پایش تغییرات کاربری اراضی و پوشش گیاهی در حوزه آبخیز دامغان
الموضوعات :
شیما نیکو
1
,
پیمان اکبرزاده
2
1 - گروه بیابانزدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان
2 - گروه بیابانزادیی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان
الکلمات المفتاحية: تغییرات کاربری اراضی, تغییرات پوشش گیاهی, حوزه آبخیز دامغان سنجش از دور, NDVI,
ملخص المقالة :
پایش تغییرات عوامل محیطی در طی زمان به منظور درک روابط متقابل بین انسان و پدیده‌های طبیعی به‌منظور تصمیمگیری بهتر درباره مدیریت پایدار سرزمین از اهمیت بالایی برخوردار است. با توجه به دگرگونی و تغییرات گسترده در کاربری اراضی و پوشش گیاهی، بهره گیری از تکنولوژی سنجش از دور به یک ابزار مهم در بحث بررسی پایش تغییرات پوشش گیاهی/کاربری اراضی تبدیل شده است. در مطالعه حاضر در بازه زمانی 2020-2000 در حوزه آبخیز دامغان، تغییرات پوشش گیاهی با استفاده از شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی (NDVI) و تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 8، 7 و 5 سنجنده های OLI، ETM+ و TM ، نرم افزار eCognition و سیستم اطلاعات جغرافیایی بررسی و از نرم افزار R . نیز برای بررسی تغییرات استفاده شد. نتایج بررسی تغییرات کاربری اراضی نشان داد که مساحت اراضی باغی 6624 هکتار، مناطق شهری 635 هکتار، اراضی بدون پوشش (بایر) 4/54757 هکتار و مساحت منابع آب سطح ناشی از احداث سد 15/453 هکتار افزایش یافته و مساحت اراضی با کاربری مراتع 25/12976 هکتار، جنگل 44/40438 هکتار و اراضی کشاورزی 62/9055 هکتار کاهش داشته است. بیشترین مقدار شاخص NDVI مربوط به سال 2020 و 2000 میلادی به ترتیب با مقدار 598/0 و 481/0 است و کمترین میزان این شاخص مربوط به سال 2010 و 2020 به ترتیب با مقدار 406/0 و 359/0 است. سطح عرصه های با پوشش گیاهی فقیر 3/163798 هکتار افزایش و مناطق دارای پوشش گیاهی متوسط و خوب به ترتیب 4/111001 و 9/52796 هکتار کاهش یافته است. بررسی تغییرات با استفاده از نرم افزار R نیز نشان داد که در 227754 هکتار از حوزه میزان پوشش گیاهی کاهش یافته، در 11/358327 هکتار پوشش گیاهی بدون تغییر و ثابت بوده و نهایتا در سطح 89/8146 هکتار از حوزه آبخیز دامغان میزان پوشش گیاهی افزایش پیدا کرده است.
_||_
پایش تغییرات کاربری اراضی و پوشش گیاهی در حوزه آبخیز دامغان
1-دانش آموخته دکتري مدیریت و کنترل بیابان، دانشکده کویرشناس، دانشگاه دانشگاه سمنان، سمنان، ايران
2-استاد گروه بیابانزدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، سمنان، ايران
چکیده
واژه های کلیدی: تغییرات کاربری اراضی، تغییرات پوشش گیاهی، NDVI، حوزه آبخیز دامغان سنجش از دور
Monitoring land use changes and vegetation cover in Damghan watershed
Peyman Akbarzadeh1, Shima Nikoo22
1- Ph.D. Graduate of Management and Control of Desert, Faculty of Desert Studies, Semnan University, Semnan, Iran
2-, Assistant Professor, Department of Combating Desertification, Faculty of Desert Studies, Semnan University, Semnan, Iran
Vegetation and land use due to natural and human factors change over time and affect the functioning of the ecosystem. Monitoring of environmental factors changes over time is important to understand the interrelationships between humans and natural phenomena in order to make better decisions about sustainable land management. Remote sensing multispectral images are very useful for gaining a better understanding of the environment. Due to widespread changes in land use and vegetation, the use of remote sensing technology has become an important tool for monitoring changes in vegetation / land use. In the present study, changes in vegetation identified by NDVI in Google Earth Engine and land use changes in 2000-2020 in Damghan watershed in Semnan province using Landsat 8, 7 and 5 satellite images -OLI, ETM + and TM sensors, eCognition software and GIS. The results showed that the area of gardens, urban areas, barren land, and the area of surface water resources due to the construction of the dam have increased 6624, 635, 54757.4 and 453.15 hectares respectively. Also the area of rangeland, forest and agricultural lands have decreased 12976.25, 40438.44 and 9055.62 hectares respectively. The highest values of NDVI were related to 2020 and 2000 with the values of 0.598 and 0.481, respectively, and the lowest values of NDVI related to 2010 and 2020 were 0.406 and 0.359, respectively. The results of NDVI vegetation index during the study period showed that the area of lands with low vegetation increased by 163798.3 hectares and the area of lands with medium and good vegetation decreased by 11101.4 and 52796.9 hectares, respectively. Then these changes were evaluated with R software and the results showed that vegetation on 227754 hectares of the study area decreased, on 358327.11 hectares did not change and finally on 8146.89 hectares increased.
Keywords: Land use changes, Vegetation changes, NDVI, Damghan watershed,RS
مقدمه
کاربری اراضی و پوشش گیاهی دو مؤلفه اصلی در بحث مدیریت منابع طبیعی و پایش تغییرات محیط زیستی (18) و شاخصهایی مهم برای بررسی تخریب اراضی در مناطق در معرض خطر است .پوشش گیاهی به علل مختلف در اثر عوامل طبیعی و انسانی به‌مرور زمان دچار تغییر شده و شرایط عملکرد اکوسیستم را تحت تاثیر خود قرار میدهد (6). الگوي پوشش و كاربري اراضي يك منطقه، نتیجه ارتباط طبيعت و فاكتورهاي اقتصادي- اجتماعي و به‌کارگیری آنها توسط بشر، در بعد زمان و مكان است (13). به‌طورمعمول تغييرات در كاربري اراضي توسط انسان به‌منظور تأمين مايحتاج زندگي ايجاد میشود، درحالی‌که تغيير در پوشش اراضي بدون دخالت انسان و به‌وسیله مجموعه عوامل زنده درون آن مجموعه ايجاد میشود شناسايي روند تغيير در اين دو فرآيند مهم، اغلب روش‌ها و چشم‌اندازهای متفاوتي را شامل میشود، اما به‌طورمعمول در قالب يك روش مشترك به آن پرداخته میشود (11). بررسی روند تغییرات عوامل محیطی در طی زمان برای درک روابط متقابل بین انسان و پدیده‌های طبیعی به‌منظور تصمیمگیری بهتر درباره مدیریت پایدار سرزمین از اهمیت بالایی برخوردار است و مطالعه تغییرات یک منطقه مشتمل بر تغيير کاربری اراضی و مساحت طبقات پوشش گیاهی و تبدیل از یک کاربری اراضی به کاربری دیگر است (3). تغییرات ناشی از تغییرات کاربری اراضی و پوشش گیاهی در شرایط سطح زمین به‌راحتی توسط سنجندههای ماهواره‌ای ضبط و ثبت میشود، ازاین‌رو می‌توان از تصاویر ماهواره‌ای برای شناسایی و ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی و پوشش گیاهی نهایتاً در شناسایی فرآیندهای مختلف تخریب سرزمین استفاده کرد (2، 4 و 8). از آنجایی که اراضی خشک غالباً تحت تأثیر فرسایش سریع خاک و تخریب اراضی قرار دارند، نظارت مدام بر تغییرات سطح اراضی در آنها ضروری است، بااین‌حال نقشههای کاربری اراضی، پوشش گیاهی و تخریب سرزمین غالباً در دسترس نیست، بنابراین نظارت بر تخریب را دشوار می‌کند، لذا استفاده از سنجش‌ازدور برای بررسی تغییرات کاربری اراضی، پوشش گیاهی و تخریب سرزمین ضروری است (9). تغییرات کاربری اراضی و تخریب پوشش گیاهی به‌عنوان رخنمونی از تخریب منابع طبیعی تمامی کشورهای توسعه‌یافته و درحالتوسعه جهان را درگیر نموده است، به همین دلیل است که توجه به این امر ضروری و بسیار مهم است و باید از شیوه‌ها و راهکارهای مدیریت سرزمین در جهت کاهش شدت تخریب اراضی و پوشش گیاهی و جلوگیری از گسترش روزافزون آن استفاده کرد (10 و 12). مدلسازی و نمایش کاربریها و پوشش گیاهی اراضی مختلف که تولیدکننده‌های اصلی در هر سرزمین می‌باشند و تغییرات آنها دید جامعی به محققین حوزه‌های گوناگون ازجمله متخصصین محیط‌زیست و منابع طبیعی ارائه می‌نماید (14).
مطالعات زیادی در سطح جهان در زمينه بررسي تغييرات كاربري اراضي و پوشش سرزمین و رابطه‌ی بین آنها صورت گرفته كه در اینجا به بعضي آنها اشاره‌شده است. نتایج تحقیق احمدی و همکاران (1) که به منظور بررسی روند تغییرات کاربری اراضی، پوشش گیاهی، دمای سطح زمین و مخاطرات ناشی از آنها در سری زمان‌های چندساله در شهر قائن از تصاویر سنجنده ETM و OLI بهره گرفتند، نشان داد که در بازه زمانی ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۰، مساحت کاربری‌های محدوده ساخته‌شده، کشاورزی، باغات و پوشش گیاهی مصنوعی افزایش، و مساحت اراضی بایر و مراتع کاهش پیداکرده است. همچنین در بازه‌ی زمانی ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۷ نیز بر محدوده‌ی ساخته‌شده افزوده‌شده و رشد شهر به‌صورت پراکنده ادامه یافته است که باعث افزایش مخاطرات محیطی از جمله از بین رفتن زمین‌های کشاورزی مرغوب و همچنین افزایش روند دمایی در شهر شده است. میشر (15) در تحقیقی اثر تغییر کاربری اراضی در منطقه هاریدوار (Haridwar) در هند را موردبررسی قرارداد. نتایج تحقیق نشان داد که افزایش وقوع سیل، افزایش بی‌رویه جمعیت، فعالیت‌های صنعتی به همراه تقاضای سوخت‌های فسیلی و گیاهی موجب افزایش سرعت تغییر در الگوهای کاربری اراضی گردیده و به‌تبع آن مناطق مسکونی افزایش و سطح پوشش گیاهی کاهش یافته است. تحقیقی دیگر که توسط مونخان سن و همکاران (16) در خصوص تجزیه‌وتحلیل و ارتباط بین پوشش گیاهی و روند تغییرات آب‌وهوا صورت گرفته است، نشان داد که بیشترین روند کاهش پوشش گیاهی در مناطق عرض میانی نیمکره شمالی که فعالیت‌های انسانی بیشتر است، در مناطقی از آمریکای جنوبی، آفریقا، عربستان سعودی و جنوب و شمال شرقی آسیا رخ دادهاست. نتایج تحقیق یوجا و همکاران (26) در واحه‌های صحرایی در شمال غربی چین که از حساس‌ترین مکان‌های زیست‌محیطی هستند نشان داد در طی چهار دهه گذشته، سطح مناطقی بیابانی روند افزایشی قابل‌توجه و سطح زمین‌های واحه روند کاهشی مشخصی را نشان میدهند. روابط بین روند NDVI شناسایی‌شده و پوشش زمین نیز با استفاده از روش نقشه‌برداری فضایی ارزیابی شد. نتایج نشان داد که الگوی مکانی-زمانی تغییر پوشش گیاهی با تغییر مربوط به شرایط آب و هوایی گیاهان و اجرای مدیریت اکوسیستم در طول دوره مطالعه سازگار است. هادل و همکاران (6) در تحقیق خود تحت عنوان بررسی تخریب پوشش و محیط‌زیست با استفاده از GIS و RS در استان بصره عراق نشان دادند که تغییرات پوشش و کاربری اراضی به‌شدت رخ‌داده است و این مناطق در معرض خطر جدی ازجمله تخریب خاک و ایجاد آلودگی ناشی از گردوغبار است، از طرفی دیگر با توجه فشارهای انسانی در قسمت جنوبی عراق که از دست دادن تدریجی پوشش گیاهی، به دلیل جنگ، تخریب بی‌رویه‌ی خاک و استفاده بیش‌ازحد از منابع موجود، موجب تخریب سرزمین شده است. میرحسینی و همکاران (14) از مدلساز تغییرات کاربری اراضی (LMD) به منظور بررسی و پیش بینی گسترش تپه های ماسه ای در شمال غرب یزد استفاده کردند . نتایج تحقیق آنها نشان داد که در بازه زمانی 2020-2001 سطح اراضی اشغال شده توسط تپه ها در این بازه افزایش یافته و بخشی از اراضی دارای پوشش گیاهی به مورد هجوم ماسه ها قرار گرفته و به تپه های ماسه ای تبدیل شدهاند.
مرور منابع مختلف نشان داد که در بسیاری مناطق ایران و جهان تحقیقات زیادی در ارتباط با بررسی تغییرات پوشش گیاهی در ارتباط با تغییرات کاربری اراضی با استفاده از قابلیت های سنجش از دور و مدلسازی انجام شده است که در مجموع نشان میدهند تخريب عرصههاي دارای پوشش گیاهی طبیعی در بيشتر نقاط جهان و بخصوص در كشورهاي درحالتوسعه به دنبال تغییرات کاربری جهت استفاده ی بیشتر از منابع تولیدی قابل مشاهده است (17، 24و 25). بی شک تغییر کاربری نقش مهمی در تغییر پوشش گیاهی دارد و سنجش از دور در بررسی و نشان دادن این تغییرات از کارایی بالایی برخوردار است. با توجه به اینکه مناطق خشک به دلیل شکنندگی و حساسیت بالا به بهره برداری و تغییرات محیط چون تغییرات کاربری به شدت در معرض خطر تخریب اراضی قرار دارند، لذا بررسی تغییراتی چون کاربری اراضی و اثراتی که بر روی پوشش گیاهی به عنوان مهمترین شاخص تخریب میگذارند، بسیار حائز اهمیت است. لذا در پروژهش حاضر با فرض وقوع تغییرات گسترده در کاربری اراضی و کاهش پوشش گیاهی در دو دهه اخیر، به بررسی تغییرات کاربری و بهدنبال آن پوشش گیاهی در بخشی از حوزه آبخیز دامغان به‌عنوان یک منطقه نمونه از مناطق خشک ایران که پیش از این تغییر کاربری و پوشش گیاهی آن با استفاده از سنجش از دور در کنار مطالعات میدانی بررسی نشده است، می پردازیم. از نرم افزارها و سامانه های جدید با دقت و سهولت بیشتر به ترتیب برای پردازش تصاویر ماهواره ای و تهیه نقشه های کاربری و تهیه نقشه های پوشش گیاهی استفاده می کنیم. همچنین به منظور بررسی روند پوشش گیاهی از قابلیت های نرم افزار R استفاده میشود و نقشه روند تغییرات پوشش گیاهی حاصل از برنامه نویسی در محیط آن ارائه می شود که در سایر تحقیقات مورد استفاده قرار نگرفته است. نتایج حاصل از این بررسی در ارائه روش‌های مدیریتی و عملیاتی برای مقابله با کاهش توان سرزمین در این منطقه و به طور کلی در مناطق خشک می تواند به کار گرفته شود.
منطقه موردمطالعه
منطقه موردمطالعه این پژوهش شهرستان دامغان در موقعیت جغرافیایی⁰21 '53 تا ⁰45 '54 طول شرقی و ⁰42 '35 تا ⁰30 '36 عرض شمالی است. شهرستان دامغان یکی از شهرستان‌های استان سمنان است. مرکز آن شهر دامغان است و شامل دو بخش مرکزی و امیرآباد است. جمعیت این شهرستان بر اساس سرشماری سال 1395، برابر با 86000 نفر بوده است. حوزه دامغان دارای اقلیمی خشک است شیب عمومی در این شهرستان از سمت شمال به جنوب کاهش می‌یابد و هرچه به قسمت جنوبی این حوزه نزدیک می‌شویم ارتفاع کاسته میشود تا جایی که مرز جنوبی حوزه در دشت‌های کویری قرار دارد و جریان رودخانه در امتداد تقریبی شمال به جنوب است. این منطقه شامل سه زیر حوزه دامغان رود، حوزه غرب دامغان رود (امیرآباد) و حوزه شرق دامغان رود که مساحت آن برابر با 594228 هکتار است (شکل 1).
|
شکل 1. موقعیت منطقه مورد مطالعاتی در سطح کشور، استان سمنان و شهرستان‌ها و نقشه سایه روشن آن
Fig 1. The location of the study area in the country, Semnan province and cities and its hillshade map
مواد و روش‌ها
این پژوهش با هدف آشکارسازی تغییرات پوشش گیاهی و کاربری اراضی در حوزه دامغان (شهرستان دامغان)، برای درک علل اصلی تغییرات محیط‌زیست انجام شد. این منطقه به دلیل دارا بودن اقلیم خشک در برابر تغییرات محیطی بسیار حساس و شکننده بوده و با توجه به موقعیت قرارگیری آن میتوانند نماینده مناسبی برای نشان دادن شرایط حاکم بر مناطق حدواسط شمال کویر مرکزی و جنوب رشته کوههای البرز باشد. بازه زمانی بررسی تغییرات مذکور ، 21 سال گذشته (2000- 2020) می باشد. دلیل انتخاب این بازه زمانی از یک سو دسترسی به داده های مناسب زمینی و سنجش از دوری برای بررسی تغییرات است. از سوی دیگر بررسی منابع مختلف نشان میدهد شدت تغییرات کاربری اراضی و به تبع آن پوشش گیاهی در دهه های اخیر بیشتر بوده است (5).
برای بررسی وضعیت تغییرات پوشش گیاهی و کاربری اراضی در حوزه دامغان از تصاویر ماهواره‌های لندست 5، 7 و 8 استفاده میشود (جدول 1).
جدول 1. اطلاعات تصاویر ماهواره لندست 5، 7 و 8
Table 1. Information on Landsat 5, 7 and 8 satellite images
نوع سنجنده | تعداد باند ماهواره | قدرت تفکیک | درصد پوشش ابر | تاریخ | نوع داده | نوع سنجنده |
لندست 8 | 11 | 15 تا 30 متر | 0 | 26/5/2015 | TIF | OLI |
لندست 8 | 11 | 15 تا 30 متر | 0 | 7/5/2020 | TIF | OLI |
لندست 7 | 8 | 30 متر | 0 | 28/5/2010 | TIF | ETM+ |
لندست 5 | 7 | 30 متر | 0 | 16/5/2000 | TIF | TM و ETM |
-مطالعه کاربری اراضی و تغییرات آن در بازه زمانی 2020-2000
تصاویر مذکور به‌صورت فایل TIF از پایگاه داده‌های این سنجنده اخذ شده و به 7 کاربری مختلف شامل مرتع، جنگل، منابع آبی، باغات، اراضی بایر، اراضی کشاورزی و اراضی شهری تفکیک شده است. بعد از تفکیک کاربریها برای سالهای 2000، 2010، 2015 و 2020، مساحت آنها در حوزه محاسبه و تغییرات 21 ساله آن در بازه زمانی 2020-2000 مشخص گردید. کلیه تصاویر لندست برای حوزه دامغان در دو بلوک تصویری با مشخصات به ترتیب مسیر (Path) 162 و 163 و ردیف (ROW) 035 قرار دارد، بنابراین این دو بلوک تصویری طی دوره آماری مورد مطالعه اخذ و موزاییک‌سازی شد است.
بعد از تصحیحات هندسی و اتمسفری، صحت و دقت طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای مورد ارزیابی قرار گرفتند. جهت صحت سنجی تصاویر مربوط به سال 2020 بر اساس بازدید از عرصه (شکلهای 2 تا 7) و استفاده از تصاویر ماهواره‌های موجود در نرم‌افزار گوگل ارث، نقشه‌ی کاربري اراضی مورد صحت سنجی قرار گرفت. جهت پردازش و رقومی سازي تصاویر ماهواره ای از نرم‌افزارهای GoogleEarth، ARCGIS10-3 و eCognition Developer استفاده شد. پردازش تصاویر در نرم‌افزار اکاگنیشن برخلاف سایر نرم‌افزارها (envi، erdas و idrisi) که مبتنی بر پیکسل‌های تشکیل‌دهنده تصاویر هستند، بر اساس اشیاء صورت می‌پذیرد. با قطعه‌بندی تصاویر، قادر هستیم مجموعه‌ای از پیکسل‌های هم‌جوار را در قالب یک قطعه در نظر گرفته و پردازش تصاویر را به شکلی معنادارتری انجام دهیم (19). نرم‌افزار مذکور با دارا بودن ابزارهایی بسیار پیشرفته، نیاز به برنامه‌نویسی به‌منظور قطعه‌بندی تصاویر را به حداقل خود رسانده است و میتواند تحلیل‌هایی معنادارتری را از یک تصویر ساده انجام دهد. در واقع این برنامه میتواند اطلاعاتی معنادار و مفید را از یک تصویر جغرافیایی یا ماهواره‌ای استخراج کند (9). استفاده از این نرم افزار با وجود کارایی مناسب آن به ندرت در تحقیقات داخلی مورد استفاده قرار گرفته است. پس از تهیه نقشه های کاربری اراضی برای سالهای 2000،2010،2015 و 2020، نمودار مربوط به تغییر کاربری برای هر نوع کاربری بر اساس مساحت کل منطقه در این سالها تهیه گردید.
شکل2. تصویری از تخریب مراتع در اثر شخم و تبدیل به دیمزار تازه
Fig 2. An image of the destruction of a rangeland due to plowing and turning them into new rainfed land
شکل 3. باغ های 10 تا 20 ساله در منطقه (تغییر کاربری کشاورزی به باغ و ویلا سازی در اراضی کشاورزی)
Fig 3. Gardens of 10 to 20 years in the region (change of agricultural use to gardens and villas in agricultural lands)
شکل 4. توسعه مراکز صنعتی و احداث واحدهای صنعتی در سطح مراتع و اراضی کشاورزی
Fig 4. Development of industrial centers and construction of industrial units in rangelands and agricultural lands
شکل5. باغ جدیدالاحداث در اراضی مرتعی و دیم‌زارها
Fig 5. Newly constructed garden in rangelands and rainfed lands
شکل 6. نمونه مناطق مرتعی با پوشش گیاهی متوسط و نمای از احداث واحدهای صنعتی در این مراتع( در شمال غرب تصویر)
Fig 6 . Examples of rangelands with medium vegetation cover and a view of the construction of industrial units in these rangelands (in the northwest of the picture)
شکل 7. تخریب منطقه جنگلی در شمال غربی فولاد محله در اثر احداث جاده
Fig 7. Destruction of the forest area in the northwest of Foulad Mahaleh due to the construction of the road
-مطالعه پوشش گیاهی، تغییرات و روند تغییرات آن در بازه زمانی 2020-2000
تغییرات و نوسانات پوشش گیاهی در زمان و مکان با استفاده از شاخص ماهانه NDVI سنجنده های ماهواره لندست طی دوره مطالعه بررسی شد و نقشه های این شاخص برای سالهای 2000،2010،2015 و 2020 در سامانه گوگل ارث انجین تهیه شد. صحت سنجی و تعیین وضعیت پوشش گیاهی بر اساس متوسط درصد پوشش گیاهی ( کمتر از 20 درصد پوشش فقیر، 20 تا 40 درصد پوشش متوسط و بیش از 40 درصد پوشش خوب) با برداشت و بررسی 100 نمونه (پلات) در سطح عرصه انجام گرفت. اندازه پلات ها با توجه به نوع و پراکنش پوشش گیاهی در هر منطقه مشخص گردید و سعی شد نمونه‌های آموزشی از پراکنش مناسبی در سطح تصویر برخوردار باشند. نقاط با استفاده از نرم‌افزار جی‌ای اس به‌صورت تصادفی انتخاب شدند. همچنین در این نمونه ها صحت سنجی نقشه های کاربری اراضی حاصل انجام شد. احتمالا این نقاط به دلیل نزدیک بودن تاریخ تصویر سال 2020 به تاریخ بازدیدهاي میدانی و در دسترس بودن داده‌های مرجع شناخته‌شده یا حقایق زمینی، اندازه توافق بالاتری را داشته باشند. به منظور اندازه گیری توافق بین داده های زمینی و داده های حاصل از تصاویر ماهواره ای از ضریب دقت کلی و ضریب کاپا استفاده شد. پس از تهیه نقشه های NDVI برای سالهای 2000،2010،2015 و 2020، بر اساس این نقشه ها و با کمک بازدیدهای صحرایی و بررسی پوشش درعرصه، روابط بین این شاخص و وضعیت پوشش گیاهی و داده های موجود از پژوهش ها و طرحهای تحقیقاتی که سابقا در منطقه اجرا شدهاست ، نقشههای پوشش گیاهی بر اساس سه کلاس پوشش متوسط، فقیر و خوب تهیه شد. سپس نمودارهای مربوط به تغییرات این سه کلاس در سالهای مذکور تهیه گردید. همچنین به منظور بررسی روند تغییرات پوشش سطح اراضی از قابلیت های نرم افزار R استفاده شد و نقشه روند تغییرات پوشش گیاهی در محیط این نرم افزار تهیه شد.
در نهایت نموداری که تغییرات کاربری را به همراه تغییرات پوشش گیاهی نشان دهد ، ترسیم گردید تا ارتباط بین تغییرات آنها در سالهای مختلف طول بازه زمانی مورد بررسی به خوبی نشان داده شود.
مراحل انجام تحقیق در فلوچارت زیر به اختصار آورده شده است ( شکل 8).
از ماهواره لندست 5 ، 7 و 8 ETM و OLI، TM دانلود تصاویر سنجنده |
روند یابی تغییرات پوشش گیاهی با R |
نمودار تغییر کاربری و پوشش گیاهی در
بازه زمانی مورد مطالعه
شکل 8. مراحل انجام تحقیق
Fig 8. Research steps
نتایج تحقیق
نقشه های کاربری اراضی براي هر یک از 7 کاربري اراضی منطقه مورد مطالعه در سالهای 2020، 2015، 2010 و 2000 تهیه شد ( شکل 9). ارزیابی صحت نقشه های کاربری در سال 2020 شامل دقت کلی و ضریب کاپا به ترتیب برابر با 95/0 و 94/0، برای سال 2015 دقت کلی و ضریب کاپا به ترتیب برابر 93/0 و 91/0، برای سال 2010 دقت کلی و ضریب کاپا به ترتیب برابر 92/0 و 90/0 و برای سال 2000 دقت کلی و ضریب کاپا به ترتیب برابر 90/0 و 87/0 است؛ ازآنجایی‌که دقت در تمامی موارد بالاتر از 85/0 است، می‌توان نتیجه گرفت که نقشههای کاربري اراضی سالهای 2000 تا 2020 با دقت مناسبی طبقه‌بندی‌شده است. (جدول 2).
جدول 2. ماتریس خطای طبقه‌بندی کاربری اراضی
Table 2. Land use classification error matrix
صحت سنجی نقشه کاربری اراضی سال 2020 | |||||||||||||||||||||||||||||
دقت کلی= 91/95 درصد | ضریب کاپا= 70/94 درصد | سال | |||||||||||||||||||||||||||
نوع کاربری | مرتع | جنگل | منابع آبی (سد) | باغ | اراضی بدون پوشش (بایر) | اراضی کشاورزی | مناطق شهری | مجموع | دقت کاربر | 2020 | |||||||||||||||||||
مرتع | 112 | 2 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 116 | 55/96 | ||||||||||||||||||||
جنگل | 0 | 95 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 97 | 93/97 | ||||||||||||||||||||
منابع آبی (سد) | 0 | 0 | 37 | 0 | 1 | 0 | 0 | 38 | 36/97 | ||||||||||||||||||||
باغ | 0 | 2 | 0 | 58 | 0 | 0 | 0 | 60 | 66/96 | ||||||||||||||||||||
اراضی بدون پوشش (بایر) | 3 | 0 | 1 | 0 | 59 | 0 | 0 | 65 | 76/90 | ||||||||||||||||||||
اراضی کشاورزی | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 19 | 0 | 20 | 95 | ||||||||||||||||||||
مناطق شهری | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 43 | 45 | 55/95 | ||||||||||||||||||||
مجموع | 116 | 99 | 38 | 60 | 62 | 21 | 45 | 441 | - | ||||||||||||||||||||
دقت تولیدکننده | 55/96 | 96/95 | 36/97 | 66/96 | 16/95 | 47/90 | 55/95 | - | - | ||||||||||||||||||||
صحت سنجی نقشه کاربری اراضی سال 2015 | |||||||||||||||||||||||||||||
دقت کلی=60/93 درصد | دقت کلی=74/91 درصد | سال | |||||||||||||||||||||||||||
نوع کاربری | مرتع | جنگل | منابع آبی (سد) | باغ | اراضی بدون پوشش (بایر) | اراضی کشاورزی | مناطق شهری | مجموع | دقت کاربر | 2015 | |||||||||||||||||||
مرتع | 110 | 3 | 0 | 0 | 0 | 3 | 0 | 116 | 82/94 | ||||||||||||||||||||
جنگل | 0 | 92 | 0 | 4 | 0 | 1 | 0 | 97 | 84/94 | ||||||||||||||||||||
منابع آبی (سد) | 0 | 0 | 36 | 0 | 2 | 0 | 0 | 38 | 73/94 | ||||||||||||||||||||
باغ | 0 | 3 | 0 | 56 | 0 | 1 | 0 | 60 | 33/93 | ||||||||||||||||||||
اراضی بدون پوشش (بایر) | 4 | 0 | 1 | 0 | 56 | 0 | 1 | 60 | 32/90 | ||||||||||||||||||||
اراضی کشاورزی | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 19 | 0 | 62 | 95 | ||||||||||||||||||||
مناطق شهری | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 0 | 41 | 20 | 11/91 | ||||||||||||||||||||
مجموع | 115 | 98 | 37 | 60 | 62 | 24 | 42 | 45 | 438 | ||||||||||||||||||||
دقت تولیدکننده | 65/95 | 87/93 | 29/97 | 33/93 | 32/90 | 16/79 | 61/97 |
|
| ||||||||||||||||||||
صحت سنجی نقشه کاربری اراضی سال 2010 | |||||||||||||||||||||||||||||
دقت کلی=53/92 درصد | ضریب کاپا=12/90 درصد | سال | |||||||||||||||||||||||||||
نوع کاربری | مرتع | جنگل | منابع آبی (سد) | باغ | اراضی بدون پوشش (بایر) | اراضی کشاورزی | مناطق شهری | مجموع | دقت کاربر | 2010 | |||||||||||||||||||
مرتع | 108 | 4 | - | 0 | 1 | 3 | 0 | 116 | 10/93 | ||||||||||||||||||||
جنگل | 0 | 91 | - | 6 | 0 | 0 | 0 | 97 | 81/93 | ||||||||||||||||||||
منابع آبی (سد) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||||||||||||||
باغ | 0 | 4 | - | 55 | 0 | 1 | 0 | 60 | 66/91 | ||||||||||||||||||||
اراضی بدون پوشش (بایر) | 3 | 0 | - | 0 | 58 | 0 | 3 | 64 | 62/90 | ||||||||||||||||||||
اراضی کشاورزی | 3 | 0 | - | 0 | 0 | 17 | 0 | 20 | 85 | ||||||||||||||||||||
مناطق شهری | 0 | 0 | - | 0 | 2 | 0 | 43 | 45 | 55/95 | ||||||||||||||||||||
مجموع | 114 | 99 | - | 61 | 61 | 21 | 46 | 402 | 402 | ||||||||||||||||||||
دقت تولیدکننده | 73/94 | 91/91 | - | 16/90 | 08/95 | 95/80 | 47/93 | - | - | ||||||||||||||||||||
صحت سنجی نقشه کاربری اراضی سال 2000 | |||||||||||||||||||||||||||||
دقت کلی=45/90 درصد | ضریب کاپا=40/87 درصد | سال | |||||||||||||||||||||||||||
نوع کاربری | مرتع | جنگل | منابع آبی (سد) | باغ | اراضی بدون پوشش (بایر) | اراضی کشاورزی | مناطق شهری | مجموع | دقت کاربر | 2000 | |||||||||||||||||||
مرتع | 109 | 5 | - | 0 | 0 | 2 | 0 | 116 | 966/93 | ||||||||||||||||||||
جنگل | 0 | 95 | - | 2 | 0 | 0 | 0 | 97 | 93/97 | ||||||||||||||||||||
منابع آبی (سد) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||||||||||||||
باغ | 1 | 6 | - | 50 | 1 | 2 | 0 | 60 | 33/83 | ||||||||||||||||||||
اراضی بدون پوشش (بایر) | 1 | 0 | - | 0 | 55 | 0 | 4 | 60 | 66/91 | ||||||||||||||||||||
اراضی کشاورزی | 3 | 0 | - | 1 | 3 | 13 | 0 | 20 | 65 | ||||||||||||||||||||
مناطق شهری | 1 | 0 | - | 0 | 5 | 1 | 38 | 45 | 44/84 | ||||||||||||||||||||
مجموع | 115 | 106 | - | 53 | 64 | 18 | 42 | 398 | - | ||||||||||||||||||||
دقت تولیدکننده | 78/94 | 62/89 | - | 34/94 | 93/85 | 22/72 | 47/90 | - | - | ||||||||||||||||||||
شکل 9. نقشه های کاربری اراضی در حوزه دامغان از سال 2000 تا 2020
Figure 9. Land use maps in Damghan area from 2000 to 2020
بررسی نقشه های کاربری اراضی در طی دوره 2020-2000 نشان از کاهش سطح اراضی جنگلی، مراتع، کشاورزی و افزایش اراضی باغی، اراضی بایر و بدون پوشش گیاهی، مناطق شهری و منابع آبی (سدها) است ( جدول 3 و شکل 10).
جدول 3. تغییرات کاربری اراضی در چهار دوره مطالعه بین سالهای 2000 تا 2020
Table 3. Land use changes in four study periods between 2000 and 2020
ردیف | نوع کاربری | تغییرات | |||
تغییرات از سال 2000 به 2010 | تغییرات از سال 2010 به 2015 | تغییرات از سال 2015 به 2020 | تغییرات از سال 2000 به 2020 | ||
مساحت (هکتار) | مساحت (هکتار) | مساحت (هکتار) | مساحت (هکتار) | ||
1 | مراتع | 32/5165 | 11/8458- | 46/9683- | 25/12976- |
2 | جنگل | 24/15375- | 17/172- | 03/24891- | 44/40438- |
3 | منابع آب سطحی ( سد) | 0 | 01/125 | 14/328 | 15/453 |
4 | باغ | 09/1134 | 14/2155 | 13/3335 | 36/6624 |
5 | اراضی بدون پوشش | 5/13757 | 7/7640 | 2/33359 | 4/54757 |
6 | کشاورزی | 84/4776- | 7/1397- | 08/2881- | 62/9055- |
7 | مناطق شهری | 13/95 | 1/107 | 17/433 | 4/635 |
شکل 10. تغییرات کاربری‌های مختلف اراضی (نسبت به مساحت کل حوزه) حوزه دامغان از سال 2000 تا 2020
Fig 10. Changes in different land uses (relative to the total area) of Damghan area from 2000 to 2020
بررسی تغییرات پوشش گیاهی در حوزه آبخیز دامغان با مطالعات میدانی، بررسی داده های مطالعات پیشین و اندازه گیری شاخص NDVI بین سالهای 2000 تا 2020 با فواصل زمانی 5 سال، افزایش سطح مناطقی با پوشش گیاهی ضعیف و کاهش سطح مناطقی با پوشش گیاهی خوب و متوسط را نشان داد. همچنین بیشترین مقدار شاخص NDVI در سال 2020 و سپس در سال 2000 به تیب 598/0 و 481/0 و کمترین میزان آن در سالهای 2010 و 2015 به ترتیب برابر 391/0 و 359/0 است ( شکل 11).
شکل 11. تغییرات پوشش گیاهی در حوزه دامغان از سال 2000 تا 2020
Figure 11. Vegetation changes in Damghan area from 2000 to 2020
نتایج حاصل از بررسی تغییرات زمانی شاخص پوشش گیاهی NDVI در بازه زمانی 2020-2000 نشان داد که پوشش گیاهی خوب و متوسط به ترتیب با شیب 85/0 و 42/0 در حال کاهش و پوشش گیاهی فقیر با شیب 27/1 در حال افزایش است (شکل 12).
شکل 12 تغییرات زمانی کلاس های پوشش گیاهی
Fig 12. Temporal changes of vegetation classes
بررسی تغییرات پوشش گیاهی با نرم‌افزار R در سطح حوزه آبخیز دامغان نشان داد که در سطح 227754 هکتار از حوزه میزان پوشش گیاهی کاهش پیداکرده است و در سطح 11/358327 هکتار از حوزه پوشش گیاهی بدون تغییر و ثابت بوده است و نهایتاً در سطح 89/8146 هکتار از حوزه میزان پوشش گیاهی افزایش پیداکرده است. بیشترین میزان کاهش پوشش گیاهی در جنوب شرق، شمال شرق، نوار شمالی حوزه بوده است، در بخش مرکزی و جنوب غربی حوزه پوشش گیاهی ثابت و بدون تغییر است و در قسمت‌ها نزدیک به آبراهه‌ها و منابع آبی پوشش گیاهی در اثر توسعه باغات بهبودیافته است (شکل 13).
شکل 13. نقشه روند تغییرات میزان پوشش گیاهی با استفاده از نرم‌افزار R
Fig 13. Vegetation change trend map using R software
بررسی تغییرات وضعیت پوشش گیاهی طی بازه زمانی 2000 تا 2020 نشان داد که عرصه‌های با پوشش گیاهی فقیر مساحتی بالغ‌بر 3/163798 هکتار افزایش پیداکرده است و مناطقی دارای پوشش گیاهی متوسط و خوب به ترتیب 4/111001 و 9/52796 هکتار کاهش‌یافته است. سطح عرصه‌های که دارای پوشش گیاهی فقیر بوده‌اند در سال 2020 نسبت به سال 2000 حدوداً 4 برابر شده است و از طرفی مناطقی که دارای پوشش گیاهی خوب و متوسط بوده‌اند به ترتیب 54/94 و 88/22 درصد کاهش‌یافته است (جدول 4). همچنین مناطق جنوب شرقی حوزه بیشترین میزان افزایش سطح با پوشش گیاهی فقیر را داشته است (شکل 14).
جدول 4. روند تغییرات پوشش گیاهی از سال 2000 تا 2020 در حوزه دامغان
Table 4. Vegetation changes trend from 2000 to 2020 in Damghan area
ردیف | نوع پوشش | تغییرات پوشش گیاهی | ||||
تغییرات از سال 2000 به 2010 | تغییرات از سال 2010 به 2015 | تغییرات از سال 2015 به 2020 | تغییرات از سال 2000 به 2020 | تغییرات از سال 2000 به 2020 | ||
مساحت (هکتار) | مساحت (هکتار) | مساحت (هکتار) | مساحت (هکتار) | درصد | ||
1 | پوشش گیاهی فقیر | 3/67130 | 15516 | 81152 | 3/163798 | 33/407 |
2 | پوشش گیاهی متوسط | 4/55251- | 6/283- | 4/55466- | 4/111001- | 88/22- |
3 | پوشش گیاهی خوب | 9/11878- | 4/15232- | 6/25685- | 9/52796- | 54/94_ |
شکل 14. وضعیت پوشش گیاهی در حوزه دامغان از سال 2000 تا 2020
Fig 14. Vegetation status in Damghan area from 2000 to 2020
بر اساس نتایج حاصل در سال 2000 اراضی با پوشش گیاهی فقیر، متوسط و خوب نسبت به مساحت کل حوزه به ترتیب 97/8، 63/81 و 4/9 درصد است که در سال 2020 با تغییراتی در اثر عوامل انسانی و اقلیمی به ترتیب به 53/36، 95/62 و 51/0 درصد نسبت به مساحت کل حوزه رسیده است (جدول 5). همچنین مناطق جنوب شرقی حوزه بیشترین میزان افزایش سطح با پوشش گیاهی فقیر را نشان داد، زیرا در این مناطق توسعه باغات، اراضی مسکونی و شهری اتفاق افتاد که بر مراتع هم‌جوار فشار آورده و درنتیجه بیشتر از سایر مناطق به اراضی با پوشش گیاهی فقیر تبدیل‌شدهاند (شکل 14).
جدول 5. تغییرات سطح اراضی بر اساس وضعیت‌های مختلف پوشش گیاهی
Table 5. Land surface changes based on different vegetation status
ردیف | وضعیت پوشش | سال | ||||||||
2000 | 2010 | 2015 | 2020 | |||||||
مساحت | درصد | مساحت | درصد | مساحت | درصد | مساحت | درصد | |||
1 | پوشش گیاهی فقیر | 7/53297 | 97/8 | 120428 | 27/20 | 135944 | 88/22 | 217096 | 53/36 | |
2 | پوشش گیاهی متوسط | 485086 | 63/81 | 6/429834 | 33/72 | 429551 | 29/72 | 6/374084 | 95/62 | |
3 | پوشش گیاهی خوب | 3/55844 | 4/9 | 4/43965 | 4/7 | 28733 | 84/4 | 4/3047 | 51/0 | |
4 | جمع | 594228 | 100 | 594228 | 100 | 594228 | 100 | 594228 | 100 | |
بررسی رابطه بین درصد تغییرات کاربری اراضی با پوشش گیاهی نشان داد که همراه با تغییرات کاربری اراضی در کاربری‌های جنگل، مرتع، باغ، کشاورزی؛ منابع آبی (سد)، مناطق شهری و اراضی بایر، تراکم پوشش گیاهی فقیر روند صعودی به خود گرفته است، اما درصد پوشش گیاهی خوب و متوسط روند نزولی داشته است (شکل 15).
شکل 15. رابطه بین تغییرات کاربری اراضی با پوشش گیاهی
Figure 15. The relationship between land use changes and vegetation cover
بحث و نتیجه گیری
در مطالعه حاضر پایش پوشش گیاهی در ارتباط با تغییرات کاربری اراضی در حوزه آبخیز دامغان در بازه زمانی2020-2000 با استفاده از داده های سنجش از دوری و با کمک نرم‌افزارهای اکاگنیشن و R، گوگل ارث انجین و نیز سیستم اطلاعات جغرافیایی انجام گرفت. نتایج حاصل از ارزیابی نقشههای کاربری اراضی با روش حداکثر احتمال در سالهای مختلف با استفاده از ضریب کاپا و ضریب کلی نشان دهنده دقت بالای نقشههای کاربری اراضی تهیه‌شده است، لذا از آن برای پایش تغییرات کاربری اراضی منطقه استفاده شد. بررسی نتایج حاصل از پایش تغییرات کاربری اراضی- پوشش گیاهی حوزه آبخیز دامغان در این دوره 21 ساله نشان داد که این تغییرات بر اساس آمایش سرزمین، برنامه ریزی و مدیریت اصولی و مناسب ایجاد نشده است. شواهد آن تخریب و کاهش پوشش گیاهی، افزایش اراضی بایر و کاهش اراضی کشاورزی وکاهش مراتع است. تحقیقات دیگری نیز که به طور موردی در بخش هایی از منطقه و یا مناطق مجاور انجام شده است، این امر را نشان میدهد (1 و 22). نتایج بررسی تغییرات کاربری در حوزه آبخیز دامغان نشان داد که مناطق شهری و مسکونی رشد قابل ملاحظه ای خصوصاً در شهر دامغان به سمت اراضی کشاورزی داشته است. این شرایط در سایر مناطق روستایی و شهری داخل حوزه نیز اتفاق افتاده است به‌طوری‌که مساحت اراضی کشاورزی کاهش چشمگیری داشته است. روحانی و همکاران (21) در پژوهش خود به کاهش سطح اراضی کشاورزی و افزایش اراضی مسکونی در استان قم در بازه زمانی 1999 تا 2019 اشاره کردند که با توجه به وقوع خشکسالی در این بازه زمانی در مناطق بیابانی کشور و افزایش جمعیت کشور و به دنبال آن نیاز بیشتر به توسعه مناطق مسکونی نتیجه مشابهی در منطقه مورد مطالعه مشاهده شد. سلطانی و محمدی نژاد (23) با پایش تغییرات کاربری اراضی در دشت ارومیه، مشابه تحقیق حاضر روند کاهشی سطح مراتع و روند افزایشی کاربری‌های مسکونی و اراضی بایر را نشان داده‌اند. تحقیقات صورت گرفته در استان قم توسط روحانی و همکاران (21) و در استان گلستان توسط سالاریان و همکاران (22) نیز کاهش مراتع را مشابه پژوهش حاضر گزارش نموده‌اند. مقایسه نتایج تحقیقات مختلف در ارتباط با تغییرات کاربری اراضی نشان داد که وقوع خشکسالی ها، کاهش منابع آب در دسترس و مدیریت نامناسب این منابع، عدم استفاده از اراضی بر اساس استعداد طبیعی آنها به ویژه در دو دهه اخیر در بیشتر مناطق کشور و بهره برداری بی رویه و نامناسب از مراتع و به دنبال آنها تخریب پوشش گیاهی در بسیاری از مناطق کشور موجب کاهش سطح اراضی کشاورزی و مراتع و افزایش اراضی بایر شده است. همچنین نتایج تحقیق حاضر نشان از افزایش سطح باغات در سطح حوزه آبخیز دامغان است. در همین راستا احمدی و همکاران (1) افزایش سطح باغات را در بخشی از این منطقه گزارش کردهاند که عمدتا شامل باغات پسته است که هر چند شرایط با توجه به شرایط محیطی حاکم بر منطقه بازدهی خوبی را نشان می دهند ولی فشار زیادی را بر منابع آب زیرزمینی منطقه تحمیل کردهاند.
پایش تغییرات پوشش گیاهی با شاخصNDVI نشان داد که بیشترین میزان این شاخص در سالهای 2000 و 2020 مشاهده شده است. به دلیل اینکه در سال 2000 جنگل‌ها خصوصاً در شمال حوزه با تراکم بالایی وجود داشته‌اند، میزان این شاخص در این سال بالا است و کم‌کم با تخریب پوشش گیاهی و تغییرات به وجود آمده در حوزه میزان مقدار شاخص بیشترین کاهش را تا سال 2015 پیدا کرده است، سپس مجدداً در سال 2020 با ایجاد باغات متعدد خصوصاً باغات پسته، زیتون در مناطق باغی تاج پوشش متراکم ایجاد شده و حد بالای میزان شاخص NDVI افزایش یافته است. کمترین میزان شاخص NDVI در سالهای 2010 و 2020 نیز به دلیل تخریب مراتع و افزایش سطح اراضی بایر و مناطق مسکونی و شهری و کاهش پوشش گیاهی در سطح زیادی از منطقه در طول دوره مطالعه به وقوع پیوسته است. در مجموع بررسی تغییرات پوشش گیاهی روندی کاهشی سطح اراضی دارای پوشش خوب و افزایش سطح اراضی دارای پوشش فقیر را به دلایلی مختلفی ازجمله وقوع خشکسالی ها و کاهش میانگین بارندگی، افزایش جمعیت در سطح حوزه، تغییر کاربری اراضی جنگلی و مرتعی، توسعه مناطق شهری، گسترش باغات پسته و توسعه منابع آبی (احداث سد) در منطقه نشان داد. به طوركلي تخريب عرصههاي دارای پوشش گیاهی طبیعی چون اراضی مرتعي و جنگلي كه بخش مهمي از منابع حیاتی در جهان را تشکیل میدهند، در بيشتر نقاط جهان و بخصوص در كشورهاي درحالتوسعه به دلایلی چون رشد جمعيت، استفاده نامناسب از تكنولوژي و عدم رعایت اصول اكولوژيكي قابل مشاهده است. چنانچه محققين متعددي در نقاط مختلف ايران و جهان به نتايج مشابهي در اين خصوص دست يافتهاند (17، 22، 24 و 25).
در مجموع نتایج حاصل از این پژوهش نشان میدهد که فرضیات تحقیق که شامل تغییرات گسترده کاربری اراضی و به دنبال آن کاهش چشمگیر پوشش گیاهی منطقه در بازه زمانی سالهای 2020-2000 است، مورد تایید است.
تقدیر و تشکر
اين مقاله حاصل پاياننامه با عنوان شناسایی و تجزیه و تحلیل تغییرات کاربری و پوشش گیاهی در حوزه آبخیز دامغان در مقطع دكترا در سال 1401 است كه با حمايت دانشگاه سمنان اجرا شده است.
References
1. Ahmadi A.M. Akbari I. Al-Muhammad M. Jamalabadi J. 2022. The effect of land use and vegetation on the formation of thermal islands Case study: Qainat city. Journal of Applied Research in Geographical Sciences, 64: 878-94. doi:https://doi.org/10.52547/jgs.22.64.79. )In Persian(.
2. Ajai Arya A.S. Dhinwa P.S. Pathan S.K. Ganesh Raj K. 2009. Desertification/land degradation status mapping of India. Current Science, 97(25): 1478–1483.
3. Binal A. Christiana P.S. Dhinwab A. 2018. Long term monitoring and assessment of desertification processes using medium & high resolution satellite data. Applied Geography, 97:10–24. doi:https://doi.org/10.1016/j.apgeog.2018.04.010
4. Brabant P. 2019. A land degradation assessment and mapping methodology, standard guideline proposal. Comite’ Scientifique Francais De la desertification les dossiers thematiques. Agropolis International, 8. 56pp.
5. Department of Natural Resources and Watershed Management of Semnan Province, Department of Engineering Studies. 2021. detailed-executive studies of watersheds of Semnan province (In Persian(.
6. Hadeel A S. Mushtak T.J. CHEN Xi. 2011. Remote Sensing and GIS Application in the Detection of Environmental Degradation Indicators. Geo-spatial Information Science, 14(1): 39-47. doi:https://doi.org/10.1007/s11806-011-0441-z
7. Harciníková T. Stankova H. 2014. The possibilities to support ZB GIS® database update using object-based image analysis in eCognition developer software. Geodesy and Cartography, 40(3): 122-132. doi:https://doi.org/10.3846/20296991.2014.962733
8. Hernández-Guzmán R. Ruiz-Luna A. González C. 2019. Assessing and modeling the impact of land use and changes in land cover related to carbon storage in a western basin in Mexico. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 13: 318-327. doi:https://doi.org/10.1016/j.rsase.2018.12.005.
9. Javier Tomasellaa A. Rita M. Silva Pinto V. Alexandre A. Barbosab Daniel A. Rodriguezc M, Oliveira S, Marcelo F. 2018. Sestinib Desertification trends in the Northeast of Brazil over the period 2000–2016. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 73:197–206. doi: https://doi.org/10.1016/j.jag.2018.06.012.
10. Lamichhane S. Narendra Man S. 2019. Alteration of groundwater recharge areas due to land use/cover change in Kathmandu Valley. Nepal. Journal of Hydrology: Regional Studies, 26: 100635. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2019.100635.
11. Longley P. Donnay J and Barnsley M. 2001. Remote Sensing and Urban Analysis. London: Taylor and Francis.
12. Matlhodi B, Kenabatho PK, Parida BP, Maphanyane JG. 2019. Evaluating land use and land cover change in the Gaborone dam catchment, Botswana, from 1984–2015 using GIS and remote sensing. Sustainability, 11(19): 5174. doi:https://doi.org/10.3390/su11195174.
13. McCloy KR. 1995. Resource management information system: Process and Practice. London: Taylor and Francis.
14. Mirhosseini S. M. Jamali A. A. Hosseini S. Z. 2016. Investigating and Predicting the Extension of Dunes Using Land Change Modeler (LCM) in the North West of Yazd, Iran. Desert, 21(1): 76-90. doi: https://10.22059/jdesert.2016.58321.
15. Mishra N. Kumar S. 2015. Impact of Land Use Change on Groundwater Recharge in Haridwar District. 20th International Conference on Hydraulics. Water Resources and River Engineering, IIT Roorkee, India, 17-19 December, P8.
16. Munkhnasan L. Sonam Wangyel W, Chul-Hee L. 2020. Understanding global spatio-temporal trends and the relationship between vegetation greenness and climate factors by land cover during 1982e2014. Golbal Ecology and Conservation, 24: 780-801. doi: https://doi.org/10.1016/j.gecco.2020.e01299.
17. Parker DC. Manson SM Janssen MA. Hoffmann MJ. Deadman MJ. 2003. Multi agent systems for the simulation of land use and land cover change: A Review. Annals of the Association of American Geographers, 93(2): 314–337. doi:https://doi.org/10.1111/1467-8306.9302004.
18. Prince SD. Becker-Reshef I. Rishmawi K. 2009. Detection and mapping of long-term land degradation using local net production scaling: Application to Zimbabwe. Remote Sensing of Environment, 113(5): 1046-1057.
19. Rana M. Kharel S. 2019. Feature extraction for urban and agricultural domains using ecognition developer. International Archives of the Photogrammetry. Remote Sensing & Spatial Information Sciences, XLII-3/W6: 609-615. doi: https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-3-W6-609-2019.
20. Rawat JS. Biswas V. Kumar M. 2013. Changes in land use/cover using geospatial techniques: A case study of Ramnagar town area, district Nainital, Uttarakhand, India. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences, 16: 111-117. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2013.04.002.
21. Rouhani N, Moradi Faraj A, Mojaradi B, Rajaei T, Jabbari E. 2021. Investigation of land use change in Qom province along with climatic parameters using satellite remote sensing technology. Journal of RS and GIS for Natural Resources, 12 (4): 28-46. doi: http://dorl.net/dor/20.1001.1.26767082.1400.12.4.2.9. ( In Persian(.
22. Salarian F. Tatian M.R. Qangarmeh A. Tamratash R. 2021. Modeli ng land cover changes in Golestan province using land change modeling (Land Change Modeler). Journal of RS and GIS for Natural Resources, 12 (4): 47-70. doi: http://dorl.net/dor/20.1001.1.26767082.1400.12.4.3.0. ( In Persian(.
23. Soltani N. Mohammadnejad V. 2021. The efficiency of Google Earth Engine (GEE) system in assessing land use changes and predicting it with the Markov model (Case study of Urmia plain). Journal of RS and GIS for Natural Resources, 12 (3): 101-114. doi: http://dorl.net/dor/20.1001.1.26767082.1400.12.3.6.1. (In Persian).
24. Wang R. Murayama Y. 2017. Change of land use/cover in Tianjin city Based on the Markov and Cellular Automata models. ISPRS International Journal of Geo-Information, 6: 150. doi:https://doi.org/10.3390/ijgi6050150
25. Wang SW. Gebru B M. Lamchin M. Kayastha RB. Lee WK. 2020. Land use and land cover change detection and prediction in the Kathmandu district of Nepal using remote sensing and GIS. Sustainability, 12(9):3925. doi:https://doi.org/10.3390/su12093925
26. Youjia L. Lijun L. Shizuka H. 2020. Spatiotemporal analysis of trends in vegetation change across an artificial desert oasis, Northwest China, 1975–2010. Arabian Journal of Geosciences, 13(742). https://doi.org/10.1007/s12517-020-05707-x.
پایش تغییرات کاربری اراضی و پوشش گیاهی در حوزه آبخیز دامغان
پیمان اکبرزاده1، شیما نیکو23
1-دانش آموخته دکتري مدیریت و کنترل بیابان، دانشکده کویرشناس، دانشگاه دانشگاه سمنان، سمنان، ايران
2-استاد گروه بیابانزدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، سمنان، ايران
چکیده
پیشینه و هدف
پایش تغییرات عوامل محیطی در طی زمان برای درک روابط متقابل بین انسان و پدیده‌های طبیعی به‌منظور تصمیم گیری بهتر درباره مدیریت پایدار سرزمین از اهمیت بالایی برخوردار است. کاربری اراضی و پوشش گیاهی دو مولفه اصلی در بحث مدیریت منابع طبیعی و پایش تغییرات محیط زیستی است و شاخصهایی مهم برای بررسی تخریب اراضی در مناطق در معرض خطر می‌باشد. این دو مولفه به دلایل مختلف در اثر عوامل طبیعی و انسانی به مرور زمان دچار تغییر می شود و عملکرد اکوسیستمها بهویژه در مناطق خشک را به دلیل شکنندگی و حساسیت بالای آنها، بیشتر تحت تاثیر قرار می دهند و نهایتا میتواند منجر به تخریب اراضی و بیابانزایی شود. لذا بررسی تغییرات آنها به ویژه چند دهه های گذشته با توجه به تغییرات اقلیمی، وقوع خشکسالی ها و تغییر شیوه های مدیریت اراضی ضروری به نظر می رسد. در گذشته بررسی چنیتن تغییراتی با استفاده از عکس های هوایی و بازدیدهای میدانی نیاز به صرف زمان و هزینه ی بالا داشت. اما امروزه تکنولوژی سنجش از دور به یک ابزار مناسب در بررسی و پایش تغییرات محیطی تبدیل شده است. لذا این مطالعه با هدف آشکارسازی تغییرات پوشش گیاهی و کاربری اراضی در منطقه خشک دامغان در طی دو دهه گذشته با استفاده از سنجش از دور برای درک برخی از علل اصلی تغییرات محیط‌زیست انجام شد.
مواد و روش ها
بررسی وضعیت تغییرات پوشش گیاهی و کاربری اراضی در حوزه آبخیز دامغان برای سال های 2000 ،2010، 2015 و 2020 با استفاده از از تصاویر ماهواره‌های لندست 5، 7 و 8 انجام شده است. جهت پردازش و رقومی سازي تصاویر ماهواره ای از نرم‌افزارهای GoogleEarth، ARCGIS10-3 و eCognition Developer استفاده شد تغییرات پوشش گیاهی در زمان و مکان با استفاده از شاخص NDVI بررسی شد. صحت سنجی و تعیین وضعیت پوشش گیاهی بر اساس متوسط درصد پوشش گیاهی ( کمتر از 20 درصد پوشش فقیر، 20 تا 50 درصد پوشش متوسط و بیش از 50 درصد پوشش خوب) با برداشت و بررسی 100 نمونه (پلات) در سطح عرصه انجام گرفت. به منظور اندازه گیری توافق بین داده های زمینی و داده های حاصل از تصاویر ماهواره ای از ضریب دقت کلی و ضریب کاپا استفاده شد و نهایتا به منظور بررسی روند تغییرات پوشش سطح اراضی از قابلیت های نرم افزار R استفاده شد.
نتایج و بحث
سطح اراضی مرتعی در طی بازه زمانی سالهای 2000 تا 2020، 96/3 درصد معادل 3/12976 هکتار کاهش یافته است. وقوع خشکسالی، چرای بی رویه دام و گسترش اراضی مسکونی با توجه به افزایش جمعیت را می توان از دلایل کاهش سطح مراتع در این منطقه دانست. مساحت اراضی جنگلی در این بازه زمانی بالغ بر 48/72درصد یا 4/40438 هکتار کاهش یافته است. روند نزولی تغییرات اراضی جنگلی به دلایلی چون گسترش مناطق مسکونی و اراضی باغی در این مناطق با شرایط آب و هوایی بهتر، بهره برداری غیراصولی و مفرط از تولیدات جنگلی و وقوع خشکسالی است. در طول دوره زمانی مورد مطالعه سطح منابع آب سطحی به دلیل احداث سد بالغ بر 100 درصد، 15/453 هکتار و سطح اراضی باغی عمدتا به شکل باغات پسته 18/66 درصد، 36/6624 هکتار افزایش یافته اند. تغییرات اراضی بدون پوشش در طول دوره زمانی مورد مطالعه با روندی صعودی، 18/29 درصد یا 4/54757 هکتار افزایش داشته است. بهره برداری مفرط و تخریب مراتع، تغییر کاربری های غیر اصولی در دهههای گذشته به ویژه از اراضی مرتعی به اراضی کشاورزی در جنوب منطقه که پس از مدتی به دلیل کارایی پایین رها شده اند، وقوع خشکسالی و کمبود آب در سطح وسیعی از منطقه و به دنبال آن متروکه شدن برخی از روستا از جمله دلایل افزایش سطح اراضی بایر است. سطح اراضی زراعی در طول دوره زمانی مورد مطالعه 29/75 درصد یا 62/9055 هکتار کاهش یافته است. از آنجایی که احداث سد تنها توانسته نیاز آبی بخش کوچکی از اراضی زراعی، باغات در حال گسترش پسته و آب آشامیدنی شهر دامغان و مناطق مسکونی اطراف آن را تامین کند، کمبود آب به ویژه در اراضی پایین دست حوزه موجب رها شدن بخشی از اراضی کشاورزی و لذا کاهش اراضی زراعی شده است. افزایش سطح مناطق مسکونی در طول دوره زمانی مذکور 86/60 درصد یا 4/635 هکتار بوده که به دلیل افزایش جمعیت به ویژه در مناطق شهری به وقوع پیوسته است. بررسی تغییرات پوشش گیاهی در حوزه آبخیز دامغان با مطالعات میدانی، بررسی داده های مطالعات پیشین و اندازه گیری شاخص NDVI بین سالهای 2000 تا 2020 با فواصل زمانی 5 سال، افزایش سطح مناطقی با پوشش گیاهی ضعیف و کاهش سطح مناطقی با پوشش گیاهی خوب و متوسط را نشان داد. در طی بازه زمانی مذکور سطح عرصه های با پوشش گیاهی فقیر 3/163798 هکتار افزایش پیدا کرده است و سطح اراضی دارای پوشش گیاهی متوسط و خوب به ترتیب 4/111001 و 9/52796 هکتار کاهش یافته است. این تغییرات به عوامل انسانی چون افزایش جمعیت، تغییر کاربری غیراصولی، مدیریت نامناسب و بهره برداری مفرط از منابع و اراضی و عوامل محیطی چون کاهش بارندگی مرتبط است. روندیابی تغییرات پوشش گیاهی با نرم افزار R در حوزه آبخیز دامغان نیز نشان داد که در مجموع در سطح 227754 هکتار از حوزه میزان پوشش گیاهی کاهش پیدا کرده است. در سطح 11/358327 هکتار از حوزه پوشش گیاهی بدون تغییر و ثابت بوده و نهایتا در سطح 89/8146 هکتار از حوزه میزان پوشش گیاهی به دنبال تغییر کاربری ها افزایش پیدا کرده است.
نتیجه گیری
در مجموع در حوزه آبخیز دامغان در طی 21 سال (از 2000تا 2020)، تغییرات کاربری اراضی به‌خصوص تبدیل اراضی در مناطق دارای پوشش گیاهی به مناطق مسکونی و صنعتی، اراضی باغی و به‌تبع آن گسترش اراضی بایر به وقع پیوسته است. این تغییرات بیشتر در حاشیه مناطق شهری و مسکونی تمرکز بیشتری پیداکرده است. این تغییرات در نیمه جنوب شرقی حوزه آبخیز دامغان چشم‌گیرتر بوده و میتواند مشکلاتی مانند کاهش پوشش گیاهی، افزایش میزان ریز گردها، کاهش زمین‌های حاصل خیز، کاهش توان سرزمین و ... را در این بخش‌ها ایجاد کند. در این زمینه، با ارزیابی وضعیت پوشش گیاهی و مشخص شدن مناطق بحرانی ازلحاظ پوشش گیاهی می‌توان در جهت بهبود وضعیت پوشش گیاهی در این مناطق با اجرای عملیات مدیریتی و احیایی مناسب اقدام نمود. ساختار و تراکم پوشش گیاهی منطقه تحت تاثیر تغییرات کاربری اراضی، تغییر پیداکرده است، بنابراین آگاهی از این تغییرات کیفی و کمی در برنامه‌ریزی محیطی، آمایش سرزمین و توسعه پایدار منطقه حائز اهمیت فراوانی است. نتایج حاصل از پایش تغییرات و درجات پویایی کاربری اراضی نشان میدهد درصورتی‌که اقدامی صورت نگیرد و روند تغییرات کاربری و پوشش در آینده به همین صورت ادامه یابد، درنتیجه مراتع و زمین‌های کشاورزی بیشتری به اراضی بایر تبدیل میشود. لذا امید است با همکاری مسئولان ذیربط و توجه به طرحهای آمایش سرزمین و مدیریت صحیح، روند تغییرات فعلی کاربری اراضی/پوشش به سمت توسعه پایدار سوق یابد. همچنین با توجه به این مورد که پوشش گیاهی و کاربری اراضی در هر منطقه‌ای بازتابی از وضعیت اقتصادی- اجتماعی و محیطی، عوامل مدیریتی در منطقه، نوع و وضعیت خاک، وضعیت اقلیمی منطقه و به‌طورکلی نشان‌دهنده رابطه انسان با محیط پیرامون است. پیشنهاد میگردد جهت جلوگیری از بحران در حوزه آبخیز دامغان و تبدیل‌شدن این حوزه به کانون اصلی ریز گرد برای شرق کشور مطالعات میدانی و اقدامات عملی جهت حفظ و احیایی این حوزه صورت گیرد و پیش از پیش در بحث حفاظت این منطقه مسئولان ذیربط اهتمام لازم را به عمل‌آورند. در مجموع تغییرات کاربری اراضی در حوزه دامغان در جهت کاهش کیفی و کمی پوشش گیاهی به ویژه پوشش گیاهی طبیعی مرتعی و جنگلی بودهاست، آگاهی از این تغییرات کیفی و کمی میتواند در برنامه ریزی مناسب محیطی، آمایش سرزمین و توسعه پایدار منطقه موثر باشد. با توجه به اینکه پوشش گیاهی و کاربری اراضی در هر منطقه بازتابی از وضعیت اقتصادی- اجتماعی و محیطی، عوامل مدیریت در منطقه، نوع و وضعیت خاک، وضعیت اقلیمی منطقه و به طور کلی نشان دهنده رابطه انسان با محیط پیرامون است، پیشنهاد میگردد جهت جلوگیری از بحران در حوزه آبخیز دامغان و تبدیل شدن این حوزه به کانون اصلی ریزگرد برای شرق کشور مطالعات میدانی و اقدامات عملی جهت حفظ و احیا و تقویت پوشش گیاهی این حوزه صورت گیرد و مسولان بیش از پیش در حفاظت از این منطقه اهتمام لازم را بهعمل آورند.
واژه های کلیدی: تغییرات کاربری اراضی، تغییرات پوشش گیاهی، NDVI ، حوزه آبخیز دامغان
Monitoring land use changes and vegetation cover in Damghan watershed
Peyman Akbarzadeh1, Shima Nikoo24
1- Ph.D. Graduate of Management and Control of Desert, Faculty of Desert Studies, Semnan University, Semnan, Iran
2-, Assistant Professor, Department of Combating Desertification, Faculty of Desert Studies, Semnan University, Semnan, Iran
Abstract
Background and Objective
Monitoring changes in environmental factors over time is important to understand the interrelationships between humans and natural phenomena in order to make better decisions about sustainable land management. Land use and vegetation are the two main components in the discussion of natural resource management and monitoring of environmental changes and are important indicators for studying land degradation in endangered areas. These two components change over time due to natural and human factors for various reasons and affect the performance of ecosystems, especially in arid areas due to their fragility and high sensitivity, and can eventually lead to Land degradation and desertification. Therefore, it seems necessary to study their changes, especially in the past few decades, due to climate change, the occurrence of droughts and changes in land management practices. In the past, reviewing changes using aerial photographs and field studies required a lot of time and money. But today, remote sensing technology has become a convenient tool for monitoring environmental changes. Therefore, this study was conducted to detect changes in vegetation and land use in the arid region of Damghan during the last two decades using remote sensing to understand some main causes of environmental changes.
Materials and Methods
The status of vegetation and land use changes in Damghan watershed for 2000, 2010, 2015 and 2020 has been done using Landsat 5, 7 and 8 satellite images. GoogleEarth, ARCGIS10-3 and eCognition Developer software were used to process and digitize satellite images. Vegetation changes in time and place have been identified using the NDVI index. Validation and determination of vegetation status based on the average percentage of vegetation (less than 20% for poor cover, 20 to 50% for average cover and more than 50% for good cover) was done by sampling and studying 100 samples (plots) in the field. In order to measure the agreement between field data and data obtained from satellite images, the total accuracy coefficient and Kappa were used. Finally, in order to reveal the trend of land cover changes R software were used.
Results and Discussion
The area of rangeland during the period from 2000 to 2020, decreased 3.96 percent or 12976.3 hectares. Occurrence of drought, overgrazing of livestock and development of residential lands due to population increase can be considered as the reasons for the decrease in rangelands in this area. The area of forest in this period decreased 72.48% or 40438.4 hectares. The declining trend of forest changes is due to the expansion of residential areas and gardens in these areas because of better climatic conditions, unprincipled and excessive exploitation of forest products and occurrence of drought. During the study period, the level of surface water resources due to the construction of a dam 100% or 453.15 hectares and the area of gardens, mainly Pistacia vera orchards 66.18% or 6624.36 hectares increased. The barren lands increased by 29.18% or 544757 ha during the study period. Excessive exploitation and destruction of ranglands, unprincipled land use changes in recent decades, especially from rangelands to agricultural lands in the south of the region that was abandoned due to low efficiency, drought and water shortages in a large part of the area as a result, the abandonment of some villages were some reasons for the increase in the area of barren lands.
The area of arable lands decreased 75.29% or 9055.62 hectares during the study period. Since the construction of the dam could only met the water needs of a small part of agricultural lands, expanding Pistachio vera orchards and drinking water in Damghan and surrounding residential areas, water shortages, especially in the downstream lands, led to the abandonment of part of the agricultural lands. Therefore, agricultural lands were reduced. The increase in the area of residential areas during the mentioned period was 60.86% or 635.4 hectares, which occurred due to the increase in population, especially in urban areas. Study of vegetation changes in Damghan watershed with field studies, review of data from previous studies and measurement of NDVI index between 2000 and 2020 with 5-year intervals showed a trend of increasing in areas with poor vegetation and a trend of decreasing in areas with good and average vegetation. During the mentioned period, the area of the land with poor vegetation increased 163798.3 hectares and the area of lands with medium and good vegetation decreased 111011.4 and 52796.9 hectares, respectively. These changes are related to human factors such as population growth, unprincipled land use change, improper management and over-exploitation of resources and lands, and environmental factors such as reduced rainfall. The process of vegetation changes with R software in Damghan watershed also showed that the total amount of vegetation decreased on 227754 hectares. On 358327.11 hectares of the area vegetation was unchanged, and finally on 8146.89 hectares of the area vegetation increased following changes in land uses.
Conclusion
In general, in Damghan watershed in 21 years (2000-2021), land use changes, especially from vegetated areas to residential and industrial areas, gardens and, consequently, the expansion of barren lands have occurred. These changes were more concentrated in the suburbs of urban and residential areas. These changes are more significant in the southeastern half of Damghan watershed and can cause problems such as declining vegetation, increasing the amount of fine dust, reducing fertile land, reducing land capacity, etc. in these areas. In this regard, by assessing the condition of vegetation and identifying critical areas in terms of vegetation, it is possible to improve the condition of vegetation in these areas by implementing appropriate management and rehabilitation operations. The structure and density of vegetation in the region has changed due to changes in land use, so awareness of these qualitative and quantitative changes in environmental planning, land management and sustainable development of the region is very important. The results of monitoring changes and degrees of land use dynamics show that if no action is taken and the trend of land use change and vegetation continues in the future, as a result, more rangelands and agricultural lands will become barren lands. Therefore, it is hoped that with the cooperation of relevant officials and paying attention to land use planning and proper management, the current trend of land use / vegetation changes will lead to sustainable development. Also, considering the fact that vegetation and land use in each region is a reflection of socio-economic and environmental status, managerial factors in the region, soil type and condition, climatic status and in general show the human relationship with the environment, it is suggested that in order to prevent the crisis in Damghan watershed and turn this area into the main center of dust for the east of the country, field studies and practical measures be taken to protection and reclamation of this area.
Keywords: Land use changes, vegetation changes, NDVI, Damghan watershed
[1] پست الکترونیکی مسئول مکاتبات: shimanikoo@semnan.ac.ir
[2] E-mail: shimanikoo@semnan.ac.ir
[3] پست الکترونیکی مسئول مکاتبات: shimanikoo@semnan.ac.ir
[4] E-mail: shimanikoo@semnan.ac.ir
