روش‌های فنی برای تخمین سن درختان

 

نویسنده: محمدباقر لک، وبسایت تخصصی مکانیزاسیون کشاورزی، آرشیو 1391

چکیده:

تخمین سن درختان در تجارت چوب، مسائل جنگلبانی و دعواهای حقوقی مرتبط با منابع طبیعی دارای جایگاهی ویژه است. اغلب، این کار توسط کارشناسان خبره انجام می­‌گیرد و مبانی تجربی دارد و در مواردی با تفسیر عکس‌­های ­هوایی برداشته شده در یک بازه زمانی مشخص جنبه علمی‌تر می‌­یابد. امّا روش‌­های مهندسی برای انجام این کار می‌­تواند علاوه بر افزایش دقت، در روند ارزیابی تسریع بخشیده و مشکلات و محدودیت‌­های موجود را برطرف سازد. روش‌­های مبتنی بر برداشتن نمونه رویشی، استفاده از تصاویر ماهواره‌­ای و پردازش سیگنال­‌های صوتی جذبی و عبوری از تنه می‌­توانند گزینه‌­هایی باشند که جایگزین روش‌­های متداول شده یا موجب افزایش دقت این روش­‌ها شوند. در این مقاله سعی بر آنست تا روش‌­های مهندسی در تخمین سن درخت بررسی شده و جایگاه آن تبیین گردد.

واژگان کلیدی: پردازش سیگنال، دورسنجی، حلقه­‌های رشد

مقدمه

تجارت چوب (Sonmez و همکاران، 2007؛ Isaac و همکاران، 2011)، اعمال تیمار متناسب با سن درخت (Obreza و همکاران، 2008)، و رفع و رجوع دعاوی ملکی و حقوقی موجب شده است تا کارشناسان امر با لحاظ جمیع شرایط با حداکثر دقت در کمترین زمان ممکن سن درختان را تخمین بزنند. برای انجام این امر روش­‌های مختلفی به کار گرفته می‌­شود که اغلب مبتنی بر تجربه و لحاظ کردن نوع و اندازه درخت، شرایط رشد و سابقه کشت منطقه می‌­باشد. البته در مواردی که عکس هوایی با مقیاس مناسب موجود باشد؛ کارشناسان ذیصلاح با استفاده از استریوسکوپ (ابزاری برای برجسته‌بینی تصاویر هوایی که همپوشانی دارند) مبادرت به تفسیر عکس هوایی می‌­کنند. روش­‌های مبتنی بر اکوستیک نیز در اغلب موارد کارآمد هستند.

یافته‌­های Isaac و همکاران (2011) نشان داد که سن درخت و در دسترس بودن فسفر خاک فاکتورهای مهمی در چرخه کربن جمعیت­‌های طبیعی از درخت سنگالیا سنگال (Acasiasenegal) هستند. چه سن درخت و چه سطح فسفر خاک تأثیری بر انتشار دی‌­اکسید کربن خاک نداشتند. آنها دریافتند که مقدار کربن خاک زیر درختان بالغ بطور معنی‌­داری بیشتر از درختان جوان است و درصد نیتروژن حاصل از جو در درختان جوان 18% بیشتر از درختان بالغ است که نشان‌دهنده اینست که با افزایش سن، اتکای درخت به تثبیت نیتروژن کاهش می­‌یابد. همچنین تخمین‌­های معدنی شدن نیتروژن در خاک زیر درختان بالغ نسبت به درختان جوان بیشتر بود که نشان­‌دهنده تحریک فعالیت میکروبی و بیشتر در دسترس بودن برای جذب گیاه است (Isaac و همکاران، 2011).

روش تجربی

روش متداول در تعیین درخت رشد قطری آن می‌­باشد و البته تغییر نرخ رشد نیز گواهی است بر علت آن (Norton و همکاران، 1987). البته همیشه امکان مشاهده مقطع برش خورده از تنه درخت امکان­‌پذیر نمی‌­باشد و سن درخت با بررسی ابعاد آن متناسب با تخمین نرخ رشد تعیین می‌­شود (Isaac و همکاران، 2011).

از طرفی دیگر حجم پوست درخت نیز تابعی است از ضخامت پوست قطر درخت (Sonmez و همکاران، 2007). پوست، خارجی­‌ترین غلاف درخت است. اندازه‌­گیری قطر بعنوان سطح مقطع در ارتفاع سینه یک فرد نسبت به اندازه‌­گیری معادل آن بر روی پوست وابستگی بیشتری به حجم چوب دارد (Sonmez و همکاران، 2007). در ترکیه حجم درختان مخروطی با قطر روی پوسته در ارتفاع سینه محاسبه می‌­شود، البته ضخامت پوست در محاسبه حجم درخت ایستاده بازارپسند به حساب می‌آید و بستگی دارد به ارتفاع درخت (Philip، 1994؛ Kaipsiz، 1999؛ Atha و همکاران، 2005). قطر زیر پوست درختان ایستاده باید بصورت قطر روی پوست منهای دوبرابر ضخامت میانگین پوست محاسبه گردد (Meyer، 1946). سن درخت، شکل درخت، ساختار ژنتیکی، سلامتی، نرخ رشد، دوام پوست، موقعیت تنه درخت (Philip، 1994)، و ضخامت پوست نیز با توجه به موقعیت اقلیمی، شرایط محیطی مانند شیب، ظاهر و نوع خاک متنوع است (Laasasenaho و همکاران، 2005).

Sonmez و همکاران (2007) معادله زیر را برای تعیین ضخامت پوست دو طرف درخت بسط دادند:

ln(b)=α+β₁ln(d_1.3)+ β₂ln(t)

با توجه به رابطه بالا رابطه زیر را می­‌توان برای تخمین سن درخت استخراج کرد:

بطوریکه:

b: دوبرابر ضخامت پوستدر ارتفاع در سینه فرد؛ d_1.3: قطر در ارتفاع سینه فرد؛ t: سن درخت؛ α: یک مقدار ثابت؛ و β₁ و β₂ ضرایب هستند.

فرض اصلی استانداردسازی منحنی منطقه­‌ای اینست که وابستگی به سن برای همه نگاشت­‌های پهنای حلقه درخت از گونه‌­های یکسان که در یک ناحیه جغرافیایی همگن اقلیمی نمونه‌­گیری شده‌­اند بوسیله یک منحنی میانگین بنام منحنی منطقه­‌ای (RC) بخوبی ممکن است تشریح شود ( Yangو همکاران، 2011):

بطوریکه:

δR_i: پهنا یا دانسیته حلقه در سن بیولوژیکی ، و N: تعداد حلقه‌­ها در مجموعه حلقه درخت.

در یک منحنی منطقه­‌ای انتظار نمی‌­رود هیچ عامل تعیین رشدی بجز سن درخت نشان داده شود. Norton و همکاران (1987) معادله زیر را برای تعیین سن درخت پیشنهاد کردند:

 سن درخت = (r–p)/(d/n) + N

 بطوریکه:

r: شعاع هندسی، p: طول جزئی هسته، d: طول آخرین حلقه­‌های n، و N: تعداد کل حلقه­‌های موجود در هسته جزئی. همگی بر حسب میلی­متر

تقسیم‌­بندی‌­های هندسی تنه درخت (Norton و همکاران، 1987):

شکل1. حالات قرارگیری دوایر رشد درخت

Hayes و Pink اعتقاد دارند که استفاده از نمونه­‌رویشی روشی کم­‌هزینه و مؤثر برای نمونه­‌گیری غیرمخرب یک درخت است. قطر آن­ها 10 تا 16 میلی­متر بوده و با یک ابزار نمونه­‌گیری برداشته می­‌شوند. محل ایده‌­آل نمونه­‌گیری به گونه‌­ای است که مته از مرکز تنه عبور کند (شکل2).

شکل2. استفاده از نمو‌نه رویش (Jozsa، 1988).

مته­‌های نمونه‌­گیری رویشی ساخت فنلاند و سوئد هستند و اغلب آنها دارای پوشش تفلون می­‌باشند تا اصطکاک را به حداقل رسانده و مغزی­‌های با کیفیتی بگیرند هرچند که استفاده از این ابزار برای درخت کاملاً بی‌ضرر نیست (Jozsa، 1988).

روش‌­های نوین

در سال­‌های اخیر از فنّاوری‌­های سنجش از دور، پردازش سیگنال صوتی و (تصاویر هوایی و ماهواره‌­ای) برای تخمین سن درختان استفاده شده است. این رویکرد از آن روست که آسیبی به درخت وارد نشود و در تعریف کلی آزمون غیر تخریبی باشد.

تحلیل تنش-موج یک روش کارآمد و نسبتاً ساده برای بررسی مواد است. در مقایسه با روش­‌های آزمون غیرمخرب دیگر، سنجش تنش-موج برای چوب نسبتاً جدید است (Kawamoto و Williams، 2002؛ Beal، 2002). ویژگی‌­های چوب با توجه به گونه، نرخ رشد، مقدار رطوبت، نواقص، ناخالصی­‌ها و بسیاری عوامل دیگر متنوع است. پس، اینکه چند نمونه برش خورده از یک درخت از لحاظ بعضی ویژگی­‌ها تفاوت­‌های بیشتری نسبت به نمونه‌­های حاصل از گونه‌­های چوبی مختلف داشته باشند، چندان عجیب نیست (Rojas و همکاران، 2011).

آکوستیک این فرصت را می­‌دهد که بتوان خواص مکانیکی چوب، بویژه سختی آن را بطور غیرمخرب ارزیابی کرد (Grabianowski و همکاران، 2006). Omran و همکاران (1980) نشان دادند که مقادیر جذب صدا این قابلیت را دارد که بعنوان یک آزمون غیر مخرب و برای ارزیابی خواص مکانیکی چوب استفاده شوند. برای تعیین جذب صوت، نسبت موج ایستاده (SWR) ارزیابی شد:

در آزمون تنه یک درخت، امواج آکوستیک تمایل دارند که نواحی سرعت پایین (نواحی معیوب) را دور بزنند و مسیر پخش موج حاصله اغلب در بین سنسورها در خط مستقیم نیست (شکل3). بنابراین، سرعت­‌های ظاهری محاسبه شده برمبنای فاصله مستقیم بین دو سنسور اغلب دقیق نبوده و حساسیتی نسبت به مشخصات کم سرعت نواحی معیوب ندارند (Li و همکاران، 2012).

شکل3. اندازه­‌گیری انتقال مافوق صوت بر روی نمونه‌­های مکعبی کوچک (Li و همکاران، 2012).

سرعت صوت تحت تأثیر دو مشخصه مکانیکی مدول الاستیسیته و چگالی چوب است (Deflorio و همکاران، 2008):

بطوریکه:

v: سرعت موج تنش (متر بر ثانیه)، E: مدول الاستیسیته، و ρ: دانسیته چوب (گرم بر سانتی­متر مکعب)

در پژوهشی با استفاده از تصاویر ماهواره‌­ای رابطه بین بازتاب و ساختار جنگل را بررسی شد و معلوم شد که نواحی مرتفع و دشت بیشترین همبستگی را با بازتاب در باندهای TM3، 5، و 7 دارند (R2≥0.77, P<0.01). شدت این روابط بطور قابل ملاحظه‌­ای پس از در هم تنیدن تاج درختان کاهش یافته و دانسیته شاخه را نمی­‌توان از بازتاب تاج تخمین زد. سن درخت تنها در نواحی­‌ای بطور موثقی قابل تخمین است که رشد یکنواخت باشد و این در نواحی مرتفع کمتر اتفاق می‌­افتد (Puhr and Donoghue, 2000).

Carreiras و همکاران (2006) از فنّاوری سنجش از دور برای تخمین پوشش گیاهی جنگل­‌های بلوط مدیترانه‌­ای استفاده کردند. در این مقاله تأکید شده است مشخصه تراکم پایین کشت جنگل­‌های بلوط همیشه­‌سبز مدیترانه‌­ای تأثیر زیادی بر تخمین پوشش تاج درخت با استفاده از داده­‌های سنجش از دور دارد. بنابراین، پیشنهاد می‌­کنند که زمانی برای داده­‌برداری انتخاب شود که بیشترین تباین طیفی بین عوارض و سطح وجود داشته باشد.

  

نتیجه­‌گیری و پیشنهاد

در این مقاله روش‌های تخمین سن درختان عنوان شد:

1-     بررسی ابعاد درخت و برش تنه و شمارش حلقه­‌های رشد

2-     تهیه نمونه رویشی از تنه درخت

3-     تفسیر عکس­‌های هوایی، ماهواره‌­ای و روش‌های دورسنجی

4-     روش­‌های مبتنی بر آکوستیک

با توجه به اینکه قطع درخت نمی­‌تواند راهکار مناسبی برای ارزیابی سن آن باشد، باید سعی کرد که از روش­‌های غیر تخریبی استفاده کرد. البته تهیه نمونه رویشی نیز مستلزم ایجاد سوراخ بر روی تنه است و علیرغم اینکه به درخت آسیب می‌­زند، از قطع آن نیز ممانعت بعمل می­‌آید.

تهیه عکس هوایی از همه نقاط در سال­‌های خاصی مقدور است و مقیاس آن نیز با توجه به دوری و نزدیکی عوارض تغییر می­کند. از طرف دیگر ایجاد نقاط سایه و روشن، به­‌ویژه در عکس آنالوگ قدیمی، تفسیر آن را دچار مشکل می‌­کند و بنابراین، جز در موارد خیلی خاص کاربرد ندارند.

روش­‌های مبتنی بر آکوستیک هزینه زیادی داشته و برای درختان مختلف باید کالیبره شوند. امّا بالاترین مزیت آن­ها غیر مخرب بودن ارزیابی است.