Evaluating the implications of urban growth on carbon fixation ecosystem services (Case study: Karaj Subcatchments)
Subject Areas : Spatial data infrastructures and standardisationSareh Alsadat Sajjadi Ghaemmaghami 1 , Romina Sayahnia 2 , Naghmeh Mobarghei Dinan 3 , Majid Makhdoum Farkhondeh 4
1 - MSc. Environmental Planning, Environmental Sciences Research Institute (ESRI), Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 - Assistant Professor, Department of Environmental Planning, Environmental Sciences Research Institute (ESRI), Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 - Associate Professor, Department of Environmental Planning, Environmental Sciences Research Institute (ESRI), Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
4 - Professor, Department of Environmental Engineering, Faculty of Natural Resources, Tehran University, Tehran, Iran
Keywords: Ecosystem Services, land use, Karaj, remote sensing, Terrset, Urban growth,
Abstract :
Background and Objective In recent decades, natural ecosystems have undergone fundamental changes due to increasing population growth and increasing demand in order to provide the necessary facilities for human welfare. Since these changes are generally associated with environmental degradation, one should always be concerned about the damage to the ecosystem that supports human life. Therefore, the maintenance and protection of ecosystems are critical to achieving balance, equilibrium and coordination between human society and the ecosystem and their functional services. Ecosystem services have the potential to be considered as a key tool for policy-making and decision-making at the global, national, regional and local levels. Using ecosystem services, several applications including sustainable management of natural resources, land use optimization, environmental protection, nature conservation and restoration, landscaping, basic nature solutions, water conservation and weather, disaster risk reduction, environmental education and environmental research can be pursued. However, the relationship between ecosystem processes and functions and human well-being is complex and a multifaceted and preventive approach must be taken to evaluate these relationships and value the benefits. The purpose of this study was to investigate the trend of changes in ecosystem services in urban growth and development, evaluation of ecosystem services and the consequences of urban growth on carbon storage ecosystem service in the study area of Karaj catchment area in the period (before and after the development of irrationality). Materials and Methods Ecosystem services mapping is an effective tool to improve land planning and land use. Valuation of these services can be an effective factor and a promising way to explain the relationship between services, society and the economy and can play an effective role in the cost-benefit system of policies to rehabilitate and manage the environment. In this study, carbon storage service was investigated in three catchments of Alborz, Karaj, Hashtgerd and Eshtehard provinces. Since the study area covers almost two-thirds of the province, so in the study of the characteristics of the study area, the same characteristics of the Alborz province have been mentioned. In line with this research, In the first step, land use maps of the study area using trust software and GIS and Landsat satellite imagery (Landsat 5TM sensor images 1988, Landsat 8 satellite ETM+ sensor 2018), and the Supervised classification have been applied for the two periods of 1988 and 2018 in four classes of vegetation, man-made space, the aquatic environment and non-man-made space. After preparing the land use map, the accuracy of the maps was checked using Google Earth software and field visits. Then, using the land use map, the carbon storage ecosystem service map was extracted using Invest software and finally evaluated using soil carbon, ground carbon, basement and dead tissue information. Results and Discussion The results showed that the most changes in land use maps belong to non-constructed space and man-made space, which shows a decrease of 16% and an increase of 11%, respectively. Regarding carbon storage service, according to the plans obtained in two years, in the central part of the region, which has witnessed the growth of agricultural lands, the amount of carbon storage has also increased. The maximum carbon reserve, with a share of 78377470 tons per hectare in 1988 and 72618450 tons per hectare in 2018, belongs to the Tehran-Karaj basin, and the lowest with a share of 36078497 tons per hectare in 1988 and 34606913 tons per hectare per year. 2018, belongs to Eshtehard. In total, the value has increased from about 14163 billion rials per ton per hectare since 1988 to about 13163 billion rials in 2018, which has gone in a negative direction. Although the amount of carbon storage varied and changed in different places, the maximum amount of carbon storage remained unchanged during this period; because there is still unbuilt space. Conclusion In general, it can be stated that the use of ecosystem services valuation does not necessarily mean a reduction in the value of services in the development process, but it means that using this approach can be used to improve development planning to maintain and used to improve the quality of the ecosystem. In fact, it can be said that this approach can be used as an interface to link the anthropological and ecological sections under a single programmatic and managerial framework. and in order to; used instead of "to", especially after try, come, go More (Definitions, Synonyms, Translation).http://dorl.net/dor/20.1001.1.26767082.1400.12.1.2.3
Arkhi S, Isfahani M. 2015. A visual Learning to IDRISI Selva. Golestan University, 336 p. (In Persian).
Asadolahi Z, Salmanmahiny A, Mirkarimi H. 2015. Modeling the Supply of Sediment Retention Ecosystem Service (Case study: Eastern Part of Gorgan-Rud Watershed). Quarterly Journal of Environmental Erosion Research, 5(3): 61-75. (In Persian).
Burkhard B, Maes J. 2017. Mapping ecosystem services. Advanced books, 1: e12837.
Chan KMA, Terre S, Joshua G. 2012. Rethinking ecosystem services to better address and navigate cultural values. Ecological Economics, 74: 8-18. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2011.11.011.
Costanza R, d'Arge R, De Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, Limburg K, Naeem S, O'neill RV, Paruelo J. 1997. The value of the world's ecosystem services and natural capital. Nature, 387(6630): 253-260.
Costanza R, d'Arge R, De Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, Limburg K, Naeem S, O'Neill RV, Paruelo J. 1998. The value of ecosystem services: putting the issues in perspective. Ecological Economics, 25(1): 67-72.
Costanza R, Rudolf, Leon B, Ida K, Lorenzo F, Paul S, Steve F, Monica G. 2017. Twenty years of ecosystem services: How far have we come and how far do we still need to go? Ecosystem Services, 28: 1-16. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2017.09.008.
De Groot RS, Matthew AW, Roelof MJB. 2002. A typology for the classification, description and valuation of ecosystem functions, goods and services. Ecological Economics, 41(3): 393-408. doi:https://doi.org/10.1016/S0921-8009(02)00089-7.
Egoh B, Drakou EG, Dunbar MB, Maes J, Willemen L. 2012. Indicators for mapping ecosystem services: a review. European Commission, Joint Research Centre (JRC). http://dx.doi.org/10.2788/41823.
Fatemi TS, Madnipour KM, Hashemi S. 2015. Estimating changes in forest cover in the Rudsar county by using neural network and maximum likelihood methods. Journal of RS and GIS for Natural Resources 6(2): 33-43. (In Persian).
Häyhä T, Pier Paolo F, Alessandro P, Brian DF. 2015. Assessing, valuing, and mapping ecosystem services in Alpine forests. Ecosystem Services, 14: 12-23. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2015.03.001.
Heal GM BE, Boyle KJ, Covich AP, Gloss SP, Hershner Carlton H, Hoehn John P, Pringle Catherine M, Polasky S, Segerson K, Shrader-Frechette K. 2005. experts.umn.edu, http://www.nap.edu/books/030909318X/html.
Helmy A, El-Taweel GS. 2010. Neural network change detection model for satellite images using textural and spectral characteristics. American Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(4). doi:https://doi.org/10.3844/ajeassp.2010.604.610.
Hosseini Nejad S, Taheri G. 2015. Investigating the environmental situation in energy consuming sectors. Statistic Journal, 2(5): 16-20. (In Persian).
Hosseini S, Amirnejad H, Oladi J. 2017. The Valuation of Functions and Services of Forest Ecosystem of Kiasar National Park. Agricultural Economics, 11(1): 211-239. (In Persian).
Kazemi M, Mahdavi Y, Nohegar A, Rezaie P. 2011. Estimate land use and land cover change using RS and GIS techniques (Case Study: Tangeh-Bostanak watershed, Shiraz). Journal of RS and GIS for Natural Resources (Journal of Applied RS and GIS Techniques in Natural Resource Science), 2(1): 101-110. (In Persian).
Mobarghai DN. 2009. Modeling and application of the spatial valuation pattern of forest ecosystem services using Geographical Information System (Case study: Kheiroudkenar forest- Noushar). Ph.D thesis, Department of Environment Planning, University of Tehran, 287 p. (In Persian).
Mohammadi S, Habashi K, Pormanafi S. 2018. Monitoring and prediction land use/land cover changes and its relation to drought (Case study: sub-basin Parsel B2, Zayandeh Rood watershed). Journal of RS and GIS for Natural Resources, 9(1): 24-39. (In Persian). .
Natasha N, Alessandro P, Fabio P, Madeleine G, Pier Paolo F. 2018. Assessing, valuing and mapping ecosystem services at city level: The case of Uppsala (Sweden). Ecological Modelling, 368: 411-424. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2017.10.013.
Pauchard K, Núñez M, León C, Pliscoff P, Squeo F, Armesto JJ. 2017. A framework for the classification Chilean terrestrial ecosystems as a tool for achieving global conservation targets. Biological Conservation, 26: 2857–2876. doi:https://doi.org/10.1007/s10531-017-1393-x.
Peng J, Lu T, Yanxu L, Mingyue Z, Yi'na H, Jiansheng W. 2017. Ecosystem services response to urbanization in metropolitan areas: Thresholds identification. Science of The Total Environment, 607-608: 706-714. doi:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.218.
Schröter D, Cramer W, Leemans R, Prentice IC, Araújo MB, Arnell NW, Bondeau A, Bugmann H, Carter TR, Gracia CA. 2005. Ecosystem service supply and vulnerability to global change in Europe. science, 310(5752): 1333-1337. doi:https://doi.org/10.1126/science.1115233.
Sukhdev P, Wittmer H, Schröter-Schlaack C, Nesshöver C, Bishop J, Brink Pt, Gundimeda H, Kumar P, Simmons B. 2010. The economics of ecosystems and biodiversity: mainstreaming the economics of nature: a synthesis of the approach, conclusions and recommendations of TEEB. vol 333.95 E19. UNEP, Ginebra (Suiza).
TEEB. 2010. Mainstreaming the Economics of Nature. A Synthesis of the Approach, Conclusions and Recommendations of TEEB. Earthscan, London and Washington, 280 p.
Timothy GW, James DW, Nicola Z, Kurt HR. 2009. A multi-scale method of mapping urban influence. Environmental Modelling & Software, 24(10): 1252-1256. doi:https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2009.03.006.
Wu J. 2014. Urban ecology and sustainability: The state-of-the-science and future directions. Landscape and Urban Planning, 125: 209-221. doi:https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2014.01.018.
Zhang D, Qingxu H, Chunyang H, Jianguo W. 2017. Impacts of urban expansion on ecosystem services in the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration, China: A scenario analysis based on the Shared Socioeconomic Pathways. Resources, Conservation and Recycling, 125: 115-130. doi:https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.06.003.
_||_Arkhi S, Isfahani M. 2015. A visual Learning to IDRISI Selva. Golestan University, 336 p. (In Persian).
Asadolahi Z, Salmanmahiny A, Mirkarimi H. 2015. Modeling the Supply of Sediment Retention Ecosystem Service (Case study: Eastern Part of Gorgan-Rud Watershed). Quarterly Journal of Environmental Erosion Research, 5(3): 61-75. (In Persian).
Burkhard B, Maes J. 2017. Mapping ecosystem services. Advanced books, 1: e12837.
Chan KMA, Terre S, Joshua G. 2012. Rethinking ecosystem services to better address and navigate cultural values. Ecological Economics, 74: 8-18. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2011.11.011.
Costanza R, d'Arge R, De Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, Limburg K, Naeem S, O'neill RV, Paruelo J. 1997. The value of the world's ecosystem services and natural capital. Nature, 387(6630): 253-260.
Costanza R, d'Arge R, De Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, Limburg K, Naeem S, O'Neill RV, Paruelo J. 1998. The value of ecosystem services: putting the issues in perspective. Ecological Economics, 25(1): 67-72.
Costanza R, Rudolf, Leon B, Ida K, Lorenzo F, Paul S, Steve F, Monica G. 2017. Twenty years of ecosystem services: How far have we come and how far do we still need to go? Ecosystem Services, 28: 1-16. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2017.09.008.
De Groot RS, Matthew AW, Roelof MJB. 2002. A typology for the classification, description and valuation of ecosystem functions, goods and services. Ecological Economics, 41(3): 393-408. doi:https://doi.org/10.1016/S0921-8009(02)00089-7.
Egoh B, Drakou EG, Dunbar MB, Maes J, Willemen L. 2012. Indicators for mapping ecosystem services: a review. European Commission, Joint Research Centre (JRC). http://dx.doi.org/10.2788/41823.
Fatemi TS, Madnipour KM, Hashemi S. 2015. Estimating changes in forest cover in the Rudsar county by using neural network and maximum likelihood methods. Journal of RS and GIS for Natural Resources 6(2): 33-43. (In Persian).
Häyhä T, Pier Paolo F, Alessandro P, Brian DF. 2015. Assessing, valuing, and mapping ecosystem services in Alpine forests. Ecosystem Services, 14: 12-23. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2015.03.001.
Heal GM BE, Boyle KJ, Covich AP, Gloss SP, Hershner Carlton H, Hoehn John P, Pringle Catherine M, Polasky S, Segerson K, Shrader-Frechette K. 2005. experts.umn.edu, http://www.nap.edu/books/030909318X/html.
Helmy A, El-Taweel GS. 2010. Neural network change detection model for satellite images using textural and spectral characteristics. American Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(4). doi:https://doi.org/10.3844/ajeassp.2010.604.610.
Hosseini Nejad S, Taheri G. 2015. Investigating the environmental situation in energy consuming sectors. Statistic Journal, 2(5): 16-20. (In Persian).
Hosseini S, Amirnejad H, Oladi J. 2017. The Valuation of Functions and Services of Forest Ecosystem of Kiasar National Park. Agricultural Economics, 11(1): 211-239. (In Persian).
Kazemi M, Mahdavi Y, Nohegar A, Rezaie P. 2011. Estimate land use and land cover change using RS and GIS techniques (Case Study: Tangeh-Bostanak watershed, Shiraz). Journal of RS and GIS for Natural Resources (Journal of Applied RS and GIS Techniques in Natural Resource Science), 2(1): 101-110. (In Persian).
Mobarghai DN. 2009. Modeling and application of the spatial valuation pattern of forest ecosystem services using Geographical Information System (Case study: Kheiroudkenar forest- Noushar). Ph.D thesis, Department of Environment Planning, University of Tehran, 287 p. (In Persian).
Mohammadi S, Habashi K, Pormanafi S. 2018. Monitoring and prediction land use/land cover changes and its relation to drought (Case study: sub-basin Parsel B2, Zayandeh Rood watershed). Journal of RS and GIS for Natural Resources, 9(1): 24-39. (In Persian). .
Natasha N, Alessandro P, Fabio P, Madeleine G, Pier Paolo F. 2018. Assessing, valuing and mapping ecosystem services at city level: The case of Uppsala (Sweden). Ecological Modelling, 368: 411-424. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2017.10.013.
Pauchard K, Núñez M, León C, Pliscoff P, Squeo F, Armesto JJ. 2017. A framework for the classification Chilean terrestrial ecosystems as a tool for achieving global conservation targets. Biological Conservation, 26: 2857–2876. doi:https://doi.org/10.1007/s10531-017-1393-x.
Peng J, Lu T, Yanxu L, Mingyue Z, Yi'na H, Jiansheng W. 2017. Ecosystem services response to urbanization in metropolitan areas: Thresholds identification. Science of The Total Environment, 607-608: 706-714. doi:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.218.
Schröter D, Cramer W, Leemans R, Prentice IC, Araújo MB, Arnell NW, Bondeau A, Bugmann H, Carter TR, Gracia CA. 2005. Ecosystem service supply and vulnerability to global change in Europe. science, 310(5752): 1333-1337. doi:https://doi.org/10.1126/science.1115233.
Sukhdev P, Wittmer H, Schröter-Schlaack C, Nesshöver C, Bishop J, Brink Pt, Gundimeda H, Kumar P, Simmons B. 2010. The economics of ecosystems and biodiversity: mainstreaming the economics of nature: a synthesis of the approach, conclusions and recommendations of TEEB. vol 333.95 E19. UNEP, Ginebra (Suiza).
TEEB. 2010. Mainstreaming the Economics of Nature. A Synthesis of the Approach, Conclusions and Recommendations of TEEB. Earthscan, London and Washington, 280 p.
Timothy GW, James DW, Nicola Z, Kurt HR. 2009. A multi-scale method of mapping urban influence. Environmental Modelling & Software, 24(10): 1252-1256. doi:https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2009.03.006.
Wu J. 2014. Urban ecology and sustainability: The state-of-the-science and future directions. Landscape and Urban Planning, 125: 209-221. doi:https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2014.01.018.
Zhang D, Qingxu H, Chunyang H, Jianguo W. 2017. Impacts of urban expansion on ecosystem services in the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration, China: A scenario analysis based on the Shared Socioeconomic Pathways. Resources, Conservation and Recycling, 125: 115-130. doi:https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.06.003.
ارزشیابی پیامدهای رشد شهری بر خدمت اکوسیستمی ذخیره کربن
(مطالعه موردی: زیر حوزههای آبریز شهر کرج)
چکیده
در دهههای اخیر، اکوسیستمهای طبیعی به دلیل رشد روزافزون جمعیت و افزایش تقاضا بهمنظور فراهم نمودن امکانات لازم برای تأمین رفاه بشر دستخوش تغییرات اساسی شده و این تغییرات عموماً با تخریب محیط همراه است، لذا همواره باید نگران خسارات وارد بر اکوسیستمی بود که خود پشتیبان حیات بشر میباشد. بااینحال ارتباط بین فرایندها، عملکردهای اکوسیستمی و رفاه بشر پیچیده بوده و میبایست بهمنظور ارزیابی این ارتباطات و ارزشگذاری منافع، یک رویکرد چندجانبه و پیشگیرانه اتخاذ کرد. هدف از این پژوهش، ارزشگذاری پیامدهای رشد شهری بر خدمت اکوسیستمی ذخیره کربن در محدوده مطالعاتی بوده است. در این مطالعه، به بررسی خدمت ذخیره کربن در سه زیر حوزه آبریز استان البرز پرداخته شد. ابتدا نقشههای کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره لندست و روش طبقهبندی نظارتشده برای دو دوره زمانی 1988 و 2018 تهیه، سپس نقشه خدمت ذخیره کربن با بهرهگیری از نرمافزارهای اینوست و ترست استخراج و درنهایت با استفاده از اطلاعات میزان کربن خاک، کربن روی زمین، زیرزمین و بافت مرده ارزشگذاری شد. نتایج حاکی از آن بود که بیشترین تغییرات در نقشههای کاربری اراضی متعلق به فضای ساخته نشده و فضای انسانساخت است که به ترتیب کاهش 16 درصدی و افزایش 11 درصدی را نشان داد. در خصوص خدمت ذخیره کربن نیز درمجموع ارزش از حدود 14163 میلیارد ریال در تن بر هکتار از سال 1988 به حدود 13163 میلیارد ریال در سال 2018 رسیده است. بهطور کلیتر میتوان اظهار داشت که استفاده از ارزشگذاری خدمات اکوسیستم لزوماً به معنی کاهش ارزش خدمت در روند توسعه نیست، بلکه بدین معنا است که با استفاده از این رهیافت میتوان برای بهبود برنامهریزی توسعه جهت حفظ و بهبود کیفیت اکوسیستم استفاده کرد. درواقع این رهیافت میتواند بهعنوان یک حلقه واسط برای پیوند دادن بخشهای انسانشناختی و بخش بومشناختی تحت یک چارچوب برنامهای و مدیریتی واحد مورداستفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدی: خدمات اکوسیستمی، inVest، Terrset، سنجشازدور، رشد شهری، کرج.
مقدمه
شهرنشینی با ایجاد گستردهترین دستکاریهای بشري در چهره طبیعی زمین، شرایط زندگی ساکنان شهري را در معرض تهدید و نابودي قرار داده است. توسعه شهري و تغییرات الگوي کاربري زمین باعث ایجاد تأثیرات گسترده اجتماعی و محیط زیستی میگردد. طبق نظر پوچارد (20) در سال 2006، این تأثیرات شامل کاهش فضاهاي طبیعی، افزایش تجمع وسایل نقلیه، کاهش زمینهاي کشاورزي با توان تولید بالا، تأثیر بر زهکشهاي طبیعی و کاهش کیفیت آب است؛ بنابراین توسعه شهری به حالات مختلف بر اکوسیستم تأثیرگذار است.
هر اکوسيستم داراي ساختار و عملکرد مربوط به خود است؛ ساختار اکوسيستم مربوط به مجموع گونهها، ترکيب، جمعيت، ساختار جامعه و روابط دروني آنها و آبوهوا، خاک و زيستگاه گياهان و جانوران است، اما عملکرد اکوسيستم مربوط به خصوصيات سيستم، يا فرايندهايي است که بين يک، يا چند اکوسيستم روي ميدهد (6).
بهبیاندیگر عملکرد اکوسيستم بهروشنی ظرفيت فرايندهاي طبيعي و اجزای آن در تهيه خدماتي است که احتياجات انساني را بهصورت مستقيم، يا غيرمستقيم مرتفع ميسازد (8). این ساختار و عملکرد اکوسیستم، کالاها و خدماتی را تولید میکند که دارای ارزش است (12).
خدمات اکوسیستمی پتانسیل این را دارد که بهعنوان ابزار اصلی برای سیاستگذاریها و تصمیمگیریها در سطح جهانی، ملی، منطقهای و محلی در نظر گرفته شود.
خدمات اکوسیستم (ES) مزایایی هستند که جوامع انسانی از اکوسیستم دریافت میکنند و به چهار دسته تقسیم میشوند: تنظیم، تأمین، زیستگاه و خدمات فرهنگی (24). تقسیمات دیگری که صورت گرفته است، همانطور که در جدول 1 مشاهده میشود، اگرچه در جزئیات تفاوتهایی دارند، در حالت کلی این تقسیمات عموماً شبیه هستند. خدمات اکوسیستم نشانگر واقعگرایی منافع طبیعی است که پایداری جوامع انسانی را در یک روش سازگاربامحیطزیست حفظ میکند (4).
نقشه سازی خدمات اکوسیستمی ابزاری کارآمد را برای بهبود فعالیتهای کاربردی، به وجود میآورد. نقشهها میتوانند اطلاعات پیچیده فضایی را برای مردم قابلدرک کنند، بهنحویکه با مشاهده آن بهراحتی امکان فهم و استفاده درست از اطلاعات را دارا باشند؛ بنابراین، نقشه خدمات اکوسیستمی برای افزایش آگاهی افراد نسبت به کالاها و خدمات اکوسیستمی و نظام عرضه و تقاضا، بسیار مفید خواهد بود و همچنین باعث تسهیل آموزش مسائل محیط زیستی در خصوص عملکرد طبیعت و وابستگی ما به آن و ارائه اطلاعات پیرامون جریانهای فرا منطقهای فعالیتهای اکوسیستمی خواهد شد (3و10).
نقشههای خدمات اکوسیستمی نظامهای محیطهای پیچیده انسانی که شامل گسستگیها و پیوستگیها است را به نمایش میگذارند. نقشههای حاصل باید بهخوبی طراحیشده، منطقی، واضح و قابلفهم بوده تا بهخوبی بتواند منعکسکنندهی تمامی این پیچیدگیها باشد.
ارزشگذاری باعث میشود تا نقش اکوسیستم در سیاستها و برنامهها به رسمیت شناخته شود. این فرایند آنالیز و بررسی نظامهای اکولوژیک را شفافتر کرده و به تصمیمگیرندگان در مورد امتیازدهیهای نسبی کمک میکند. بااینحال، این ارزشگذاری از این حیث که شامل مواردی است که بر رفاه انسان تأثیرگذار است، حائز اهمیت میباشد.
تصمیماتی که بهعنوان یک جامعه در خصوص اکوسیستمها گرفته میشود، درواقع ارزشگذاری به شمار میآید، ولی گاهی بهصورت ارزش پولی نیست. این نکته همواره حائز اهمیت است که مادامیکه در جریان انتخاب کردن هستیم، ارزشگذاری لازم و ضروری است (6).
توسعه شهری یک فرایند تغییر کاربری بوده که زمینهای غیرشهری را به شهری تبدیل میکند. از یکسو این روند مستقیماً باعث ایجاد خسارات قابلتوجهی بر زیستگاههای طبیعی و خدمات اکوسیستمی مانند تولید غذا، آب آشامیدنی ذخیره کربن، شده که به از بین رفتن پوشش گیاهی و افزایش سطح غیرقابل نفوذ میگردد و از سوی دیگر بهطور غیرمستقیم با تغییر چرخه هیدرولوژی، چرخه جوی و فرایند چرخه غذایی بر ارائه خدمات اکوسیستمی (مانند احتباس آب، تنظیم اقلیم و حفظ مواد مغذی) تأثیر میگذارد. (22، 25 و 26).
بنابراین، ارزیابی تأثیرات گسترش شهر بر خدمات اکوسیستمی بهعنوان یک وظیفه مهم برای بهبود درک اکولوژی شهری و دستیابی به پایداری است.
جدول 1. مقایسه 4 طبقهبندی اصلی خدمات اکوسیستمی با استفاده از تشابهات و تفاوتهای جهانی (7)
Table1. Comparison of four of the main ecosystem services classification systems used worldwide and their differences and similarities
CICES, 2017 | TEEB, 2010 | Millennium Ecosystem Assessment, 2005 | Costanza et al, 1997 | خدمات |
بیومس- مغذی آب بیومس-فیبر، انرژی و سایر مواد بیومس-انرژی مکانیکی | غذا آب مواد خام منابع زینتی منابع ژنتیکی منابع دارویی | غذا آب تازه و سالم فیبر منابع زینتی منابع ژنتیکی داروهای طبیعی و زیست-شیمیایی | تولید غذا تأمین و ذخیره آب مواد خام منابع ژنتیکی | تأمینکننده |
واسطه جریان هوا و گازها ترکیبات اتمسفری و تنظیم اقلیم واسطه جریانهای مایعات واسطه فاضلاب، سموم و غیره واسطه جریانهای انبوه مدیریت شکل و ترکیب خاک مدیریت چرخه حیات (گردهافشانی) مدیریت آفات و کنترل بیماریها | تصفیه هوا تنظیم اقلیم جلوگیری از آشفتگیها و یا تعدیل آنها تنظیم جریان آب تصفیه فاضلاب (تصفیه آب) جلوگیری از فرسایش مدیریت حاصلخیزی خاک گردهافشانی کنترل بیولوژیک
| تنظیم کیفیت هوا تنظیم اقلیم تنظیم بلایای طبیعی تنظیم آب تصفیه آب و فاضلاب تنظیم فرسایش شکل خاک (خدمات پشتیبانی) گردهافشانی تنظیم آفت و بیماریهای انسانی | تنظیم گاز تنظیم اقلیم تنظیم آشفتگیها (محافظت در مقابل طوفان و کنترل سیل) تنظیم آب (آبیاری طبیعی و جلوگیری از خشکسالی) تصفیه فاضلاب کنترل فرسایش و حبس رسوبات گردهافشانی کنترل بیولوژیک | تنظیمکننده و زیستگاه |
مدیریت چرخه حیات، زیستگاه و بانک ذخیره ژن | مدیریت چرخه حیات (مهدکودک) بانک ذخیره ژن
| چرخه غذایی، فتوسنتز و تولیدات اولیه تنوع زیستی | چرخه غذایی پناهگاه (مهدکودک، زیستگاه مهاجران) | پشتیبان و زیستگاه |
تعاملات ذهنی و یا نمادین تعاملات انتزاعی و نمایشی | اطلاعات زیباییشناختی الهام برای فرهنگ، هنر و طراحی تجربیات ذهنی اطلاعات توسعه شناختی
| ارزشهای زیباییشناختی تنوع فرهنگی ارزشهای ذهنی و مذهبی سیستم دانش ارزشهای آموزشی | تفریحات (اکو توریسم و فعالیتهای بیرونی) فرهنگی (زیباییشناختی، هنری، انتزاعی، آموزشی و علمی) | فرهنگی |
- پیشینه پژوهش
شاید منشأ این فراگیر شدن خدمات اکوسیستم را میتوان به مطالعه کاستانزا و همکاران در سال 1998 (5) نسبت داد. آنها ارزش خدمات اکوسیستمی در سراسر جهان را در همان سال حدود 33 تریلیون دلار برآورد کردند که موجی از توجهات را در سراسر جهان به وجود آورد. استفاده از این مفهوم احتمالاً تحت تأثیر آگاهی جدید جهانی درباره پایداری محیط زیستی بوده است که نخستین بار در اجلاس ریو در سال 1992 مورد پیگیری قرار گرفت (23).
در رابطه با پیشینه این پژوهش میتوان به مطالعه اگو و همکاران (9) اشاره کرد که در آن، 5 خدمت اکوسیستمی (ذخیره آب سطحی، نگهداشت خاک، فشردگی خاک، تنظیم رواناب و ذخیره کربن) را در جنوب آفریقا نقشه سازی و رابطه و همگرایی فضایی آنها بررسی شد. این بررسی نشان میدهد که: 1) بیشتر سطح زمین آفریقای جنوبی، حداقل برای تأمین یک خدمت حائز اهمیت است، 2) همگرایی پایینی بین خدمات و سطح پایینتری از همگرایی بین نقاط مختلف تولید این خدمات به چشم میخورد، 3) به نظر میرسد که تولیدات اولیه، این پتانسیل را دارند که بهعنوان جایگزینی برای پراکنش خدمات باشند. مطالعه هایها و همکاران (11)، خدمات اکوسیستمی تولیدی در جنگلهای کوهستانی شمال ایتالیا را موردبررسی بیوفیزیکی قرار داد و ارزش پولی آنها محاسبه شد. در این بررسی، از GIS برای آنالیز و تجسم پراکنش و ارائه خدمات استفاده شد. ارزش کل اقتصادی برای خدمات، حدود 33میلیون یورو در سال برآورد شد. نتایج حاصل از نقشه سازی خدمات اکوسیستمی در تعیین و نشان اولویتها در مناطق برای کاربریهای مختلف و همچنین کشف روابط بین خدمات و همکاری آنها، بسیار سودمند بود. همچنین پنگ و همکاران (21)، با کمّی کردن چهار خدمت اکوسیستمی و کل خدمات اکوسیستمی، مناطقی که شامل چندین خدمت اکوسیستمی بودن را شناسایی کردند. همچنین با رگرسیون خطی قطعهای، پاسخ خدمات اکوسیستمی را به شهری شدن یافتند. در پایان با توجه به ارتباط مابین شهری شدن و مجموع خدمات اکوسیستمی، اقتصاد و جمعیت شهرنشین، میبایست برای دستیابی به پایداری اکولوژیکی شهر و کمترین درجه از دست دادن خدمات اکوسیستم، از شهرکسازیها کاسته شود. در مطالعه ژانگ و همکاران (27) به بررسی گسترش شهر بیجینگ-تیانجین-هبی تا سال 2040 پرداختند و تأثیر آن را بر خدمات اکوسیستمی بر پایه مدل گذرگاههای اقتصادی اجتماعی و پویایی شهری سناریو کاربری اراضی بررسی کردند. نتایج حاکی از آن بود که تغییر کاربری اراضی از کشاورزی به شهری و ساختوساز اصلیترین عامل کاهش خدمات اکوسیستمی است.
از اولین مطالعات مکاندار در رابطه با نقشه سازی خدمات اکوسیستم در ایران میتوان به مطالعه مبرقعی (17) اشاره کرد که با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی به الگوسازی و ارزشگذاری خدمات اکوسیستمهای جنگلهای منطقه خیرود و حوزه شماره 45 جنگلهای خزری پرداخته است وی ارزش خدمات اکوسیستم جنگلهای شمال کشور را معادل 22 هزار میلیارد ریال تخمین زده است و اینگونه بیان میکند که این برآوردها اگر بهصورت سالانه بررسی شوند میتوانند در حسابرسیهای ملی به کار رود. همچنین اسداللهی و همکاران (2)، با هدف مدلسازی خدمت نگهداشت خاک در بخش شرقی حوزه آبخیز گرگان رود، پتانسیل هدر رفت خاک را بر اساس مدل جهانی هدر رفت خاک (USLE) تخمین زدند. نتایج نشان داد که مناطق با پتانسیل فرسایش زیاد عمدتاً در مسیر آبراههها و در مناطق جنگلی مرتفع با شیب بالا قرار دارند. همچنین زیر حوضههای با پوشش غالب جنگل، بیشترین بیشتر میزان نگهداشت خاک و اراضی کشاورزی پاییندست حوضه (علیرغم شیب کم محدوده) کمترین نگهداشت خاک را به خود اختصاص دادهاند. در انتها این نتیجه حاصل شد که در مقایسه با مدلهای دیگر درزمینهٔ فرسایش و رسوب، نرمافزار اینوست قادر است با واردکردن اطلاعات حداقل، خروجیهای نسبتاً مفیدی درزمینهٔ این خدمت اکوسیستمی در اختیار کاربر قرار دهد.
با توجه به مرور منابع انجامشده در این پژوهش، هدف این است که پس از نقشه سازی و تحلیل خدمت اکوسیستمی ذخیره کربن در منطقه مطالعاتی در دوره زمانی (قبل و پس از توسعه بیرویه) مقایسه روند صورت پذیرد. چارچوب کلی این مطالعه مطابق شکل (1) خواهد بود.
شکل 1. چارچوب کلی مطالعه
Fig1. General study framework
لازم به ذکر است در این مطالعه نهتنها خدمات اکوسیستمی در دو سال مختلف قبل از توسعه و زمان کنونی، بهصورت نقشه ارائه میشود، بلکه این خدمات ارزشیابی نیز میگردد.
مواد و روشها
منطقه موردمطالعه
مطابق با اطلاعات مرکز آمار ایران در سال 97، استان البرز سی و یکمین استان ایران است که در تاریخ 7/4/1389 از استان تهران جداشده و بهطور رسمی با مرکزیت شهرستان کرج شکل گرفت. استان البرز ازنظر موقعیت جغرافیایی در بین مدارهای 35 درجه و 28 دقیقه تا 36 درجه و 30 دقیقه عرض شمالی و 50 درجه و 10 دقیقه تا 51 درجه و 30 دقیقه طول شرقی واقعشده است و از شمال به استان مازندران، از جنوب به استان مرکزی، از غرب به استان قزوین و از شرق به استان تهران منتهی میشود (شکل 2) و با توجه به موقعیت استراتژیک خود بهعنوان چهارراه غرب و شمال کشور محسوب شده و نقطه اتصال راه ترانزیتی 17 استان پرجمعیت کشور است.
شکل 2. موقعیت استان البرز
Fig2. Location of Alborz province
این استان دارای 6 شهرستان (شکل 3) کرج، ساوجبلاغ، نظرآباد، طالقان، اشتهارد و فردیس بوده و مطابق سرشماری نفوس و مسکن سال 1395، دارای جمعیت 2 میلیون و 712 هزار و 400 نفر است.
طبق اطلاعات بهدستآمده از اداره کل هواشناسی استان البرز (سال 97)، این استان دارای 9 زیر حوزه آبریز است (شکل 4) که شامل تمام یا قسمتی از حوضههای طالقان-الموت، قزوین، رامسر-چالوس، تهران-کرج، لواسانات، اشتهارد، قطعه 4 ساوه، زرند-ساوه و هشتگرد است. در این راستا، سه زیر حوزه آبریز (شکل 4) تهران-کرج، هشتگرد و اشتهارد بهعنوان نمونه موردی انتخاب شدند که از دلایل انتخاب آن میتوان به مجاورت با پایتخت و همچنین رشد جمعت و توسعه سکونتگاهها اشاره کرد. بدین منظور، یک بازه زمانی 30 ساله برای آشکارسازی تغییرات انتخاب شد.
شکل 3. شهرستانهای استان البرز
Fig3. Cities of Alborz province
شکل 4. زیر حوزههای آبریز استان البرز و زیرحوزههای مورد مطالعه
Fig4. Sub-catchments of Alborz province and Sub-catchments of study
روش پژوهش
کاربری اراضی
يکي از پیششرطهای اصلي براي استفاده بهينه از زمين، اطلاع از الگوهاي کاربري اراضي و دانستن تغييرات هرکدام از کاربریها در طول زمان است. آگاهی از نسبت انواع و توزیع کاربری اراضی ازجمله نواحی کشاورزی، مسکونی، اراضی شهری و بهموازات آن تغییرات آنها در طول زمان، برای برنامهریزی و قانونگذاری بهمنظور استفاده بهتر از زمین و منابع، شناسایی نواحی و نقاط تحتفشار محیطی، ارزیابی توسعه ناحیهای و ارائه راهکارهای مدیریتی مناسب در راستای کنترل تغییرات غیر اصولی اهمیت بسزایی دارد (16 و 18).
روشهاي مختلف آشكارسازي کاربری اراضی با استفاده از تصاوير ماهوارهاي يك منطقه در زمانهاي مختلف قابلاجرا ميباشند و با توجه به نوع منطقه و هدف، دقت لازم را ارائه مينمايند. تصاوير ماهوارهاي، بسته به نوع ماهواره و سنجنده موجود در آن، داراي قدرتهاي تفكيك متفاوت ميباشند. هرکدام از اين سنجندهها براي هدف و دقت خاصي قابلاستفاده بوده و اطلاعات طيفي و مكاني بسياري از نقاط زمين را ارائه ميدهند.
در این پژوهش با توجه به هدف موردنظر بهمنظور ارزیابی تغییرات از تصاویر لندست استفاده شد. این ماهواره با توجه به سابقه طولانی حضور در فضا نقش مهمی در جمعآوری اطلاعات از سطح زمین دارد؛ بنابراین از تصاویر سنجنده TM ماهواره لندست 5 سال 1988 و سنجنده ETM ماهوارهی لندست 8 سال 2018 استفاده شد که در جدول 2 مشخصات تصاویر مورداستفاده تشریح شده است. این تصاویر زمین مرجع شده در سیستم تصویر UTM و در ناحیه 39 شمالی قرار دارند.
جدول 2. اطلاعات تصاویر ماهوارهای مورداستفاده در مطالعه
Table2. Information of satellite images used in the study
ماهواره | تاریخ | سنجنده | Path | Row | رزولوشن (متر) |
لندست 5 | 1988-10-04 | TM | 165 | 35 | 30 |
لندست 8 | 2018-06-17 | OLI | 165 | 35 | 30 |
با توجه به هدف پژوهش، کاربریهای موردنظر به شرح جدول 3 تعيين شد. در تهیه نقشه کاربری اراضی از دو روش طبقهبندی نظارتشده (حداکثر احتمال) و شبکه عصب مصنوعی پرسپترون که صحت و دقت بیشتری برای دو سال موردمطالعه داشتند بهره گرفته شد.
جدول 3. طبقات کاربری اراضی و توصیف آنها Table3. Land use classes and their description | |
عنوان کلاس کاربری اراضی | شرح |
انسانساخت | مناطق شهری، روستایی و بهطورکلی مناطق ساخت بشر |
پوشش گیاهی | تمام اراضی جنگلی، باغات، مناطق اراضی کشاورزی آبی، شالی، کشت دیم و مراتع پرتراکم |
مناطق ساخته نشده | مراتع تنک و کم تراکم و مناطق ساخته نشده |
یکی از رایجترین فرآیندهای طبقهبندی نظارتشده، طبقهبندی حداکثر احتمال است. در این روش طبقهبندی توزیع ارزش بازتابی در هر نمونه تعلیمی توسط یک تابع تراکم احتمال که بر اساس تئوری احتمال بناشده، نشان داده خواهد شد. این طبقهبندی احتمال اینکه هر سلول به یک کاربری تعلق گیرد را بررسی نموده و سلولهایی را به کاربری با بالاترین درجه احتمال عضویت، اختصاص میدهد (1).
یکی دیگر از روشهای مورداستفاده درزمینهٔ طبقهبندی کاربری اراضی با استفاده از دادههای سنجشازدور، روش شبکه عصبی مصنوعی است. شبکه عصبی شکلی از هوش مصنوعی است که از اجزای ساده محاسباتی به نام نرون تشکیلشده که با یکدیگر از طریق اتصالات وزنی با ساختاری خاص در ارتباط بوده و بهصورت موازی کار میکنند. درواقع ساختار آنها از ساختار نرونهای عصب بیولوژیکی انسان شبیهساز شده است. شبکه میتواند یاد بگیرد و تعمیم دهد. شبکه عصبی بهطور گستردهای در طبقهبندی نظارتشده و نظارتنشده دادههای سنجشازدور بکار برده شده است (13). از ویژگیهای شبکه عصبی مصنوعی میتوان به قابلیت یادگیری، قابلیت تعمیم و پردازش اطلاعات به صورت موازی اشاره کرد (14).
پس از تهیه نقشه کاربری اراضی صحت نقشهها با استفاده از نرمافزار گوگل ارث و بازدید میدانی موردبررسی قرار گرفت. با توجه به اینکه در این مطالعه از میان خدمات اکوسیستمی، خدمت ذخیره کربن موردنظر بوده است لذا بهمنظور تهیه نقشه این خدمت اکوسیستمی از نرمافزار ترست، مدل کربن، استفاده شد. درنهایت برای ارزشگذاری این خدمت، روش انتقال منافع بهکاربرده شد. در این روش، بهمنظور برآورد ارزشهای اقتصادی خدمات اکوسیستمی از نتایج مرتبط بهدستآمده از هر روش ارزشگذاری دیگری در یک منطقه و مطالعات تکمیلشده آنها استفاده میشود. در این روش میبایست از صحت و دقت نتایج مطالعات قبلی اطمینان حاصل کرد تا درستی و دقیق بودن ارزشگذاری را تضمین نمود. بهمنظور به دست آوردن قیمت کربن، هزینه اجتماعی انتشار کربن دیاکسید با توجه به اطلاعات منتشرشده در مجله آمار در نظر گرفته شد که مطابق جدول زیر است که عدد را گرد کرده و 80000 ریال در نظر گرفته شد.
جدول 4. هزینه اجتماعی کربن دیاکسید (15)
Table4. The social cost of carbon dioxide
میزان انتشار co2 (تن) | هزینههای اجتماعی گازهای انتشاریافته (میلیارد ریال) | هزینه اجتماعی انتشار کربن دیاکسید برای هر هکتار (ریال) |
556866443 | 44549 | 79999.43 |
نتایج
بحث و یافتهها
همانگونه که در نقشههای کاربری اراضی (شکل 5 و 6) و جدول ارائهشده (جدول 5) قابلمشاهده است، منطقه موردمطالعه در سال 2018 شاهد گسترش چشمگیر فضای انسانساخت بوده و ازآنجاییکه جمعیت افزایشیافته و این جمعیت نیازمند غذا بوده، زمینهای کشاورزی نیز وسیعتر شده تا پاسخگوی نیاز تأمین غذای مردم باشد. با توجه به نقشههای کاربری اراضی حاصل، مطابق با جدول 5، بیشترین تغییر متعلق به فضای ساخته نشده با کاهش 16 درصدی و پسازآن، فضای انسانساخت با 11 درصد افزایش است. فضای سبز نیز که شامل باغات، اراضی کشاورزی و فضاهای سبز شهری میباشد، اگرچه به نظر میبایست با تخریبهای صورت گرفته در باغات دچار کاهش شده باشد، ولی به دلیل افزایش سهم کشاورزی، درمجموع 5/5 درصد در سال 2018 نسبت به 1988 رشد یافته است.
شکل 5. نقشه کاربری اراضی سال 1988
Fig5. Land use map of 1988 (authors)
شکل 6. نقشه کاربری اراضی سال 2018
Fig6. Landuse map of 2018
Table5.Landuse changes
تغییرات | درصد مساحت | مساحت | تعداد پیکسل | سال | طبقات کاربری اراضی |
5/5 + | 30 | 77/22243 | 247153 | 1988 | پوشش گیاهی
|
5/35 | 22/38588 | 428758 | 2018 | ||
11 + | 25 | 26/18514 | 205714 | 1988 | انسانساخت |
36 | 59/38794 | 431051 | 2018 | ||
16 - | 42 | 97/31700 | 352233 | 1988 | فضای ساخته نشده |
26 | 29/27961 | 310681 | 2018 |
مطابق با روش مطرحشده، با استفاده از نرمافزار اینوست و در دست داشتن لایه کاربری اراضی و همچنین جدول کربن، خدمت ذخیره کربن در سالهای 1988 و 2018 استخراج شد. با توجه به نقشههای ذخیره کربن در سالهای مذکور، در بخش مرکزی منطقه که شاهد رشد زمینهای کشاورزی بوده است، مقدار ذخیره کربن نیز افزایشیافته است. مطابق شکل 7، در هر دو زیر حوزه آبریز هشتگرد و اشتهارد، ذخیره کربن مقدار کمی افزایش داشته ولی در حوضه تهران-کرج که متحمل تخریب فضای سبز و توسعه فضای انسانساخت شده است، کمی کاهش داشته است.
یافتههای پژوهش طبق جدول 6 و نمودار 8 نشان میدهد حداکثر ذخیره کربن، با سهم حدودی 78377470 تن در هکتار (5/44 درصد) در سال 1988 و 72618450 تن در هکتار (44 درصد) در سال 2018، متعلق به حوضه تهران کرج بوده و کمترین با سهم حدودی 36078497 تن در هکتار (5/20 درصد) در سال 1988 و 34606913 تن در هکتار (21 درصد) در سال 2018، متعلق به اشتهارد است.
شکل7. درصد خدمت ذخیره کربن در سالهای 1988 و 2018
Fig7. Percentage of carbon storage service in 1988 & 2018
جدول 6. میزان خدمت ذخیره کربن در هر سه زیر حوضه در سالهای 1988 و 2018
Table6. The amount of carbon storage service in all three sub-catchments in 1988 & 2018
تن در هکتار | تن در پیکسل | سال | زیر حوضهها |
8271/292235 | 745/3247064 | 1988 | اشتهارد |
9956/280315 | 173/3114622 | 2018 | |
305/506903 | 944/5632258 | 1988 | هشتگرد |
785/484489 | 833/5383219 | 2018 | |
5123/634857 | 359/7053972 | 1988 | تهران-کرج |
4458/588209 | 509/6535660 | 2018 | |
644/1433996 | 048/15933296 | 1988 | مجموع |
226/1353015 | 515/15033502 | 2018 |
پس از نقشه سازی خدمت ذخیره کربن مطابق آنچه پیشتر گفته شد، ارزش ریالی آن محاسبه شد که مطابق شکل 8 و 9، حداکثر ارزش ذخیره کربن برای یک پیکسل در دو سال ثابت و برابر با 9-10×372794 میلیارد ریال (که بیشتر مختص فضای ساخته نشده است) و حداقل آن صفر (که با توجه به نقشه مرتبط به محیطهای آبی و فضای انسانساز میباشد) است. این بدین معنی است که اگرچه در مکانهای مختلف میزان ذخیره کربن متفاوت بوده و تغییر کرده است، مقدار حداکثری ذخیره کربن در طول این مدت بدون تغییر بوده است؛ چراکه فضای ساخته نشده همچنان وجود دارد.
شکل 8. نقشه ارزشگذاری خدمت ذخیره کربن سال 1988
Fig8.Valuation map of carbon storage map in 1988
شکل 9. نقشه ارزشگذاری خدمت ذخیره کربن سال 2018
Fig9.Valuation map of carbon storage map in 2018
با توجه به نتایج حاصل و قابلمشاهده در جدول 7، منطقه درمجموع شاهد ضرر مالی ازنظر خدمت ذخیره کربن بوده است، چراکه مجموع ارزش از حدود 14163 میلیارد ریال در تن بر هکتار از سال 1988 به حدود 13163 میلیارد ریال در سال 2018 رسیده است. درواقع این بدین دلیل است که در بخش مرکزی منطقه که شاهد رشد زمینهای کشاورزی بوده است، مقدار ذخیره کربن افزایشیافته و درحالیکه در هر دو حوزه آبریز هشتگرد و اشتهارد، ذخیره کربن مقدار کمی افزایش داشته ولی در حوضه تهران-کرج که متحمل تخریب فضای سبز و توسعه فضای انسانساخت شده است، کمی کاهش داشته است.
جدول 7. ارزش ریالی خدمت ذخیره کربن در هر سه زیر حوضه در سالهای 1988 و 2018
Table7.Monetary value of carbon storage in each of three sub-cachments in 1988 & 2018
میلیارد ریال بر هکتار | میلیارد ریال بر پیکسل | سال | زیر حوضهها |
37886/23 | 765186/259 | 1988 | اشتهارد |
42528/22 | 16978/249 | 2018 | |
55226/40 | 580724/450 | 1988 | هشتگرد |
75918/38 | 657593/430 | 2018 | |
7886/50 | 3178/564 | 1988 | تهران-کرج |
05675/47 | 85285/522 | 2018 | |
719733/114 | 66371/1274 | 1988 | مجموع |
24122/108 | 680223/1202 | 2018 |
این مطالعه را از جهتی میتوان شبیه به مطالعه نیکودینوسکا و همکارانش دانست (19)، چراکه در آن مطالعه به بررسی خدمت اکوسیستمی و ارزشگذاری آن و همچنین مطرح نمودن این روند بهعنوان عاملی در فاکتورهای برنامه توسعه پرداختند. ولی در مطالعه ژانگ و همکاران (27)، با بررسی تغییرات کاربری به بررسی اینکه کدام عامل در کاهش خدمات نقش داشته پرداخته و ارزشگذاری نیز صورت نگرفته است.
نتیجهگیری
در این پژوهش با رویکرد بهینهسازی برنامههای توسعه، به بررسی خدمات اکوسیستمی و ارزشگذاری آنها پرداخته شد. در مقایسه این دو نقشه مشخص گردید که فضای انسانساخت و زمینهای کشاورزی گسترش چشمگیری داشته است. به دنبال گسترش فضای شهری، ممکن است به دلیل عدم وجود فضای کافی برای ساختوساز، این روند به حاشیه شهرها و مناطق کوهستانی که مناطق با حساسیت بیشتر اکولوژیک است کشانده شود؛ بنابراین این فرضیه وجود دارد که بهمرور مصرف انرژی افزایشیافته و بر اکوسیستم تأثیر منفی بگذارد. درواقع میتوان گفت که این رهیافت میتواند بهعنوان یک حلقه واسط برای پیوند دادن بخشهای انسانشناختی با بخش بومشناختی تحت یک چارچوب برنامهای و مدیریتی واحد مورداستفاده قرار گیرد. به نظر میرسد که توسعه و گسترش استفاده از خدمات اکوسیستمی در سیاستگذاریها و برنامهریزیها میتواند موجب کاهش خسارات جبرانناپذیر به محیط زیست شود. درواقع سنجش تغییرات خدمات اکوسیستمی بهعنوان یکی از لایههای اطلاعاتی مهم در ارزیابیهای اثرات ناشی از تغییر کاربری می تواند مورداستفاده قرار گیرد و اطلاعات مناسبی را در اختیار برنامه ریزان و تصمیم گیران در محیط در جهت اخذ تصمیم درست قرار دهد.
منابع
1. Arekhi S & Esfahani, M. (1393). A visual Learning to IDRISI Selva, Golestan University. P336
2. Asadolahi Z, Salmanmahiny A, Mirkarimi H. Modeling the Supply of Sediment Retention Ecosystem Service (Case study: Eastern Part of Gorgan-Rud Watershed). E.E.R. (2015); 5 (3) :61-75. (in Persian)
3. Burkhard B & Maes J. (2017). Mapping ecosystem services. Advanced Books, 1, e12837.
4. Chan KMA, Satterfield T, Goldstein J. (2012). Rethinking ecosystem services to better address and navigate cultural values, Ecological economics, Vol.74, issue c, 8-18. DOI: 10.1016/j.ecolecon.2011.11.011
5. Costanza R, d’Arge R, De Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, ... & Raskin RG. (1998). The value of ecosystem services: putting the issues in perspective. Ecological economics, 25(1), 67-72. https://doi.org/10.1016/S0921-8009(98)00019-6
6. Costanza R, d'Arge R, De Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, ... & Raskin RG. (1997). The value of the world's ecosystem services and natural capital, nature, 387(6630), 253. https://doi.org/10.1038/387253a0
7. Costanza R, de Groot R, Braat L, Kubiszewski I, Fioramonti L, Sutton P, ... & Grasso M. (2017). Twenty years of ecosystem services: how far have we come and how far do we still need to go, Ecosystem Services, 28, 1-16. DOI: 10.1016/j.ecoser.2017.09.008
8. De Groot RS, Wilson MA, Boumans RMJ. (2002). A typology for the classification, description and valuation of ecosystem functions, goods and services, Ecological economics 41, Elsevier, 393– 408, DOI: 10.1016/S0921-8009(02)00089-7
9. Egoh B, Drakou EG, Dunbar MB, Maes J & Willemen L. (2012). Indicators for mapping ecosystem services: a review (p. 111). European Commission, Joint Research Centre (JRC). http://dx.doi.org/10.2788/41823
10. Fatemi Talab SR, Madanipour Kermanshahi M & Hashemi SA. (2015). Estimating changes in forest cover in the Rudsar county by using neural network and maximum likelihood methods, R & S for Natural Resources (Vol. 6/ Issue 2), summer (in Persian)
11. Hayha T, Franzese PP, Paletto A, Fath BD. (Aug 2015), Assessing, valuing, and mapping ecosystem services in Alpine forests, Ecosystem Services, V 14, P 12-23, DOI:10.1016/j.ecoser.2015.03.001
12. Heal GM, Barbier EB, Boyle KJ, Covich AP, Gloss SP, Hershner Carlton H, Hoehn John P, Pringle Catherine M, Polasky S, Segerson K, Shrader-Frechette K. (2005). experts.umn.edu, http://www.nap.edu/books/030909318X/html
13. Helmy AK & El-Taweel GS. (2010). Neural network change detection model for satellite images using textural and spectral characteristics. American Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(4). DOI: 10.3844/ajeassp.2010.604.610
14. Hosseini S, Amirnejad H, Oladi J. (2017). THE VALUATION OF FUNCTIONS AND SERVICES OF FOREST ECOSYSTEM OF KIASAR NATIONAL PARK, AGRICULTURAL ECONOMICS: IRANIAN JOURNAL OF AGRICULTURAL ECONOMICS (ECONOMICS AND AGRICULTURE JOURNAL) 2017 , Volume 11 , Number 1 #M00281; Page(s) 211 To 239. (in Persian)
15. Hosseini Nejad SM, Taheri Gh. (1393). Investigating the environmental situation in energy consuming sectors, Statistic Journal, No 9, November & December (in Persian)
16. Kazemi M, Mahdavi Y, Nohegar A, Rezaie P. (2011). ESTIMATE LAND USE AND LAND COVER CHANGE USING RS AND GIS TECHNIQUES (CASE STUDY: TANGEH - BOSTANAK WATERSHED, SHIRAZ), JOURNAL OF RS AND GIS FOR NATURAL RESOURCES (JOURNAL OF APPLIED RS AND GIS TECHNIQUES IN NATURAL RESOURCE SCIENCE) SPRING 2011 , Volume 2 , Number 1; Page(s) 101 To 110. (in Persian)
17. Mobarghai Dinan N, Sharzehi GA, Yavari A, Jafari H, Makhdoum M. (2009). Modeling and application of the spatial valuation pattern of forest ecosystem services using Geographical Information System (Case Study: Kheiroudkenar forest- Noushar), Ph.D thesis, Department of Environment Planning, University of Tehran (in Persian)
18. Mohammadi Sh, Habashi Kh & Pourmanafi S. (2018). Monitoring and Prediction land use/ land cover changes and its relation to drought (Case study: sub-basin Parsel B2, Zayande Rood watershed), RS & GIS for Natural Resources (Vol. 9/ Issue 1), spring (in Persian)
19. Nikodinoska, Natasha & Paletto, Alessandro & Pastorella, Fabio & Granvik, Madeleine & Franzese, Pier Paolo, 2018. "Assessing, valuing and mapping ecosystem services at city level: The case of Uppsala (Sweden)," Ecological Modelling, Elsevier, vol. 368(C), pages 411-424. DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2017.10.013
20. Pauchard A, Aguayo M, Peña E, Urrutia R, A framework for the classification Chilean terrestrial ecosystems as a tool for achieving global conservation targets (2006), Biological conservation, Elsevier, https://doi.org/10.1007/s10531-017-1393-x
21. Peng J, Tian L, Liu Y, Zhao M, & Wu J. (2017). Ecosystem services response to urbanization in metropolitan areas: Thresholds identification. Science of the Total Environment, 607, 706-714. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.06.218
22. Schröter D, Cramer W, Leemans R, Prentice CI, Araújo MB, Arnell NW, ... & Anne C. (2005). Ecosystem service supply and vulnerability to global change in Europe. science. DOI: 10.1126/science.1115233
23. Sukhdev P, Wittmer H, Schröter-Schlaack C, Nesshöver C, Bishop J, Brink PT, ... & Simmons B. (2010). The economics of ecosystems and biodiversity: mainstreaming the economics of nature: a synthesis of the approach, conclusions and recommendations of TEEB (No. 333.95 E19). UNEP, Ginebra (Suiza).
24. TEEB, 2010. Mainstreaming the Economics of Nature: A Synthesis of the Approach, Conclusions and Recommendations of TEEB. Earthscan, London and Washington.
25. Wade TG, Wickham JD, Zacarelli N, & Ritters KH. (2009). A multi-scale method of mapping urban influence. Environmental Modelling & Software, 24(10), 1252-1256.
26. Wu J. (2014). Urban ecology and sustainability: The state-of-the-science and future directions. Landscape and Urban Planning, 125, 209-221. DOIhttps://doi.org/10.1007/s40823-016-0018-5
27. Zhang D, Huang Q, He C, & Wu J. (2017). Impacts of urban expansion on ecosystem services in the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration, China: A scenario analysis based on the shared socioeconomic pathways. Resources, Conservation and Recycling, 125, 115-130. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.06.003
Evaluating the Implications of Urban Growth on Carbon fixation Ecosystem Services
(Case study: Karaj catchments)
Abstract
In recent decades, due to increasing population growth and increasing demand of providing necessary facilities for human welfare, natural ecosystems have undergone fundamental changes which are generally associated with environmental degradation. So, one should always be concerned about damages that affect the ecosystem which is itself the supporter of human life. However, the relationship between processes, ecosystem functions, and human well-being is complex, and a multifaceted and preventive approach must be taken to evaluate these relationships and valuing benefits. The purpose of this study was to evaluate the consequences of urban growth on the ecosystem of service of carbon storage in the study area.
In this study, carbon storage service was investigated in three catchments of Alborz province. First, land use maps were created using Landsat satellite images and supervised classification method for the two periods of 1988 and 2018, then the carbon storage service map was extracted using Invest and Terrset software, and finally were evaluated by using information of Soil carbon, ground carbon, basement and dead tissue.
The results represented that the most changes in land use maps belong to undeveloped and build area, which showed a decrease of 16% and an increase of 11%, respectively. Regarding carbon storage service, the total value has increased from about 14163 billion rials per ton per hectare since 1988 to about 13163 billion rials in 2018.
More generally, it can be stated that using valuation of ecosystem services does not necessarily mean reducing the value of services in the development process, but it means that using this approach can be used to improve development planning in order to maintaining and improving ecosystem quality. In fact, this approach can be used as an interface to link the anthropological and ecological sections under a single programmatic and managerial framework.
Keywords: Ecosystem Services, inVest, Terrset, Remote Sensing, Urban Growth, Karaj
چکیده مبسوط
طرح مسئله: در دهههای اخیر، اکوسیستمهای طبیعی به دلیل رشد روزافزون جمعیت و افزایش تقاضا بهمنظور فراهم نمودن امکانات لازم برای تأمین رفاه بشر دستخوش تغییرات اساسی شده است. ازآنجاییکه این تغییرات عموماً با تخریب محیط همراه است، همواره باید نگران خسارات وارد بر اکوسیستمی بود که خود پشتیبان حیات بشر میباشد. بنابراين نگهداري و حفاظت از اكوسيستمها براي دستيابي به تعادل، توازن و هماهنگي بين جامعه انساني و اكوسيستم و خدمات كاركردي آنها حياتي ميباشد. خدمات اکوسیستمی پتانسل این را دارد که به عنوان ابزار اصلی برای سیاست گذاریها و تصمیمگیریها در سطح جهانی، ملی،منطقهای و محلی در نظر گرفته شود. با استفاده از خدمات اکوسیستمی، برنامههای کاربردی متعددی را از جمله مدیریت پایدار منابع طبیعی، بهینهسازی استفاده از زمین، حفاظت محیط زیست، حفاظت و بازسازی طبیعت، برنامه ریزی سیمای سرزمین،راه حلهای طبیعت پایه، حفاظت آب و هوا، کاهش خطر بلایا، آموزش محیط زیست و تحقیقات پیرامونی، میتوان به دنبال داشت. بااینحال ارتباط بین فرایندها و عملکردهای اکوسیستمی و رفاه بشر پیچیده بوده و میبایست بهمنظور ارزیابی این ارتباطات و ارزشگذاری منافع یک رویکرد چندجانبه و پیشگیرانه اتخاذ کرد.
هدف: هدف از این پژوهش، بررسی روند تغییرات خدمات اکوسیستمی در روند رشد و توسعه شهری، ارزشگذاری خدمات اکوسیستمی و پیامدهای رشد شهری بر خدمت اکوسیستمی ذخیره کربن در محدوده مطالعاتی زیر حوزههای آبریز شهر کرج (تهران-کرج، هشتگرد و اشتهارد) مطالعاتی در دوره زمانی (قبل و پس از توسعه بیرویه) بوده است.
روش تحقیق: نقشه سازی خدمات اکوسیستمی ابزاری کارآمد برای بهبود برنامهریزی سرزمین و کاربری اراضی است. ارزشگذاری این خدمات میتواند عاملی مؤثر و روشی امیدوارکننده در تبیین ارتباط بین خدمات، جامعه و اقتصاد بوده و در سیستم هزینه-منفعت سیاستگذاریها جهت احیا و مدیریت محیطزیست نقش مؤثری داشته باشد.
در این مطالعه، به بررسی خدمت ذخیره کربن در سه زیر حوزه آبریز استان البرز، کرج، هشتگرد و اشتهارد پرداخته شد. از آنجایی که منطقه مورد مطالعه، تقریبا دو سوم فضای استان را در بر میگیرد، لذا در بررسی ویژگیهای منطقه مورد مطالعه همان ویژگیهای استان البرز ذکر شده است. در راستای این پژوهش، ابتدا نقشههای کاربری اراضی محدوده مطالعاتی با استفاده از نرم افزارهای ترست و سامانه اطلاعات جغرافیایی و تصاویر ماهواره لندست (تصاویر سنجنده TM ماهواره لندست 5 سال 1988، سنجنده ETM ماهوارهی لندست 8 سال 2018) و روش طبقهبندی نظارتشده برای دو دوره زمانی 1988 و 2018 در چهار طبقه پوشش گیاهی، فضای انسان ساخت، محیط آبی و فضای ساخته نشده تهیه شد. پس از تهیه نقشه کاربری اراضی صحت نقشهها با استفاده از نرمافزار گوگل ارث و بازدید میدانی موردبررسی قرار گرفت. سپس با استفاده از نقشه کاربری اراضی، نقشه خدمت اکوسیستمی ذخیره کربن با بهرهگیری از نرمافزار اینوست استخراج و درنهایت با استفاده از اطلاعات میزان کربن خاک، کربن روی زمین، زیرزمین و بافت مرده ارزشگذاری شد.
نتایج و بحث: نتایج حاکی از آن بود که بیشترین تغییرات در نقشههای کاربری اراضی متعلق به فضای ساخته نشده و فضای انسانساخت است که به ترتیب کاهش 16 درصدی و افزایش 11 درصدی را نشان میدهد. در خصوص خدمت ذخیره کربن نیز، با توجه به نقشههای بدست آمده در دوسال، در بخش مرکزی منطقه که شاهد رشد زمینهای کشاورزی بوده است، مقدار ذخیره کربن نیز افزایش یافته است. حداکثر ذخیره کربن، با سهم حدودی 78377470 تن در هکتار در سال 1988 و 72618450 تن در هکتار در سال 2018، متعلق به حوضه تهران کرج بوده وکمترین با سهم حدودی 36078497 تن در هکتار در سال 1988 و 34606913 تن در هکتار در سال 2018، متعلق به اشتهارد است. درمجموع ارزش از حدود 14163 میلیارد ریال در تن بر هکتار از سال 1988 به حدود 13163 میلیارد ریال در سال 2018 رسیده است که در جهت منفی پیش رفته است. اگرچه در مکانهای مختلف میزان ذخیره کربن متفاوت بوده و تغییر کرده است، مقدار حداکثری ذخیره کربن در طول این مدت بدون تغییر بوده است؛ چراکه فضای ساخته نشده همچنان وجود دارد.
نتیجهگیری: بهطور کلیتر میتوان اظهار داشت که استفاده از ارزشگذاری خدمات اکوسیستم لزوماً به معنی کاهش ارزش خدمت در روند توسعه نیست، بلکه بدین معنا است که با استفاده از این رهیافت میتوان برای بهبود برنامهریزی توسعه برای حفظ و بهبود کیفیت اکوسیستم استفاده کرد. درواقع میتوان گفت که این رهیافت میتواند بهعنوان یک حلقه واسط برای پیوند دادن بخشهای انسانشناختی و بخش بومشناختی تحت یک چارچوب برنامهای و مدیریتی واحد مورداستفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدی: خدمات اکوسیستمی، inVest، Terrset، سنجشازدور، رشد شهری، کرج.
Statement of the Problem: In recent decades, natural ecosystems have undergone fundamental changes due to increasing population growth and increasing demand in order to provide the necessary facilities for human welfare. Since these changes are generally associated with environmental degradation, one should always be concerned about the damage to the ecosystem that supports human life. Therefore, the maintenance and protection of ecosystems is critical to achieving balance, equilibrium and coordination between human society and the ecosystem and their functional services. Ecosystem services have the potential to be considered as a key tool for policy-making and decision-making at the global, national, regional and local levels. Using ecosystem services, several applications including sustainable management of natural resources, land use optimization, environmental protection, nature conservation and restoration, landscaping, basic nature solutions, water conservation And weather, disaster risk reduction, environmental education and environmental research can be pursued. However, the relationship between ecosystem processes and functions and human well-being is complex and a multifaceted and preventive approach must be taken to evaluate these relationships and value the benefits.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the trend of changes in ecosystem services in urban growth and development, evaluation of ecosystem services and the consequences of urban growth on carbon storage ecosystem service in the study area of Karaj catchment area (Tehran-Karaj, Hashtgerd and Eshtehard There have been studies in the period (before and after the development of irrationality).
Methodology: Ecosystem services mapping is an effective tool to improve land planning and land use. Valuation of these services can be an effective factor and a promising way to explain the relationship between services, society and the economy and can play an effective role in the cost-benefit system of policies to rehabilitate and manage the environment. In this study, carbon storage service was investigated in three catchments of Alborz, Karaj, Hashtgerd and Eshtehard provinces. Since the study area covers almost two thirds of the province, so in the study of the characteristics of the study area, the same characteristics of Alborz province have been mentioned. In line with this research, first, land use maps of the study area using trust software and GIS and Landsat satellite imagery (Landsat 5TM sensor images 1988, Landsat 8 satellite ETM sensor 2018 And the supervised classification method was prepared for the two periods of 1988 and 2018 in four categories of vegetation, man-made space, aquatic environment and non-man-made space. After preparing the land use map, the accuracy of the maps was checked using Google Earth software and field visits. Then, using the land use map, the carbon storage ecosystem service map was extracted using Invest software and finally evaluated using soil carbon, ground carbon, basement and dead tissue information.
Results and Discussion: The results showed that the most changes in land use maps belong to non-constructed space and man-made space, which shows a decrease of 16% and an increase of 11%, respectively. Regarding carbon storage service, according to the plans obtained in two years, in the central part of the region, which has witnessed the growth of agricultural lands, the amount of carbon storage has also increased. The maximum carbon reserve, with a share of 78377470 tons per hectare in 1988 and 72618450 tons per hectare in 2018, belongs to the Tehran-Karaj basin, and the lowest with a share of 36078497 tons per hectare in 1988 and 34606913 tons per hectare per year. 2018, belongs to Eshtehard. In total, the value has increased from about 14163 billion rials per ton per hectare since 1988 to about 13163 billion rials in 2018, which has gone in a negative direction. Although the amount of carbon storage varied and changed in different places, the maximum amount of carbon storage remained unchanged during this period; Because there is still unbuilt space.
Conclusion: In general, it can be stated that the use of ecosystem services valuation does not necessarily mean a reduction in the value of services in the development process, but it means that using this approach can be used to improve development planning to maintain And used to improve the quality of the ecosystem. In fact, it can be said that this approach can be used as an interface to link the anthropological and ecological sections under a single programmatic and managerial framework.
Keywords: Ecosystem Services, inVest, Terrset, Remote Sensing, Urban Growth, Karaj