Vliv velikosti ploch pro sběr dat na fytocenologickou klasifikaci vegetace

Mgr. Zdenka Otýpková, Ph.D.

Doctoral thesis

The influence of the sample plot size on the analyses of vegetation diversity

Abstract:

Disertační práce se zabývá problematikou velikosti plochy a jejího vlivu na výsledky různých statistických analýz diverzity vegetace. V minulosti se věnovalo značné úsilí nalezení minimálního areálu, tj. nejmenší plochy, která už obsahuje dostatečný počet druhů s pravidelným výskytem. Přes všechnu snahu, metody a návrhy se nikdy nepodařilo takovou plochu najít a plochy, které se ve fytocenologii tradičně používají, přibližně proporcionálně odpovídají výšce vegetace. Současným trendem ve fytocenologii jsou analýzy snímků uložených ve velkých fytocenologických databázích. To naráží na četná metodická úskalí, jedním z nichž je velikost plochy, která může ovlivňovat další analýzy. Absence jasně dané standardizace měla za následek, že snímky uložené v databázích se liší ve velikostech ploch. Rozdíly v používaných velikostech se mohou projevit i lokálně v závislosti na zvyklostech fytocenologů v dané oblasti. Například v České republice jsou velikosti ploch více standardizované než v Evropě a mezi nejčastěji používané patří čtvercové plochy o velikosti 16, 25 a 100 m2. Velikosti používané v Evropě se mnohem více liší i v rámci jedné vegetační třídy, přičemž největší rozsah hodnot byl zaznamenán v druhově chudé vegetaci. Na základě rozboru používaných velikostí v Evropě a v ČR byla navrhnuta standardizace pro hlavní vegetační typy. Jako standardní velikosti byly zvoleny čtyři nejpoužívanější velikosti: 4 m2 pro snímkování vodní a nízké bylinné vegetace; 16 m2 pro trávníky, vřesoviště a jiné typy bylinné nebo keříčkové vegetace; 50 m2 pro křoviny a 200 m2 pro lesy. Analýzy vlivu velikosti plochy byly v předložené disertační práci prováděny s daty zapisovanými na různě velkých plochách, běžně používaných k zápisům travinné (1–49 m2) a lesní vegetace (49–961 m2). Umístěním těchto sérií do malé oblasti s převažujícím jedním vegetačním typem a velkého regionu s různou vegetací byly vytvořeny homogenní a heterogenní soubory. Následné analýzy dat ukázaly: (1) S rostoucí velikostí plochy se zvyšuje homogenita souborů, protože beta-diversita klesá a ekvitabilita snímků se zvyšuje. Tento nárůst ekvitability je průkazný u souborů homogenních a odráží nevyrovnané druhové složení na malých plochách s vyšší účastí dominant. Rozdíly v heterogenitě snímků na různých velikostech následně ovlivnily i ordinace a klasifikace. (2) V ordinacích byl na velmi malých plochách zaznamenán jiný pattern jak v homogenních, tak v heterogenních souborech, jak v loukách tak v lesích. Současně transformace pokryvnostních dat ovlivnila výsledky ordinací, a to zvláště v homogenních souborech. Použitím presenčně/absenčních dat se snižoval vliv velikosti ploch. Výsledky ukazují, že kombinace odlišných ploch v jedné ordinaci je možná pouze u heterogenních souborů. V případě homogenních souborů nelze kombinovat snímky lišící se řádově ve velikosti, ale lze kombinovat snímky s podobnou velikostí plochy (např. 16 a 25 m2 v loukách a 225 a 400 m2 v lesích). (3) Při klasifikaci souboru travinné vegetace transformace pokryvnostních dat ovlivnila počet stabilních shluků. Na malých plochách nebylo možné rozlišit více shluků, zatímco na větších ano. Velikost plochy se projevila v odlišném přiřazení jednotlivých snímků do shluků v souboru s prezenčně/absenčními daty. Diagnostické druhy se mění s velikostí plochy. Počet stejných diagnostických druhů mezi všemi plochami klesá s velikostí plochy. (4) Velikost plochy neovlivnila analýzy s Ellenbergovými indikačními hodnotami, což ukazuje na robustnost této analýzy.

Abstract:

This PhD thesis is focussed on the sample plot size and its influence on the results of various statistical analyses. Despite of considerable effort and various proposals, past seeking for minimal area, i.e. the smallest possible area that already contains the species of regular occurrence in vegetation stands, failed. Plot sizes proportional to the height of vegetation have been used. Currently, relevés stored in the large databases are being used for large-scale analysis, but they differ in size due to vague standardisation. Possible effects of such variation in plot size on data analysis, however, have remained unknown. There are local differences in plot sizes used for sampling. An example is revealed by an analysis of the Czech National Phytosociological Database; plot sizes are more standardised there than in the whole of Europe. The most common plots are squares of 16, 25 a 100 m2 in size. Plot sizes used in Europe vary even within the same vegetation type. The highest variability was recorded in species-poor vegetation. New standardisation was proposed for main vegetation types on the basis of plot size survey in Europe and in the Czech Republic. Four most common plot sizes are proposed as standards: 4 m2 for sampling aquatic and low-growing vegetation; 16 m2 for grasslands, heathlands and other herb or low-shrub vegetation types; 50 m2 for shrubs and 200 m2 for woodlands. To analyse the issue of plot size, I sampled nested plots of increasing size in grasslands and forests, using common plot sizes of 1–49 m2 and 49–961 m2, respectively. The series were placed both in a local area with one predominating vegetation type and in large region with various vegetation types in order to create homogeneous and heterogeneous data sets. The results of the analysis of these data sets are as follows: (1) The homogeneity of data sets increases with plot size, i.e. beta-diversity declines while evenness increases. This increase in evenness is more profound in homogeneous data sets. This implies uneven species distribution based on dominance of some species. The differences in within- and between-sample heterogeneity affected both ordinations and classifications. (2) Plot size influenced ordination pattern on the smallest plot sizes both in homogeneous and heterogeneous data sets and both in grasslands and forests. The effect of transformation of cover data coincided with the effect of plot size and influenced results in ordinations of homogeneous data sets. Using presence/absence eliminated the plot size effect. Joining plots of different size in one ordination is possible only in case of heterogeneous data sets, while in homogeneous ones it is possible just with plots of similar size, e.g. 16 a 25 m2 in grasslands and 225 a 400 m2 in forests. (3) Data transformation affected classification of grassland data set in a similar way as in ordinations. Moreover, it affected the stability of resulting clusters. Small plot sizes enabled to distinguish only two clusters, while larger plots resulted in more stable clusters. Using presence/absence, relevé assignments to clusters were influenced by plot size. Additional determination of diagnostic species was highly affected by the plot size, which resulted in high species turnover across plot sizes. Number of shared diagnostic species decreases with increasing plot size. (4) An analysis of Ellenberg indicator values was unaffected by plot size, which suggests robustness of this method.

Keywords

cluster analysis, data heterogeneity, Ellenberg indicator values, minimal area, ordination, phytosociology, scale, species richness, species-area relationships

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 12. 2006

Thesis defence

• Date of defence: 21. 12. 2006
• Supervisor: prof. RNDr. Milan Chytrý, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Botany