Statistisk utvärdering av miljöövervakningsmetoder för kryptogamer i bokskog

Transkript

1 Statistisk utvärdering av miljöövervakningsmetoder för kryptogamer i bokskog

2 Statistisk utvärdering av miljöövervakningsmetoder för kryptogamer i bokskog ISSN 13-89, Meddelande nr 11:11 Utgiven av:

3 Statistisk utvärdering av miljöövervakningsmetoder för kryptogamer i bokskog Anders Bignert Enheten för miljögiftsforskning, Naturhistoriska riksmuseet Bakgrund Nedanstående utredning syftar till att undersöka hur många träd som behöver inventeras för att uppnå önskad säkerhet för uppskattning av det totala artantalet och medelartantal av två olika urval av naturvärdesintressanta lav- och mossarter samt att jämföra effektiviteten mellan olika provtagningsstrategier. Kartorna över de studerade objekten visar att såväl träd som antalet lavarter per träd fördelar sig ojämnt över studieområdena (se Figur 2.1, 3.1, 4.1, 5.1). Hypotesen var att en geografisk stratifierad urvalsstrategi (med en slumpmässig komponent) skulle ge en bättre uppskattning av det maximala antalet naturvärdesintressanta arter jämfört med ett helt slumpmässigt urval av träd. Material & metoder All data som använts vid nedanstående beräkningar och simuleringar baseras på inventeringar utförda av Örjan Fritz (REF). Samtliga träd med en diameter i brösthöjd av minst cm har positionsbestämts med GPS. Ingen hänsyn har tagits till att kostnaden i tid för att inventera ett träd vid de olika strategierna förmodligen varierar något. Sannolikheten för mänskliga fel (felbestämning av art eller misslyckande att hitta art) har satts till noll i denna utvärdering. Provtagningssimuleringar, kartritning och övriga beräkningar har utförts med programvaran TISS, Thematic Images and Spatial Statistics (Bignert, 9). Målvariabler Som målvariabler har dels (1a) det totala antalet intressanta och registrerade arter, (1b) det totala antalet arter av ett urval naturvärdesintressanta arter samt (2a,b)medelantalet naturvärdesintressanta arter använts (2a medelantalet av det totala antalet registrerade, 2b medelantalet av urvalet). 1 (25)

4 Tabell 1. Lista över urvalet naturvärdesintressanta arter Arthonia spadicea Glansfläck Bacidia rosella Rosa lunula Bacidia rubella Lönnlav Chaenotheca brachypoda Gulnål Chaenotheca chlorella Kornig gulnål Gyalecta ulmi Almlav Lecanora glabrata Bokkantlav Leptogium lichenoides Traslav Lobaria pulmonaria Lunglav Lopadium disciforme Barkkornlav Megalaria laureri Liten ädellav Mycobilimbia pilularis Stor knopplav Nephroma parile Bårdlav Normandina pulchella Mussellav Opegrapha vermicellifera Stiftklotterlav Parmeliella triptophylla Korallblylav Peltigera collina Grynig filtlav Pyrenula nitida Bokvårtlav Sclerophora peronella Liten blekspik Thelotrema lepadinum Havstulpanlav Antitrichia curtipendula Fällmossa Homalothecium sericeum Guldlocksmossa Neckera complanata Platt fjädermossa Neckera crispa Grov fjädermossa Neckera pumila Bokfjädermossa Porella platyphylla Trädporella För varje nivå av ansträngning (andel inventerade träd %) som testats, har simuleringar utförts. Andelen simulerade inventeringar som har kommit som mest 5,, eller % ifrån det sanna värdet har plottats mot andel inventerade träd. Andelen träd i procent av alla träd när % av de simulerade inventeringarna uppnår ett givet resultat, har uppskattats genom enkel linjär interpolation. Dessa interpolerade resultaten för precisionsnivån % redovisas i Tabell 2. För att man ska kunna upptäcka skillnader över tid eller mellan lokaler måste skillnaden som man vill testa alltså överstiga % om de tabellerade värden ska vara meningsfulla. Vill man hitta mindre skillnader kan man läsa av resultatet för och 5% i figurerna. Provtagningsstrategier 3 olika provtagningsstrategier har jämförts. För varje ansträngningsnivå har slumpningar utförts. Alla arter på de på så sätt utvalda träden har registrerats. 2 (25)

5 För cirklar och transekter har medelantalet inventerade träd för varje ansträngningsnivå beräknats, vidare har antalet träd omräknats till procent av totalantalet, för att jämförelser mellan strategierna ska kunna göras. 1) Helt slumpmässigt urval av träd (utan återlägg, utvalda träd inventeras bara en gång). 2) Slumpmässigt utlägg av cirklar a) med m radie b) med m radie Vallasen Figur 1.1. Exempel på cirklar, m radie (inventerade träd syns som gröna prickar). Cirklarnas centrum måste finnas innanför objektets gränslinje och får inte överlappa någon annan cirkel. Delar av cirklarnas periferi får hamna utanför objektets begränsning, detta för att möjliggöra samtliga träd inom ytan. Utslumpningen av cirklar upprepas ggr för varje antal som slumpas ut. I exemplet till vänster har 15 cirklar lagts ut. 626 TISS :33, vall_2 demo m Cirklar med m radie är i allmänhet lite för stora för att få plats i de mindre objekten för att täcka en stor del av antalet träd. Det innebär att diagrammen nedan i flera fall inte sträcker sig så långt som vore önskvärt. 3 (25)

6 3) Transekter, med olika avstånd mellan transekterna Vallasen m Figur 1.2. Exempel på transekter, 3 m avstånd mellan transekter, 2 m avstånd till transekten har inventerats, dvs i en korridor av 4 m runt transekten, (inventerade träd syns som gröna prickar). Den första transekten slumpas med olika avstånd - 3 m från den sydligaste punkten. Detta upprepas ggr för varje avstånd mellan transekterna. TISS :35, vall_4_demo Resultat Nedan följer resultat från respektive lokal. I varje diagram redovisas 4 olika precisionsnivåer, ljusblått för max % från sant värde, blått max %, grönt % och rött max 5% från sant värde. Ur diagrammen kan exempelvis i figur 2.2 utläsa, att om man vill upptäcka minst % av det totala antalet arter i % av alla inventeringar behöver man inventera 15% av alla träd i området. Vill man istället kunna upptäcka minst % av alla arter i % av gångerna så behöver man öka ansträngningen och inventera 45% av alla träd. Om man istället använder de arter som listas i Tabell 1, så räcker det med att inventera resp. 35% av alla träd. Om man istället använder medelantalet arter per träd så räcker det med att inventera c % av alla träd för att hamna +- % från det sanna medelvärdet (Fig 2.2 C, D). 4 (25)

7 Spenshult Spenshult 6357 Antal arter > 7 (4) 4-7 (42) 2-3 (42) 1 (43) 25 m inga (66) TISS :, spen_ Figur 2.1. Spenshult, polygonens area är ca 1 ha. Antal träd: 197 Antal arter: 3 No n % species Pyrenula nitida Neckera complanata Thelotrema lepadinum Lecanora glabrata Dicranum fulvum Peltigera praetextata Zygodon rupestris Porella platyphylla Homalothecium sericeum Normandina pulchella Antitrichia curtipendula Mycobilimbia pilularis 5 (25)

8 Leptogium lichenoides Bacidina phacodes Agonimia allobata Thelopsis flaveola Bacidia rubella Arthonia spadicea Lobaria pulmonaria Neckera crispa Opegrapha viridis Zygodon conoideus Megalaria pulverea Neckera pumila Biatoridium monasteriense Lopadium disciforme Bacida rubella Arthonia vinosa Homalia trichomanoides Metzgeria fruticulosa 6 (25)

9 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) Spenshult 9, all species listed species pia :, spen_1_p_a Spenshult 9, all species listed species pia :22, spen_1_p_b Fig Slumpmässigt urval av träd. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter. C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 7 (25)

10 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Spenshult 9, all species B) listed species pia :43, spen_2_p a C) Spenshult 9, all species D) listed species pia :48, spen_2 p_b Fig 2.3. Cirklar med m radie. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst (ljusblå), (blå), (grön) eller 5% (röd)från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 8 (25)

11 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Spenshult 9, all species B) listed species pia :22, spen_2_p a C) Spenshult 9, all species D) listed species pia :23, spen_2 p_b Fig 2.4. Cirklar med m radie. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst (ljusblå), (blå), (grön) eller 5% (röd)från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 9 (25)

12 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) Spenshult 9, all species listed species pia :, spen_4_p_a Spenshult 9, all species listed species pia :, spen_4_p_b Fig 2.5. Transekter. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. (25)

13 Torakärr Antal träd: 1 Antal arter totalt: 17 No n % species Lobaria pulmonaria Pyrenula nitida Neckera complanata Antitrichia curtipendula Lecanora glabrata Peltigera praetextata Lopadium disciforme Dicranum fulvum Zygodon rupestris Lecanactis abietina Chaenotheca brachypoda Thelotrema lepadinum Arthonia vinosa Arthonia spadicea Zygodon conoideus Neckera pumila Homalothecium sericeum Torakarr Antal arter 2-3 (7) 1 (14) m inga (89) TISS :24, tora_ Figur 3.1. Torakärr, polygonens area är 1.2 ha. 11 (25)

14 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Torakarr 9, all species B) listed species pia :29, tora_1_p_a C) Torakarr 9, all species D) listed species pia :1, tora_1_p_b Fig Slumpmässigt urval. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst (ljusblå), (blå), (grön) eller 5% (röd)från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 12 (25)

15 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Torakarr 9, all species B) listed species pia :51, tora_2 p_a C) torashult 9, all species D) listed species pia :54, tora_2 p_b Fig 3.3. Cirklar med m radie. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst (ljusblå), (blå), (grön) eller 5% (röd)från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. Det gick inte att lägga ut tillräckligt många cirklar som inte överlappar för att täcka in tillräckligt många träd för att ge en acceptabel säkerhet i uppskattningarna. 13 (25)

16 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Torakarr 9, all species B) listed species pia :2, tora_4_p_a A) Torakarr 9, all species B) listed species pia :8, tora_4_p_b Fig Transekter. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 14 (25)

17 Frodeparken Antal träd: 1 Antal arter: 29 No n % species Pyrenula nitida Lecanora glabrata Opegrapha ochrocheila Porella platyphylla Neckera pumila Neckera crispa Homalothecium sericeum Zygodon rupestris 3.7 Bacidina phacodes Neckera complanata Normandina pulchella Metzgeria fruticulosa Chaenotheca brachypoda Agonimia allobata Thelopsis rubella Bacidia rosella Antitrichia curtipendula Bacidia rubella 2.5 Thelotrema lepadinum Megalaria laureri Pachyphiale carneola Zygodon conoideus Acrocordia gemmata Homalia trichomanoides Arthonia spadicea Peltigera praetextata Lopadium disciforme Dicranum fulvum Chaenotheca chlorella 15 (25)

18 TISS :1, Frodeparken_m Figur 4.1. Frodeparken, polygonens area är 2.7 ha. Group frq % colour limits (25)

19 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Frodeparken 9, all species B) listed species pia :44, frode_1_p_a C) Frodeparken 9, all species D) listed species pia :44, frode_1_p_b Figur 4.2. Slumpmässigt urval av träd. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst (ljusblå), (blå), (grön) eller 5% (röd)från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 17 (25)

20 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Frodeparken 9, all species B) listed species pia :, frode_4_p_a C) Frodeparken 9, all species D) listed species pia :28, frode_4_p_b Figur 4.3. Transekter. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 18 (25)

21 Vallåsen TISS :21, vall_ Figur 5.1. Vallåsen, polygonens area är 4.2 ha. Antal träd: 2 Antal arter: 29 No n % species Zygodon rupestris Chaenotheca brachypoda Thelotrema lepadinum Pyrenula nitida Lecanora glabrata Opegrapha viridis Normandina pulchella Orthotrichum pulchellum 1.2 Dicranodontium denudatum Bacidia rubella Neckera complanata Homalothecium sericeum Leptogium lichenoides 19 (25)

22 Mycobilimbia pilularis Antitrichia curtipendula Chaenotheca chlorella Chaenotheca bracypoda Lopadium disciforme 2.4 Opegrapha ochrocheila Sclerophora peronella Arthonia spadicea Zygodon conoideus Homalia trichomanoides Peltigera praetextata Neckera pumila Porella platyphylla Pertusaria velata Sphinctrina turbinata Biatora chrysantha (25)

23 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Vallasen 9, all species B) listed species pia :3, vall_1_p_a C) Vallasen 9, all species D) listed species pia :13, vall_1_p_b Fig Slumpmässigt urval av träd. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter. C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 21 (25)

24 % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) % of survays (,,,5% from true value) A) Vallasen 9, all species B) listed species pia :37, vall_4_p_a C) Vallasen 9, all species D) listed species pia :22, vall_4_p_b Figur 5.3. Transekter. Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av det totala artantalet ligger högst (ljusblå), (blå), (grön) eller 5% (röd)från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts B) Samma för alla listade arter C) Genomsnittligt antalet gånger som uppskattningen av medelartantalet ligger högst,, eller 5% från det sanna A) totala antal arter upptäckts för olika proportioner av antalet träd som undersökts D) Samma för alla listade arter. 22 (25)

25 Diskussion Provtagningsstrategi Ingen systematisk tydlig skillnad kunde märkas vid en jämförelse av slumpmässigt urval av träd, inom cirklar av olika storlek eller transekter. För Torakärr ser slumpmässigt utvalda träd kräva ca % färre inventerade träd jämfört med transekter både för max artantal och medelantal arter. Cirklarna hade den nackdelen att det var svårt att lägga ut ett tillräckligt stort antal cirklar för att täcka träd så det räckte för att få tillräcklig hög precision i uppskattningarna av antal arter eller medelantal arter. Transekter som de läggs nu med ett jämnt intervall har den nackdelen att ett mönster i lavarnas förekomst kan interferera med transekternas mönster och göra att fler transekter som ligger tätare inte nödvändigtvis ger en säkrare uppskattning än ett glesare (se figur, 13 och 16) Målvariabler Det krävs i allmänhet betydligt färre inventerade träd för att uppskatta medelantal jämfört med att uppskatta maxantal arter, exv. Spenshult 21 istf 45%, Frodeparken 3 istf 61%, Vallåsen 18 istf 64%. För 2 av lokalerna, Spenshult och Vallåsen behöver färre träd inventeras om man begränsar sig till det listade urval än om man väljer det totala antalet registrerade arter (exv. 45 > 33%, Spenshult; 64 > 44%, Vallåsen). För Torakärr är förhållandet det motsatta. Det kan förklaras av att man vid Torakärr inte ser någon större minskning när det gäller antal arter som bara växter på 1 träd. Skillnader mellan lokaler Spenshult med i genomsnitt ett större antal lavarter med stort naturvärde per träd (2., Tab. 2.) kräver en mindre proportion undersökta träd än Torakärr (.3, Tab. 2) som har en lägre frekvens träd med intressanta arter. Om en relativ stor andel av de arter som räknas bara växer på 1 eller ett fåtal träd, minskar naturligtvis chansen för att med en måttlig inventeringsinsats hitta just dessa träd. Likaså om andelen tomma träd är stort. 23 (25)

26 Tabell 2. Summering av resultaten. Siffrorna i tabellen visar hur många träd som behöver inventeras (i% av alla träd) för att man i % av inventeringarna ska komma högst % ifrån det sanna värdet. (A=Alla arter, L=Listade arter). Nedre delen av tabellen innehåller karaktäristika om de 4 olika lokalerna. At least % of the total registered species Spenshult Torakärr Frodeparken Vallåsen Method A (%) L (%) A (%) L (%) A(%) L (%) A (%) L (%) Random Circles Circles Transects Max % from the true average n of species per tree Spenshult Torakärr Frodeparken Vallåsen Method A (%) L (%) A (%) L (%) A(%) L (%) A (%) L (%) Random Circles Circles Transects Spenshult Torakärr Frodeparken Vallåsen A L A L A L A L n of species n of spec report n of trees spec.report / tree Max n spec on 1 tree N of spec growing only at 1 tree % empty trees Trees/ha Area (ha) Perimeter (km) P/A # # Omkrets/area = Flikhetsindex 24 (25)

27 Slutsatser Om en hög andel av träden saknar lavar, om träden med många lavar fördelar sig mycket ojämnt geografiskt i objektet, om många av de lavar som endast förekommer någon enstaka gång samlas på ett fåtal träd, ja då krävs en stor insats med många inventerade träd. Om motsatsen råder krävs färre träd. Lokaler med ett större antal lavarter med stort naturvärde per träd kräver en mindre proportion undersökta träd än sådana som har en lägre frekvens träd med intressanta arter. Någon konsekvent skillnad mellan de provtagningsstrategier som undersökts kunde inte upptäckas. Vill man kunna upptäcka % av alla arter behöver man i allmänhet inventera ca % av alla träd, i värsta fall upp till % av alla träd. Det krävs i allmänhet färre inventerade träd för att uppnå samma precision i estimatet om man istället för maximala antalet arter använder medelantalet naturvärdesintressanta arter per träd. Det finns mycket kvar att göra. Det är viktigt att de som ska använda inventeringsresultat som beslutsunderlag för prioriteringar etc funderar över lämpliga målvariabler. Alternativ som exempelvis ännu inte testats är ett arturval som innehåller färre naturintressanta arter med relativt hög abundans, eller andel träd som har en eller flera arter. Det är också viktigt att bestämma hur stora förändringar/skillnader man vill kunna visa och om det exempelvis är tillräckligt om % av alla inventeringar ger önskvärd precision. Referenser Bignert A., 9. TISS, Thematic Images and Spatial Statistics - User's Guide and Reference 25 (25)