نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسنده
مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، تهران
چکیده
به استناد تبصره ماده 148 قانون برنامه پنج ساله پنجم توسعه جمهوری اسلامی ایران و بند 6 این مصوبه، بهرهبرداری چوبهای تجاری از جنگلهای شمال باید متوقف شود. با توجه به ابهامات دستگاههای متولی مبنی بر اینکه عدم بهرهبرداری تجاری در جنگل چگونه باید جبران شود، مطالعه حاضر با ارائه مدل آلومتریک بهینه تنه تجاری درختان جنگل به دنبال برآورد واقعی مخازن کربن جنگلهای آمیخته راش با توجه به مهمترین خدمات اکولوژیکی آن در رابطه با تغییرات اقلیم میباشد. برای این امر، از تنه 174 اصله درختان گونههای مختلف جنگل آمیخته راش سری 3 گلندرود پس از قطع، یک نمونه دیسک به ضخامت 2 سانتیمتر برداشت شد. از دو طرف هر یک از دیسکها قطعاتی با حجم ثابت تکه برداری شده و پس از توزین به مدت 24 ساعت در دمای 105 درجه سانتیگراد در آون خشک شدند تا چگالی ویژه و ضریب کربن اندازهگیری شوند. نتایج حاصل نشان داد که چگالی ویژه تنه درختان گونههای مختلف دارای اختلاف معنیدار بوده ولی تغییرات ضریب کربن معنیدار نبود. در مدلسازی، تابع توانی بهعنوان مدل پایه آلومتریک بر حسب قطر برابرسینه 84 درصد از تغییرات واریانس را به خود اختصاص داد. در ادامه، نتایج نشان داد که مدل نمایی بازتبدیل بر حسب لگاریتم خطی چندگانه بهترتیب شامل عامل ترکیب مربع قطر برابرسینه در ارتفاع تنه و متغیر چگالی ویژه (516- = AIC، 02/1 = CF، 22/0 = SEE، 94/0 = Adj.R2) به عنوان مدل بهینه نهایی جنگلهای مذکور در سطح وسیع میتواند استفاده شود.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Measuring and allometry modeling tree commercial bole carbon sequestration of mixed-beech Hyrcanian forests of Iran
نویسنده [English]
چکیده [English]
By virtue of article 148th law of five-year-old fifth plan of Islamic republic of Iran and section VI of this resolution, the harvesting of commercial woods from the Hyrcanian forests must be stopped. Associated with that how non-harvesting of commercial woods should be compensated, optimal allometric equation were exhibited in this study to show the real amount of carbon pool in the mixed-beech forests. That is related to the most important ecological forest service with respect to the climate change scenario. Therefore, 174 individuals of trees from different species in the district 3 of the Glandroud forests were felled and 2-cm thick disk were sampled from each felled tree. The constant volume of wood was sampled from the opposite sides each disk. The samples were oven dried in lab for 24 hours (105°C) in order to determine specific wood density (WD) and carbon factor (C). The results indicated that WD of various species bole trees was significantly different; however, the variation of C had no significance. According to the modeling, power function including DBH estimated carbon sequestration with 84 percent of adjusted coefficient of determination. Also, the results showed that the exponential model based on log-transformed model including integrated variable (product of diameter at breast height in height) and WD considered the best allometric model (Adj. R = 0.94, SEE = 0.22, CF = 1.02, AIC = -516) to estimate carbon stock in the broad field scale of mentioned forest.
کلیدواژهها [English]
اندازهگیری و مدلسازی آلومتری ترسیب کربن تنه تجاری درختان در جنگل آمیخته راش شرقی (Fagusorientalis Lipsky)
علیاصغر واحدی
تهران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، گروه جنگلداری
تاریخ دریافت: 4/7/94 تاریخ پذیرش: 19/2/95
چکیده
با توجه به سناریوی تغییرات اقلیم و افزایش کربن اتمسفری در عصر کنونی، مطالعه حاضر با مدلسازی آلومتریک در جنگلهای مورد مطالعه بدنبال برآورد سهم واقعی ذخایر کربن آلی زیتوده درختان در مقیاس وسیعی از جنگلهای مذکور میباشد. برای تحقق این امر، از تنه 174 اصله درختان گونههای مختلف جنگل آمیخته راش سری 3 گلندرود نور با استفاده از روش طبقهای تصادفی پس از قطع و تبدیل، یک نمونه دیسک به ضخامت 2 سانتیمتر به ازای 5- 2 متر از طول تنه برداشت شد. از دو طرف هر یک از دیسکها قطعاتی با حجم ثابت تکه برداری شده و پس از توزین بمدت 24 ساعت در دمای 105 درجه سانتیگراد در آون خشک شدند تا چگالی ویژه و ضریب کربن محاسباتی اندازهگیری شوند. نتایج تحقیق نشان داد که چگالی ویژه تنه درختان گونههای مختلف دارای اختلاف معنیدار بوده ولی تغییرات ضریب کربن معنیدار نبود. در رابطه با فرآیند مدلسازی، تابع توانی بعنوان مدل پایه آلومتریک بر حسب قطر برابرسینه تقریباً با میانگین انحراف معیار 30 درصد، 84 درصد از تغییرات واریانس را بخود اختصاص داد. نتایج نشان داد که مدل نمایی بازتبدیل بر حسب لگاریتم خطی چندگانه بترتیب شامل عامل ترکیب مربع قطر برابرسینه در ارتفاع تنه و متغیر چگالی ویژه (516- = AIC، 02/1 = CF، 22/0 = SEE، 94/0 = Adj.R2) بعنوان مدل بهینه نهایی برای برآورد ترسیب کربن تنه تجاری درختان جنگلهای مورد مطالعه در سطح وسیع میتواند استفاده شود.
واژههای کلیدی: ترسیب کربن، معادلات آلومتریک، متغیرهای زیستفیزیکی، جنگل آمیخته راش
نویسنده مسئول، تلفن: 09365646548 ، پست الکترونیکی: ali.vahedi60@gmail.com
مقدمه
هیات وزیران بنا به پیشنهاد وزارت جهاد کشاورزی و به استناد تبصره ماده 148 قانون برنامه پنج ساله پنجم توسعه جمهوری اسلامی ایران، بهینهسازی، پایش، حفظ، بهرهبرداری و مدیریت جنگلهای شمال کشور را در 16 دیماه سال 1392 به تصویب رساند. مطابق بند 6 این مصوبه بهرهبرداری و خروج چوبهای صنعتی از جنگلهای شمال کشور باید متوقف شود. ولی بر اساس اطلاعات موجود در کلیه گزارشها و مستندات موجود در پایگاههای اطلاعاتی مربوط به سازمانهای اجرایی و دستگاههای متولی هنوز در مورد اجرای این بند چالشهای مختلفی وجود دارد. اینکه هزینه تنفس در جنگل و یا بعبارتی عدم بهرهبرداری تجاری و صنعتی در جنگل چگونه باید جبران شود؟ از اینرو کلیه ارزشهای زیستمحیطی و اکولوژیکی جنگل میتوانند بعنوان بهترین معرف و جایگزین در این خصوص مدنظر قرار داده شوند. در این میان، جذب کربن اتمسفری و حبس آن در اندامهای مختلف درختان تحت عنوان حوضچههای اصلی کربن یا همان میزان کربن ترسیب شده در جنگل را میتون نامبرد که بعنوان مهمترین خدمات اکولوژیکی جنگل در رابطه با تغییرات آب و هوایی شناخته میشوند (11 و 17). با توجه به اینکه سناریوی تغییرات اقلیم و گرمایش زمین یکی از مهمترین و برجستهترین معضلات زیست محیطی عصر حاضر محسوب میشود، از اینرو کاهش انتشار کربن اتمسفری و ترسیب هر چه بیشتر کربن در اکوسیستمهای جنگلی یکی از مهمترین و بهترین راهحلهای رفع این مشکل جهانی محسوب میشود (26). بنابراین داشتن اطلاعات در مورد پویایی و میزان واقعی ترسیب کربن در اکوسیستمهای خشکی (غیر آبی) زمین بخصوص در پوششهای جنگلی و میزان توزیع و الگوی مکانی آن در جنگلهای زیستبومهای مختلف میتواند یکی از مهمترین منابع برای اکولوژیستها بمنظور مدیریت، برنامهریزی و مهار بحران زیستمحیطی مذکور محسوب شود (13 و 24). یکی از مهمترین مشکلات و خلا اساسی در این خصوص، نحوه اندازهگیری و برآورد با حداکثر قطعیت مقادیر کربن ترسیب شده درختان در جنگلهای طبیعی میباشد (17 و 22). بسیاری از پژوهشهای مربوط در این زمینه نشان دادهاند که اندازهگیری مقادیر ترسیب کربن درختان بخصوص در جنگلهای طبیعی و آمیخته علاوه بر اجرای روشهای تخریبی و قطع، بسیار سخت و هزینه بر بوده و در بسیاری از موارد بدلایل محدودیتهای مدیریتی ناممکن میباشد (7، 20، 22 و 25). بنابراین مدلسازی و توسعه معادلات آلومتریک با ترکیب بهینه و دقت پاسخگویی زیاد در سطح کلان به ویژه برای درختان در اکوسیستمهای جنگلی مورد پیشنهاد قرار میگیرد تا بتوان از این طریق برآوردی نزدیک به واقعیت در رابطه با مقادیر مختلف کربن ترسیب شده و یا میزان انتشار آن داشت (11، 16 و 17).
در داخل کشور در رابطه با مدلسازی معادلات آلومتریک در تودههای آمیخته حاوی گونههای مختلف درختی در جنگلهای طبیعی بصورت مستند مطالعهای مشاهده نمیشود ولی در پژوهشهای خارجی میتوان به مطالعات Basuki و همکاران (2009) در مورد تبیین مدلهای آلومتریک زیتوده تنه تجاری درختان اراضی جلگهای جنگلهای جلگهای استوایی، Alvarez و همکاران (2012) در خصوص مدلسازی آلومتریک ترسیب کربن روی زمینی جنگلهای طبیعی کلمبیا، Beets و همکاران (2012) در ارتباط با استفاده از معادلات آلومتریک برای تخمین موجودی کربن در جنگلهای طبیعی زلاندنو، Ekoungoulou و همکاران (2014) در رابطه با تبیین معادله آلومتریک ترسیب کربن روی زمینی درختان در جنگلهای استوایی کنگو اشاره کرد. در تمام این مطالعات، با استفاده از اندازهگیری زیتوده تنه و یا زیتوده روی زمینی (تنه+ تاج) درختان با استفاده از روشهای تخریبی مدلسازی زیتوده و ترسیب کربن با حداکثر دقت بصورت جامع (با قابلیت قیاس با مشاهدات و نتایج سایر پژوهشها) ارائه شدند. البته باید در نظر داشت که در مجموع تقریبا 80 درصد از زیتوده روی زمینی درختان در اکوسیستمهای جنگلی معطوف به تنه میباشد (7، 20 و 31). همچنین با استناد به اینکه بیش از 50 درصد از حجم چوبهای صنعتی مربوط به تنه تجاری درختان میباشد (6) و تاکنون نیز بیشترین تمرکز بهرهبرداری صنعتی و خروج چوب در جنگلهای شمال کشور نیز بر اساس مقادیر کمی و کیفی تنه تجاری درختان صورت گرفته است، از اینرو در تحقیق حاضر مقادیر وزنی ترسیب کربن تنه تجاری درختان گونههای مختلف در جنگلهای آمیخته راش واقع در گلندرود استان مازندران اندازهگیری و در قالب معادلات آلومتریک مدلسازی شد. در واقع، هدف نهایی در پژوهش حاضر اینست که با توجه به ارائه معادلات آلومتریک بهینه با حداکثر دقت پاسخگویی بتوان برآورد صحیحی از ذخایر کربن آلی در جنگلهای آمیخته راش در منطقه مورد مطالعه داشت تا با استفاده از همین معادلات بتوان علاوه بر مقایسه توان ترسیب کربن سایر رویشگاههای آمیخته راش با منطقه مورد مطالعه، این استنباط را حاصل کرد که برداشت یا عدم برداشت درختان تجاری به چه میزان بر پویایی و جذب CO2 اتمسفر تاثیرگذار است.
مواد و روشها
منطقه تحقیق: این مطالعه در سری 3 جنگلهای گلندرود نور واقع در حوزه آبخیز 48 جنگل های شمال ایران انجام شد. این سری از نظر تقسیمات اداری در حوزه استحفاظی اداره کل منابع طبیعی استان مازندران - نوشهر واقع می شود. مساحت کل سری 1521 هکتار است و محدوده آن در بین عرض جغرافیایی ً30 َ27 ْ36 ، ً15 َ32 ْ36 و طول جغرافیایی ً25 َ53 ْ51 ، ً25 َ57 ْ51 قرار دارد. محدوده ارتفاع از سطح دریا در این سری بین 940 تا 1520 متر می باشد. سری مورد مطالعه معروف به سری سرگلند بعنوان جنگل آمیخته راش محسوب میشود و درختان راش بصورت آمیخته با بلوط ، ممرز ، پلت، افراشیردار، نمدار، آزاد و غیره پراکنش دارد. جهت عمومی در کل سری عموما غربی بوده و حداکثر شیب منطقه در برخی نقاط تا 80% نیز می رسد. همچنین سنگ مادری در پارسل های مورد نظر آهکی- مارنی بوده و تیپ خاک نیز قهوه ای جنگلی تا راندزین می باشد (1). با توجه به داده های دریافتی مربوط به ایستگاه هواشناسی نوشهر میانگین حداکثر و حداقل دما بترتیب در اواسط مرداد ماه بمیزان 8/28 درجه سانتیگراد و در ماه بهمن بمیزان 9/3 درجه سانتیگراد می باشد. متوسط بارندگی سالیانه 5/1293 میلیمتر می باشد که میانگین حداقل و حداکثر بارندگی بترتیب در مردادماه و آبانماه گزارش شده است.
روش پژوهش: در پژوهش حاضر، به تعداد 174 پایه از درختان منتخب با استفاده از روش طبقهای تصادفی (Stratified random sampling) برای بهره برداری و قطع توسط سازمان متولی این امر انتخاب شدند. در سال 1393 برای تکمیل و تطبیق کلیه دادههای دریافتی برای هر یک از درختان نشانهگذاری شده از اطلاعات موجود در آرشیو اسناد دستگاههای اجرایی استفاده شد. با توجه به توزیع قطری درختان در تودههای نشانهگذاری شده، کلاسههای قطری 60- 30، 80- 60 و بیش از 80 سانتیمتر انتخاب شده (5) و با توجه به عملیات میدانی و اطلاعات دریافتی، از هر گونه در هر کلاسه بطور تصادفی به تعداد 7- 5 - 3 پایه قطع شده در نظر گرفته شد (20، 30 و 32). در عملیات میدانی حین استحصال از انتهای هر قسمت از گرده بینه حاصل شده پس از اندازه گیری، طول تنه به ازای 5 - 2 متر (8، 20 و 32) یک دیسک کامل تقریبا به ضخامت 2 سانتی متر برداشت شد (28 و 32). ارتفاع تنه درختان از انتهای کنده (محل قطع) تا جایی که تاج از آن شروع میشود اندازهگیری شد. ارتفاع (طول) سرشاخه اصلی جزء ارتفاع تجاری قرار نگرفت. کمیت اندازهگیری شده مذکور بعنوان ارتفاع تجاری محسوب میشود (29). از دو طرف مخالف دیسک در یک راستا در سمت برون چوب برای تعیین چگالی خشک (چگالی ویژه (Specific wood density / or Dry wood density)) قطعاتی با ابعاد مساوی تکه برداری شدند (29). کلیه نمونههای چوبی در آون بمدت 24 ساعت در دمای 105 درجه سانتیگراد خشک شدند (8، 20، 29 و 32). زیتوده تنه از مجموع وزن هر بخش از تنه با توجه به ضریب نسبت وزن خشک به وزن تر دیسک هر بخش بدست آمد(32). برای اندازهگیری مقدار ضریب کربن محاسباتی، پس از نمونهبرداری با جرم ثابت از کلیه قطعات چوبی مدنظر، کلیه نمونهها در کوره حرارتی در دمای 400 درجه سانتیگراد قرار داده شدند.
تجزیه و تحلیل دادهها: چگالی ویژه از نسبت جرم خشک به حجم تر هر یک از نمونههای چوبی برداشت شده (2 سانتیمتر× 2 سانتیمتر× 2 سانتیمتر) بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب محاسبه شد (7). برای محاسبه مقدار ضریب کربن محاسباتی از رابطه زیر استفاده شد (9):
(1)
در روابط فوق، Ash %: درصد خاکستر حاصل پس از سوزاندن کامل لایه چوبی، W1: وزن ظرف (بوتهچینی)، W2: وزن خشک نمونه، W3: مجموع وزن خاکستر و بوتهچینی مورد استفاده، C%: ضریب کربن محاسباتی میباشد. برای بررسی معنیداری چگالی ویژه و ضریب کربن محاسباتی بین گونههای مختلف درختان گونه مورد مطالعه از آزمون تجزیه واریانس یکطرفه استفاده شد. برای مقایسه چندگانه میانگین حاصل از آزمون مذکور نیز از آزمون توکی استفاده شد.
برای فرآیند مدلسازی در تحقیق حاضر از سه متغیر قطر برابر سینه D، ارتفاع تنه H و چگالی ویژه WD استفاده شد. در این خصوص از روش حداقل مربعات استفاده شده و متغیرهای مستقل نامبرده شده بصورت گام به گام با ترکیب متفاوت در معادلات وارد شدند (7). کلیه مدلهای پایه برای برازش مورد آزمون قرار گرفتند. طی فرآیند تجزیه و تحلیل، مدل توانی پایه (Y = a × x b) با حداقل میانگین مربعات باقیمانده (RMS)، حداقل خطای تخمین (SEE) و حداکثر ضریب تبیین تعدیل یافته (R2adj) بعنوان مدل آلومتریک پایه در این تحقیق محسوب میشود. از اینرو برای عدم ناهمگنی پراکنش و ورود متغیرهای مستقل بصورت گام به گام با ترکیب مختلف، مدل توانی مذکور بصورت لگاریتمی خطی تغییر شکل یافت (lnY = ln a + b× lnX) که با استفاده از ضریب تصحیح (CF) در بازتبدیل معادله نمایی (Y = a × e b× X) مقادیر ترسیب کربن نزدیک به واقعیات بر حسب کیلوگرم یا تن مورد برآورد قرار میگیرند (7 و 17). در رگرسیون خطی چندگانه (Multiple linear regression) از آزمون هم خطی استفاده شد و برای تایید اعتبار محاسباتی مقدار عددی فاکتور توورم واریانس (VIF) بعنوان شاخص اصلی مدنظر قرار گرفت (2). علاوه بر شاخصهای رایج مزبور در مطالب فوقالذکر، از میانگین انحراف معیار و ضریب اطلاعات آکاییک نیز برای قطعیت در انتخاب مدل بهینه با بیشترین دقت پاسخگویی استفاده شد (11 و 17).
برای محاسبه میانگین انحراف معیار از رابطه زیر استفاده شد:
(2)
در رابطه فوق، n: تعداد مشاهدات یا برآورد، Ypi: زیتوده برآوردی و Yi: زیتوده مشاهدات می باشد.
برای محاسبه ضریب اطلاعات آکاییک (AIC) در صورتیکه نسبت مشاهدات کل به تعداد پارامترهای محاسباتی بیشتر از 40 باشد (40 > n/k) از رابطه 4 و در صورتیکه نسبت مذکورکمتر از 40 باشد (40 < n/k) از رابطه 5 استفاده میشود (6):
(3)
(4)
در رابطه فوق، n: تعداد مشاهدات، RSS: مجموع مربعات باقیمانده ها و k: تعداد پارامترهای مدل محاسباتی می باشد.
نتایج
چگالی ویژه و ضریب کربن محاسباتی تنه تجاری جنگل آمیخته راش: نتایج تجزیه واریانس حاصل از تغییرات چگالی ویژه و ضریب کربن محاسباتی (C%) تنه بین درختان گونههای مختلف در جنگل مورد مطالعه در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول 1- نتایج تجزیه واریانس چگالی ویژه و ضریب کربن محاسباتی
منبع تغییرات |
میانگین مربعات |
F |
سطح معنیداری |
چگالی ویژه |
034/0 |
11/ 1153 |
000/0 |
ضریب کربن |
038/0 |
01/2 |
ns 083/0 |
همان طور که در جدول مشاهده میشود بین چگالی ویژه تنه درختان گونههای جنگل مورد مطالعه اختلاف معنیدار وجود دارد (01/0 < P) در صورتیکه تغییرات ضریب کربن تنه درختان گونههای مختلف معنیدار نبود (05/0 > P).
نتایج آزمون توکی نشان میدهد که در میان درختان گونههای مختلف مورد مطالعه در جنگل آمیخته راش گلندرود، تنه درختان بلوط دارای حداکثر چگالی ویژه و تنه درختان توسکای ییلاقی دارای حداقل ارزش معنیدار میباشد (جدول 2). همچنین مطابق جدول 3 بطور میانگین ضریب کربن محاسباتی در جنگل آمیخته راش گلندرود تقریبا 57 درصد معرفی شد که در میان گونههای مختلف دارای تغییرات معنیداری نبود.
جدول 2- میانگین (± اشتباه معیار)، کمینه و بیشینه چگالی ویژه
چگالی ویژه گونههای درختان |
کمینه |
بیشینه |
میانگین |
راش |
60/0 |
62/0 |
d 002/0 ± 60/0 |
بلوط |
79/0 |
84/0 |
a 008/0 ± 81/0 |
ممرز |
61/0 |
64/0 |
c 004/0 ± 63/0 |
پلت |
48/0 |
49/0 |
f 001/0 ± 49/0 |
شیردار |
56/0 |
56/0 |
e 001/0 ± 56/0 |
زبان گنجشک |
60/0 |
61/0 |
d 002/0 ± 61/0 |
آزاد |
73/0 |
74/0 |
b 001/0 ± 74/0 |
خرمندی |
56/0 |
58/0 |
e 003/0 ± 57/0 |
نمدار |
47/0 |
48/0 |
f 006/0 ± 48/0 |
توسکای ییلاقی |
44/0 |
46/0 |
g 002/0 ± 45/0 |
جدول 3- میانگین (± اشتباه معیار)، کمینه و بیشینه ضریب کربن
ضریب کربن % گونههای درختان |
کمینه |
بیشینه |
میانگین |
راش |
84/ 56 |
11/57 |
a 1/0 ± 95/ 56 |
بلوط |
21/57 |
72/57 |
a 2/0 ± 27/57 |
ممرز |
97/56 |
77/57 |
a 10/0 ± 11/57 |
پلت |
21/57 |
28/57 |
a 44/0 ± 24/ 57 |
شیردار |
98/56 |
12/57 |
a 16/0 ± 03/57 |
زبان گنجشک |
15/57 |
19/57 |
a 11/0 ± 17/57 |
آزاد |
99/56 |
54/57 |
a 20/0 ± 11/57 |
خرمندی |
09/57 |
28/57 |
a 14/0 ± 19/ 57 |
نمدار |
14/57 |
18/57 |
a 16/0 ± 4/57 |
توسکای ییلاقی |
21/57 |
22/57 |
a 22/0 ± 21/57 |
فرآیند مدلسازی آلومتریک ترسیب کربن تنه تجاری جنگل آمیخته راش: نتایج حاصل از ارائه مدلهای تک متغیره توانی و نمایی حاوی متغیر قطر برابر سینه و یا ارتفاع تنه جنگل مورد مطالعه در جدول 4 نمایش داده شده است. از ارایه مدلهای مبنی بر چگالی ویژه بدلیل عدم دقت قابل ملاحظه و برازش نامناسب صرفنظر شد. بر اساس شاخصهای اعتبارسنجی ارائه شده در جدول 4، مدلهای توانی دارای دقت پاسخگویی بیشتری نسبت به مدلهای نمایی بودند. با توجه به نتایج حاصل از مدلسازی در جدول 4 مشاهده میشود که مدل توانی حاوی قطر برابرسینه دارای حداکثر دقت برآورد نسبت به دیگر مدلهای ارائه شده میباشند. از اینرو میتوان گفت که مدل 1 بر اساس اولویت دارای بهترین برازش در بین 4 مدل ارائه شده دیگر در جدول 4 میباشد (شکل 1).
برازش غیرخطی بین قطر برابرسینه و ترسیب کربن تنه در مدل پایه آلومتریک (مدل توانی) در شکل 1 نشان داده شده است.
در ادامه فرآیند مدلسازی با استفاده از متغیرهای ترکیبی نتایج مطابق جدول 5 نشان میدهد که مدل نمایی بازتبدیلی بر حسب لگاریتم ترکیب مربع قطر برابر برابرسینه، ارتفاع تنه و چگالی ویژه (02/1 = CF) دارای بیشترین دقت محاسباتی تا این مرحله از مدلسازی هستند. البته با توجه به مقادیر عددی کلیه شاخصهای اعتبار سنجی نتایج حاصل از مدلسازی نشان داد که مدل 5 مبنی بر لگاریتم حاصلضرب مربع قطر برابر سینه در ارتفاع تنه نیز دارای دقت برآوردی قابل قبول میباشند که البته از لحاظ الویت محاسباتی پس از احتساب مدل 8 دارای اعتبار میباشد (جدول 4).
شکل1- برازش غیرخطی بهینه بین قطر برابرسینه و ترسیب کربن تنه تجاری جنگل آمیخته راش در منطقه
بطور کلی نتایج مربوط به جدول 4 و 5 نشان دادند که مدلهای حاوی ارتفاع تنه تجاری و چگالی ویژه تنه بدون احتساب قطر برابرسینه دارای دقت قابل توجهی نیستند. شکل 2 برازش خطی لگاریتم طبیعی بین حاصلضرب مربع قطربرابرسینه در ارتفاع تنه در چگالی ویژه و لگاریتم طبیعی ترسیب کربن تنه تجاری جنگل آمیخته راش را در منطقه مورد مطالعه نشان میدهد.
جدول 4- نتایج تحلیل پارامترهای مدلهای تک متغیره توانی و نمایی
شماره مدل |
مدلهای آلومتری |
a |
b |
Adj.R2 |
RMS |
SEE |
AIC |
S % |
1 |
Y = a × (D)b |
030/0 |
5/2 |
841/0 |
137/0 |
371/0 |
06/344- |
83/29 |
2 |
Y = a × (H)b |
06/2 |
25/2 |
465/0 |
458/0 |
677/0 |
76/133- |
29/66 |
3 |
Y = a × Exp (b × D) |
21/68 |
04/0 |
814/0 |
160/0 |
40/0 |
9/317- |
11/34 |
4 |
Y = a × Exp (b × H) |
55/94 |
146/0 |
454/0 |
468/0 |
684/0 |
16/130- |
70/67 |
a، b:ضرایب پارامتری مدل، D: قطر برابرسینه بر حسب سانتیمتر، H: ارتفاع تنه بر حسب متر، Y: ترسیب کربن بر حسب کیلوگرم، Adj.R2 :ضریب تبیین تعدیل یافته، RMS: میانگین مربعات باقیماندهها، SEE: اشتباه معیار تخمین، AIC: ضریب اطلاعات آکاییک، S: میانگین انحراف معیار
جدول 5- نتایج تحلیلی پارامترهای مدلهای تک متغیره شامل متغیرهای ترکیبی
شماره مدل |
مدلهای آلومتری |
a |
b |
Adj.R2 |
RMS |
SEE |
CF |
AIC |
S % |
5 |
Y = Exp [a + b ln (D2×H)] |
37/4- |
02/1 |
896/0 |
089/0 |
299/0 |
04/1 |
06/418- |
16/26 |
6 |
Y = Exp [a + b ln (D2×WD)] |
75/2- |
24/1 |
884/0 |
099/0 |
315/0 |
05/1 |
58/400- |
55/27 |
7 |
Y = Exp [a + b ln (H×WD)] |
64/2 |
94/1 |
478/0 |
447/0 |
668/0 |
25/1 |
23/138- |
55/82 |
8 |
Y = Exp [a + b ln (D2×H×WD)] |
85/3- |
02/1 |
94/0 |
052/0 |
228/0 |
02/1 |
31/513- |
67/16 |
a، b: ضرایب پارامتری مدل، D: قطر بابرسینه بر حسب سانتیمتر، H: ارتفاع تنه بر حسب متر، WD: چگالی ویژه بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب، Y: ترسیب کربن بر حسب کیلوگرم، Adj.R2 : ضریب تبیین تعدیل یافته، RMS: میانگین مربعات باقیماندهها، SEE: اشتباه معیار تخمین، CF: فاکتور تصحیح، AIC: ضریب اطلاعات آکاییک، S: میانگین انحراف معیار
شکل2- برازش خطی بهینه بین ترکیب مربع قطر برابرسینه در ارتفاع تنه در چگالی ویژه و ترسیب کربن تنه تجاری جنگل آمیخته راش
جدول 6 کلیه مدلهای خطی چندگانه حاوی چند متغیر مستقل را نشان میدهد. نتایج حاصل از آزمون همخطی در مدلسازی نشان داد که کلیه مدلهای ارائه شده دارای اعتبار محاسباتی (10< VIF) میباشند (جدول 6). همان طور که مشاهده میشود رگرسیون خطی چندگانه حاوی متغیر مستقل قطر، ارتفاع و چگالی ویژه دارای دقت غیرقابل قبول میباشد در صورتیکه مدل نمایی بازتبدیل شماره 11 و 12 حاوی رگرسیون لگاریتمی خطی چندگانه دارای حداکثر دقت برآورد ترسیب کربن تنه تجاری جنگل آمیخته راش در منطقه مورد مطالعه میباشند. باید در نظر داشت که بر اساس اولویت، مدل نمایی بازتبدیلی شماره 12 حاوی لگاریتم متغیر ترکیبی مربع قطر و ارتفاع و متغیر چگالی ویژه با تعداد پارامترهای کمتر در اولویت محاسباتی قرار دارد هرچند که اختلاف بسیار جزئی بین مدل 11 و 12 مشاهده میشود (جدول 6).
جدول 6- نتایج تحلیلی پارامترهای مدلهای تجربی
شماره مدل |
مدلهای آلومتری |
a |
b |
c |
k |
Adj.R2 |
RMS |
SEE |
CF |
VIFmax |
AIC |
S % |
9 |
Y = a + b (D) + c (H) + k (WD) |
07/3764- |
07/36 |
23/69 |
2/2716 |
851/0 |
9/173505 |
54/416 |
- |
34/1 |
1/2099+ |
77/49 |
10 |
Y= Exp [a + bln(D) + c ln (H)] |
36/4- |
11/2 |
916/0 |
- |
896/0 |
089/0 |
298/0 |
04/1 |
38/1 |
32/419- |
05/27 |
11 |
Y= Exp [a + bln(D) + c ln (H) + k ln (WD)] |
74/3- |
09/2 |
916/0 |
11/1 |
94/0 |
051/0 |
226/0 |
02/1 |
38/1 |
22/516- |
08/16 |
12 |
Y= Exp [a + bln(D2×H) + c ln (WD)] |
75/3- |
01/1 |
11/1 |
- |
94/0 |
051/0 |
226/0 |
02/1 |
11/1 |
18/516- |
34/15 |
a، b و c: ضرایب پارامتری مدل، D: قطر بابرسینه بر حسب سانتیمتر، H: ارتفاع تنه بر حسب متر، WD: چگالی ویژه بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب، Y: ترسیب کربن بر حسب کیلوگرم، Adj.R2 : ضریب تبیین تعدیل یافته، RMS: میانگین مربعات باقیماندهها، SEE: اشتباه معیار تخمین، CF: فاکتور تصحیح، VIF: فاکتور تورم واریانس، AIC: ضریب اطلاعات آکاییک، S: میانگین انحراف معیار
شکل 3 و 4 برای نمایش صحت و اعتبار محاسباتی، بترتیب برازش تخمین ترسیب کربن تنه با استفاده از مدلهای 11 و 12 را با ترسیب کربن واقعی نشان میدهد. در حقیقت، اشکال زیر رابطه خطی بین برآوردهای حاصل از مدل-های مذکور و مشاهدات حاصل از اندازهگیری را نشان میدهند.
شکل 3- رگرسیون خطی بین ترسیب کربن تخمینی حاصل از مدل شماره یازده و مشاهدات ترسیب کربن تنه تجاری جنگل آمیخته راش
شکل 4- رگرسیون خطی بین ترسیب کربن تخمینی حاصل از مدل شماره دوازده و مشاهدات ترسیب کربن تنه تجاری جنگل آمیخته راش
بحث و نتیجهگیری
نتایج حاصل از اندازهگیری چگالی ویژه و ضریب کربن محاسباتی در رابطه با مقادیر وزنی ترسیب کربن در جنگل مورد مطالعه نشان داد که در واقع چگالی ویژه و بتبع آن مقادیر زیتوده (وزن خشک) مهمترین عامل تمایز بین میزان ذخایر کربن آلی درختان گونههای مختلف در یک دامنه قطری و ارتفاعی معین میباشد. این موضوع از آنجا نشأت میگیرد که اختلاف معنیداری بین چگالی خشک تنه پایههای گونههای مختلف درختان در منطقه مورد مطالعه وجود دارد. اما ضریب کربن محاسباتی بین کلیه پایههای درختان از گونههای مختلف دارای تغییرات معنیداری نبود. این مهم نشان میدهد که در یک جنگل آمیخته راش در مرحله بلوغ (مرحله گذار در مراحل توالی با توجه به دامنه قطری و ارتفاعی مشهود در تحقیق حاضر) کلیه درختان اشکوبهای مختلف به لحاظ جذب و میزان انباشت کربن اتمسفری در مرحله تعادلی کلیماکس قرار دارند. این بدین معنیاست که در یک واحد حجمی و جرمی ثابت تنه درختان در جنگل مورد مطالعه مقدار ثابتی کربن وجود دارد. Caparros و Jacquemont (2003) در تحقیقات خود گزارش دادند که درختان در اوایل دوران رشد دارای نرخ جذب کربن بیشتری هستند ولی در اواخر مراحل رویشی رشد که در واقع بنوعی زمان بهرهبرداری است، نرخ آن بسته به نوع جنس و گونههای درختان کاهش پیدا میکند. البته این بدین معنی است که مقدار موجودی ذخایر کربن در اواخر روند رویشی، شاید دیگر افزایش پیدا نکند ولی به هیچ وجه از میزان آن کاسته نمیشود (15). با توجه به این تفاسیر میتوان اذعان داشت که "نرخ" جذب کربن اتمسفری در اوایل دوران رویش در گیاهان زیادتر میباشد و لذا مقایسه ضریب کربن در واحد حجمی و جرمی ثابت در دوران ابتدایی رویش بین گونههای مختلف این موضوع را بهتر روش میسازد. از طرفی، با توجه به معنیداری تغییرات چگالی خشک تنه گونههای مختلف درختان میتوان استنباط کرد که میزان رطوبت موجود در تنه درختان گونههای مختلف نیز متفاوت میباشد. از اینرو با توجه به شرایط رویشگاهی جنگل مورد مطالعه میزان رطوبت نیز میتواند عامل تاثیرگذار در میزان ترسیب کربن تنه درختان محسوب شود. در ارتباط با تمام موارد عنوان شده یکی از مهمترین عاملهایی که معرف میزان ذخایر کل کربن بین پایهها و گونههای مختلف درختان میباشد، ویژگیهای زیستفیزیک درختان (قطر، ارتفاع، چگالی، زیتوده) میباشد (7، 10 و 17). از اینرو در کلیه مدلسازی آلومتریک برای برآورد زیتوده و ترسیب کربن اندامهای مختلف رویزمینی درختان از کمیتهای قطربرابرسینه، ارتفاع و چگالی ویژه استفاده میشود (10، 16، 17 و 21).
در بسیاری از مطالعات بدلیل عدم ایجاد شرایط اندازهگیری با روش تخریبی، معمولا برآورد زیتوده و ترسیب کربن با استفاده از حاصلضرب حجم، چگالی خشک و ضریب کربن بدست میآید که در شرایط تخمین کلی، چگالی درختان میانگین در جنگل و ضریب کربن 50 درصد برای محاسبه تخمینی ترسیب کربن اندام مربوطه درختان استفاده میشود (23، 28 و 32). یا اینکه برای افزایش دقت برآورد؛ چگالی خشک و ضریب کربن درختان جنگل بطور مستقیم اندازهگیری و محاسبه میشود و در نهایت ترسیب کربن روی زمینی درختان برآورد میشود. ولی حقیقت این است که توزیع زیتوده در قسمتهای مختلف درختان بخصوص در راستای عرضی و عمودی تنه درختان بسیار نامتقارن و غیر یکنواخت میباشد. از اینرو برآورد حجم نمیتواند بیانگر وزن خشک باشد (8، 19، 25 و 27). از اینرو بین برآورد حاصل از رابطه فوق و اندازهگیری یا مدلسازی، خطای محاسباتی بسیار زیادی وجود دارد که در صورت محاسبه مقادیر ترسیب کربن در واحد سطح از یک توده یا جنگل ممکن است تا چندین تن اختلاف برآورد وجود داشته باشد (22). از اینرو، مدلسازی آلومتریک منوط به اندازهگیری حاصل از روش تخریب میتواند بعنوان بهترین روش برآورد واقعی ترسیب کربن با حداقل خطا محسوب شود (7). یکی از مهمترین مزایای تبیین معادلات آلومتریک استفاده آن برای کل جنگل بخصوص برای جنگلهای آمیخته در یک رویشگاه میباشد. البته در صورت همسانی شرایط رویشگاه و تشابه در ترکیب و آمیختگی گونهها معادلات مذکور قابل استفاده برای جنگلها یا رویشگاههای مجاور (حتی در سطح منطقهای و یا جهانی) نیز میباشند (16). در مدلسازی حاصل از تحقیق حاضر مطابق با سایر نتایج مطالعات مختلف مدلسازی در جنگلهای بیومهای مختلف (16، 17، 19، 22، 25 و 29)، قطر برابر سینه بعنوان مهمترین عامل برای برآورد متغیر پاسخ (ترسیب کربن تنه) معرفی شد. البته تمام مطالعات مذکور اذعان داشتند که قطر برابر سینه دارای بیشترین همبستگی با میزان زیتوده (و ترسیب کربن) درختان جنگل میباشد. در این تحقیق کلیه مدلهای ارائه شده بنوعی برای کل رویشگاه جنگل آمیخته راش در منطقه مورد مطالعه محسوب میشود که در مستندات علمی بینالمللی از آن بعنوان Site-specific allometric equation یاد میشود. بنابراین با توجه به اینکه مطالعات مذکور نسبت به معادلات آلومتریک مربوط به یک گونه (Species-specific allometric equations) دارای دقت برآوردی کمتر میباشد (7 و 22) از اینرو در فرآیند مدلسازی و ارائه ویژگیهای زیستفیزیکی درختان علاوه بر قطر برابر سینه از ارتفاع تنه و چگالی ویژه نیز برای افزایش دقت مدلهای تحت آزمون استفاده شد. در این میان ابتدا از مدل توانی و مدل نمایی بعنوان مدل پایه آلومتریک برای نمایش برازش غیر خطی ترسیب کربن تنه درختان جنگل مورد مطالعه استفاده شد. در این خصوص میتوان به پژوهش سهرابی و شیروانی (1391) پارساپور و همکاران (1392) بترتیب در رابطه با برآورد زیتوده تنه درختان بنه و انواع گونههای صنوبر نام برد که از مدل توانی و نمایی با استفاده از متغیرهای قطر و ارتفاع استفاده کردند که در تمام موارد مدلهای توانی دقت بیشتری از برآورد را نشان دادند. در تحقیق حاضر نیز کلیه مدل توانی بر حسب قطر برابر سینه و ارتفاع تنه دارای دقت بیشتری از مدلهای نمایی بودند. در ادامه مدلسازی با تبدیل مدل توانی به مدل لگاریتم خطی بر حسب متغیر ترکیبی لگاریتم مربع قطر برابر سینه و ارتفاع تنه دقت مدل افزایش یافت و به همین نحو با اضافه کردن چگالی خشک به ترکیب مذکور روند افزایشی دقت محاسباتی بترتیب تقزیبا از 14/0 = RMS و 37/0 = SEE به 05/0 و 23/0 کاهش یافت. لذا با توجه به دیگر شاخصهای اعتبارسنجی از جمله ضریب تصحیح، ضریب اطلاعات آکاییک و میانگین انحراف معیار واضح است که کمیتهای ارتفاع و چگالی در ترکیب با قطر برابرسینه نیز عامل تاثیرگذار در بهبود روند دقت محاسباتی مدلهای آلومتریک محسوب میشود. در این مورد از کلیه مدلهای تجربی با ترکیب و عاملهای توصیفی مختلف در مدل خطی چندگانه برای رسیدن به حداکثر دقت محاسباتی ترسیب کربن تنه تجاری درختان استفاده شد (7، 17 و 29). در این خصوص اگر چه دقت برآورد ترسیب کربن تنه تجاری جنگل مورد مطالعه افزایش پیدا کرد ولی روند آن بسیار کند و ناچیز بود. لذا بر اساس مقادیر ضریب اطلاعات آکاییک بدست آمده و میانگین انحراف معیار در بخش نتایج؛ بسته به هدف استفاده ابزاری از این مدلها، ترجیحا مدلهای بهینه که دارای تعداد پارامترهای کمتری هستند (مدل 8) استفاده میشوند.
با استفاده از مدلهای بهینه معرفی شده در تحقیق حاضر، در واقع میتوان ارزش ذخایر کربن آلی را در تنه درختان بصورت عددی و در نهایت در تبدیل ارزش ریالی، بطور واضح نشان داد. در حقیقت، این موضوع برای جنگلبانان مشخص خواهد شد که در صورت حفظ درختان جنگلی (چوبهای تجاری) و عدم بهرهبرداری، میزان ارزش پولی باقیمانده مربوط به ذخایر کربن موجود در تنه درختان با توجه به نرخ قیمت آنها در بانکهای جهانی تا چه حدودی قابلیت جبران برای عدم کسب درآمد مالی حاصل از فروش چوب را بدنبال دارد. از اینرو با ارائه مدلهای بهینه آلومتریک در سطح وسیعی از جنگلهای مذکور، مقادیر ترسیب کربن محاسبه شده و نتایج حاصل را میتوان برای رفع ابهامات موجود در خصوص حفظ یا خروج چوبهای صنعتی استفاده کرد. اگر چه خیلی روشن است که دیگر خدمات اکولوژیکی جنگلهای مذکور همچون حفظ پایداری خاک و جلوگیری از فرسایش آن، جلوگیری از سیلاب، حفظ منابع آب، تعدیل گردش جریانات جوی در سطوح میکروکلیما یا ماکروکلیما نیز بنوعی دارای ارزشهای بیبدیل هستند که در مجموع قابل قیاس با عرضه تجاری چوبهای صنعتی نیستند.