مدیریت جامع حوزه های آبخیز

مدیریت جامع حوزه های آبخیز

بررسی تغییرات پوشش گیاهی در استان خراسان شمالی با استفاده از شاخص­های پوشش گیاهی مبتنی بر سنجش از دور (مطالعه موردی: مراتع جیرانسو)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران
2 گروه زیست‌شناسی سلولی و مولکولی دانشکده علوم پایه، دانشگاه کوثر بجنورد، بجنورد، ایران
چکیده
چکیده مبسوط
مقدمه: مراتع به عنوان منابع طبیعی تجدیدشونده، نقش مهمی در حفظ محیط‌زیست و تأمین نیازهای دامی و گیاهی دارند. این منابع علاوه بر تأمین علوفه برای دام‌ها، از خاک و آب محافظت می‌کنند. با این حال، تغییرات بی‌برنامه کاربری اراضی و تخریب پوشش گیاهی در ایران، به ویژه در چهار دهه اخیر، باعث کاهش کیفیت این منابع شده است. عواملی مانند افزایش جمعیت، گسترش شهرنشینی و چرای بی‌رویه دام‌ها به تخریب مراتع منجر شده است. در این میان، سنجش از دور (RS) و سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) ابزارهای کارآمدی برای پایش این تغییرات هستند. این فناوری‌ها به طور دقیق و بدون نیاز به روش‌های سنتی پرهزینه، امکان نظارت بر تغییرات محیطی و شناسایی عواملی مانند شوری خاک و فرسایش را فراهم می‌کنند. استفاده از داده‌های ماهواره‌ای می‌تواند به ارزیابی تغییرات پوشش گیاهی، اثرات خشکسالی‌ها و دیگر تهدیدات زیست‌محیطی کمک کند. به همین دلیل، این ابزارها در مدیریت منابع طبیعی و حفاظت از مراتع اهمیت بسیاری دارند.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، مرتع قشلاقی جیرانسو در شهرستان مانه و سملقان به مساحت 2168 هکتار مورد مطالعه قرار گرفته است. این منطقه با اقلیم خشک و سرد و بارندگی سالانه 223 میلی‌متر در شمال‌غرب ایران واقع است. برای بررسی تغییرات پوشش گیاهی، از تصاویر ماهواره‌ای سری زمانی لندست (TM و OLI) و تصاویر گوگل‌ارث استفاده شد. تصاویر ماهواره‌ای با دقت مکانی 30 متر و به تاریخ‌های مختلف (1997، 2002، 2008، 2013، 2018، و 2023) از آرشیو سازمان زمین‌شناسی آمریکا (USGS) جمع‌آوری گردید. پس از پیش‌پردازش داده‌ها برای کنترل کیفیت و رفع خطاهای هندسی و رادیومتری، تصاویر با استفاده از روش‌های مختلف پردازش مانند تعدیل هیستوگرام و ترکیب رنگی برای بارزسازی اطلاعات مورد بررسی قرار گرفتند. برای تحلیل پوشش گیاهی، از شاخص‌های NDVIو MSAVI استفاده شد. سپس روند تغییرات پوشش گیاهی با دو روش تفاضل تصویر و طبقه‌بندی آستانه‌ای بررسی گردید.
نتایج و بحث: نتایج این تحقیق نشان داد که در دوره‌های مختلف زمانی، کمترین مقدار شاخص‌های پوشش گیاهی در سال 2008 مشاهده شد، که همزمان با خشکسالی شدید در ایران بوده است. این کاهش در پوشش گیاهی نشان‌دهنده وابستگی شدید آن به بارندگی و شرایط اقلیمی است. بررسی تغییرات کاربری اراضی نیز نتایج مشابهی را نشان داد؛ به‌طور خاص، در دوره 2008-1997، حدود 226 هکتار از اراضی مرتعی فقیر از بین رفت، که معادل 10 درصد از مساحت کل مرتع بود. همچنین، در دوره بعدی (2013-2008)، حدود 323 هکتار از اراضی مرتعی فقیر کاهش یافت و کلاس‌های کاهشی بیش از 14 درصد از سطح منطقه را پوشش داد. این نتایج تأکید می‌کند که روش‌های سنجش از دور، به‌ویژه با استفاده از شاخص‌های پوشش گیاهی، ابزارهایی کارآمد و دقیق برای بررسی تغییرات پوشش گیاهی و پایش وضعیت مراتع هستند. به طور کلی این تحقیق نشان داد که برای پایش دقیق وضعیت مراتع، استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و شاخص‌های گیاهی مانند NDVI و MSAVI، علاوه بر ارائه اطلاعات مشابه به روش‌های سنتی، دقت بالاتری در شناسایی تغییرات و روندهای اکولوژیکی به‌ویژه در مناطق با اقلیم خشک و نیمه‌خشک دارد.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش بر اهمیت شاخص‌های NDVI و MSAVI در بررسی تغییرات پوشش گیاهی تأکید دارد و نشان می‌دهد که این شاخص‌ها توانایی پایش روند تخریب و تغییرات زیست‌محیطی را دارند. این شاخص‌ها به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک که بیشتر تحت تأثیر تغییرات اقلیمی و خشکسالی‌ها قرار دارند، نقش مهمی در شبیه‌سازی کاهش پوشش گیاهی و تولیدات مرتعی ایفا می‌کنند. همچنین، نتایج نشان می‌دهند که استفاده از این شاخص‌ها به دلیل اصلاح اثرات خاک لخت و قابلیت بالا در ارزیابی تغییرات پوشش گیاهی، ابزاری مؤثر برای پایش و مدیریت مراتع هستند. این ابزارها می‌توانند به شناسایی مناطق آسیب‌دیده کمک کرده و با فراهم کردن داده‌های دقیق و به‌موقع، روند تخریب مراتع را پیش‌بینی و مدیریت کنند. از این رو، به‌کارگیری این شاخص‌ها در برنامه‌های مدیریت منابع طبیعی و ارزیابی‌های زیست‌محیطی می‌تواند در حفاظت از منابع طبیعی و بهبود وضعیت اکوسیستم‌ها تأثیر قابل توجهی داشته باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Aladinvandi, A. (2021). The affective factors on pastures destruction and identifying its protection aproaches. Spatial Research Quarterly, 20, 71-90. (In persian)
Broich, M., Tulbure, M.G., Verbesselt, J., Xin, Q. & Wearne, J. (2018). Quantifying Australia's dryland vegetation response to flooding and drought at sub-continental scale. Remote Sensing of Environment, 212(1), 60-78. https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.04.032
Choate, M., Rengarajan, R., Micijevic, E. & Lubke, M. (2021). Comparing geometric differences between Landsat Collection 1 to Collection 2 level-1 products. Earth Observing Systems XXVI, 11829, 114-124. https://doi.org/10.1117/12.2596204
Dong, S., Lassoie, J., Shrestha, K., Yan, Z., Sharma, E. & Pariya, D. (2009). Institutional development for sustainable rangeland resource and ecosystem management in mountainous areas of northern Nepal. Journal of Environmental Management, 90(2), 994-1003. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2008.03.005
Eskandari Damaneh, H., Zehtabian, G., Khosravi, H., Azarnivan, H. & Barati, A. (2022). Investigating the influence of drought on trend of vegetation changes in arid and semiarid regions, using remote sensing technique: A case study of Hormozgan Province. Desert Ecosystem Engineering, 9(28), 13-28. https://doi.org/10.22052/deej.2020.9.28.11 (In persian)
Ghitouri, M., Ansari, N., Sandgel, A. & Hashemi, M. (2006). Effective factors in rangeland degradation of Kermanshah province. Iranian Journal of Rangeland and Desert Research, 13(4), 314-323. (In persian)
Gu, Y. & Wylie, B.K. (2015). Developing a 30-m grassland productivity estimation map for central Nebraska using 250-m MODIS and 30-m Landsat-8 observations. Remote Sensing of Environment, 171, 291-298. https://doi.org/10.1016/j.rse.2015.10.018
Han, J., Zhang, Y., Wang, C., Bai, W., Wang, Y., Han, G. & Li, L. (2008). Rangeland degradation and restoration management in China. Rangeland Journal, 30(2), 233-239. https://doi.org/10.1071/RJ08009
Helman, D. & Mussery, A. (2020). Using Landsat satellites to assess the impact of check dams built across erosive gullies on vegetation rehabilitation. Science of the Total Environment, 730, 138873. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138873
Higginbottom, T.P., Symeonakis, E., Meyer, H. & van der Linden, S. (2018). Mapping fractional woody cover in semi-arid savannahs using multi-seasonal composites from Landsat data. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 139, 88-102. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2018.02.010
Hill, M.J. (2013). Vegetation index suites as indicators of vegetation state in grassland and savanna: An analysis with simulated SENTINEL 2 data for a North American transect. Remote Sensing of Environment, 137, 94-111. https://doi.org/10.1016/j.rse.2013.06.004
Hu, P., Sharifi, A., Tahir, M.N., Tariq, A., Zhang, L., Mumtaz, F. & Shah, S.H.I.A. (2021). Evaluation of vegetation indices and phenological metrics using time-series modis data for monitoring vegetation change in Punjab, Pakistan. Water, 13(18), 2550. https://doi.org/10.3390/w13182550
Huete, A. R. (1988). A soil-adjusted vegetation index (SAVI). Remote sensing of environment25(3), 295-309. https://doi.org/10.1016/0034-4257(88)90106-X
Huete, A.R., Post, D.F. & Jackson, R.D. (1984). Soil Spectral effects and 4-space vegetation discrimination. Journal of Remote sensing of Environment, 15, 155-165. https://doi.org/10.1016/0034-4257(84)90043-9
Ihuoma, S.O. & Madramootoo, C.A. (2019). Sensitivity of spectral vegetation indices for monitoring water stress in tomato plants. Computers and Electronics in Agriculture, 163, 104860. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.104860
Jafari, R., Bashari, H. & Tarkesh, M. (2017). Discriminating and monitoring rangeland condition classes with MODIS NDVI and EVI indices in Iranian arid and semi-arid lands. Arid land research and management, 31(1), 94-110. https://doi.org/10.1080/15324982.2016.1224955
Jasim, A.I. & Awchi, T.A. (2020). Regional meteorological drought assessment in Iraq. Arabian Journal of Geosciences, 13(7), 284. https://doi.org/10.1007/s12517-020-5234-y
Karimi Mofareh, B., Ghavam, M. & Abdeh Kolahchi, A. (2020). Vegetation monitoring using satellite imagery in the rangelands of Damavand. Scientific Journal of Rangeland and Desert Research, 28(1), 151-163. https://doi.org/10.22092/ijrdr.2021.121122.1704 (In persian)
Kawamura, K., Akiyama, T., Yokota, H.O., Tsutsumi, M., Yasuda, T., Watanabe, O. & Wang, S. (2005). Quantifying grazing intensities using geographic information systems and satellite remote sensing in the Xilingol steppe region, Inner Mongolia. China. Agriculture, Ecosystems & Environment, 107(1), 83-93.  https://doi.org/0.1016/j.agee.2004.09.008
Kyriazopoulos, A., Arabatzis, G., Abraham, E. & Parissi, Z. (2013). Threats to Mediterranean rangelands: A case study based on the views of citizens in the Viotia prefecture, Greece. Journal of Environmental Management, 129, 615-620.
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.08.035  
Motamedi, J., Jalili, A., Arzani, H. & Khodaghaei, M. (2020). Causes of rangeland degradation in the country and solutions for overcoming the current situation. Nature of Iran, 5(4), 21-44. https://doi.org/10.22092/irn.2020.122530
Nadaf, M., Omidipour, R. & Sobhani, H. (2023). Study on the increasing trend of vegetation cover degradation in north Khorasan Province. Journal of Environmental Research and Technology, 14(8), 131 – 146. https://doi.org/10.61186/jert.43616.8.14.13 (In persian)
Nikbakht, J., Tabari, H. & Talaee, P.H., (2013). Streamflow drought severity analysis by percent of normal index (PNI) in northwest Iran. Theoretical and applied climatology, 112, 565-573. https://doi.org/10.1007/s00704-012-0750-7
Omidipour, R., Ebrahimi, A.A., Tahmasbi, P. & Farmarzi, M. (2020). The effect of grazing on the relationship between ground vegetation cover and plant biomass with vegetation indices in the Sabz Kuh region, Chaharmahal and Bakhtiari. Rangeland and Watershed Management Journal, 73(1), 33-47. https://doi.org/10.22059/jrwm.2020.272219.1336. (In persian)
Pawe, C.K. & Saikia, A. (2018). Unplanned urban growth: land use/land cover change in the Guwahati Metropolitan Area, India. Geografisk Tidsskrift-Danish Journal of Geography, 118(1), 88-100. https://doi.org/10.1080/00167223.2017.1405357
Rafiei Sardooi, E., Azareh, A., Eskandari Damaneh, H. & Skandari Damaneh, H. (2021). Drought monitoring using MODIS land surface temperature and normalized difference vegetation index products in semi-arid areas of Iran. Journal of Rangeland Science, 11(4), 402-418.
Robinson, N.P., Allred, B.W., Naugle, D.E. & Jones, M.O. (2019). Patterns of rangeland productivity and land ownership: Implications for conservation and management. Ecological Applications, 29(3), e01862. https://doi.org/10.1002/eap.1862
Rouse, J.W. (1974). Monitoring the vernal advancement of retro gradation of natural vegetation. NASA/GSFC, Type III, Final Report, Greenbelt, MD, pp. 371
Savari, M. (2023). Explaining the ranchers’ behavior of rangeland conservation in western Iran. Front Psychol, 4(13), 1090723. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2022.1090723
Serrano, L., Filella I. & Penuelas, J. (2000). Remote sensing of biomass and yield of winter wheat under nitrogen supplies. Crop Science. 40, 723–731. https://doi.org/10.2135/cropsci2000.403723x
Sharif, M. & Hamzeh, S. (2021). Investigating the effect of Gotvand Dam on changes in soil salinity and vegetation cover of downstream lands of the dam using satellite imagery and spectral indices. Environmental Sciences, 19(4), 225-248. https://doi.org/10.52547/envs.2021.1014 (In persian)
Soydan, O. (2020). Determination of water surface and vegetation change in Akkaya Reservoir basin using remote sensing method. Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology, 8(5), 1174-1180. https://doi.org/10.24925/turjaf.v8i5.1174-1180.3345
Veraverbeke, S., Dennison, P., Gitas, I., Hulley, G., Kalashnikova, O., Katagis, T., Kuai, L., Meng, R., Roberts, D. & Stavros, N. (2018). Hyperspectral remote sensing of fire: state-of-the-art and future perspectives. Remote Sensing of Environment, 216, 105-121. https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.06.020
Wang, M., Shi, S., Lin, F., Hao, Z. Q., Jiang, P. & Dai, G. (2012). Effects of soil water and nitrogen on growth and photosynthetic response of Manchurian ash (Fraxinus mandshurica) seedlings in northeastern China. PLOS One, 7(2), e30754. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0030754
Xue, J. & Su, B. (2017). Significant remote sensing vegetation indices: A review of developments and applications. Journal of Sensors, 2017(1), p.1353691. https://doi.org/10.1155/2017/1353691
Zeng, Y., Hao, D., Huete, A., Dechant, B., Berry, J., Chen, J.M., Joiner, J., Frankenberg, C., Bond-Lamberty, B., Ryu, Y. & Xiao, J. (2022). Optical vegetation indices for monitoring terrestrial ecosystems globally. Nature Reviews Earth & Environment, 3(7), 477-493. https://doi.org/10.1038/s43017-022-00298-5 
Zheng, L., Xu, J., Wang, D., Xu, G., Tan, Z., Xu, L. & Wang, X. (2021). Acceleration of vegetation dynamics in hydrologically connected wetlands caused by Dam operation. Hydrological Processes, 35(2), p.e14026. https://doi.org/10.1002/hyp.14026

  • تاریخ دریافت 24 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 16 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 24 دی 1403