تحلیل و پیش‌بینی روند تخریب پوشش زمین و تعیین تغییرات سنجه‌های سیمای سرزمین با استفاده از سنجش از دور

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه جغرافیا، دانشکدة ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی طبیعت، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران

3 کارشناس، گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

تغییرات کاربری اراضی ناشی از فعالیت‌های انسانی، اثرات گسترده‌ای بر سیمای سرزمین دارد. بررسی و کمی‌سازی این تغییرات می‌تواند در برنامه‌ریزی و مدیریت پایدار سرزمین ضروری باشد. هدف این پژوهش، بررسی تغییرات کاربری اراضی در گذشته و پیش‌بینی کاربری اراضی در آینده با استفاده از سنجش از دور و مدل‌ساز تغییر زمین (LCM) و تحلیل کمی این تغییرات بر اساس سنجه‌های سیمای سرزمین در حوزة آبخیز هلیل‌رود است. برای این منظور نقشه‌های کاربری اراضی 1370، 1381، 1398 با استفاده از سنجش از دور ماهواره‌ای شناسایی و نقشة کاربری اراضی 1419 با استفاده از مدل‌ساز تغییر زمین و شبکة عصبی مصنوعی شبیه‌سازی شد. سپس سنجه‌های سیمای سرزمین در دو سطح سیمای سرزمین و سطح کلاس جهت کمی‌سازی تغییرات ساختاری محاسبه شد. نتایج نشان داد که در طول دورة 1370 تا 1398، و دورة آتی سیمای سرزمین منطقة مورد مطالعه تحولاتی در ساختار و ترکیب داشته و خواهد داشت. افزایش قابل‌توجه زمین‌های زراعی، بایر و مسکونی و کاهش سطح مراتع در این حوزة آبخیز مشهود است. شاخص تنوع شانون و شاخص یکنواختی شانون در سال 1398 و 1419در مقایسه با 1370 افزایش ‌یافته و نشان می‌دهد منطقة مورد مطالعه تحت ‌تأثیر بهره‌برداری و فعالیت‌های انسانی، تکه‌تکه‌تر و ناهمگون‌تر شده است. به‌علاوه، مقدار شاخص تراکم لکه در طی دورة زمانی افزایش ‌یافته که بیان‌گر تقسیم سیمای سرزمین به قطعات کوچک‌تر است. مقدار شاخص پیوستگی در بازة زمانی مطالعاتی کم‌تر شده است که نشان‌دهندة آن است که توزیع مکانی لکه‌ها یک‌دیگر جدا و تفکیک شده است. نتایج به‌دست آمده در سطح کلاس برای اراضی مرتعی به‌عنوان کاربری غالب منطقه، نشان داد که تعداد لکه‌ها در سال 1398 و 1419 به‌میزان 264 و 603 لکه نسبت ‌به سال 1370 افزایش یافته و خواهد یافت. سنجه‌های اندازة لکه، میانگین و درصد مساحت، به‌ترتیب به‌میزان 13، 9 و 10 درصد در سال 1419 نسبت ‌به 1370 کاهش خواهد یافت. این امر نشان‌دهندة این است که روند تخریب و تحلیل سیمای سرزمین به‌ویژه اراضی مرتعی، در منطقه به‌صورت افزایشی بوده و خواهد بود. تخریب مراتع در راستای تبدیل این اراضی به اراضی کشاورزی، باغی، بایر و مسکونی بوده است. از این‌رو، جلوگیری از تغییر کاربری غیرمجاز اراضی مرتعی به کشاورزی و سایر کاربری‌ها پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abdullah, S.A., & Nakagoshi, N (2006). Changes in landscape spatial pattern in highly developing state of seangor, Peninsular Malaysia. Journal of Landscape and Urban Planning, 77(3), 263- 275. doi:10.1016/j.landurbplan.2005.03.003
Afifi, M.E. (2020). Modeling land use changes using Markov chain model and LCM model. Journal of Applied Researches in Geographical Sciences, 20(56), 141-158 [In Persian]. doi:10.29252/jgs.20.56.141.
Akın, A., & Erdoğan, M.A. (2020). Analyzing temporal and spatial urban sprawl change of Bursa city using landscape metrics and remote sensing. Modeling Earth Systems and Environment, 6(3), 1331-1343. doi: 10.1007/s40808-020-00766-1
Alaei, N., Mostafazadeh, R., Esmali Ouri, A., Hazbavi, Z., Sharari, M., & Huang, G. (2022). Spatial comparative analysis of landscape fragmentation metrics in a watershed with diverse land uses in Iran. Sustainability14(22), 14876.
Amini, M., & Sayahnia, R. (2022). Investigation of Nazarabad county ecological security based on the trend of land use changes using landscape metrics. Iranian Journal of Remote Sensing & GIS, 14(1), 107-123 [In Persian]. doi:10.52547/gisj.14.1.107.
Amiri, F., & Nateghi, S. (2023). Lands cover classification of Bushehr province using Landsat-8 and MODIS images. Water and Soil Management and Modelling3(2), 143-156 [In Persian].doi:10.22098/mmws.2022.11372.1124.
Anand, J., Gosain, A.K., & Khosa, R. (2018). Prediction of land use changes based on land change modeler and attribution of changes in the water balance of Ganga basin to land use change using the SWAT model. Science of the Total Environment, 644, 503-519. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.07.017
Arekhi, S. (2015). Application of landscape metrics in assessing land use changes' trend by using remote sensing and GIS case study: Dehloran Desert Area. Geography and Development13(40), 59-68 [In Persian]. doi:10.22111/gdij.2015.2098.
Arora, A., Pandey, M., Mishra, V.N., Kumar, R., Rai, P.K., Costache, R., Punia, M. & Di, L. (2021). Comparative evaluation of geospatial scenario-based land change simulation models using landscape metrics. Ecological Indicators128, 107810. doi:10.1016/j.ecolind.2021.107810
Azareh, A., Sardooi, E.R., Gholami, H., Mosavi, A., Shahdadi, A., & Barkhori, S. (2021). Detection and prediction of lake degradation using landscape metrics and remote sensing dataset. Environmental Science and Pollution Research28, 27283-27298. doi:10.1007/s11356-021-12522-8
Azimi Sardari, M.R., Bazrafshan, O., Panagopoulos, T., & Sardooi, E.R. (2019). Modeling the impact of climate change and land use change scenarios on soil erosion at the Minab Dam Watershed. Sustainability, 11(12), 3353. doi:10.3390/su11123353
Buyantuyev, A., Wu, J., & Gries, C. (2010). Multiscale analysis of the urbanization pattern of the Phoenix metropolitan landscape of USA: Time, space and thematic resolution. Landscape and Urban Planning94(3-4), 206-217. doi:10.1016/j.landurbplan.2009.10.005.
Da Silva, A.M., Huang, C.H., Francesconi, W., Saintil, T., & Villegas, J. (2015). Using landscape metrics to analyze micro-scale soil erosion processes. Ecological Indicators, 56, 184-193. doi:10.1016/j.ecolind.2015.04.004
Dadashpoor, H., Azizi, P., & Moghadasi, M. (2019). Environment land use change, urbanization, and change in landscape pattern in a metropolitan area. Science of the Total Environment, 655, 707-719. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.11.267
Dehghani, T., Ahmadpari, H., & Amini, A. (2023). Assessment of land use changes using multispectral satellite images and artificial neural network. Water and Soil Management and Modelling3(2), 18-35 [In Persian]. doi:10.22098/mmws.2022.11279.1114.
Del Castillo, E.M., García-Martin, A., Aladrén, L.A. L., & de Luis, M. (2015). Evaluation of forest cover change using remote sensing techniques and landscape metrics in Moncayo Natural Park (Spain). Applied Geography, 62, 247-255. doi:10.1016/j.apgeog.2015.05.002
Eastman, J.R. (2006). IDRISI Andes guide to GIS and image processing. Clark University, Worcester, 328 pages .
Gholamalifard, M., Joorabian Shooshtari, Sh., Hosseini Kahnuj, S.H., & Mirzaei, M. (2013). Land cover change modeling of coastal areas of Mazandaran Province using LCM in a GIS environment. Journal of Environmental Studies, 38(4), 109-124 [In Persian]. doi:10.22059/JES.2013.29867.
Ghorbani, A., Hazbavi, Z., Mostafazadeh, R., & Alaei, N. (2021). Analysis the relationship between landscape metrics and soil erosion of Koozeh Topraghi Watershed, Ardabil Province. Journal of Geography and Environmental Hazards9(4), 65-91 [In Persian]. doi: 10.22067/geoeh.2021.67020.0.
Gontier, M., Mörtberg, U., & Balfors, B. (2009). Comparing GIS-based habitat models for applications in EIA and SEA. Environmental Impact Assessment Review, 30(1), 8-18. doi:10.1016/j.eiar.2009.05.003
Hao, R., Yu, D., Liu, Y., Liu, Y., Qiao, J., Wang, X., & Du, J. (2017). Impacts of changes in climate and landscape pattern on ecosystem services. Science of the Total Environment, 579, 718-728. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.11.036
Ildermi, A., Nouri, H., Naderi, M., Aghabeigi, S., & Zaini Wand, H. (2017). Forecasting land use change using Markov Chain model and CA Markov (Case Study: Green Watershed). Journal of Watershed Management Research, 8 (16), 232-240 [In Persian]. doi:10.29252/jwmr.8.16.232.
Linkie, M., Smith, R.J., & Leader-Williams, N. (2004). Mapping and predicting deforestation patterns in the lowlands of Sumatra. Biodiversity and Conservation, 13(10), 1809-1818. doi:10.1023/B:BIOC.0000035867.90891.ea
Liu, H., & Weng, Q. (2013). Landscape metrics for analyzing urbanization-induced land use and land cover changes. Geocarto International, 28(7), 582-593. doi:10.1080/10106049.2012.752530
Mahmoudzadeh, H., & Masoudi, H. (2019). The Analysis of structural landscape changes in Tabriz City using landscape ecology principles with an emphasis on the connectivity concept. Town and Country Planning11(2), 179-204 [In Persian]. doi:10.22059/jtcp.2019.288093.670019.
Matsushita, B., Xu, M., & Fukushima, T. (2006). Characterizing changes in landscape structure in the Lake Kasumigaura Basin, Japan Using a High-Quality GIS Dataset. Journal of Landscape and Urban Planning, 78(3), 241-250. doi:10.1016/j.landurbplan.2005.08.003
McConnell, W.J., Sweeney, S.P. & Mulley, B. (2004). Physical and social access to land: spatio-temporal patterns of agricultural expansion in Madagascar. Agriculture, Ecosystems & Environment101(2-3), 171-184. doi:10.1016/j.agee.2003.09.012
McGarigal, K., & Barbara J.M. (1995). Fragstats: spatial pattern analysis program for quantifying landscape structure. Landscape and Urban Planning, 94, 206-217. doi:10.2737/PNW-GTR-351
Mejia Ávila, D., Martínez Lara, Z., & Soto Barrera, V.C. (2023). Space–time modelling of a tropical wetland using multiscale images, vegetation indices and landscape metrics: case-Ayapel Wetland Complex, Colombia. International Journal of Environmental Science and Technology, 1-24. doi: 10.1080/19475683.2019.1617347.
Mertens, B., & Lambin, E.F. (1997). Spatial modelling of deforestation in southern Cameroon: spatial disaggregation of diverse deforestation processes. Applied Geography, 17(2), 143-162. doi:10.1016/S0143-6228(97)00032-5
Mirsanjari, M.M., & Mohammadyari, F. (2022). Analysis of land use in the Behbahan city approach landscape ecology. Journal of Environmental Science and Technology, 24(3), 191-204 [In Persian]. doi: 10.22034/jest.2021.25842.3476.
Mishra, V.N., Rai, P.K., & Mohan, K. (2014). Prediction of land use changes based on land change modeler (LCM) using remote sensing: a case study of Muzaffarpur (Bihar), India. Journal of the Geographical Institute "Jovan Cvijic", SASA, 64(1), 111-127. doi:10.2298/IJGI1401111M
Mostafazadeh, R., & Talebi Khiavi, H. (2022). Landscape change assessment and its prediction in a mountainous gradient with diverse land-uses. Environment, Development and Sustainability, 1-31. doi:10.1007/s10668-022-02862-x
Mostafazadeh, R., Jafari, A., & Keivan-behjou F. (2018). Comparing the rangelands structure and degradation of landscape connectivity in Iril Sub-Watersheds, Ardabil Province. Iranian Journal of Applied Ecology, 7(1), 41-53 [In Persian]. doi:10.29252/ijae.7.1.41.
Naroei, B., Barghjelveh, S., Esmaeilzadeh, H., & Zebardast, L. (2022). Evaluating spatial-temporal changes of urban green infrastructure using decision tree algorithm of spatial processes-Case study: Tehran Landscape System. Scientific-Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR)31(122), 167-188 [In Persian]. doi: 10.22131/sepehr.2022.254788.
Nazari, N., Shams Esfandabad, B., Varvani, J., Ahmadi, A., & Toranjzar, H. (2022). Land use changes around the wetland and diversity of waterfowl and shorebirds in Anzali, Almagol, Alagol, and Ajigol international wetlands (Iran). Water and Soil Management and Modelling2(3), 27-39 [In Persian]. doi:10.22098/mmws.2022.9871.1068.
Parma, R., Maleknia, R., Shataee, Sh., & Naghavi, H. (2017). Land cover change modeling based on artificial neural networks and transmission potential method in LCM (Case Study: Forests Gilan-e Gharb, Kermanshah Province). Town and Country Planning, 9(1), 129-151 [In Persian]. doi:10.22059/JTCP.2017.61410.
Peng, J., Wang, Y., Zhang, Y., Wu, J., Li, W., & Li, Y. (2010). Evaluating the effectiveness of landscape metrics in quantifying spatial patterns. Ecological Indicators, 10(2), 217-223. doi:10.1016/j.ecolind.2009.04.017
Shafie, B., Javid, A.H., Irani Behbahani, H., Darabi, H., & Hosseinzadeh Lotfi,, F. (2021). The Analysis of landscape structure and land use changes as an ecological approach to acheive the sustainable regional planning (case study: Latian Dam Watershed). Geographical Journal of Territory18(70), 41-64. doi: 10.3846/jeelm.2023.18055
Shi, Y., Xiao, J., & Shen, Y. (2008). Landscape pattern change and associated environmental implications in the Haihe River Basin, China. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 37, 569-574.
Shooshtari, S.J., Silva, T., Namin, B.R., & Shayesteh, K. (2019). Land use and cover change assessment and dynamic spatial modeling in the Ghara-Su Basin, northeastern Iran. Journal of the Indian Society of Remote Sensing48(1), 81-95. doi: 10.1007/s12524-019-01054-x
Testa, S., Soudani, K., Boschetti, L., & Mondino, E.B. (2018). MODIS-derived EVI, NDVI and WDRVI time series to estimate phenological metrics in French deciduous forests. International Journal of applied Earth Observation and Geoinformation, 64, 132-144. doi:10.1016/j.jag.2017.08.006
Van de Griend, A.A., & Engman, E.T. (1985). Partial area hydrology and remote sensing. Journal of Hydrology, 81(3–4), 211–251. doi:10.1016/0022-1694(85)90033-2
Weng, Y.C. (2007). Spatiotemporal changes of landscape pattern in response to urbanization, Landscape and Urban Planning, 18(81), 341–353. doi:10.1016/j.landurbplan.2007.01.009
Wu, J., Jenerette, J.D., Buyantuyev, A., & Redman, C.L. (2011). Quantifying spatiotemporal patterns of urbanization: The case of the two fastest growing metropolitan regions in the United States. Ecological Complexity, 8, 1–8. doi:10.1016/j.ecocom.2010.03.002
Wu, Q., Guo, F., Li, H., & Kang, J. (2017). Measuring landscape pattern in three dimensional space. Landscape and Urban Planning, 167, 49-59. doi:10.1016/j.landurbplan.2005.10.002
Wu, Q., Li, H.Q., Wang, R.S., Paulussen, J., He, Y., Wang, M., Wang, B. H. & Wang, Z. (2006). Monitoring and predicting land use change in Beijing using remote sensing and GIS. Landscape and Urban Planning, 78(4), 322-333. doi:10.1016/j.landurbplan.2005.10.002
 Zabihi, M., Moradi, H., Gholamalifard, M., Khaledi Darvishan, A., & Fust, C. (2020). Landscape management through change processes monitoring in Iran. Sustainability, 12(5), 1-19. doi: 10.3390/su1205175