Relationships between plant species diversity of black pine forests and site factors in the Sütçüler district of Turkey

Abstract

This study was routed to analyze the connections between alpha species diversity, species richness and environmental variables of black pine (Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) forests. For this reason, the plant species were recorded by the Braun-Blanquet cover-abundance scale and changed over into fractional values extending from 0-1 in the test territories taken from the common black pine remains in the Sütçüler district. In addition, plant species, the slope position, soil depth, land surface form, soil stoniness were recorded in each sample plots. The maps of elevation, slope, and aspect were acquired from the Digital Elevation Model (DEM) of the region whereas heat and radiation index maps were obtained from aspect and slope maps. Alpha diversity was determined by Shannon, Brillouin, Simpson, and Berger-Parker indices and species richness was determined for each sample plot. To illustrate the connections between all diversity values and ecological site factors in the area, Pearson Correlation Analysis and Principal Component Analysis were implemented. Species diversity resulting from all alpha indices indicated a negative correlation with altitude and percentage of stoniness as a consequence of statistical studies, although it was positively correlated with slope degree and mean temperature levels of the plots As indicated by the outcomes from this investigation, although alpha diversity indices are addressed to natural factors, there is no substantial association between ecological site conditions and species abundance. This has resulted in that the consideration of species richness would not be enough in the studies on the relationship between diversity and the environment. Moreover, the results derived from various diversity indices are slightly different. Hence, it is additionally vital to consider this circumstance in the studies to be carried out.

Keywords

• Biodiversity
• climate
• black pine
• shannon index
• site factors

Sütçüler yöresi karaçam ormanlarında bitki tür çeşitliliği ve yetişme ortamı ilişkileri

Abstract

Bu çalışmada Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe meşcerelerinde alfa tür çeşitliliği ve tür zenginliği ile ekolojik ortam koşulları arasındaki ilişkilerin ortaya konulması amaçlanmıştır. Bu amaçla Sütçüler yöresinde yayılış gösteren doğal karaçam meşcerelerinden alınan örnek alanlarda bitki türlerine ait bolluk verileri Braun-Blanquet yöntemine göre kayıt edilerek, 0-1 arasında değişen örtüş-bolluk değerlerine dönüştürülmüştür. Her bir örnek alanda bitki türlerinin yanı sıra yamaç konumu, toprak derinliği, arazi yüzey formu, toprak taşlılığı verileri envanter karnesine kayıt edilmiştir. Yörenin eş yükselti haritasından elde edilen Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) yardımıyla çevresel değişkenlerden yükselti, eğim ve bakı haritaları elde edilmiştir. Elde edilen bakı ve eğim haritalarından faydalanılarak, sıcaklık indeksi ve radyasyon indeksi haritaları oluşturulmuştur. Örnek alanlara ait alfa çeşitlilik değerlerinin hesaplanması için Shannon, Brillouin, Simpson ve Berger-Parker indislerinden yararlanılmakla birlikte, ayrıca her bir örnek alan için doğrudan tür zenginliği hesaplaması yapılmıştır. Çalışmada çeşitlilik değerleri ile çevresel değişkenler arasındaki ilişkilerin tespitine yönelik sırasıyla Pearson Korelasyon Analizi ve Temel Bileşenler Analizinden yararlanılmıştır. Uygulanan analizler neticesinde farklı alfa indislerine göre hesaplanan çeşitlilik değerlerinin karaçam ormanlarındaki yükselti ve topraktaki taşlılık oranının artmasıyla birlikte azaldığı, eğim ve sıcaklığın artmasıyla ise arttığı şeklinde bir sonuca varılmıştır. Çalışmada tür zenginliği ile çevresel değişkenler arasında önemli bir ilişki tespit edilemezken, bolluk verilerine dayalı indisler ile hesaplanan çeşitlilik değerlerinin yükselti, sıcaklık, eğim ve toprak taşlılığı değişkenleri ile önemli ilişkileri belirlenmiştir. Bu durum tür çeşitliliği-yetişme ortamı ilişkilerinin ele alındığı çalışmalarda sadece tür zenginliğinin dikkate alınmasının yeterli olmayacağı sonucunu ortaya çıkarmıştır. Ayrıca hesaplamalarda kullanılan farklı alfa çeşitlilik indislerinin çevresel değişkenlerle ilişkilerinin ortaya koyulması aşamasında da kısmi farklılıklar oluşmuştur. Dolayısıyla yapılacak olan çalışmalarda bu durumunda ayrıca göz önünde bulundurulması önem arz etmektedir.

Keywords

• Biyolojik çeşitlilik
• iklim
• karaçam
• shannon indeksi
• yetişme ortamı

References

1. Leemans, R. (1999). Modelling for species and habitats: new opportunities for problem solving. The Science of the Total Environment, 240, 51-73.
2. OGM, (2015). Türkiye Orman Varlığı–2015. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Orman Genel Müdürlüğü, Orman İdaresi ve Planlama Dairesi Başkanlığı Yayınları, Ankara, 32 s.
3. Güner, Ş., Çömez, A., Özkan, K., Karataş, & R., Çelik, N. (2016). Türkiye’deki karaçam ağaçlandırmalarının verimlilik modellemesi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 66(1), 159-172.
4. Saatçioğlu, F. (1976). Silvikültür I, Silvikültürün Biyolojik Esasları ve Prensipleri, İ.Ü. Yayın No: 2187, Orman Fak. Yayın No: 222, Sermet Matbaası, İstanbul, 423 s.
5. Hunter, M. Jr. (1996). Benchmarks for managing ecosystems: are human activities natural? Conservation Biology, 10(3), 695-697.
6. Kaya, Z. (2003). Koruma Biyolojisi ve Biyoçeşitlilik. Orman ve Av, 2003-4, 24-34.
7. Magurran, A. E. (2004). Measuring Biological Diversity. Blackwell Publishing, U.K.
8. Thompson I. D., Mackey B., McNulty S., & Mosseler A. (2009) . Forest Resilence, Biodiversity and Climate Change. A synthesis of the biodiversity/resilence/stability relationships in forest ecosystems - Secretariat of the Convention on Biodiversity, Montreal, 43, 67-73.

9. Özkan, K. (2006). Beyşehir Gölü Havzası Çarıksaraylar Yetişme Ortamı Yöreler Grubunda Fizyografik Yetişme Ortamı Faktörleri ile Ağaç ve Çalı Tür Çeşitliliği Arasındaki İlişkiler Analizi. Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7(1), 157-166.
10. Özkan, K., & Süel, H. (2008). Endemic Plant Species in a Karstic Canyon (Mediterranean Region, Turkey): Relation to Relief and Vegetation Diversity. Polish Journal of Ecology, 56(4), 709-715.
11. Işık, D., & Uğurlu, E. (2011). Bitki Kommunitelerinde Beta Çeşitlilik. Celal Bayar Üniversitesi, Eğitim Fakültesi Dergisi, 1(1), 154-171.
12. Negiz, M. G., Kurt, E. Ö., & Şentürk, Ö. (2017). Isparta-Yenişarbademli Yöresi ormanlık alanlarında tür merkezli tıbbi ve aromatik bitki tür zenginliğinin hesabı üzerine örnek bir çalışma. Turkish Journal of Forestry, 18(4), 282-288.
13. Whittaker, R. H. (1972). Evolution And Measurement of Species Diversity. Taxon, 21, 213-251.
14. Zhao, C. M., Chen W. L., Tian Z. Q., & Xie Z. Q. (2005). Altitudinal Pattern of Plant Species Diversity in Shennongjia Mountains, Central China. Journal of Integrative Plant Biology, 47(12), 1431-1449.
15. Moreno C., Zuria I., García-Zentono M., Sánches-Rojas G., Castellanos I., Martínes- Morales M., … Rojas-Martínes A. (2006). Trends in the Measurement of Alpha Diversity in the Last Two Decades. Interciencia, 31(1), 67-71.
16. Hashemi, S. A. (2010). Evaluating Plant Species Diversity and Phsiographical Factors in Naturel Broad Leaf Forest. American Journal of Environmental Science, 6(1), 20-25.
17. Özkan, K. (2016). Biyolojik Çeşitlilik Bileşenleri (α, ß ve γ) Nasıl Ölçülür? Süleyman Demirel Üniversitesi, Orman Fakültesi Yayınları, No:98, 142 s., Isparta, Türkiye.
18. Jeglum, J. K., & He, F. (1995). Pattaern and Vegetation-Environment Relationships In A Boreal Forested Wetland In Northeasten Ontario. Canadian Journal of Botany, 73, 629-639.
19. Warwick, R. M., & Clarke, K. R. (1995). New Biodiversty Measures Reveal A Decrease In Taxonomic Distinctness With Increasing Stress. Marine Ecology Progress Series, 129, 301-305.
20. Smith, M. L., & Haukos, D. A. (2002). Floral Diversity in Relation to Playa Wetland Area and Watershed Disturbance. Conservation Biology, 16, 964-974.
21. Desrochers, R. E., & Anand, M. (2004). From traditional diversity indices to taxonomic diversity indices. International Journal of Ecology and Environmental Sciences, 30, 85-92.
22. Aurélio da Silva, I., & Batalha, M. A. (2006). Taxonomic Distinctness and Diversity of a Hyperseasonal Savanna in Central Brazil. Diversity and Distribution, 12, 725-730.
23. Gülsoy, S., & Özkan, K. (2008). Tür Çeşitliliğinin Ekolojik Önemi ve Kullanılan Bazı İndisler. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 1, 168-178.
24. Özkan, K., & Kuzugüdenli, E. (2010). Akdeniz Bölgesi Sütçüler Yöresinde kızılçamın (Pinus brutia Ten.) verimliliği ile yetişme ortamı özellikleri arasındaki ilişkiler. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 1, 16-29.
25. DMİ, (2011). T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü, Türkiye Meteorolojik Veri Arşiv Sistemi (TMVAS). 1974-2011 Yılları Arasında Isparta (Sütçüler) Yöresine Ait Çok Yıllık İklim Verileri, (Sayısal veri), Ankara.
26. Sargın, S. (2006). Sütçüler’de Kır Yerleşimleri ve Yerleşme Düzenine Etki Eden Faktörler. Fırat Üniversitesi, Sosyal Bilimler Dergisi, 16(1), 63-87.
27. Özkan, K., Senol, H., Gulsoy, S., Mert, A., Suel, H., & Eser, Y. (2009). Vegetation Environment Relationships in Mediterranean Mountain Forests on Limeless Bedrocks of Southern Anatolia, Turkey. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, 17(3), 154-163.
28. Özçelik, H., & Korkmaz M. (2002). Contributions to the flora of Sutculer- Isparta (Turkey). Bulletin of Pure and Applied Sciences, 21(1), 1-19.
29. Carmean, W. H. (1965). Black Oak Site Quality in Relation to Soil and Topograyhy in Southeastern Ohio. Soil Science Society of America Journal, 29(3), 308-312.
30. Zech, W., & Çepel, N. (1972). Güney Anadolu’daki Bazı Kızılçam Mesçerelerinin Gelişimi ile Toprak ve Reliyef Özellikleri Arasındaki İlişkiler, İstanbul Matbaası, İstanbul.
31. Weiss, A. (2001). Topographic position and landforms analysis. Poster presentation, ESRI user conference, San Diego, CA. Vol. 200.
32. Moisen, G., G., & Frescino, T., S. (2002). Comparing five modelling techniques for predicting forest characteristics. Ecological Modelling, 157, 209-225.
33. Aertsen, W., Kint, V., Van Orshoven, J., Özkan, K., & Muys, B. (2010). Comparison and ranking of different modelling techniques for prediction of site index in Mediterranean mountain forests. Ecological Modelling, 221, 1119-1130.
34. Beers, T. W., Dress, P. E., & Wensel, L. C. (1966). Notes and Observations: Aspect Transformation In Site Productivity Research. Journal of Forestry, 64(10), 691-692.
35. Fick, S. E., & Hijmans, R. J. (2017). WorldClim 2: new 1‐km spatial resolution climate surfaces for global land areas. International Journal of Climatology, 37(12), 4302-4315.
36. Fontaine, M., Aerts, R., Özkan, K., Mert, A., Gülsoy, S., Süel, H., … Muys, B. (2007). Elevation and Exposition Rather Than Soil Types Determine Communities and Site Suitability in Mediterranean Mountain Forests of Southern Anatolia, Turkey. Forest Ecology and Management, 247, 18-25.
37. Shannon, C. E. (1948). A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal, 27, 379-423. Simpson, E. H. (1949). Measurement of diversity. Nature, 163(4148), 688-688.
38. Pielou, E. C. (1975). Ecological Diversity, New York, Wiley InterScience.
39. Berger, W. H., & Parker, F. L. (1970). Diversity of Planktonic Foraminifera in Deep Sea Sediments. Science, 168, 1345-1347.
40. Peet, R. K. (1974). The Measurement of Species Diversity. Annual review of ecology and systematics, 5, 285-307.
41. Özdamar, K. (2002). Paket Programlar İle İstatistiksel Veri Analizi. Eskişehir, Kaan Kitabevi.
42. Oğuzoğlu, Ş., Sinpari, G., & Özkan, K. (2013). The relationships between taxonomic diversity and some environmental factors: A case study of Yazili Canyon Nature Park. GeoMed 2013 The 3rd International Geography Symposium, Eds: Efe, R., Atalay, İ., Cürebal, İ., 10-13 June, 2013, Kemer Antalya, pp. 509-518.
43. Özkan K. (2010). Orman Ekosistem Çeşitliliği Haritalama Çalışmaları İçin Ekoloijk Alan Çeşitliliğinin Belirlenmesi Üzerine Bir Öneri. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 11(2), 136-148.
44. Şentürk, Ö., & Özkan, K. (2017). Calculating landscape diversity with alpha diversity indices. Journal of Environmental Biology, 38, 931-936.
45. Atalay, İ. (2006). The Effects of Mountainous Areas on Biodiversity: A Case Study From The Northhern Anatolian Mountains And The Tauros Mountains. 8th International Symposium on High Mountain Remote Sensing Cartograph, Band, 41, 17-26.
46. Chang-Fu, H., Zueng-Sang, C., Yueh-Mei, H., Kuoh-Chieng, Y., & Tsung-Hsin, H. (1998). Altitudinal Zonation of Evergreen Broad-leaved Forest on Mount Lopei, Taiwan. Journal of Vegetation Science, 9, 201-212.
47. Pausas, J. G., & Austin, M. P. (2001). Patterns of Plant Species Richness in Relation to Different Enviroments: An Appraisal. Journal of Vegetation Science, 12, 153-166.
48. Sherman, R. E., Martin, P. H., & Fahey, T. J. (2005). Vegetation-Environmental Relationships in Forest Ecosystems of the Cordillera Central, Dominican Republic. Journal of the Torrey Botanical Society, 132(2), 293-310.
49. Joseph, S., Reddy, S. C., Pattanaik, C., & Sudhakar, S. (2008). Distribution of Plant Communities along Climatic and Topographic Gradients in Mudumalia Wildlife Sanctuary (Southern India). Biological Letters, 45(1), 29-41.
50. Pausas, J. G., & Sáez, L. (2000). Ptheridophyte richness in the NE Iberian Peninsula: Biogeographic patterns. Plant ecology, 148(2), 195-205.
51. Burke, A., Esler, K. J., Pienaar, E., & Barnard, P. (2003). Species richness and floristic relationships between mesas and their surroundings in southern African Nama Karoo. Diversity and Distributions, 9(1), 43-53.
52. Lundholm, J. T., & Larson, D. W. (2003). Relationships between spatial environmental heterogeneity and plant species diversity on a liestone pavement. Ecography 26, 715-722.
53. Lorenzo, M., Michele, S., Sebastian, K., Johannes, I., & Angelo, P. (2007). Effects of local factors on plant species richness and composition of Alpine meadows. Agriculture, Ecosystems and Enviromental, 119, 281-288.
54. Shaltout, K. H., El-Keblawy, A. A., & Mousa, M. T. (2008). Vegetation Analysis of Some Desert Rangelands in United Arab Emirates. Middle-East Journal of Scientific Research, 3 (3), 149-155.
55. Peh, K. S. (2009). The Relationship between Species Diversity and Ecosystem Function in Low- and High-diversity Tropical African Forests. The University of Leeds School of Geography, PhD. Thesis, 218p, England.