بازسازی بیش از یک قرن کمینه دمای ماهانه نیمه سرد سال از روی حلقه های درختی ‏بلوط ایرانی ‏‎(Quercus persica)‎‏ در جنگل های زاگرس (مطالعه موردی منطقه دنا)‏

مقدمه

تغییرات محیطی و متغیرهای اقلیمی، مهمترین عامل در توزیع گیاهان (سانی^[1] و همکاران، 2010، ص1080) و پراکندگی گونه های متنوع  گیاهی در مناطق مختلف هستند. با مطالعه پارامترهای فیزیکی درختان می‏توان تغییرات اقلیم را در طول زندگی درخت، بازسازی نمود (لودر^[2] و همکاران، 2007، فصل3). همچنین حلقه‏های درختی می‏توانند داده‏های پالئوکلیمایی را برای دوره‏های زمانی فاقد داده فراهم نمایند (سوآرز^[3] و همکاران، 2009، ص184). طبق مطالعات انجام شده، ثابت شده که انواع گونه های بلوط، ارزش مطالعات اقلیم شناسی درختی را در خود دارند (پن^[4] و همکاران، 1997، ص78).

در سطح جهان مطالعات گسترده ای در ارتباط با بازسازی متغیرهای اقلیمی با استفاده از دانش اقلیم شناسی درختی صورت گرفته است. در آمریکای شمالی به ویژه در منطقه آپالاش، کوههای راکی و غرب آمریکا (ویلسون^[5] و لاکمن 2002، فلاور و اسپیر^[6] 2011) و نیز خشکسالی های محلی و منطقه‏ای در این ناحیه(فریتز^[7] 1962، آریگو^[8] و همکاران 1999)، مطالعات زیادی انجام شده است. آنها توانسته‏اند دوره‏های خشکسالی محلی، دماهای ماهانه، فصلی و سالانه را با استفاده از این دانش بازسازی نمایند. مطالعات آنها نشان می دهد، مناطقی که دارای حداقل های دمایِ پایین هستند، حداکثرهای دمای منطقه با پهنای دوایر رویشی همبستگی مثبت خواهد داشت. همچنین تحقیقات متعددی در چین و فلات تبت، در این ارتباط صورت گرفته است که می‏توان به کارهای لیانگ^[9] و همکاران(2007)، یانگ بلات و لاکمن^[10](2008)، فان^[11] و همکاران(2008، 2010)، لیو^[12]و همکاران(2010)، های^[13] و همکاران(2011)، اشاره کرد. از جمله دستاوردهای آنها می توان به بازسازی دمای تابستان، برای حوضه رودخانه یانگ‏تسه در فلات تبت در یک دوره 379 ساله، بازسازی دمای حداکثر ژوئن-جولای برای جنوب غرب یوکان، طی 300 سال گذشته، بازسازی دمای سالانه در کوه های هنگدوان مرکزی چین، بررسی تغییر پذیری دمای آگوست از 1585 میلادی در جنوب شرقی تبت، بررسی تغییر پذیری دمای آگوست از سال 1385 میلادی در جنوب شرقی فلات تبت با استفاده از دوایر رویشی درختی، اشاره نمود. آنان عقیده دارند که دهه های 1810، 1860، 1880 و 1960، دهه های سرد و دهه های 1780، 1850، 1940 و 1960 و دو دهه اخیر از دهه های گرم منطقه بوده اند و روند گرمایشی قرن 20 در شش قرن گذشته
بی‏سابقه بوده است. همچنین می توان از مطالعات جاکوبی^[14] و همکاران(2004، ص303)، نام برد که اقدام به بازسازی دما و رابطه آن با نوسان دهه آرام^[15]، با استفاده از حلقه های درختی درختان کهنسال بلوط^[16]، برای جزایر کوریل(روسیه) طی یک دوره 400 ساله، نموده اند و نشان دادند، بین شاخص حلقه های درختی و میانگین بیشینه دمای تابستان(خرداد-شهریور)، بالاترین همبستگی^[17] معنادار وجود دارد. فرانک^[18] و اسپیر(2005، ص1437) نیز، اقدام به بازسازی و مقایسه دمای ثبت شده با داده های به دست آمده از طریق شبکه ای از گاه شناسی^[19] دوایر رویشی در آلپ نموده اند. آنها توانستند میانگین دمای منطقه مورد مطالعه را برای دو مقطع زمانی ژوئن‏آگوست و آوریل- سپتامبر تا سال 1600 با استفاده از روش رگرسیونی بازسازی کنند و یا کوسه^[20] و همکاران( 2011، ص438)، (کوسه و گانر^[21]، 2012)، (آگم^[22]، 2011)، با انجام یک تحلیل رگرسیونی، اقدام به بازسازی بارش می- ژوئن و دوره های خشک و مرطوب و نیز بازسازی دما، در غرب آناتولی نمودند.

 از جمله کارهای انجام شده در ایران می توان به کار تابان(1368) در منطقه کرمانشاه، جهانبازی و همکاران (1380) در منطقه چهار محال و بختیاری، پور سرتیپ (1384) در منطقه چهار باغ گرگان، سوسنی و همکاران (1387) در جنگل های بدرآباد خرم آباد، بالاپور و همکاران(1387) در جنگل های محدوده شرکت نکا چوب، جلیلوند و کاظمی (1387) در شمال ایران، پورطهماسی و همکاران (1387) در زاگرس، اشاره نمود که با استفاده از یک تحلیل رگرسیونی و ضرایب همبستگی پیرسون، اقدام به مطالعه رویش قطری و حجمی تنه درختان بلوط و نیز به تأثیر دما و بارش و رابطه بین رویش قطری، سن و ارتفاع درختان پرداخته اند از جمله کارهای دیگر انجام شده می‏توان به مطالعات صفاری و همکاران(1390) در منطقه تلیم رود تنکابن اشاره کرد که با استفاده از ضرایب همبستگی پیرسون، اقدام به مطالعه اثر متغیرهای اقلیمی به ویژه بارندگی، دما و رطوبت نسبی بر حلقه های رویشی چوب گونه بلوط پرداخته اند.آنها عقیده دارند که میان بارش آذر، دمای دی، بهمن و اسفند ماه و پهنای دوایر رویشی یک رابطه معنادار منفی وجود دارد. کرم زاده و همکاران (1390) نیز با استفاده از ضرایب همبستگی پیرسون در منطقه ی سراوان گیلان، به یک رابطه  معناداری بین دما و بارش و رشد عرضی حلقه های رویشی رسیده اند، آنان به رابطه مثبتی بین بارش در ماه‏های اردیبهشت تا تیر و به رابطه ای منفی میان حداکثر دمای تیر و حداقل دمای آبان، با پهنای رویشی حلقه‏های درخت بلوط اشاره داشته اند. همچنین می‏توان به کارهای نجفی و همکاران(1390)، امیرچخماقی و سهرابی(1389)، عزیزی و همکاران(1391)، ارسلانی و همکاران (1391)، اشاره نمود. این مطالعات بیشتر در جنگل های زاگرس صورت گرفته است. این محققین نیز با استفاده از یک تحلیل رگرسیونی و ضرایب همبستگی پیرسون، اقدام به مطالعه روابط رویش- اقلیم نموده اند. از دستاوردهای آنها می توان به بازسازی تغییرات بارش اکتبر- می استان کرمانشاه با استفاده از حلقه‏های درختی بلوط مازودار^[23]،بازسازی تغییرات دما و بارندگی زاگرس میانی با استفاده از حلقه‏های درختی بلوط اشاره نمود. آنان ضمن مشخص کردن دهه‏های خشک و مرطوب منطقه طی 300 سال گذشته، به این نتیجه رسیده اند که در دهه‏های پایانی قرن20، بارش منطقه به طور محسوسی کاهش یافته است و دمای حداکثر منطقه یک روند صعودی داشته است. همچنین آنان، پایین‏ترین و بالاترین دماهای حداکثر منطقه را نیز بازسازی نموده اند.

عدم اطلاع کافی از وضعیت اقلیم گذشته بزرگترین رویشگاه گونه بلوط ایرانی در منطقه دنا به دلیل در دست نبودن داده‏های بلندمدت اقلیمی، فقر مطالعات اقلیم شناسی درختی در منطقه، مطالعه گسترده و بازسازی پارامترهای اقلیمی گذشته منطقه را می طلبد که این مطالعه در راستای این اهدف است.

2-مواد و روشها

منطقه دنا با موقعیت °12/51 تا° 88/51 طول شرقی و° 51/30 تا° 30/31 عرض شمالی با مساحتی حدود 4500 کیلومتر مربع، در قسمت زاگرس مرکزی، بخش هایی از استانهای اصفهان، چهارمحال و بختیاری، فارس و استان کهکیلویه و بویراحمد را در بر گرفته است (شکل 1). پست ترین ارتفاع منطقه از سطح دریا  1345 متر و بلندترین نقطه ی آن 4407 متراست. ارتفاع متوسط منطقه 2150 متر است.

برای بازسازی کمینه دمای ماهانه، داده های 3 ایستگاه هواشناسی پاتاوه، دشت روم و یاسوج، در داخل منطقه انتخاب و داده‏های 30 ساله (1390-1361) آنهامورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

شکل 1. موقعیت منطقه دنا، ایستگاه های هواشناسی و رویشگاه های نمونه برداری

میانگین، میانگین بیشینه و کمینه ی دمای منطقه به ترتیب 14، 23 و 3/5 درجه سانتی گراد و میانگین مجموع  بارش 30 ساله منطقه 643 میلی متر است. در طبقه بندی دمارتن[24] و آمبرژه[25]، منطقه دنا، در اقلیم نیمه مرطوب تا نیمه مرطوب سرد قرار گرفته است.

جدول 1. مشخصات رویشگاهی جنگل های بلوط ایرانی منطقه دنا

این مطالعه به دو بخش تقسیم شده است. در قسمت نخست واکنش حلقه های درختی به متغیرهای اقلیمی بررسی شده و در بخش دوم، اقدام به بازسازی دمای ماهیانه نیمه سرد سال، از روی حلقه های رویشی شده است. با این هدف، سه رویشگاه غالب گونه بلوط در منطقه انتخاب (جدول 1) و 52 نمونه رویشی در دو برای جغرافیایی جنوب غربی و شمال شرقی در قطر برابر سینه (130 سانتی متری تنه)، عمود بر تنه درخت، با استفاده از مته سال سنج^[26]در زمان حداکثر رشد و نمو گیاه، در تابستان(شهریور ماه) 1390 استخراج شدند.

پس از اسکن نمونه ها، شمارش و اندازه گیری حلقه های سالیانه به کمک نرم افزار اتوکد و نیز دستگاه اندازه گیری LINTAB5 که مجهز به نرم افزار TSAP است، با دقت 01/0 میلی متر از سمت پوست به مغز اندازه گیری شد. همخوانی زمانی^[27] دو نمونه از هر درخت و تمامی درختان رویشگاه با استفاده از نرم افزار TSAP انجام شد.

از آزمون علامت (GLK ^[28]) برای ارزیابی میزان هماهنگی و تطابق زمانی بین منحنی های رویشی درختان رویشگاه،

به کمک رابطه (1) استفاده شد(کوک، 1985):

 (1)             

در اینجاGLK، درصد تطبیق واریانس،  و  علامت اختلاف بین مقادیر پهنای حلقه‏های رویشی در سالiنسبت به سال قبل خود در نمودارx و y .

مقدار GLK بین صفر تا 100 درصد است (0<=GLK<=100). هر چه مقدار این آماره بیشتر باشد، حکایت از هماهنگی بیشتر بین نمونه ها است.

رویش سالیانه حلقه های هر درخت علاوه بر اقلیم، تحت تأثیر فاکتورهایی نظیر، سن درخت و عوامل غیر اقلیمی دیگری نیز قرار دارد. بنابر این، برای حذف گرایشات غیر اقلیمی، حلقه های رویشی توسط برنامه ARSTAN استانداردسازی شدند (کوک،1985). از بین چهار گاه شناسی (RES ,STDRAW ,ARS)ساخته شده توسط برنامه مذکور، گاه‏شناسی باقیمانده(RES)، بکار گرفته شد. این گاه شناسی سیگنال های بسیار ضعیف را به خوبی در سری زمانی حلقه های رویشی، حفظ می‏کند و برای مطالعات اقلیم شناسی درختی، مناسب است (کوک، 1985). کرونولوژی باقیمانده (RES)، میانگین باقیمانده مدل خودرگرسیونی سری‏های استاندارد شده است. همچنین کرونولوژی باقیمانده، فاقد روندهای طولانی مدت ناشی از همبستگی درونی رویش سالانه است، به همین دلیل در ارزیابی روابط رویش-اقلیم از این گاهشناسی استفاده شده است. برای گاه شناسی ساخته شده، میانگین حساسیت (M.S.)، نسبت سیگنال به اغتشاش (SNR) و میزان سیگنال تجمعی (EPS^[29])، (لیو و همکاران، 2011) نیز با استفاده از رابطه های زیر محاسبه شد.

میانگین حساسیت از رابطه‏های ( 2و 3 ) محاسبه
می شود:

=                     (2)      

MS=                 (3 )   

در اینجا:

  حساسیت حلقه سالیانه متعلق به سال i

MS میانگین حساسیت یک نمونه (در واقع سنجشی است از تفاوت نسبی در پهنای بین دو حلقه مجاور)

 پهنای حلقه رویشی در سال i

مقدار SNR از رابطه 4 محاسبه می شود :

  SNR=t                   (4)

در اینجا SNR نسبت سیگنال به اغتشاش

t تعداد درختان

 میانگین ضریب همبستگی بین درختان رویشگاه

مقدار EPS از رابطه 5 محاسبه می شود:

EPS _(t) =  (5)                      

   در اینجا EPS تجمع سیگنال، t تعداد درختان و  میانگین ضرایب همبستگی بین درختان است..بالا بودن مقدار سیگنال تجمعی (EPS)، حکایت از آن دارد که تعداد نمونه‏های  استخراج شده برای مطالعه اقلیم شناسی درختی منطقه، کافی به نظر می‏رسند.

بعد از تهیه گاه‏شناسی مناسب رویشگاه، در مرحله واسنجی با استفاده از نرم افزار SAS و با استفاده از همبستگی پیرسون، به رابطه میان گاه‏شناسی باقیمانده(RES) رویشگاه ها، با میانگین کمینه دمای ماهیانه نیمه سرد سال  ایستگاه های هواشناسی منطقه، طی یک دوره مشترک 30 ساله (2011-1982) پرداخته شد (جدول 2).

همچنین برای حذف روند احتمالی در داده های اقلیمی و امکان مقایسه سری زمانی حلقه‏های رویشی با متغیرهای اقلیمی، داده های درجه حرارت ماهیانه ایستگاه های منطقه نیز بر اساس رابطه 6، استاندارد شدند (فریتز، 1976).

Z_t =             (6)                

در اینجا zt مقدار استاندارد شده کمینه درجه حرارت در زمان t، x_t کمینه درجه حرارت در زمان t،mx میانگین بلند مدت کمینه درجه حرارت و sx  مقدار انحراف میانگین کمینه درجه حرارت
هستند.

جدول 2. مشخصات ایستگاه های هواشناسی مورد مطالعه در منطقه دنا

سپس با توجه به نتایج حاصله، اقدام به بازسازی کمینه دمای ماهانه منطقه از روی پهنای دوایر رویشی شده است. در ادامه، اعتبار داده های بازسازی شده با یک ایستگاه هواشناسی خارج از منطقه، مورد ارزیابی قرار گرفته است.

3-نتایج و بحث

3-1: همبستگی پهنای حلقه های رویشی با کمینه دمای ماهیانه نیمه سرد سال منطقه

بعد از انجام فرایند تطابق زمانی برای دو نمونه از هر درخت و میانگین‏گیری از آنها، منحنی رویشی تمام درختان رویشگاه ها از سال 1260 تا 1390، به دست آمد. از روی منحنی های رویشی، شاخص گاه‏شناسی رویشگاه ها، تهیه گردید. در شکل 2، منحنی میانگین شاخص گاه شناسی محاسبه شده سه رویشگاه، نشان داده شده است.

.

شکل 2. نمایش میانگین شاخص گاه شناسی رویشگاه های سی سخت، میمند و یاسوج در جنگل های بلوط ایرانی منطقه دنا در رشته کوه های زاگرس مرکزی ایران طی 131 سال گذشته(1390-1260).

..

شکل3: نمایش گاهشناسی باقیمانده رویشگاه سی سخت (کدSSQU )، میمند، (کدMYQU) و یاسوج(کد YAGU)

تعداد نمونه های استفاده شده در مطالعه اقلیم شناسی درختی منطقه دنا در رشته کوه های زاگرس مرکزی ایران توسط نرم افزار ARSTAN. a ، b و c، گاه شناسی باقیمانده رویشگاه سی سخت، میمند و یاسوج از سال 1876 تا 2011 به مدت 136 سال، پیکان قرمز رنگ آستانه EPS را سال 1881 نشان داده است، d تعداد نمونه های استخراج شده (18 نمونه رویشی برای هر رویشگاه) می باشند که 17 نمونه ی آن در گاه شناسی باقیمانده(RES) شرکت کرده اند

.

جدول 3. محاسبه میزان هماهنگی و تطابق زمانی بین گاه شناسی نمونه های استخراجی رویشگاه های سی سخت، میمند و یاسوج منطقه دنا، با استفاده از آزمون علامت^*(GLK)

*         مقدار عددی این آزمون بین 0 تا 100 است،  ** معنی دار در سطح 01/0

در شکل 3، منحنی گاه شناسی باقیمانده، مقدار آستانه و ضریب EPS و تعداد نمونه های استخراجی، بکار گرفته شده در این مطالعه، نشان داده شده است. همچنین در جدول های 3 هماهنگی بین نمونه های استخراجی، توسط آزمون علامت (GLK)، نشان داده شده است. این هماهنگی در تمامی رویشگاه ها، بین حداقل 4/75 تا حداکثر 6/92 محاسبه شده است

با انجام محاسبات ذکر شده، در نهایت ویژگی ها و مشخصات آماری گاه شناسی باقیمانده سه رویشگاه استخراج شد که نتایج آن در جدول 4، نشان داده شده است

.جدول4. ویژگی ها و مشخصات آماری گاه شناسی باقیمانده(RES) گونه بلوط ایرانی رویشگاه های سی سخت، میمند و یاسوج منطقه دنا در جنگل های زاگرس مرکزی ایران با استفاده از نرم افزار  ARSTAN.

^*معنی دار در سطح 01/0

.

        _* معنی دار در سطح 1/0، _** معنی دار در سطح 05/0، *** معنی دار در سطح 01/0

شکل 4. رابطه میان کمینه دمای نیمه سرد سال با گاه شناسی رویشگاه های منطقه دنا

بر اساس نتایج همبستگی پیرسون[30]، ارتباط میان پارامترهای اقلیمی و پهنای دوایر رویشی(شکل 4)، بین 45 تا 65 درصد، با ضرایب اثر مثت معنی دار بوده است. نتایج به وجود رابطه ای معنادار مستقیم، میان کمینه دما در نیمه سرد سال (قبل از فصل رویش) با پهنای دوایر رویشی اشاره دارند. صفاری و همکاران (1390، ص112)، شروع رشد گونه بلوط را با حداقل دمای 10 درجه در ماه دانسته اند، ثابتی (1382، ص42) و مهاجر(1385، ص 91) نیز به حدود این دما اشاره نموده اند

شکل 5. مقایسه کمینه دمای ماهانه نیمه سرد سال در سه دهه اخیر نسبت به یک قرن قبل از خود در منطقه دنا

در نیمه سرد سال (پاییز و زمستان)، در هر زمان دمای حداقل افزایش پیدا کرده، پهنای حلقه ها نیز روند افزایشی داشته است. هر چند در نیمه سرد سال رشد گیاه متوقف است ولی گیاه در طول این مدت عمل ذخیره سازی مواد غذایی را انجام داده که اثر آن در طول فصل رویش نمایان می شود (زارعان و همکاران، 2014). به همین دلیل در هر زمانی که دما افزایش یابد، عمل ذخیره سازی بهتر صورت می‏گیرد، در واقع با افزایش دما در زمان قبل از رویش، گیاه زودتر از خواب بیدار شده و فصل رشد زودتر فرا‏می‏رسد. بنابر این رابطه میان پهنای دوایر رویشی با کمینه دمای ماهانه نیمه سرد سال، مستقیم بوده است.

3-2: بازسازی[31] کمینه دمای ماهانه نیمه سرد سال، از روی پهنای حلقه های رویشی رویشگاه ها

در این مرحله با استفاده از یک تحلیل رگرسیونی خطی ساده و درجه دو، پارامترهای اقلیمی به عنوان متغیر وابسته و پهنای دوایر رویشی رویشگاه ها، به عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته شدند و مدل نهایی برآورد کمینه دمای ماهانه نیمه سرد سال، برای ایستگاه های هواشناسی منطقه تهیه شد که نتایج آن در شکل 5، آورده شده است.

میانگین ضریب تعیین رگرسیون خطی مدل های فوق در سطح اعتماد بالای 95 درصد، برای کمینه دمای ماهانه ایستگاه های منطقه به جز اسفند ماه، بین 362/0 تا  600/0، محاسبه شده است. لازم به ذکر است که از میان شش ماه نیمه سرد سال، به علت ضریب تعیین پایین مدل برآورد دمای اسفند ماه، از بازسازی کمینه دمای آن صرفه نظر شده است.

بر اساس دماهای بازسازی شده، کمینه دمای مهر، آبان ، دی و بهمن ماه سه دهه ی اخیر نسبت به یک قرن قبل از خود به ترتیب، 7/1، 1/0، 3/0 و 2/0 درجه سانتی گراد، افزایش را نشان می دهد و کمینه دمای آذر ماه سه دهه ی اخیر نسبت به یک قرن قبل از خود، یک کاهش حدود یک دهم درجه
(1/0- درجه) را داشته است (شکل 5).در مجموع بر اساس نتایج دماهای بازسازی شده در طول 131 سال گذشته(شکل 6)، پایین ترین کمینه دمای مهرماه، در سال‏های 1371(8/3 درجه) و 1368(3/4 درجه)، بالاترین کمینه دمای مهرماه، در سال‏های 1311(9/11 درجه) و 1329(1/11 درجه)، بوده است. پایین ترین کمینه دمای آبان ماه، در سال های 1311(0 درجه) و

.

شکل 6. مقدار کمینه دمای ماهانه بازسازی شده، بر اساس گاه شناسی باقیمانده سه رویشگاه سی سخت، میمند و یاسوج جنگل های منطقه دنا در ارتفاعات زاگرس مرکزی ایران طی یک دوره 131 ساله (1390-1260)

شکل 7. مقایسه کمینه دمای ماهانه نیمه سرد سال منطقه دنا با کمینه دمای ماهیانه ایستگاه سینوپتیک شهرکرد به عنوان ایستگاه شاهد طی 50 سال گذشته(1384-1334)، داده های واقعی مشترک دو ایستگاه از سال 1361 تا 1384، داده های واقعی ایستگاه شهرکرد با داده های بازسازی شده منطقه دنا از سال 1334 تا 1360.