Zastosowanie analizy skupień w porównawczych badaniach zdolności retencyjnych ekosystemów leśnych

W procesie podejmowania decyzji dotyczących wielu obiektów badacze często stają przed problemem doboru odpowiedniego sposobu łączenia ich w grupy obiektów podobnych. Niniejsza praca stanowi propozycję wykorzystania metod aglomeracji do poszukiwania związków pomiędzy poszczególnymi ekosystemami leśnymi pod względem możliwości retencjonowania przez nie wody. Przyjęto w niej założenie, iż większość parametrów opisujących zdolności retencyjne konkretnego ekosystemu pochodzić powinna z planów urządzania lasu. Wybrane charakterystyki, przyjęte jako opisujące zdolności retencyjne ekosystemów leśnych tj.: średni spadek terenu [%]; odległość od sieci cieków [m]; odległość od wód stojących, terenów podmokłych (jezior, stawów, bagien) [m]; wariant uwilgotnienia siedliska [-]; wskaźnik zwarcia drzewostanu [-]; rodzaj pokrywy gleby [-]; wskaźnik pokrycia powierzchni badawczej podszytem [-]; wskaźnik powierzchni drzew [ha∙ha-1] oraz potencjalna retencja użyteczna profilu glebowego [mm] poddane zostały testowaniu siedmioma metodami grupowań hierarchicznych tj.: prostych połączeń single linkage method, średnich połączeń group average method – UPGMA (Unweighted pair-group method using arithmetic averages), średnich połączeń ważonych weighted average method – WPGMA (weighted pair-group method using arithmetic averages), najdalszego sąsiedztwa furthest neighbor method, środków ciężkości unweighted centroid method – UPGMC (unweighted pairgroup method using centroids), ważonych środków ciężkości weighted centroid method – WPGMC (weighted pair-group method using centroids) oraz metodą Warda Ward method. Wykorzystane metody skupiania grupują obiekty poddane analizie, wykazując w mniejszym lub większym stopniu istnienie znacznej zależności pomiędzy wybranymi do charakteryzowania zdolności retencyjnych cechami a samym przebiegiem procesu skupiania. Głównym czynnikiem wpływającym na formowanie się dendrytów okazał się wiek drzewostanów oraz, w przypadku olsów, siedlisko leśne. Najkorzystniejszą do poszukiwania związków pomiędzy obiektami, odnośnie zdefiniowanych w pracy zdolności retencyjnych, wydaje się być metoda pełnego wiązania i metoda Warda. Metody prostych połączeń, środków ciężkości oraz ważonych środków ciężkości, ze względu na tendencję do tworzenia mało przejrzystych skupień o strukturze długich „łańcuchów”, nie wydają się być przydatnymi do przeprowadzania tego typu analiz.

In the decision making process concerning numerous objects researchers frequently face the problem of selecting an appropriate method to link them into groups of similar objects. This study is a proposal of the application of agglomeration methods to search for relationships between individual forest ecosystems in terms of their water retaining capacity. It was assumed that most parameters describing water retaining capacity of a specific ecosystem should come from forest management plans. Selected characteristics, adopted as those describing water retaining capacity of forest ecosystems, i.e. mean fall of land [%]; distance from watercourse network [m]; distance from standing waters, wetlands (lakes, ponds, swamps) [m]; site moisture content variant [-]; stand density index [-]; type of soil cover [-]; undergrowth cover index of the experimental plot [-]; canopy index [ha∙ha-1] and potential available water retentiveness of the soil profile [mm] were tested using seven data clustering methods, i.e. the single linkage method, group average method (UPGMA – Unweighted Pair-Group method using arithmetic averages), weighted average method (WPGMA – Weighted Pair-Group Method using arithmetic Averages), the furthest neighbor method, the unweighted centroid method (UPGMC – Unweighted Pair-Group Method using Centroids), weighted centroid method (WPGMC – Weighted Pair-Group Method using Centroids) and the Ward method. The applied clustering methods group analyzed objects, showing to a larger or smaller degree the existence of a considerable dependency between parameters selected for the purpose of the characteristic of water retaining capacity and the course of the clustering process itself. The main factor affecting the formation of dendrites was the age of tree stands and - in case of alder carrs – the forest site. The furthest neighbor method and the Ward method seem to be the most advantageous for the search between objects in terms of the water retaining capacity defined in this study. The single linkage, unweighted centroid and weighted centroid methods, due to the tendency to form rather unclear clusters with the structure of long chains, do not seem suitable for such analyses.