Predicting the effects of climate change on the distribution of mangrove forests in Iran using the maximum entropy model

Subject Areas : Geospatial systems development

Raziyeh Ghayoumi ¹ , Elham Ebrahimi ² , Farhad Hosseini Tayefeh ³ , Mostafa Keshtkar ⁴

1 - PhD in Marine Biology, Research Group of Environmental Assessment and Risk, Research Center for Environment and Sustainable Development (RCESD), Department of Environment, Tehran
2 - MSc. Graduated Research Group of Biodiversity and Ecosystem Management, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran
3 - Assist. Prof. Research Group of Biodiversity and Biosafety, Research Center for Environment and Sustainable Development (RCESD), Department of Environment, Tehran
4 - PhD Student of Environmental Sciences and Engineering, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran

Received: 2019-04-13 Accepted : 2019-07-20 Published : 2019-07-23

Keywords: Climate Change, Maximum entropy model (MEM), Mangrove forests, Avicenia marina,

Abstract :

Spatial modelling of distribution in the plant communities apply for predicting potential habitat areas and protecting species and determining the factors affecting their distribution. The study purpose is to determine the potential distribution of mangroves in Iran under climate change. In this study, occurrence records for Avicenia marina as dominant species were collected and MaxEnt modeling was used to predict the distribution of mangrove forests. The result showed the most suitable areas for the mangrove distribution under current climatic conditions are the Oman Sea coasts and the eastern coast of the Persian Gulf from Gwadar Bay to the northern coasts of Qeshm Island and Nayband Bay in the southern part of Bushehr Province. In the year 2050, habitat suitability based on the RCP2.6 and RCP8.5 scenarios, on the eastern coasts of the Persian Gulf and the Oman Sea, will increase. Both current and future climatic conditions, the northern coasts of Bushehr Province and the coasts of Khuzestan Province were not defined as suitable habitats. The results can apply for the conservation plan and mangrove planting.

References:

اعتمادی، ه.، م. شریفی‌کیا، ز. صمدی، ع. اسماعیلی‌ساری و ا. دانه‌کار. 1394. شبیه‌ سازی تغییرات اقلیمی آینده در منطقه جاسک و تأثیر آن بر جنگل‌های حرا. فصلنامه جغرافیا و توسعه، 13(41): 85-92.

پرورش، ح.، ا. پروش و ز. پرورش. 1392. تعیین ظرفیت‌های برد فیزیکی، واقعی و مجاز برای اجرای فعالیت‌های قایقرانی در تالاب بین‌المللی حرا رود گز. نشریه اقیانوس‌شناسی، 13(4): 85-92.

حجاریان، م. 1384. بررسی تغییرات کمی جنگل‌های مانگرو منطقه قشم با استفاده از عکس‌های هوایی و داده‌های ماهواره‌ای در یک دوره چهل‌ساله. پایان‌نامه کارشناسی ارشد جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج.  124صفحه.

خلاصی اهوازی، ل.، م. زارع چاهوکی و س. ز. حسینی. 1394. مدل‌سازی پراکنش جغرافیایی رویشگاه گونه­ های Artemisia aucheri  و Artemisia sieberi   بر اساس روش­های مبتنی بر حضور( MaxEnt و ENFA)، مجله تحقیقات منابع طبیعی تجدیدشونده، (1)6: 57-73.

خورانی، ا.،  م. بی‌نیاز، و ح. امیری. 1394. تغییرات سطح جنگل­های حرا با توجه به نوسانات اقلیمی (مطالعه موردی: جنگل ­های بین بندر خمیر و قشم)، مجله بوم­شناسی آبزیان، 5(۲): ۱۰۰-۱۱۱.

دانه‌کار، ا.، ب. محمودی، ع. تقی زاده، و ا. کامرانی. 1388. بررسی ساختار توده‌های جنگلی مانگرو در رویشگاه سیریک در استان هرمزگان. نشریه جنگل و فرآورده‌های چوب (منابع طبیعی ایران)، 62(4): 359-369.

دانه‌کار، ا. 1377. مناطق حساس دریایی ایران، فصل‌نامه محیط‌زیست، شماره 24، 28-38.

دانه‌کار، ا.، ه. پورباقر، ش. خلیقی، ب. محمودی، ع. داوری، ف. منصوری و م. رجایی. 1393. بررسی استقرار جنگل­ های دریایی حرا و ارائه راهکارهای بهبود آن در منطقه ماهشهر و بندر امام. پروژه پژوهشی دفتر پژوهش پتروشیمی بندر امام خمینی. واحد اجرا دانشگاه تهران. 100 صفحه.

دانه ­کار، ا .1385. طرح مدیریت و توسعه جنگل­ های مانگرو دراستان هرمزگان .جلد اول. اداره کل منابع طبیعی استان هرمزگان: مهندسین مشاور طبیعت و منابع طبیعی. 138 صفحه.

دهقانی، م.، م. پورهاشمی، ن. شعبانیان و خ. میرآخورلو. 1393. شناسایی اراضی مستعد توسعه جنگل­ های مانگرو در منطقه هلر جزیره قشم. نشریه توسعه پایدار جنگل، 2(1): 151-165.

زارع چاهوکی، م. و م. عباسی. 1395. تعیین رویشگاه بالقوه گونه گیاهی ارمک (Ephedra strobilacea) با استفاده از مدل آنتروپی حداکثر در مراتع پشتکوه استان یزد. مجله حفاظت زیست بومی گیاهان، 4(9): 195-212.

زهزاد، ب. و ه. مجنونیان. 1376. شناسنامه منطقه حفاظت‌شده حرا، اداره کل حفاظت محیط‌زیست استان هرمزگان، چاپ اول، دایره سبز. 148 صفحه.

سرهنگ زاده، ج.، ا. ر. یاوری، ح. ر. همامی و ب. شمس اسفندآبادی. 1390. مدل‌سازی مطلوبیت زیستگاه گونه­های حیات‌وحش در مناطق خشک (مطالعه موردی: کل و بز در منطقه حفاظت‌ شده کوه بافق)، فصلنامه علمی پژوهشی خشک بوم، 3(1): 38-50.

صفا ایسینی، ه.، ا. دانه‌کار و ا. کامرانی. 1387. بررسی نرخ رشد مانگروها در حوزه کولقان، تیاب و کلاهی در خلیج‌فارس. هشتمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی سواحل، بنادر و سازه­های دریایی، سازمان بنادر و دریانوردی، 6-4 آذر. تهران. 8 صفحه.

صفیاری، ش. و م. نصوری. 1387. توسعه جنگل­های مانگرو. انتشارات سازمان جنگل­ها، مراتع و آبخیزداری کشور، اداره کل منابع طبیعی استان هرمزگان، ۴۹۸ صفحه.

عرفانی، م.، غ. نوری، ا. دانه‌کار، م. مروی مهاجر و ب. محمودی. 1388. بررسی پارامترهای رویشی جنگل‌های مانگرو خلیج گواتر در جنوب شرقی ایران. تاکسونومی و بیوسیستماتیک، 1(1): 33-46.

عسکری­زاده، د.، ح. ارزانی، م. جعفری، ج.  بذرافشان و پ. آین کولین. 1397. بررسی گذشته، حال و آینده تغییرات پوشش گیاهی مراتع البرز مرکزی در ارتباط با تغییر اقلیم. سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 9(3): 1-18.

مروتی، م.، کابلی، م.، پناهنده، م.، سرباز، م. و  احمدیان، ش. 1396. مدل‌سازی زیستگاه یوزپلنگ آسیایی (Acinonyx jubatus venaticus) تحت تأثیر تغییرات اقلیمی در ایران با استفاده از نرم‌افزارMAXENT. محیط‌زیست جانوری، 9(1): 20-13.

مهدوی، ع.، م. زبیری و م. نمیرانیان. 1381. بررسی روند تغییرات کمی و کیفی جنگل ­های مانگرو منطقه قشم با استفاده از عکس­ های هوایی سال­های 1346 تا 1373. مجله منابع طبیعی ایران، 53(3): 377-387.

موسوی، م.، ح. ر. رضایی  و س.  نادری. 1397. پیش‌بینی پراکنش بالقوه گربه وحشی Felis silvestris با استفاده از الگوریتم حداکثر آنتروپی در ایران. محیط‌زیست جانوری، 10(1): 19-24.

Alongi DM. 2015. The impact of climate change on mangrove forests. Current Climate Change Reports, 1(1): 30-39.

Blasco F, Saenger P, Janodet E. 1996. Mangroves as indicators of coastal change. Catena, 27(3-4): 167-178.

Danehkar A. 1998. Marine sensitive areas of Iran. The Environment Scientific Quarterly Journal, 24: 28-38.

De Palma A, Kuhlmann M, Bugter R, Ferrier S, Hoskins AJ, Potts SG, Roberts SP, Schweiger O, Purvis A. 2017. Dimensions of biodiversity loss: Spatial mismatch in land‐use impacts on species, functional and phylogenetic diversity of European bees. Diversity and Distributions, 23(12): 1435-1446.

Duarte CM, Losada IJ, Hendriks IE, Mazarrasa I, Marbà N. 2013. The role of coastal plant communities for climate change mitigation and adaptation. Nature Climate Change, 3(11): 961.

Duke N. 1997. Mangroves in the Great Barrier Reef World Heritage Area: current status, long-term trends, management implications and research. In: State of the great barrier reef world heritage area workshop. Great Barrier Reef Marine Park Authority, Townsville, pp 288-299.

Duke N, Ball M, Ellison J. 1998. Factors influencing biodiversity and distributional gradients in mangroves. Global Ecology & Biogeography Letters, 7(1): 27-47.

Elith J, Phillips SJ, Hastie T, Dudík M, Chee YE, Yates CJ. 2011. A statistical explanation of MaxEnt for ecologists. Diversity and Distributions, 17(1): 43-57.

Ellison JC, Stoddart DR. 1991. Mangrove ecosystem collapse during predicted sea-level rise: Holocene analogues and implications. Journal of Coastal Research: 151-165.

Erfani M, Nouri GR, Danehkar A, Marvi MM, Mahmoudi B. 2010. Vegetative parameters of mangrove forest on the Govater bay in southeast of Iran. Journal of Taxonomy and Biosistematics, 1(1): 33-46.

Fernández-Martínez M, Vicca S, Janssens IA, Sardans J, Luyssaert S, Campioli M, Chapin III FS, Ciais P, Malhi Y, Obersteiner M. 2014. Nutrient availability as the key regulator of global forest carbon balance. Nature Climate Change, 4(6): 471.

Field CD. 1995. Impact of expected climate change on mangroves. In: Asia-Pacific Symposium on Mangrove Ecosystems. Springer, pp 75-81.

Franklin J. 2010. Moving beyond static species distribution models in support of conservation biogeography. Diversity and Distributions, 16(3): 321-330.

Giovanelli JG, de Siqueira MF, Haddad CF, Alexandrino J. 2010. Modeling a spatially restricted distribution in the Neotropics: How the size of calibration area affects the performance of five presence-only methods. Ecological Modelling, 221(2): 215-224.

Hoffmann M, Belant JL, Chanson JS, Cox NA, Lamoreux J, Rodrigues AS, Schipper J, Stuart SN. 2011. The changing fates of the world's mammals. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 366(1578): 2598-2610.

I IWG. 2013. Climate Change 2013-The Physical Science Basis: Summary for Policymakers. Intergovernmental Panel on Climate Change.

Jetz W, Tuanmu M, Melton F, Parmentier B, Amatulli G, Guzman A. 2016. Remote-sensing supported monitoring of global biodiversity change. In: AGU Fall Meeting Abstracts.

Kathiresan K, Bingham BL. 2001. Biology of mangroves and mangrove Ecosystems. In:  Advances in Marine Biology, vol 40. Academic Press, pp 81-251.

McLeod E, Salm RV. 2006. Managing mangroves for resilience to climate change. World Conservation Union (IUCN), pp 64.

McNab BK. 2003. Metabolism: ecology shapes bird bioenergetics. Nature, 426(6967): 620.

Meyers LA, Bull JJ. 2002. Fighting change with change: adaptive variation in an uncertain world. Trends in Ecology & Evolution, 17(12): 551-557.

Ming-Gang Z, Slik JF, Ma K-P. 2016. Using species distribution modeling to delineate the botanical richness patterns and phytogeographical regions of China. Scientific Reports, 6: 22400.

Pereira HM, Ferrier S, Walters M, Geller GN, Jongman R, Scholes RJ, Bruford MW, Brummitt N, Butchart S, Cardoso A. 2013. Essential biodiversity variables. Science, 339(6117): 277-278.

Phillips SJ, Anderson RP, Schapire RE. 2006. Maximum entropy modeling of species geographic distributions. Ecological Modelling, 190(3-4): 231-259.

Quintero I, Wiens JJ. 2013. Rates of projected climate change dramatically exceed past rates of climatic niche evolution among vertebrate species. Ecology Letters, 16(8): 1095-1103.

Raymond Ward D, Friess DA, Day RH, MacKenzie RA. 2016. Impacts of climate change on mangrove ecosystems: a region by region overview. Ecosystem Health and Sustainability, 2(4): e01211.

Reside AE, VanDerWal J, Moran C. 2017. Trade-offs in carbon storage and biodiversity conservation under climate change reveal risk to endemic species. Biological Conservation, 207: 9-16.

Shamsabad MM, Assadi M, Parducci L. 2018. Impact of climate change implies the northward shift in distribution of the Irano-Turanian subalpine species complex Acanthophyllum squarrosum. Journal of Asia-Pacific Biodiversity, 11(4): 566-572.

Skogen K, Helland H, Kaltenborn B. 2018. Concern about climate change, biodiversity loss, habitat degradation and landscape change: Embedded in different packages of environmental concern? Journal for Nature Conservation, 44: 12-20.

Spalding M, Blasco F, Field C. 1997. World mangrove atlas.

Spalding M, McIvor A, Tonneijck F, Tol S, Van Eijk P. 2014. Mangroves for coastal defence. Guidelines for coastal managers & policy makers. Wetlands International and The Nature Conservancy, pp 42.

Thom D, Rammer W, Seidl R. 2017. Disturbances catalyze the adaptation of forest ecosystems to changing climate conditions. Global Change Biology, 23(1): 269-282.

Van Oijen M, Bellocchi G, Höglind M. 2018. Effects of climate change on grassland biodiversity and productivity: the need for a diversity of models. Agronomy, 8(2): 14.

Verweij M, Nagelkerken I, De Graaff D, Peeters M, Bakker E, Van der Velde G. 2006. Structure, food and shade attract juvenile coral reef fish to mangrove and seagrass habitats: a field experiment. Marine Ecology Progress Series, 306: 257-268.

Waldron A, Miller DC, Redding D, Mooers A, Kuhn TS, Nibbelink N, Roberts JT, Tobias JA, Gittleman JL. 2017. Reductions in global biodiversity loss predicted from conservation spending. Nature, 551(7680): 364.

Wende W, Tucker G, Quétier F, Rayment M, Darbi M. 2018. Introduction: Biodiversity Offsets-The European Perspective on No Net Loss of Biodiversity and Ecosystem Services. In:  Biodiversity Offsets. Springer, pp 1-3.

Woodroffe CD, Rogers K, McKee KL, Lovelock CE, Mendelssohn I, Saintilan N. 2016. Mangrove sedimentation and response to relative sea-level rise. Annual Review of Marine Science, 8: 243-266.

Xing X, Slabbekoorn H, Campbell J, Li F, Ma J. 2017. Distinct song parts of the endemic marsh grassbird of China vary with latitude and climate among migratory and sedentary populations. Evolutionary Ecology, 31(1): 63-76.

Zeidi JR, Javadian N, Tavakkoli-Moghaddam R, Jolai F. 2013. A hybrid multi-objective approach based on the genetic algorithm and neural network to design an incremental cellular manufacturing system. Computers & Industrial Engineering, 66(4): 1004-1014.

Zhao H, Sun J, Xu X, Qin X. 2017. Stoichiometry of soil microbial biomass carbon and microbial biomass nitrogen in China's temperate and alpine grasslands. European Journal of Soil Biology, 83: 1-8.