Javaslat a faállomány-szerkezet sokváltozós statisztikai, adatfeltáró

A vizsgálandó kérdés behatárolása

Az erdőrezervátum-kutatás központi kérdései az erdődinamikára, a természetes folyamatokra, az erdőszerkezetre és mintázatára, a gazdag és különleges élőviláguk sokféleségének megismerésére, az egyszerű és bonyolult összefüggések feltárására és értelmezésére irányulnak.

„A természetes struktúra, a dinamikus folyamatok nyomon követése az erdőrezervátumot fontos referenciaterületté teszi, ahol a ’biológiai automáció’ (Zukrigl) tanulmányozható. Az eredmények az erdőgazdálkodás számára közvetlenül hasznosíthatók, de ugyanígy a biológiai tudományok számára is nagy jelentőségűek; pl. a növénytársulástan számára az erdőrezervátumok fontos típusterületté válhatnak.” írja Mátyás Csaba 1993-ban. Czájlik (1994) megfogalmazásában „Leibundgut munkásságának²² üzenete röviden így szól a ma emberének: Elkerülhetetlen, hogy az erdőt végre önálló, saját törvényekkel szabályozott, egységes organizmusként kezeljük, mellyel szemben az emberiségnek csupán egyetlen kötelessége van, a megőrizve megismerés.” Somogyi többször is megfogalmazta az itt folytatandó kutatások általános célkitűzéseit (Somogyi 1993, 1994a, 2002), a fenntartható erdőgazdálkodás fejlesztésének szempontjait jobban hangsúlyozva: „A tanulmányozás lehet öncélú vagy inkább: alapkutatási célú, tehát, hogy a körülöttünk lévő rendkívül izgalmas világról minél több érdekes dolgot megtudjunk. Helyesebb azonban, ha arra gondolunk, hogy az erdőrezervátumokban folyó erdőkutatások végső soron ahhoz járulhatnak hozzá, hogy a – túlnyomó többségben levő és valamilyen használat alatt álló – többi erdő kezelését az eddigieknél természetesebb módon, bennük kevesebb kárt okozva, racionálisabban és a társadalmi igényeket jobban kielégítve végezhessük.” (Somogyi 2003b). Az európai erdőrezervátum-kutatásokat összefogó COST E4 akció 2-es munkacsoportja behatóan foglalkozott a kutatási célkitűzések áttekintésével és arra a megállapításra jutott, hogy ezek harmonizálása nagyon nehéz volna, mert a kutatásokat motiváló célok és alkalmazások nagyon sokfélék. Azonban a legfőbb ajánlás kiemeli, hogy a faállomány-szerkezetet, a holt fát, a cserjeszintet, a felújulási szintet, valamint a gyepszintet megismételhető mérési módszerekkel kell vizsgálni, hogy a regeneráció és az állomány-szerkezet időbeli változásai megfigyelhetők, elemezhetők és összehasonlíthatók legyenek (Hochbichler et al. 2000).

22 a Közép-európai őserdők vizsgálata

92 A Horváth és Czájlik (2002) által összeállított, a hosszú távú vizsgálatsorozatok keretében tervezett kutatások egyik fő kérdése: „Milyenek a faállomány-szerkezet mintázatai és dinamikája, …?” Ennek megválaszolásához meg kell először állapítani a faállomány-szerkezet típusait vagyis a finomabb faállomány-faállomány-szerkezeti egységeket, valamint azok térbeli mintázatát. Majd az újrafelmérések adatsorai alapján a változások is meg fognak mutatkozni.

Az állomány-szerkezeti egységek megállapítása és értékelése újra- és újra visszatérő lehe-tőség, amely a folyamatok felismerésében, értelmezésében és dokumentálásában segít.

A választott adatok köre

A javasolt elemzés során a faállomány-szerkezet legfontosabbnak ítélt szempontjait helyeztem előtérbe (3.4 fejezet, 4. és 5. táblázat):

o az állományok vertikális szerkezetét, struktúráltságát jellemző változókat (szintek borítása, lékesség, állománymagasság – 7 változó)

o a sűrűségi és fatömeg-viszonyokat jól jellemző tőszám és körlapösszeg értékeit (2 változó)

o a főbb fa- és cserjefajok elegyarány viszonyait leíró változókat (az összevontan kezelt

„egyéb fák”-at, a mogyoró és cserszömörce elegyarányát végül elhagyva – 8 változó) o az élő fák és cserjék átmérő-viszonyait tükröző relatív gyakorisági eloszlásokat

(a végső változatból a középső átmérőosztályokat elhagyva – 3 változó)

o az élő fák és cserjék szociális helyzet viszonyait leíró relatív gyakorisági eloszlásokat (végül ezeket teljesen elhagyva), valamint 2 speciális változót,

o a biztosan tősarj eredetű fák és a faóriások részarányát (végül ezeket is teljesen elhagyva).

Az ordinációs és klasszifikációs módszereket ezen a sokváltozós információs alapon, integráltan alkalmaztam, amint e módszerek egymást kiegészítő használatát Podani (1997) is hangsúlyozza (3.4 fejezet).

Adatfeltárás, információsűrítés, magyarázó változók, releváns komponensek

Főkomponens analízist alkalmaztam az alapadatokban rejlő információ sűrítésére. Ez az előfeldolgozásnak is tekinthető lépéssorozat segít összeválogatni a leginkább jelentőséggel bíró változók együttesét, és megbízhatóbb, erőteljesebb osztályozáshoz vezet a következő lépések során (Plastria et al. 2008). A módszer alkalmazásának egyik legfontosabb kérdése, hogy hány (fő)komponens reprezentálja megfelelően az alapadatokban rejlő releváns információt (Podani 1997). Túl kevés komponens figyelembe vétele információ-vesztéssel jár, míg túl sok komponens megtartása a zaj növekedéséhez vezet. Ennek eldöntésére a

93 Peres-Neto et al. (2005) által ajánlott egyik eljárást alkalmaztam. A legeredményesebbnek az ún. „v14s” változat bizonyult, amely 20 faállomány-szerkezeti változó alapján 6 szignifikáns komponensben, 68% összvarianciát képviselő főkomponensekhez vezetett.

A „legjobb” osztályozás elérése

Hétféle osztályozási algoritmust használtam, amelyek egy része hibás eredményre vezetett, ezeket a további elemzésből kizártam. Az alkalmasnak bizonyult klasszifikációs eljárások esetében a következő lényeges kérdés, hogy a kapott dendrogrammokat milyen magasságnál (hasonlóságnál) érdemes értelmezni, annak érdekében, hogy minél egységesebb csoportokat kapjunk eredményül. Ezt a Rousseuw (1987) által kidolgozott módszerrel végeztem, majd konszenzus-osztályozással jutottam el a végső faállomány-szerkezeti csoportokhoz.

Ezzel az eljárás-sorozattal az adatainkban tapasztalható bonyolult, sokdimenziós képet jobban értelmezhető állomány-szerkezeti típusokba rendeztem, amelyek típusokat és át-meneti állapotokat egyaránt reprezentálhatnak a folyamatok értelmezésétől függően.

A sokváltozós módszerek alkalmazása

A szakirodalmat áttekintve többféle irányzat megoldásaival lehet párhuzamot vonni. A Közép-európai őserdők kutatása alapján Leibundgut (1959, 1982), valamint Korpel’ (1989, 1995) és (Zukrigl et al. 1963), a Kékes-Észak erdőrezervátum vizsgálatai alapján pedig Czájlik (1996, 2002) leírták a bükk által dominált erdők természetes dinamikáját, erdőfejlődési ciklusait. A ciklusok jellemző erdőfejlődési szakaszai térben is lehatárolható, térképezhető állományfoltok dinamikus mozaikjaként értelmezhetők (pl. Bončina 1999, Bončina 2000, Czájlik 2002, Czájlik és mtsai 2003). Az erdőfejlődési szakaszok megálla-pítása és térképezése ezekben az esetekben a bükkös őserdők tanulmányozása és a folyamatok szakértői felismerése alapján valósult meg – éppen ezért ezeket az ered-ményeket Commarmot et al. (2005) szubjektívnek és nehezen reprodukálhatónak, míg Bončina (1999) megközelítő leírásnak és a folyamatok megértését segítő eszköznek tekinti.

Franklin et al. (2002) ezeket mesterséges konstrukcióknak tartja, ugyanakkor egy-egy uralkodóvá váló erdőökológiai folyamat felismerését heurisztikus élménynek tekinti és a szakértői megközelítést maga is alkalmazza. Az állomány-szerkezeti alapinformációk köre természetesen hasonló: vertikális szerkezet, szintezettség, magasságok, lékesség, borítás-zártság, koronaméretek; a fő fafajok elegyarány viszonyai; a törzsátmérők eloszlási viszonyai; az élő fakészlet és a holtfa viszonyok; a felújulási szint állapota (pl. sűrűsége,

94 fejlettsége, összetétele), a térbeli viszonyok. Az erdőfejlődési szakaszokat rendszerint transzekt vagy mintateres vizsgálatok adataival támasztják alá (pl. a fafajok átmérő-csoportonkénti tőszáma, körlapösszege és fatömege) és gyakran a transzektek rajzaival demonstrálják. Ezeknél a vizsgálatoknál sokváltozós módszereket nem alkalmaztak, a mintavételezést pedig alapvetően preferenciálisnak tekinthetjük, hiszen a transzekteket, mintaterületeket többnyire kiválasztott erdőfejlődési szakaszokban vették fel.

Érdemes megemlíteni az amerikai erdő-vegetációs kutatásokat a 70-es, 80-as évekből, amelyekre jellemző, hogy elsősorban erdőtípusokat kívántak meghatározni és azok termőhelyi összefüggéseinek feltárását tűzték ki célul. E mellett, gyakran az akkor még újdonságnak tekinthető sokváltozós módszerek használhatóságát tesztelték (pl. Grigal &

Goldstein 1971, Robertson 1978, Crow & Grigal 1980, Golden 1981). Ugyanakkor a fafajok megmért mellmagassági átmérőivel, körlapösszegével, tőszámával – gyakran pedig az ezekből képzett ún. „species importance value”-vel dolgoztak, szemben az európai vegetációs iskolák abundancia – dominancia skálák szerinti becslésével. Újabb tengerentúli kutatások (Rentch et al. 2005, Franklin & Kupfer 2004) már finomabb faállomány-szerkezeti kérdéseket boncolgatnak a többváltozós módszerek eszközeit is alkalmazva

A Közép-európai erdőrezervátum kutatások és kutatók újabb generációinak megismételt felmérései idősoros adatokat eredményeznek (Heiri et al. 2009, Janík et al. 2008, Vacik et al.

2009, Vrska et al. 2009), amelyek értékelésekor esetenként többváltozós módszereket is alkalmaznak, így Heiri et al. (2009) főkomponens elemzés alapján mutat be idősoros trajektóriákat 31 mintaterületre, ill. a hat vizsgált erdőrezervátumra. Az eredmények inkább az elegyarányok különbségeiből fakadó erdőtípusokat különíti el és nem erdőfejlődési szakaszokat reprezentáló faállomány-szerkezeteket. Általában azonban nem alkalmaztak többváltozós módszereket, mert a tapasztalatok egyszerűbben, ill. közvetlenebbül (is) értelmezhetők, mint pl. a bükk dominanciájának kis mértékű növekedése, az átmérő-osztályok számának növekedése, az árnyékolást kevésbé tűrő fajok visszaszorulása, a vastag álló holtfák számának lassú növekedése (Heiri et al. 2009 – feltétlenül hozzá kell tenni azonban, hogy a szerzők „zárt erdőállomány” vagy „optimális erdőfejlődési szakasz”-ban lévőnek ítélték meg ezeket a régen felhagyott állományokat, amelyekben foltos differenciálódás még nem alakult ki).

A Vár-hegy erdőrezervátum esetében azonban két szempont feltétlenül indokolja a többváltozós módszerek alkalmazását, mégpedig az, hogy

o kevéssé ismerjük a térségünkre oly jellemző elegyes tölgyesek természetes

dinamikáját, mert nem maradtak fenn őserdő referenciák (legfeljebb csak

állomány-95 töredékek), ennek fényében az alapvető faállomány-szerkezeti típusok megtalálása, felismerése is még előttünk álló feladat,

o a jobban ismert bükkösökhöz képest, a tölgyesek fafajösszetétele és állomány-szerkezete sokkal változatosabb, mondhatni „sokváltozósabb”, ezért joggal tételezhetünk fel többféle állapotot, bonyolultabb átmeneteket.

Mindez nem csak a felsőtárkányi Vár-hegyre, hanem Magyarországra, sőt a Kárpát-medence téréségének természetes lomboserdő állományaira kiterjesztve is igaz. A már számos erdőrezervátumban létesített (és létesítendő) ERDŐ+h+á+l+ó mintavételi pontjaiban nyert alapadatok egyik legfontosabb elemzési megközelítésének a dolgozatomban is bemutatott sokváltozós statisztikai módszerek integrált alkalmazása ajánlható.

96