخهزاد و جست گروه ظاهر میشوند و از سوي دیگـر عـاملی که در ایفاي نقش حفاظتی این جنگلها مؤثر است، سـطح تـاج آنهاست (1). بنابراین، اگر بتوان بـا اسـتفاده از روشـی مناسـب ،توصیف دقیقی از الگوي توزیع تاج پوشش این جنگلها انجـام داد، بیشک در برنامـه ریـزي و مـدیریت ایـن جنگـل هـا نقـش بهسزایی خواهد داشت (4). همچنین از میان ویژگیهاي خـاك،چگالی ظاهري بـه دلیـل کوبیـدگی خـاك در بیشـتر منـاطق، ازفاکتورهاي مهم در این اکوسیستمهاسـت . هـدف از انجـام ایـنپژوهش، توصیف الگوي تغییرات مکانی تاج پوشش درختـان وچگ الی ظ اهري خ اك در بخش ی از جنگ له اي زاگ رس ب ا بهکارگیري زمین آمار و نظریه فرکتال است.
مواد و روشها
تحقیق حاضر در بخشی از جنگلهاي زاگرس در شـمال شـرقشهر کرمانشاه انجام شده است. این منطقه با نام چالابـه بخشـیاز منطقه حفاظت شده بیستون است (شکل 1). منطقـه حفاظـتشده چالابه با دارا بودن تنوع اکولوژیکی بالا بهعنوان یـ ک منبـعژنتیکی بـا ارزش محسـوب مـی شـود. سـ یماي منطقـه ، کـاملاً کوهستانی با درههایی از جنس آهک است. اقلیم منطقه براساس ضریب خشکی دومارتن ،سرد و نیمهمرطوب میباشد. میـانگینبارندگی سالیانه آن حدود 369 میلیمتر و متوسط دماي هـوا درآن ،9/13 درجه سانتیگراد است.
نمونهبرداري متغیرهاي موردنظر در شبکهاي منظم بـه ابعـاد
30 متر در 25 متر، صورت گرفت. همچنین با توجه بـه شـرایط جنگل مورد مطالعه و بررسیهاي اولیـه ،قطعـات نمونـۀ مربعـ ی شکل به ابعاد 10×10 متر، براي این پژوهش درنظر گرفته شدند (شکل 2). سپس کلیه درختان و درختچههاي بلندتر از 5/1 متـرموجود در قطعات نمونه شمارش و دو قطر بزرگ و کوچک تاج
(دو قطر عمود برهم تا دقت دسیمتر) اندازهگیري شدند (4).
جهت اندازهگیري چگالی ظاهري خاك، از مرکز هـر پـلاتبـا اسـتفاده از اس توانه، نمونـهبـرداري ص ورت گرفـت. س پس نمونهها به آزمایشگاه منتقـل و چگـالی ظـاهري آنهـا از طریـقاندازهگیري وزن حجم معینی از خـاك محاسـبه گردیـد (5). در مجموع 100 قطعه نمونه برداشت شد. الگـوي نمونـهبـرداري وموقعیت قطعات نمونه در شکل 2 آمده است.
تجزیه و تحلیل دادهها
توصیف آماري دادهها بهمنظور دستیابی به خلاصـه اطلاعـاتآماري هر ویژگی، با استفاده از نرم افزارSPSS 17 انجام گرفت.
شاخصهاي آماري میانگین، میانـه، حـداقل، حـداکثر، انحـرافمعیار، ضریب تغییرات و چولگی براي هر دو متغیر تعـی ن شـد . نرمال بودن دادهها با استفاده از آزمون کولموگروف- اسمیرنوف بررسی شد.
زمین آمار
براي مقایسه دو کمیت در دو نقطه با مختصات مختلف، بررسی اختلاف آنها طبیعیترین روش مقایسـه اسـت. بـر ایـن اسـاس،براي تمام موقعیـت هـا، تـوان دوم ایـن اخـتلاف تحـت عنـوانواریوگرام بهصورت معادله زیر محاسبه گردید:
N(h)2
374650-37946

(h) 12N(h)  Z(X ) Z(Xi i h)
i 1که در آن،N(h) تعداد جفتهاي جدا شده در فاصـله گـام(h)،(Z(xi مقدار متغیر اندازهگیري شده در نقطهi و Z(xi+h) مقـدارمتغیر اندازهگیـري شـده در موقعیـت مکـانیi+h اسـت . بـرايواریوگرام ایدهآل، سه پارامتر را میتوان بهصورت اثـر قطعـهاي ،حدآستانه یا سقف و دامنه تأثیر بیان کرد. اثر قطعهاي، واریـانسمؤلفه غیرسـاختاري (تصـادفی )، حـد آسـتانه بیـانگر تقریبـی ازواریانس کل و دامنه تاثیر تعیین کننده فاصلهاي است کـه فراتـراز آن هیچ همبستگی مکانی بین مشاهدات وجود ندارد (10).
درجه وابستگی مکانی متغیرهـا بـراسـاس تقسـیم واریـانساثرقطعهاي به حدآستانه (واریانس کل) ضرب در 100 بـه دسـتمیآید. چنانچه این نسبت کمتر از 25% باشد همبسـتگی قـوي،75-25% همبستگی متوسط و بیشتر از 75% همبسـتگ ی ضـعیفخواه د ب ود (2 و 25). تحلی ل س اختار مک انی ب ا اس تفاده از واریـوگرام و اعتبارسـنجی آنهـا بـر مبنـايcross validation از طریق نرم افزار 5.1 +GS انجام شد.
(Autocorrelation) خودهمبستگی

شکل 2. الگوي نمونهبرداري و موقعیت نمونهها در منطقه مورد مطالعه
خودهمبستگی در صورتی ایجاد مـی شـود کـه نمونـههـا دارايهمبستگی مکانی باشـند . زمـان ی کـه در یـک متغیـر همبسـتگیمکانی(Spatial Dependency) وجود داشـته باشـد، نمونـههـاينزدیکتر شباهت بیشتري به هم دارند تا نمونههـاي دورتـر، دراین حالت اصـطلاح اً گفتـه مـی شـود کـه ایـن نمونـههـا دارايخودهمبســتگی (Autocorrelation) هســتند. خودهمبســتگی را میتوان از طریـق نمو دارهـا و شـاخصهـاي مختلـف محاسـبه نمود (14). در این تحقیق نمودار خودهمبسـتگی بـا اسـتفاده ازنرمافزار ASTSA 1.3 بررسی شده است (24).
نظریه فرکتال
واژه فرکتال در سال 1976 توسـط ر یاضـید ان فرانسـوي بـهنـامبنوئیت مندلبروت وارد دنیاي ریاضیات شد. مندلبروت وقتی که بر روي پژوهشی در مورد طول سواحل انگلیس مطالعه میکـرد به این نتیجه رسید که هرگاه با مقیاس بزرگ ایـن طـول انـدازهگرفته شود، مقدار آن کمتر از زمانی است کـه مقیـاس کـوچکترباشــد. بــدین ترتیــب بــا توجــه بــه نامحــدود بــودن مقیــاساندازهگیري، در نهایت طول ساحل نامحـدود بـهنظـر مـیرسـد . چنین نظریهاي به تحولی فراگیر در درك تصویري که تاکنون از بعد، وجود داشت منجـر شـد و علمـی بـهنـام هندسـه فرکتـالپایهگذاري شد (8). هندسه فرکتال عبارت از هندسه پدیدههـا وسیستمهاي ناهموار با مرز ناصاف و شکل نااقلیدسـی اسـت. در واقــع هندســه فرکتــال، بیــان ریاضــی از معمــاري طبیعــتاست (19).
هندسه فراکتال بر خـلاف هندسـه اقلیدسـی، روش بهتـري
جدول 1. خلاصه آماري دادههاي تاج پوشش درختان و چگالی ظاهري خاك
چولگی بیشینه کمینه تعداد ضریب تغییرات متغیرمیانگینمیانهانحراف معیار
نمونهها(درصد)
0/65 80 0 84 تاج پوشش (درصد در پلات)1004/24255/20
0/43 1/9 0/2 67 چگالی ظاهري خاك (3gr/cm)10059/056/04/0
براي توضیح پدیدههـا ي طبیعـ ی اسـت و سـاختارهاي پیچیـدهجوامع گیاهی از جمله جنگلها را بهخـوبی مـیتوانـد ارزیـابیکند (11). زبانی کـه ایـن هندسـه بـهوسـیله آن بیـان مـیشـودالگوریتم نام دارد که با آن ،اشیاء مرکب میتوانند به فرمولهـا وقوانین سادهتري ترجمـه و خلاصـه شـوند. اشـکال فرکتـال بـافرایندهاي پویا تولید شده و داراي خاصیت خودهمانندي یا بـهتعبیر دیگرself-similarity هستند که بیانکننده تشـابه ظـاهريدر یک و یا تمامی جهات و مقیاسهاست. بهعبارت دیگر خـودتشابهی آمـاري بیـانکننـده حـالتی اسـت کـه الگـوي تغییـراتموردنظر در یک مقیاس معین، در دیگـر م قیـاس هـا نیـز تکـرارمیشود (13).
بهمنظور توصیف خودتشـابهی در یـک پدیـده از پـارامتريبهنام بعد فرکتالی استفاده مـی شـود . روشهـاي مختلفـی بـرايمحاسبه بعد فرکتالی پدیدههاي طبیعی وجود دارد. بورو از تـابعسمیواریـانس بـهعنـوان ابـزاري بـراي محاسـبه بعـد فرکتـالیمتغیرهـــاي محیطـــی اســـتفاده کـــرد (12). وي از لگـــاریتم سمیواریانس بهعنوان تابعی از لگاریتم فاصـله و مناسـبتـرینخط برگشت برازش داده شده به آن استفاده کرد. از آنجایی کـهمقدار عـدديFractal Dimension) D ) انعکاسـی از نوسـاناتکوتاه دامنه و بلند دامنه در فضاي مورد مطالعـه اسـت، بنـابراین مقادیر بزرگتر D نشان دهنده اهمیت و غالـب بـودن تغییـراتکوتاه دامنه و برعکس میباشند.
در شرایط نویز سفید، شیب خط برابر صفر بوده و در نتیجه بعد فرکتال مساوي 2 خواهد بود. این بدان معناست کـه مقـادیرمتوالی اندازهگیري شده براي یک متغیر تقریبا مستقل از یکدیگر بوده و هیچگونه وابستگی مکانی بین مقادیر موردنظر نمـی تـوانتصور کرد. از طرف دیگر چنانچـه یـک رونـد خطـی سـاده درمقادیر اندازهگیري شده وجود داشته باشد در این صورت شـیبخط برابر 2 و بعد فرکتالی مسـاوي یـک اسـت. بـدین ترتیـبحداقل نوسانات نقطه به نقطـه بـین مقـادیر مشـاهداتی وجـودداشته و تغییرات بهطور عمده از نوع بلند دامنـه مـیباشـند (8). استفاده از هندسه فرکتالی در اکولوژي باعث درك بهتر فرایندها و پدیدههاي طبیعی میشود و یک روش مناسب بـراي ارزیـابیساختار و الگوي پراکنش مکانی جوامع گیاهی با ساختار فرکتال و کمی کردن ویژگیهاي آنها است (11).
نتایج و بحث
نتــایج حاصــل از جــدول خلاصــه آمــاري و آزمــون نرمــال(کولموگروف- اسمیرونوف) نشان دادند کـه توزیـع دادههـا درمورد هر دو پارامتر از توزیع نزدیک به نرمال پیروي میکنـد . بـاتوجه به مقادیر پایین چولگی در مـورد ایـن متغیرهـا و نزدیـکبودن میانگین و میانه (جـدول 1) در مـورد آنهـا کـه مـیتوانـد بی انگر توزی ع نس بتا نرم ال ای ن متغیره ا باش د (9). آنالیزه ا برحسب دادههاي اصلی صورت گرفت. خلاصه آماري دادههايتــاج پوشــش و چگــالی ظــاهري خــاك در جــدول 1 آمــدهاست.
براساس نتایج بهدست آمده، میـانگین درصـد تـاج پوشـشدرختان 4/22 در پلات و ضریب تغییرات آن برابر با 84 درصـداست. در مورد چگالی ظاهري خاك، میانگین و ضریب تغییرات بهترتیب برابر با 59/0 و 67 درصد میباشند. چگالی خاكهـايجنگل ی از 2/0، در برخ ی لای هه اي آل ی، ت ا ح دود 9/1، در شنهاي دانه درشت، متغیر است. خاكهاي داراي خلل و فـرج
زیاد، چگالی کم و خاكهاي فشرده شده چگالی بیشتري دارنـد .ای ن ویژگ ی خ اك، توس ط ج انوران عل فخ وار و اس تفادهتفرجگاهی وسـیع بـهویـژه در خـاكهـاي ریـز بافـت افـزایشمییابد (16).
تجزیه و تحلیل ساختار تغییرات مکانی (واریوگرام)واریوگرامهاي تجربی محاسبه شده و ضرایب مدلهـاي نظـريبرازش داده شده بر آنها بهترتیب در شـکل 3 و جـدول 2 آمـدهاست. نتایج نشـان مـیدهـد کـه چگـالی ظـاهري خـاك دارايساختار مکانی متوسط با مدل نمایی اما با توجه به اثـر قطعـه اي آن، نزدیک به تصادفی است. تاج پوشش نیز فاقد ساختار مکانی مشخص (مدل خطی) میباشد. در واقع واریانس مشـاهدات بـاافــزایش ابعــاد منطقــه مطالعــاتی ســیري صــعودي داشــته وحدآستانهاي براي واریانس آنها نمیتوان تعیین کرد. ایـن رفتـارمیتواند بیان کننده شدت ناهمگنی مکانی در این ویژگـی هـا دراین منطقه باشد (8). وجود ناهمگنی زیـاد در پـراکنش پوشـشگیاهی عامـل وجـود چنـین سـاختارهایی در خـاك و درختـان

a

bشکل 3. واریوگرامهاي تجربی و مدلهاي برازش داده شده به دادههاي a: درصد تاج پوشش درختان و b: چگالی ظاهري خاك
جدول 2. پارامترهاي مدل برازش داده شده بر واریوگرام هاي درصد تاج پوشش درختان و چگالی ظاهري خاك
RSS ضریبرگرسیون
اعتبارسنجی(2R ) کلاس همبستگی مکانی اثرقطعهاي/حدآستانه
(%) دامنه تاثیر (متر) حدآستانه اثرقطعهاي مدل متغیر
1058 0/18 فاقد همبستگی مکانی 100 310 404/7 404/7 خطی تاج پوشش
1/03 0/79 متوسط 40 100 0/136 0/054 نمایی چگالی خاك
است.
خودهمبستگی
نمودارهاي خودهمبستگی دو متغیـر مـورد بررسـی در شـکل 4
آمــده اســت . بــراســاس ایــن نمودارهــا چ نانچــه گــام هــاي خودهمبستگی، بالاتر از خطوط حدود اعتماد قرار گیرنـد متغیـرمورد بررسی داراي خودهمبستگی میباشـد . بـدیهی اسـت کـهمقدار خودهمبستگی بین 1- و 1+ خواهد بود. همـان گونـه کـهمشاهده میشود هیچکدام خودهمبستگی ندارند. ایـن نمودارهـادر واقع تایید کننده عدم وجود ساختار مکـانی مشـخص بـرايمتغیرهاست. اگرچه چگالی ظاهري خاك داراي ساختار مکـانیمتوسط با مدل سقفدار است اما این ساختار نیز قوي نیسـت وبا بررسی خودهمبستگی نیـز اثـري از همبسـتگی مکـانی دیـدهنشد.
تجزیه و تحلیل فرکتالی الگوي تغییرات مکانینوسانات مقادیر متغیرهاي مورد بررسی در شکل 5 نمـایش داده

ab
شکل4. نمودار خودهمبستگی دادههاي a: تاج پوشش درختان و b: چگالی ظاهري خاك خطوط سبز در دوطرف گامها بیانگرحدود اعتماد هستند. Lag: گام یا فاصله میباشد.

شکل 5. نوسانات مقادیر متغیرها در محدوده نمونهبرداريa : درصد تاج پوشش درختانو b: چگالی ظاهري خاك
جدول 3. ابعاد فرکتالی محاسبه شده براي متغیرها
بعد فرکتالی (D) متغیر اندازهگیري شده
1/98 درصد تاج پوشش
1/93 چگالی ظاهري خاك
شده است. مقادیر بعد فرکتالی محاسـبه شـده نیـز در جـدول 3آمده است.
الگوي تغییـرات مکـانی دو متغیـر داراي نوسـانات زیـاديمیباشد. هرچند نوسانات چگالی ظـاهري خـاك کمتـر از تـاجپوشش است اما مقدار بعد فرکتالی هر دو بالاست. ایـن بیـانگرغالب بـودن نوسـانات و تغییـرات کوتـاه دامنـه در ایـن ناحیـهاست (8). واریوگرامهاي مربوط نیز بـه خـوبی ایـن موضـوع رانشان میدهند. بررسی نحوه پراکنش و رفتـار فرکتـالی متغیرهـانشان میدهـد کـه نوسـانات شـدیدي در منطقـه وجـود دارد وتغییرات مکانی داراي ساختار و نظـام منـدي مشخصـی نیسـت.
ساختار، واریوگرامهـا، میـزان اثـر قطعـهاي بـالا و عـدم وجـودخودهمبستگی دلالت بر این موضوع دارنـد . اگرچـه واریـوگرامچگالی خاك توسط مدل داراي حدآستانه (نمـایی ) بـرازش دادهشده است ولی اثر قطعهاي نسبی حاکی از زیاد بـودن نوسـاناتدر مقیاس کوتاه دامنه میباشد.
بررسی این دو متغیر نشان مـی دهـد کـه داراي خصوصـیتفرکتالی هستند. اگرچـه مطالعـه مشـابهی در اکوسیسـتم جنگـلبهمنظور مقایسه نتایج ایـن تحقیـق در دسـترس نمـیباشـد امـامقادیر محاسبه شده بعد فرکتـالی بـا نتـایج مطالعـه محمـدي ورئیسی (8) مطابقت میکند. در تحقیـق آنهـا نیـز محاسـبه بعـد
منابع مورد استفاده
فرکتالی برخی ویژگیهاي خاك با اسـتفاده از روش واریـوگرام به اعداد بزرگی منجر شد که در حقیقت بیان کننـده همبسـتگیاندك مکانی بین مقادیر متغیرهـاي مـورد بررسـی بـوده اسـت.
آگارد و هارتویگسن نیز (11) از پارامتر D براي ارزیابی الگـويمکانی رشد جوامع گیاهی در جنگل اسـتفاده کردنـد. آنهـا بیـانمیکنند که عدد بعد فرکتال شـاخص منا سـبی بـراي ارزیـابی ومقایسه شکل و روند رشد پوشش گیاهی در جنگل است. اعداد D در این تحقیق با افزایش مراحل توالی افزایش یافتـه و بیشـتراز 2 شده است که بیانگر ساختار تو در تـو و فرکتـالی پوشـشگیاهی در این جنگل است.
نتیجهگیري
نتایج حاصل از بهکارگیري نظریه فرکتالی نشان داد که متغیرهاي مورد بررسی داراي ویژگی فرکتـالی هسـتند. یعنـی بـا افـزایشسطح مطالعاتی، تغییرات مکـانی متغیرهـا بـا جزئیـات بیشـتريآشکار میشود. بعـد فرکتـال کـه مـیتـوان آن را بـا اسـتفاده ازواریوگرام محاسبه کرد، شاخص مناسبی براي حضور و اهمیـتمقیاسهاي تو در تو تغییرات مکـانی متغیرهـاي مـورد بررسـیاست. از طرفی مقادیر بعد فرکتال و نوسانات متغیرها حـاکی ازتغییرات شدید آنهاست که بهنظر میرسـد بـهعلـت تخریـب وفشار بر اکوسیستم، نوسان متغیرها شـدید و همبسـتگی مکـانیآنها کم شده بهگونهاي که مقادیر عددي آنها را میتـوان مسـتقلاز یکدیگر قلمداد کرد. بـه طـور کلـی از بعـد فرکتـال مـیتـوانبهعنوان یک شاخص آماري براي توصیف تغییرات پدیـده هـايطبیعی در جنگل استفاده نمود.
اخوان، ر.، م. کرمی و ج. سوسنی. 1390 کاربرد دو روش کریجینگ و IDW در پهنهبندي تراکم و تاج پوشش جنگلهاي شاخهزادبلوط (مطالعۀ موردي :منطقۀ کاکارضاي خرم آباد لرستان). مجلۀجنگلایران، 3 (4): 316-305.
افشار، ح.،، م. ح. صالحی، ج. محمدي و ع. محنت کش. 1388. تغییرپذیري مکانی ویژگیهاي خاك و عملکرد گندم در یک نقشه تناسب کمی (مطالعهي موردي: منطقه شهرکیان، استان چهارمحال و بختیاري). مجله آب و خاك (علوم و صنایع کشـاورزي )،23(1): 172-161.
حسنیپاك، ع.1377. زمین آمار. انتشارات دانشگاه تهران، 314 ص.
رضایی، ع.، ر. اخوان ،ج. سوسنی و م. پورهاشمی. 1393. کارایی کریجینگ در پهنهبندي تراکم و تاج پوشش جنگلهاي بلوط ناحیۀزاگرس (مطالعۀ موردي :منطقۀ دادآباد خرمآباد لرستان). جنگل و فرآوردههاي چوب ،مجلـه منـابع طبیعـی ایـران،67 (3): 370-
.359
زرین کفش، م. 1372. خاکشناسی کاربردي. انتشارات دانشگاه تهران، 236 ص.
محمدي، ج. 1377. مطالعه تغییرات مکانی شوري خاك در منطقـ ه رامهرمـز (خوزسـتان ) بـا اسـتفاده از نظریـه ژئواستاتیسـتیک، 1-کریجینگ. مجله علوم و فنون کشاورزي و منابع طبیعیعلوم آب و خاك،2 (4): 63-49.
محمدي، ج. 1380. مروري بر مبانی ژئواستاتیستیک و کاربرد آن در خاكشناسی،مجله علوم خاك و آب، 51 (1): 122-99.
محمدي، ج. و ف. رئیسی گهرویی. 1382. توصیف فرکتالی اثرات قرق دراز مدت و چراي مفرط بر الگوي تغییرات مکانی شماري از ویژگیهاي شیمیایی خاك. علوم و فنون کشاورزي و منابع طبیعیعلوم آب و خاك، 7 (4): 36-25.
محمدي، ج. 1385. a. پدومتري، جلد اول: آمار کلاسیک (تکمتغیره و چندمتغیره)، انتشارات پلک تهران،531 ص.
محمدي، ج. 1385.b . پدومتري: آمار مکانی (ژئواستاتیستیک)، انتشارات پلک تهران، 453 ص.
Agaard, K. and G. Hartvigsen. 2014. Assessing spatial patterns of plant communities at varying stages of succession. Applied Mathematics 5: 1842-1851.
Burrough, P. A. 1981. Fractal dimensions of landscapes and other environmental data. Nature 294: 240-.242
Burrough, P. A. 1983. Multiscale sources of spatial variation in soil 1. The application of fractal concepts to nested levels of soil variation. European Journal of soil science 34: 577-597.
Dormann, C. F., J. M. McPherson, M. B. Araujo, R. Bivand, J. Bolliger, G. Carl, R.G. Davies, A. Hirzel, W. Jetz, D.W. Kissling, L. Kuhn, R. Ohlemuller, P. R. Peres-Neto, B. Reineking, B. Schroder, F. M. Schurr and R. Wilson. 2007. Methods to account for spatial autocorrelation in the analysis of species distributional data: a review. Ecography 30: 609-628.
Enquist, B. J., G. B. West, E. L. Charnov and J. H. Brown. 1999. Allometric scaling of production and life-history variation in vascular plants. Nature 401(6756): 907-911.
Fisher, R. and D. Binkley. 1999. Ecology and Management of Forest Soil. JohnWiley & Sons Press. New York, 489p.
Goovaerts, P. 1999. Geostatistics in soil science: state-of-the-art and perspectives. Geoderma 89: 1-.54
Gringarten, E. and C. V. Deutsch. 2001. Teacher’s aide, Variogram interpretation and modeling. Mathematical Geology 33(4):507-.435
Holling, C. S. 1992. Cross-scale morphology, geometry, and dynamics of ecosystems. Ecological Monographs 62(4): 447-.205
Li, B. L. 2000. Fractal geometry applications in description of patch patterns and patch dynamics. Ecological Modelling 132: 33-.05
Long, C. Y., Y. Zhao and H. Jafari. 2014. Mathematical models arising in the fractal forest Gap via local fractional calculus. Abstract and Applied Analysis: http://dx.doi.org/10.1155/2014/782393. Site visited on 08.12.2014.
Peterson, G., G. R. Allen and C. S. Holling. 1998. Ecological resilience, biodiversity, and scale. Ecosystems :1 6-18.
Peterson, G. 2000. Scaling ecological dynamics: self-organization, hierarchical structure, and ecological resilience. Climatic Change 44(3): 291-309.
Stoffer, D. 2014. ASTSA, Applied Statistical Time Series Analysis. http://www.stat.pitt.edu/stoffe/tsa3. Site visited on 10.08.14.
Sun, B., S. Zhou and Q. Zhao. 2003. Evaluation of spatial and temporal changes of soil quality based on geostatistical analysis in the hill region of subtropical China. Geoderma 115: 85-.99
West, G. B., J. H. Brown and B. J. Enquist. 1997. A general model for the origin of allometric scaling laws in biology. Science 276 (5309): 122-.621



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید