بوم شناسي کاربردي/ سال چهارم / شماره چهاردهم / زمستان ۱۳۹۴

اثرات تعداد، سطح و شکل پلات روي صحت و دقت برآورد تولید چند علفزار با استفاده از شبیه سازي نمونه گیري

نفیسه فخار ایزدي1، کمال الدین ناصري1* و منصور مصداقی1

(تاریخ دریافت: 23/1/1394 ؛ تاریخ پذیرش: 24/9/1394)

چكيده
126873867918

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

به منظور بررسي اثرات تعداد، سطح و شکل پلات روي صحت و دقت برآوردها، داده هاي توليد علوفة پـنج منطقـه از علفزارهـاي بخـششمالي کشور با استفاده از نرم افزار R در يک پلات بزرگ ۶۴۰ متر مربعي با ابعاد ۳۲×۲۰ متر که داده هاي آن به تفکيک ۶۴۰ پلات يک متر مربعي گردآوري شده بودند، شبيه سازي شد. با استفاده از روش ترسيمي براي پلات هايي با ابعاد ۱×۱، ۲×۱، ۲×۲، ۴×۲، ۴×۴ و ۸×۴ متـر،تعداد پلات کافي مشخص گرديد. طبق نتايج حاصله تعداد پلات کافي براي سطوح فوق به ترتيب۶۰، ۵۰، ۴۰، ۳۰، ۵ و ۵ به دسـت آمـد.
هنگامي که با سطوح و اشکال مختلف پلات براساس تعداد پلات کافي نمونه گيري شد، تقريباتقريباً کلية آنها ميانگيني برابر بـا ميـانگين واقعـيداشتند، اما استفاده از پلات ۱×۱ کمترين اشتباه معيار ميانگين را دارا بود که در نتيجه بيشترين دقت حاصل شد. مقايسه پـلات هـاي دارايسطح برابر و شکل متفاوت نشان داد که پلات هاي مستطيل کشيده داراي بالاترين دقت هستند. واضح است که در مطالعـات شـبيه سـازينشده با پارامترهاي نامعلوم، رعايت راه کارهاي نمونه گيري ارائه شده در اين تحقيق به برآورد صحيح و دقيقي از پارامترها منتهي مي شود.

واژه هاي كليدي : آمار، اندازه پلات، پارامتر، توليد، دقت، شکل پلات، صحت

۱. گروه مرتع و آبخيزداري، دانشکده منابع طبيعي و محيط زيست، دانشگاه فردوسي مشهد
* : مسئول مكاتبات، پست الكترونيكي: klnaseri@um.ac.ir
۵۱
مقدمه
126873867918

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

با توجه به اهمیت مراتـع در تـأمین غـذاي دام و حفـظ محـیطزیست، لازم است از ظرفیت تولیـدي مراتـع بـرآورد صـحیح ودقیقی به دست آید. خطا در برآورد تولیـد مـی توانـد بـه تعیـیننادرست ظرفیت چراي دام و در نتیجه چراي مفرط یـا کمتـر ازظرفیت مرتع منجر شود. هنگام نمونه گیري براي بـرآورد تولیـدعلوفۀ مراتع معمولامعمولاً از پلات استفاده مـی شـود . انتخـاب شـکل،تعداد و اندازة پلات مناسب برروي دقت و صحت نمونه گیـريبسیار مؤثر است و باعث می گردد که واریـانس داده هـا و زمـاننمونه گیري به حـداقل برسـد (6 و 14). نمونـه گیـري در واقـعفرآیند انتخاب بخشی از یک جامعه آماري است به ایـن منظـورک ه ویژگ یه ا و کیفی ت ک ل مجموع ه را از طری ق س نجش متغیرهاي نمونه بتوان با درجه اطمینان قابل قبولی بـرآورد کـرد(10). مروري بر منابع نشان مـی دهـد کـه در انتخـاب تعـداد وشکل پلات، قاعده مشخص و ثابتی وجود ندارد و افـراد اغلـببا توجه به نوع مطالعه، میزان تجربـه و درنظـر داشـتن سـهولتکار، پلات مناسب را تعیین می کنند (1). علی رغم آنکه اغلب در مکالمــات روزمــره معنــاي دو واژة “صــحت” (accuracy) و “دقت” ((precision یکسان تلقی می شـود، لازم اسـت مفـاهیممتفاوت آنها در آمار زیستی تعریف شـوند (13 و 18). صـحت،نزدیکی آماره نمونه(statistics) به مقدار واقعی پارامتر جمعیـ ت است، در حالی که دقت نزدیکی داده ها حول میـانگین آنهاسـت؛به عبارت دیگر، هر قدر انحراف معیـار داده هـا کمتـر باشـد، بـهدقت برآورد افزوده می شود. مسلماًمسلما انتخاب سطح پلات و تعداد پلات روي صحت و دقـت بـرآورد حاصـل از نمونـه اثرگـذار است. (4، 8، 9 و 12).
واژة نمونـه و م عـادل انگلیسـی آن (sample) چـه در منـابعانگلیسی و چه در منابع فارسی منشاء تناقض بوده است و غالبـاً نمونه به عنوان یک واحـد نمونـه گیـري بـه کـار رفتـه اسـت در حالی که معادل فارسی sample size تعداد واحدهاي نمونه گیري (پلات) است. هم چنـین در ایـن تحقیـق معـادل فارسـی “plot size” سطح پلات است.
۵۲
اصولاً در یک طرح نمونه گیري چند سؤال اساسی به شـرح زیـرمطرح می شوند: 1) چه تعداد پلات باید گرفته شـود؟ 2) سـطحپلات چه اندازه باشد؟ و 3) از چـه شـکل هـاي پـلات اسـتفادهشود؟
در تحقیق حاضر ابتدا از طریق نمونه برداري صد درصد یک جمعیت آماري کوچک، پارامترهاي واقعی جمعیت (میـانگین وواری انس) ب هدس ت آم د. س پس ب ا اس تفاده از ن رم اف زار R نمونه گیري هاي مکرر از جمعیت مذکور شبیه سازي شد و نتـایجحاصل از آماره هاي نمونه بـا پـارامتر جمعیـت مقایسـه گردیـد.
مزیــت ایــن تحقیــق در واقعــی بــودن داده هــاي آن، امکــاننمونه گیري هاي فراوان با صرف زمان و هزینه انـدك بـه منظـورآشکارسازي روند تغییرات دقت و صـحت و در اختیـار داشـتنپارامترهاي واقعی جمعیت بهمنظور مقایسه دقیق است.
در زمینۀ شبیه سازي نمونه گیري، مطالعات محـدودي انجـامشده است، اما مهمترین آنها مربوط به مطالعۀ کـالی و سـینکلایر (12) است که در یک شبکۀ 12×12 کیلومتر با 144 پـلات 1×1 کیلومتر، تعداد کانگوروها را با استفاده از سطوح مختلف پـلاتو روشهاي متفاوت نمونه گیري شـبیه سـازي کردنـد. زنگنـه وهمکاران (1) نیز با مکان یابی پایه هاي گیاهی گونۀ گون خـاردار(Astragalus verus) در منطقۀ مایان مشـهد، اقـدام بـه بررسـیصحت و دقت با سطح و شکل هاي مختلف پلات نمـود کـه بـابه کارگیري نرم افزار R، پلاتهایی مصنوعی با سطح و شکل هاي مختلف را روي پایه هاي گیاهی مستقر و نتایج دقیقـی از تـراکمگونۀ بوته اي فوق به دست آورد. گرچه این شبیه سـازي هـا بـرايبرآورد تراکم بود، با این حال نتایج آنها نکات مهمی را مشخص کرد که سطح پلاتهاي کوچک با تعداد بیشتر (1) و هـم چنـیناستفاده از ترانسکت موازي بـا شـیب تغییـرات تـراکم (12) بـهبرآوردهاي دقیق و صحیح تري ختم شده اند. الزینگا و همکـاران(16) معتقدند روند تغییرات دقت و صحت جز در تعـ داد زیـادنمونه گیري (چند صد یا چند هزار بار) آشکار نمی شود. بـدیهیاست که این تعداد نمونه گیري در عملیات میـدانی امکـان پـذیر
نیست و تنها از طریق شـبیه سـازي محقـق خواهـد شـد. سـایرتحقیقات انجـام شـده در ایـران اگرچـه در قالـب شـبیه سـازينبوده انـد، بـا ایـن حـال در مطالعـه اي کـه توسـط میرجلیلـی وهمکاران (7) براي برآورد تولید در مراتع استپی یزد انجام شـد،با استفاده از روش ترسیمی با قبول20 درصـد تغییـرات، تعـدادنمونه لازم براي برآورد تولید علوفه بدون تفکیک گونـه اي ،30 پلات 2 متر مربعـ ی و بـا تفکیـک گونـه اي ،100 پـلات 2 متـرمربعی بـود . مصـداقی و عجمـی (3) نیـز بـراي بـرآورد تولیـدعلفزارهاي مراتع چهار باغ گرگان پس از استقرار 90 پلات یک متر مربعی، با استفاده از روش ترسـیمی، تعـداد پـلات کـافی راح دود 50 پ لات ب رآورد کردن د. هنگ امی ک ه از پ لات ه اي مستطیلی کشیده در جهت عمود بر خطوط تـراز اسـتفاده شـود،حداکثر دقت به دست می آید و پلات هاي مربع یا دایره اي شـکلبه دلیل نشان دادن یکنواختی کمتر در امتـداد گرادیـان محیطـی،دقت کمتـري دارنـد (10). بـه منظـور مقایسـۀ کـارایی انـدازه وشکل هاي مختلف پلات جهت برآورد تولید در مناطق اسـتپ ونیمه استپ ایران، مقدم و قربانی پاشاکلایی (6) نشـان دادنـد کـهاندازه هاي 1 تا 5/1 متر مربع براي مناطق استپ و اسـتپ مرتفـعو اندازه هاي 5/0 تا 1 متر مربع براي منطقه نیمه استپ مناسب تـربوده اند. در مطالعهاي توسـط برومـر و همکـاران (11)، کـاراییشکل و سطوح مختلف پلات جهت بـرآورد تولیـــد در مراتـعتحقیق ـاتی دانش گاه نبراس کا ب ا عل ف گندمیـ ـان ری زوم دار Andropogon halli و Calamovilfa longifolia و گنــدمیان دســـــتهاي Bouteloua hisuta و Schizachyrium scoparium بررسی شد که براي گونه هاي ریزوم دار پـلات 6/3 متـر مربـع و براي علف گندمیان دسته اي پلات 8/1 متر مربع مناسـب بودنـد.
ویگرت (19) مطالعـاتی را در مراتـع جنـوب شـرقی میشـیگانجهت انتخاب سطح مناسب پـلات بـراي بـرآورد تولیـد علـفگندمیان، پهن برگان علفی و میزان لاشبرگ انجام داد کـه معیـارانتخاب سطح پلات، حداقل حاصل ضـرب واریـانس نسـبی درهزینه نسبی بود. دنگلر و همکاران (15) بیان کردند کـ ه سـطوحمتفاوتی از پلات جهت نمونه برداري از جوامع مختلـف گیـاهیوجود دارند به طوري کـه از سـطح کمتـر 1/0 متـر مربـع بـرايگیاهان کوچک بدون گل مانند گلسنگ ها تـا بزرگتـر از 10000 متر مربع براي جنگل هـاي گرمسـیري حـاره اي مناسـب اسـت.
مطالعۀ کرمی و همکاران (2) در مراتع مراوه تپـه بـا اسـتفاده ازروش ویگرت (19) نشان داد که سـطح 75/0 متـر مربـع بـرايپوشش علفزار یک سـاله مناسـب اسـت امـا بـه طـور کلـی ایـنمطالعات پراکنده و غیرمنسـجم بـه دلیـل نـامعلوم بـودن پـارامترواقعی جمعیت هاي آماري، پاسخگوي سؤالات اساسی تحقیق ما نیست، بنابراین اهداف این تحقیق شامل 1) تعیین تعـداد پـلاتکافی براي سطوح مختلف پلات بـا اسـتفاده از روش ترسـیمی،2) تعیین دقت و صحت برآورد تولید بـا سـطوح و شـکلهـايمختلف پلات و 3) مقایسۀ شکلهاي مختلف مربـع و مسـتطیلبا سطوح یکسان می باشد.

مواد و روش ها
مشخصات مناطق جمع آوري داده هاي تولید
داده هاي تولید مورد اسـتفاده در ایـن تحقیـق از پـنج منطقـه بـاپوشش غالب علف گندمیان (بـراي سـهولت و دقـت بیشـتر درقطع و توزین) در بخشهـاي شـمالی کشـور جمـع آوري شـدهاست (جدول 1). داده هاي بارندگی براساس متوسط دراز مـدتنزدیک ترین ایستگاه هواشناسی ارائه شده است.

گردآوري داده هاي میدانی و تصادفی کردن از هر منطقه، علوفه تولیدي پلاتهاي بزرگ 64 متر مربعی (بـهابعاد 8×8 متر) با 2 تکرار به تفکیک یک متر مربع قطع و پس از انتقال به آزمایشگاه خشک و وزن خشک آنها برحسب گـرم درمتر مربع تعیین شد (جدول 1).
از آنجا کـه پـلاتهـاي هـم جـوار از نظـر عوامـل محیطـی

126873867918

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

یکسانند، جهت جلوگیري از بروز خطاي خودهمبستگی مکـانی (spatial autocorrelation)، کلیۀ داده هاي640 پـلات یـک متـرمربعی طی فرایند تصادفی کردن، با هم تلفیق و سپس تصـادفیشدند تا استنتاجات آماري دربارة آنهـا صـدق نماینـد. بنـابراینطرح کلی شبیه سازي نمونه گیري تولید در نرمافزار R با ترکیـب
۵۳

126873867918

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

پلاتها در ماتریسـی از داده هـاي تولیـد بـه ابعـاد 32×20 متـر(به عنوان جمعیت آماري) است. سپس نتایج حاصل از تولید هر سطح به صورت گرم در یک متر مربع استاندارد شدند تـا امکـانمقایسه داده هاي حاصل از سطوح مختلف پلات فراهم شود.

ویژگی هاي واحدهاي نمونه و شبیه سازي نمونه گیري جهت شبیه سازي نمونه گیري در تعداد زیاد با استفاده از نرم افزار آماري R (که ابزار توانمندي جهت شبیه سـازي نمونـه گیـري ازجمعیت هاي آماري اسـت )، دو شـکل پـلات مربـع و مسـتطیل(پهن، متوسط و کشیده) و در شش سـطح بـه ابعـاد 1×1، 2×1،
2×2، 4×2، 4×4 و 32×1 متر درنظر گرفته شـد . در هـر یـک ازابعاد مذکور معادل یک چهارم جمعیت آماري (160 متر مربـع ) نمونه برداري شد. بنابراین با حجم نمونۀ ثابت، به ترتیب تعـداد160، 80، 40، 20، 10 و 5 واحد نمونه در هر بار نمونـه گیـريانتخاب شد و هر نمونه هزار بار تکرار گردید. لازم به ذکر است که در داخل نرم افزار R بسته هاي نرم افزاري (Package) وجـوددارد ک ه کلی ه تواب ع و مجموع ه ه اي داده اي R در بس ته ه اي نرم افزاري آن ذخیره شده اند که در اینجا براي رسـم منحنـی هـاتعداد نمونه کافی در سطوح مختلف از بسته هاي splancs ،sp و plotrix استفاده شده است.
۵۴
جدول 1. مشخصات مناطق مختلف نمونه گیري در بخش هاي شمالی ایران و متوسط تولید علوفۀ خشک آنها
بارندگی (میلی متر) ارتفاع
(متر) عرض جغرافیایی
(متر) طول جغرافیایی
(متر) منطقه
600 2000 36˚ 55′ 00

50˚ 04′ 18

زرچاك، استان گیلان
625 1970 37˚ 17′ 39

48˚ 54′ 15

اسپندول، استان گیلان
262 1240 36˚ 08′ 56

59˚ 32′ 10

طرق، استان خراسان رضوي
290 1090 37˚ 19′ 04

56˚ 03′ 21

دشت، استان خراسان شمالی
322 1720 37˚ 38′ 24

58˚ 29′ 56

آسلمه، استان خراسان رضوي
پردازش دادهها
انحراف معیـار و میـانگین واقعـی جمعیـت آمـاري (پارامترهـا ) محاسبه شد و سپس با میانگین، انحـراف معیـار و اشـتباه معیـارحاصل از نمونه گیـري (آمـاره هـا ) در سـطوح مختلـف مقایسـهگردید و میزان صحت و دقت آنها بـا معیـار حـدود اطمینـان وانحراف معیار واقعی جامعه بررسی شـد . بـا اسـتفاده از آزمـونتجزیۀ واریانس، داده هاي استاندارد شدة حاصـل از شـکل هـايمختل ف ب ا ه م مقایس ه ش دند. در ص ورت معن ی دار ش دن اخ تلاف ه ا، ب راي تعی ین می زان تف اوت معن ی دار از آزم ون فیشر(LSD) استفاده شده است.

تعیین تعداد پلات کافی براي سطوح مختلف شکل و انـدازهپلات به روش ترسیمی
از آنجا که داده هاي کل جمعیـت آمـاري بـه تفصـیل در اختیـاربودند، جهت تعیین تعداد پلات کافی براي هر بار نمونـه گیـري،به جاي داده هاي نمونه گیري از داده هاي کل جمعیت مربـوط بـههر سطح استفاده شد. بر این اساس میانگین تجمعی تولید بـراي پلاتهاي مربع 1×1متر (640 پلات)، مسـتطیل 2×1 متـر (320 پلات)، مربع 2×2 (160 پـلات ) و مسـتطیل 4×2 (80 پـلات )، مربع 4×4 (40 پلات) و مستطیل 8×4 (20 پلات) براساس هـر5 پلات متوالی محاسبه و میانگین تجمعی تولید در مقابل تعداد پلات رسم شدند (نمودار میانگین بـه سـطح). بـا اضـافه شـدنتعداد پلات از نوسانات منحنی کاسته شده تـا منحنـی صـاف وموازي محورx ها شود که آغاز صاف شدن منحنی نشـانه تعـدادپلات کافی است. (10،5 و 14).

تعیین صحت و دقت سطوح مختلف شکل و اندازة پلات از آنجا که تعداد واحد نمونه در نمونه گیري هاي مختلف یکسان نبود، جهت برقراري امکان مقایسه واحدهاي نمونه بـا یکـدیگراز اشتباه معیار میانگین (به جـاي انحـراف معیـار) اسـتفاده شـد.
2884114246973

بنابراین براي هر اندازه پلات، میانگین و اشـتباه معیـار میـانگینsx sd/ n به دست آمد. ملاك صحت براسـاس نزدیکـی بـهمیانگین واقعی و دقت براساس کمتـرین اشـتباه معیـار میـانگین انتخاب شد (10).
نتایج
همان طور که در بخش مـواد و روش هـا نیـز اشـاره شـد از هـرمنطقه، علوفه تولیدي پلات بـزرگ 64 متـر مربعـی (8×8) بـا 2 تکرار به تفکیک یک متر مربع قطع و پس از انتقال به آزمایشگاه خشک و وزن خشک آنها برحسب گرم در متر مربع تعیین شـدو مقدار تولید آنها به دست آمد (جدول 2).

تعداد پلات کافی
طبــق شــکل 1 بــا اضــافه شــدن تعــداد پــلات از نوســانات منحنی کاسته شده و منحنی تقریباًتقریبا صاف و مـوازي محـور xهـامی شود که آغاز هموارشدن منحنی، تعداد پلات کـافی را نشـانمی دهـد (شـکل 1 و جـدول 3). همـان طـور کـه در جـدول 3 مشاهده می شود هر چه سطح پلات بزرگتر مـی شـود بـه تعـدادنمونه کمتر نیاز است در واقع وقتی پـلات مـورد نظـر کوچـکاست براي دست یافتن به دقت کافی بـه تعـداد پـلات بیشـترينیاز است.

جدول 2. مقدار تولید در هر منطقه برحسب گرم در متر مربع
متوسط توليد (گرم در متر مربع) منطقه
۶۴/۹ زرچاك، استان گيلان
۹۶/۳ اسپندول، استان گيلان
۱۲۶/۸ طرق، استان خراسان رضوي
۱۹۵/۴ دشت، استان خراسان شمالي
۳۳۳/۱ آسلمه، استان خراسان رضوي

جدول 3. تعداد نمونه کافی برحسب سطوح مختلف پلات

سطح پلات تعداد کل پلات در

هرسطح تعداد پلات کافی
1×1 640 60
2×1 320 50
2×2 160 40
2×4 80 30
4×4 40 5
4×8 20 5

صحت و دقت سطوح مختلف پلات
نتایج مربوط به صحت و دقت سطوح مختلـف پـلات براسـاس1000 بار نمونه گیري تصادفی در جدول 4 درج شده است.
126873867918Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:30 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.4.14.51 ]

طبق جدول 4، میانگین سطوح مختلف تفـاوت چنـدانی بـامیانگین واقعی ندارند و تقریباًتقریبا همۀ سطوح داراي صـحت قابـلقبولی هستند. از نظر دقـت، اشـتباه معیـار میـانگین سـطح 1×1 داراي کمترین مقدار بوده و بنابراین دقیقتر است. هم چنین طبق جدول 4 با بزرگتر شدن سطح پلات (به جـز مسـتطیل کشـیده)، دقت هـر واحـد نمونـه کـاهش مـی یابـد . بـراي مقایسـه دقـتواحدهاي نمونه می توان از اشتباه معیار استفاده کرد ولـی بـرايمقایسه و بررسی دقت نمونه ها بایـد از انحـراف معیـار اسـتفادهنمود. همان طور که در جدول مشاهده میشود واحد نمونه 1×1 داراي دقت بیشتري است ولی نمونـه 5 تـایی بـا واحـد نمونـه
۵۵

تعداد

پلات

پلات
تعداد

تعداد

تعداد

پلات
پلات

میانگین
تولید

gm
(

2
)

میانگین

تولید

gm
(

2
)

میانگین

تولید
(
gm

2
)

تولید

میانگین

(
gm

2
)

میانگین
تولید

(
gm

2
)

میانگین

تولید

gm
(

2
)



قیمت: تومان


پاسخ دهید