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.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

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.


دیدگاهتان را بنویسید