تعيين كمّي سلامت پوشش گياهي بر اساس قابليت بازگشت پذيري

Quantifying vegetation health based on resilience

مديريت صحيح اكوسيستم هاي طبيعي بدون آگاهي از وضعيت سلامت اجزاء آن امكانپذير نيست. پوشش گياهي به عنوان اصلي ترين جزء اكوسيستم نقش مهمي در سلامت آن ايفا مي كند. يكي از ويژگي هاي تعيين كننده سلامت پوشش گياهي، قابليت بازگشت پذيري آن است. اصطلاح بازگشت پذيري نخستين بار در مطالعه سيستم هاي اكولوژيك مطرح شد و نشان دهنده توانايي اكوسيستم براي حفظ عملكرد در مواجهه با آشفتگي هاي محيطي است. يك سيستم با قابليت بازگشت پذيري نه تنها به مكانيزم سازگاري با اختلال مجهز است بلكه پتانسيل بهره مندي مفيد از تغيير به عنوان فرصتي براي توسعه، نوآوري و به روز شدن را نيز داراست. بنا بر اين وقتي تغييري اتفاق مي افتد بازگشت پذيري شرايط مورد نياز براي شروع دوباره و سازماندهي مجدد را فراهم مي كند. اگر اين قابليت فراتر از نيروهاي مختل كننده وارده باشد، سيستم توان برگشت به وضعيت حداكثر تراكم پوشش گياهي با كمترين آثار فرسايشي را خواهد داشت در غير اين صورت سيستم نسبت به تغييري كه ايجاد شده و قبلاً مي توانست آن را كنترل كند آسيب پذير مي شود. اين پژوهش در شمال شرق استان خراسان جنوبي (اقليم خشك) با هدف كمي سازي بازگشت پذيري پوشش گياهي به عنوان شاخص سلامت اكوسيستم در پاسخ به رخداد هاي خشكسالي و تغييرات بلند مدت بارش به عنوان اختلالات محيطي انجام شد. بنا بر اين، ابتدا استاندارد سازي بارش سالانه با استفاده از داده هاي بارندگي پانزده ايستگاه هواشناسي اطراف منطقه مطالعه در بازه زماني سي ساله (2015 – 1986) با روش SPIانجام شد سپس با استفاده از اين اطلاعات، وضعيت شاخصSPI محدوده مطالعه در هر سال (ترسالي، خشكسالي و نرمال) از طريق ميانيابي به روش وزن دهـي بـر اساس عكس فاصله (IDW) و با استفاده از نرم افزار ArcGIS تعيين گرديد. از طرفي تصاوير ماهواره اي موجود در مخزن ماهواره لندست 5 و 7 دوره بررسي، بين 15 خرداد تا 15 تير ماه هر سال كه پوشش گياهي دائمي در بهترين شرايط رشد قرار داشت تهيه شد و با استفاده از نرم افزار ENVI، تصحيحات لازم بر روي تصاوير ماهواره اي انجام شد و سپس ميانگين شاخص تفاضل نرمال تغيير يافته (TNDVI) هر تصوير تعيين گرديد. در نهايت، تاثير تغييرات بارندگي بر ميانگين شاخص پوشش گياهي TNDVI بررسي شد و بازگشت پذيري پوشش گياهي محدوده مطالعه پس ازرفع اختلال، با انتخاب چند مقطع زماني به عنوان نمونه و محاسبه چهار عامل موثر در بازگشتپذيري (دامنه تغييرات، انعطاف پذيري، استهلاك و ترميم) اثبات گرديد. مقايسه تغييرات بارندگي سالانه در سري زماني سي ساله (2015 - 1986)، دو دوره تقريبي خشك و مرطوب را در محدوده مطالعه نشان داد. دوره مرطوب مربوط به چهارده سال ابتدايي سري زماني (1999- 1986) و دوره خشك مربوط به شانزده سال بعدي (2015- 2000) است. در اين مدت چندين ترسالي با شدت هاي متفاوت رخ داده است شامل يك ترسالي خيلي شديد در سال ابتدايي دوره (1986)، يك ترسالي شديد (1991) و دو ترسالي متوسط (1992 و 1996). همچنين، چهار خشكسالي شامل يك خشكسالي شديد (2001) و سه خشكسالي متوسط (1987، 2006 و 2008) رخ داده است. همه ترسالي ها در نيمه اول و بيشتر خشكسالي ها در نيمه دوم دوره بررسي اتفاق افتاده اند. براي اثبات بازگشت پذيري پوشش گياهي و محاسبه عوامل آن، علاوه بر بررسي بازگشت پذيري كل دوره سي ساله، چند مقطع زماني به عنوان نمونه بررسي انتخاب شد. دركل دوره مطالعه (2015 - 1986)، بيشترين ميانگين شاخص TNDVI مربوط به سال 1986 به عنوان سال مرجع (37/49 %) ، كمترين مقدار آن مربوط به سال 2010 به عنوان سال تاثير كاهش بارندگي و خشكسالي (58/43 %) و مقدار اين شاخص درسال انتهايي دوره، 28/44 % بوده است. مقدار چهار عامل دامنه تغييرات، انعطاف پذيري، استهلاك و ترميم به ترتيب 79/5، 7/0، 09/5 و صفر (%) بود كه نشان داد پوشش گياهي پس از افزايش نسبي بارندگي، از مقدار سال 2010 به سمت مقدار مرجع (1986) افزايش يافته (بازگشت پذيري) اما به ميزان پوشش در سال مرجع نرسيده است. مشخص ترين نمونه هاي بازگشت پذيري پوشش گياهي، بين سال هاي 1986 تا 1996 (دوره تر) و 2009 - 2003 (دوره خشك) اتفاق افتاد. در مقطع زماني اول، ميزان دامنه تغييرات و انعطاف پذيري 64/0 و استهلاك صفر بوده است. پوشش گياهي در اين دوره پس از رفع آثار خشكسالي (1996)، نه تنها به ميزان پوشش گياهي سال مرجع با ترسالي شديد (1986) بازگشته بلكه به ميزان 25/0 درصد نيز افزايش داشته است (عبور از مرجع). همچنين عليرغم كاهش بارندگي و وقوع چندين رخداد خشكسالي در دوره خشك، در مقطع زماني2003 تا 2009 ، عامل ترميم به مقدار 05/0 درصد مشاهده شد كه به وضوح سلامت پوشش گياهي محدوده مطالعه را تاييد كرد. اين افزايش تحت عنوان شاخص ترميم (Hysteresis) براي اولين بار در مبحث سلامت اكوسيستم به صورت كمي در مطالعه حاضر ارائه گرديد. مجموعه محاسبات كمي نشان مي دهد عليرغم حاكميت كاهش ميزان بارش سالانه و رخدادهاي خشكسالي، پوشش گياهي توانسته است قابليت بازگشت پذيري خود را حفظ نمايد كه بيانگر وجود سلامت پوشش گياهي در اكوسيستم مورد بررسي در اقليم خشك است. آگاهي از وضعيت سلامت پوشش گياهي و عكس العمل آن نسبت به تغييرات بارندگي بلند مدت و آشفتگي هاي محيطي چون رخداد هاي خشكسالي، موفقيت برنامه ريزي هاي مديريتي منابع طبيعي تجديد شونده را تضمين مي كند. اين مطالعه دومين مورد در كمي سازي بازگشت پذيري پوشش گياهي و اولين مطالعه با شرايط اقليم خشك در شرايط آسيا (ميانگين بارندگي سالانه 160 ميليمتر) است كه در ايران با محاسبه چهار عامل مرتبط با بازگشت پذيري انجام گرفته و اولين موردي است كه عامل ترميم (Hysteresis) را ارائه داده است. مجموعه محاسبات كمي نشان مي دهد عليرغم حاكميت كاهش ميزان بارش سالانه و رخدادهاي خشكسالي، پوشش گياهي توانسته است قابليت بازگشت پذيري خود را حفظ نمايد كه بيانگر وجود سلامت پوشش گياهي در اكوسيستم مورد بررسي است. با وجود تداوم شرايط سخت، پوشش گياهي بومي محدوده مطالعه به خوبي توانسته است نه تنها با رفع نسبي آشفتگي به وضعيت مرجع بازگردد، بلكه مرحله ترميم را نيز تجربه كرده است. وجود چنين مكانيسم هاي دفاعي و سازگار شگفت انگيز در پوشش گياهي مناطق خشك است كه حفظ و احياء اين مناطق را با برنامه ريزي هاي مديريتي مناسب امكان پذير مي سازد.

The correct management in natural ecosystems is not possible without knowledge of the health in its sectors. Vegetation is the most significant sector in ecosystem that has important role in its health. Resilience is one of the defining features of health vegetation The term resilience was first introduced in the study of ecological systems and demonstrates the ability of the ecosystem to maintain its performance in the face of environmental disorders. A resilience-based system is not only equipped with a disorder adjustment mechanism but also has the potential to benefit from changes in a way that lead to creating an opportunity for development، innovation، and updating. Therefore، when a change occurs، the resilience provides the needed conditions for restarting and reorganization. If this goes beyond disturbing forces، the system will have the power to return to the maximum vegetation density with the least erosion effects، otherwise the system will be vulnerable to the change that was created and could already be controlled. This research was done in part of North east of South Khorasan province (arid climate) with the aim of quantifying vegetative resilience on behalf of ecosystem health in response to drought occurrences and long-term precipitation changes، as environmental disturbances. Therefore first، using daily precipitation data from 15 meteorological stations around the study area، their annual precipitation was extracted and was standardized by Standard Precipitation Index (SPI) over the course of thirty years (1986 - 2015). Then، the SPI index data in 15 stations were interpolated by ArcGIS software based on Inverse Distance Weighted (IDW) method and dry، wet and normal years was estimated in the study region for each year. On the other hand، from archive of satellite images of Landsat 5 and Landsat 7، an image was created for each year in study period، between 15 June and 15 July، with permanent coverage at the best of growth. Following the necessary corrections for satellite images، the average Transformed Normalized Difference Vegetation Index (TNDVI) was obtained of each image by ENVI software. Finally، effected of precipitation changes on mean TNDVI was assessed and vegetation resilience was stabilized whit selected of sever time period samples based on four effective parameters (Amplitude، Malleability، Damping and Hysteresis). Comparison of annual precipitation variations in the thirty-year time series (1986 -2015) indicated two approximate wet and dry periods in study area. The wet period is related to the first fourteen years of the time series (1986-1999) and the dry period is related to the last sixteen years (2000-2015). In this term، severe precipitation incidents with different intensities were occurred in the study area including one case of very intense precipitation (1986)، one case of intense precipitation (1991) and two cases of moderate precipitation (1996 and 1992). Also، four drought incidents were occurred including one case of intense drought (2001) and three cases of moderate drought (1987، 2006 and 2008). All precipitations (wet years) are related to the first half and most droughts are related to the second half of the studied period. In this study for fixing of vegetation resilience in study area and for calculating of its parameters، In addition to the thirty-year time series selected sever time sections. in the whole study series (1986 - 2015)، maximum of mean TNDVI (49.37 %) was in 1986 (reference)، the lowest mean TNDVI (43.58%) was in 2010، The year effect of the decrease precipitation and drought، and mean TNDVI in 2015 was 44.28 %. Amount of parameters amplitude، malleability and damping are respectively 5.79، 0.7 and 5.09، and hysteresis was zero (%). The result of this case showed that the vegetation has moved towards the reference state (Resilience) but has not reached to amount of reference vegetation. The most specific cases for vegetation resilience happened from 1986 to 1996 (wet period) and 2003- 2009 time sector (dry period). In the first time section amount of amplitude and malleability were 0.64 %، damping was zero and hysteresis was 0.25%. The result of this case showed that not only the vegetation was returned to the reference state but also was increased to the reference (Cross reference).So despite the reduced rainfall and occurrence of sever occurrences of drought in dry period، hysteresis parameter (0.05 %) observed in 2003- 2009 time sector too that confirmed clearly vegetation health in study area whit dry climate. Awareness of the health status of the vegetation and its response to long-term precipitation changes and environmental disorders، such as drought occurrence، ensure the success of the managerial plans for renewable natural resources. The present study is the second study on quantifying the vegetation resilience and the first study under dry climatic conditions in Asia (an average annual precipitation of 160 mm) conducted in Iran by calculating four factors related to resilience، and is the first study that has presented the factor hysteresis in the calculations. Despite continuous of difficult condition، the native vegetation of the study area has been able to return the reference state not only by resolving the disorder relatively، but also it has experienced hysteresis stage. A set of quantitative calculations showed despite reduced annual precipitation and drought events، vegetation has been able to maintain its resilience، which indicates the health of the vegetation in the studied ecosystem. With the presence of such amazing protective and consistent mechanisms in the vegetation of arid regions، it is possible to maintain and restore these regions by proper managerial plans.