Ako sa počíta biodiverzita lesa v rastovom simulátore SIBYLA ?

V rastovom simulátore SIBYLA sa počíta biodiverzita lesného porastu a to druhová a štrukturálna. V rámci druhovej  biodiverzity sa určuje druhová bohatosť, rôznorodosť a vyrovnanosť. V rámci štrukturálnej biodiverzity sa určuje horizontálna a vertikálna štruktúra spolu s jej diferenciáciou. Zároveň sa počíta aj zjednodušená celková diverzita. Z hľadiska povahy charakteristík sa počítajú iba súborne za celý porast (simulačnú plochu), bez delenia na porastové zložky a dreviny.

Druhová bohatosť

Počet druhov je určený na základe počtu drevín v poraste (m).

Index R1 je vypočítaný na základe počtu druhov (m) a počtu stromov na hektár (N) podľa (Margalef 1958):

Index R2 je vypočítaný na základe počtu druhov (m) a počtu stromov na hektár (N) podľa (Menhinick 1964):

Indexy R1 a R2 nemajú jednoznačné rámce a nedajú sa relativizovať na rozpätie od 0 po 1. Majú porovnávaciu hodnotu v absolútnych jednotkách medzi viacerými periódami simulácie, prípadne porastami (čím vyššia hodnota, tým väčšia druhová bohatosť).

Druhová rôznorodosť

Index lambda sa vypočíta na základe zastúpenia kruhovej základne jednotlivých druhov drevín (wi) podľa (Simpson 1949):

Entropia H' sa vypočíta na základe zastúpenia kruhovej základne jednotlivých druhov drevín (wi) podľa (Shannon 1948):

pričom ako norma pre druhovo bohatý porast bolo zvolených 10 druhov drevín (viď. Hartleyova miera v menovateli vzorca).

Indexy majú hodnoty v rozpätí 0 až 1, pričom 0 znamená minimálnu biodiverzitu a 1 maximálnu (druhý index môže vo výnimočných prípadoch prekročiť aj hodnotu 1, v prípade ak sa v poraste vyskytuje viac ako 10 druhov drevín, ktoré majú rovnomerné zastúpenie; aj v tomto prípade 1 znamená optimálny stav, každá vyššia hodnota potom značí kvalitu nad rámec našich predstáv o optimálnom stave).  

Druhová vyrovnanosť

Index E1 závisí od entropie (H') a počtu druhov (m) podľa (Pielou 1975):

Index E5 závisí od indexu lambda a entropie (H') podľa (Hill 1973):

Indexy majú hodnoty v rozpätí 0 až 1, pričom 0 znamená minimálnu biodiverzitu a 1 maximálnu.

Horizontálna štruktúra

Index R sa vypočíta na základe vzdialeností všetkých stromov k svojim najbližším susedom (ri), počtu stromov na ploche (N), veľkosti plochy (p) a obvodu plochy (u) podľa (Clark a Evans 1954):

Index sa pohybuje v rozpätí od 0 po 2,15. Hodnota 0 znamená agregovanú štruktúru, t.j. stromy sústredené v zhlukoch. Hodnota 1 znamená úplne náhodné rozdelenie stromov po ploche (tzv. Poissonove) a hodnota 2,15 znamená pravidelné rozmiestnenie stromov po ploche (v šesťuholníkovom spone).

Párkorelačná funkcia

Párkorelačná funkcia podľa Stoyana a Stoyanovej (1992) vyjadruje pravdepodobnosť výskytu dvoch stromov v rámci súboru všetkých stromov na simulačnej ploche práve vo vzdialenosti r:

kde K'(r) je derivácia funkcie K podľa premennej r. Ripleyho K-funkcia je definovaná ako množstvo stromov v rámci súboru všetkých stromov na simulačnej ploche nachádzajúcich sa vo vzájomnej vzdialenosti menšej ako r:

kde Ir je indikátor, ktorý nadobúda hodnotu 1 ak vzdialenosť stromov dij je menšia ako r a hodnotu 0 v opačnom prípade, A je veľkosť simulačnej plochy a n je počet stromov.

V prípade ak rozmiestnenie stromov na simulačnej ploche je úplne náhodné (podľa Poissonového rozdelenia), tak hodnota parkorelačnej funkcie pre každú hodnotu r je rovná 1. Body funkcie teda ležia na priamke rovnobežnej s osou x, ktorá pretína os y v hodnote 1. Hodnoty nad 1 znamenajú zhlukovanie stromov a pod 1 znamenajú preriedenie stromov. Pre korektnú interpretáciu párkorelačnej funkcie sa robí ešte vyhladzovanie funkcie podľa vhodného filtra a korekcia systematickej chyby z okrajového efektu (napríklad Ripleyov alebo geometrický korektor).

Vertikálna štruktúra

"Arten Profil" index sa vypočíta na základe kruhovej základne i-tej dreviny v j-tej porastovej vrstve (pij) podľa (Pretzsch 1992):

Prvá vrstva v poraste predstavuje stromy, ktoré majú výšku väčšiu ako 80% maximálnej výšky v poraste, druhá vrstva obsahuje stromy od 50% do 80% maximálnej výšky a tretia vrstva obsahuje stromy do 50% maximálnej výšky. Index sa pohybuje v rozpätí od 0 po 1. Čím vyššia je hodnota indexu, tým je vertikálna štruktúra viac rozrôznená. Pri hodnote indexu nad 0,9 sa dá štruktúra považovať za výberkovú.

Diferenciácia štruktúry

Hrúbková diferenciácia TMd závisí od pomeru medzi väčšou a menšou hrúbkou všetkých najbližších susedných stromov na ploche (rdij) podľa (Füldner 1995):

Výšková diferenciácia TMh závisí od pomeru medzi väčšou a menšou výškou všetkých najbližších susedných stromov na ploche (rdij) podľa (Füldner 1995):

Index sa pohybuje v rozpätí od 0 po 1. Pri hodnotách do 0,3 ide o malú diferenciáciu štruktúry, index od 0,3 do 0,5 vyjadruje strednú diferenciáciu, od 0,5 do 0,7 znamená silnú diferenciáciu a ak hodnota prekračuje 0,7, tak ide o veľmi silnú diferenciáciu.

Celková diverzita

Celková diverzita podľa Jaehneho a Dohrenbuscha (1997) je kalkulovaná na základe vzťahov:

Celková diverzita (epsilon) vyjadruje agregáciu parciálnych zložiek diverzity: diverzity druhového zloženia (alfa), diverzity vertikálnej štruktúry (beta), diverzity priestorového rozmiestnenia stromov (chí) a diverzity korunovej diferenciácie (delta). Do výpočtou vstupujú: počet drevín (m), maximálne a minimálne zastúpenie dreviny (Zmax a Zmin), maximálna a minimálna výška stromu v poraste (hmax a hmin), maximálny a minimálny rozostup stromov (rmax a rmin), minimálna výška nasadenia koruny (KAmin) a minimálny a maximálny priemer koruny (KDmin a KDmax). Ak je výsledná hodnota väčšia alebo rovná 9, potom má porast mimoriadne rôznorodú štruktúru, hodnota v rozpätí od 8 do 8,9 značí rôznorodú štruktúru, index od 6 do 7,9 znamená nerovnomernú výstavbu, pri hodnotách v intervale od 4 do 5,9 ide o rovnomernú výstavbu a pri hodnotách pod 4 má porast monotónnu výstavbu.

 Väščina charakteristík biodiverzity sa nachádza v tabuľke Biodiversity v databáze rastového simulátora SIBYLA.


© Copyright doc. Ing. Marek Fabrika, PhD.