SUPERVISOR
Mostafa Tarkesh esfahani,Mehdi Bassiri,Hossein Bashari
مصطفی ترکش اصفهانی (استاد راهنما) مهدی بصیری اصفهانی (استاد راهنما) حسین بشری (استاد مشاور)
STUDENT
Mojdeh Safaei
مژده صفائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
“Modeling the Potential Habitat of Astragalus verus Olivier Using Ecological-Niche Factor Analysis and Logistic Regression in Fereydounshahr Region, Isfahan Province”
Restoring high value medicinal and industrial plant species is quite important in terms of economical and social point of view. Nowadays, progresses in statistical methods and geographic information techniques facilitate habitat potential mapping using more advanced modeling approaches. Species distribution model can be defined as a statistical - analytical algorithm which predicts species distribution from field observations and available environmental maps. This study aimed to generate potential distribution map of Astragalus verus Olivier, a valuable medicinal plants in Fereydunshahr rangelands in Isfahan province using Logistic regression (LR) and Ecological-niche factor analysis (ENFA) methods. Soil maps were obtained from 70 soil profiles and climatic maps were produced from 10 climatic stations data. Geo-statistical methods were used to convert the obtained data to digital maps with 90 by 90 meter resolutions. Potential distribution map of the species in the study area was produced using presence-absence data of 100 sites using a stratified- random sampling approach. For each sampling site, presence and absence of the species as well as the environmental variables were recorded. The relationships of the plant species distribution and environmental variables were studied using LR and ENFA methods. In the next step, habitat potential maps of the species were produced using these two methods. ENFA as a profile model is one of the most frequently used techniques to generate species distribution map which uses species “presence-only” data. This method integrates geographic information system and factor analysis to produce habitat distribution map from the species occurrence and environmental data. According to the results, the environmental factors influencing determination of the ecological niche of the species in order of importance were soil electrical conductivity, Caco 3 content, pH, slope degree and monthly mean temperature. The produced species distribution model had high accuracy indicated by calculated Kappa coefficient and ROC area under curve plots being 0.72 and 0.85 respectively. According to ENFA results, 10000 hectare or 10% of the study area was recognized as suitable area for the species establishment. LR from discrimination group models is another modeling approach that enables to produce distribution maps using presence and absence data. According to LR results, annual mean precipitation, soil clay content, mean temperature of warmest season and slope degrees were the most important environmental factors influencing the distribution of the species. According to this model analysis, 21000 hectare or 21 percent of the whole study area had excellent habitat condition for the species. The produced species distribution model had acceptable accuracy as calculated Kappa coefficient and ROC area under curve plots were 0.75 and 0.5 respectively. Analysis of sampling sizes on the accuracy of the studied modeling approaches revealed that ROC area under curve plots had less variability to the Kappa coefficient and is more appropriate method to analyze the models outputs accuracy. According to produced potential maps of the species and response curve results, appropriate Astragalus verus habitats characterized by moderate to relatively heavy soil texture (44 to 48 percent clay content), moderate slope (10 to 20 percent), low electrical conductivity ( less than 0.3 dS/m), saturated water content of 45 to 47 % and pH equivalent to 7.5. The studied modeling approaches can be used broadly to allocate appropriate areas for rehabilitation and protection of valuable native plant species such as Astragalus verus . Key words: Species distribution model, Astragalus verus Oliver, Ecological-niche factor analysis, Logistic regression, Geo-statistic, Geographic information system, Fereydounshahr, Isfahan Province.
شناسایی، حفظ و اصلاح رویشگاههای گیاهان دارویی و صنعتی مراتع، از نقطه نظر اقتصادی و اجتماعی حائز اهمیت است. امروزه با پیشرفت علم آمار و سیستم اطلاعات جغرافیایی، تعیین رویشگاه بالقوهی گونههای گیاهی با استفاده از روشهای مدلسازی میسر شدهاست. مدلهای پراکنش گونههای گیاهی بهعنوان یک الگوریتم آماری-تحلیلی تعریف میشوند که با توجه به مشاهدات میدانی و نقشههای دادههای محیطی، پیشبینی توزیع گونهها را میسر میسازند. این مطالعه با هدف مدلسازی و تهیهی نقشهی رویشگاه بالقوهی گون زرد ( Astragalus verus Olivier) بهعنوان گونهای دارای ارزشهای حفاظت خاکی -دارویی با استفاده از روش رگرسیون لجستیک و تحلیل عاملی آشیان اکولوژیک در مراتع فریدونشهر استان اصفهان انجام شد. برای نیل به این هدف نقشهی متغیرهای خاک از دادههای مربوط به 70 پروفیل خاک منطقهی مطالعاتی و نقشهی متغیرهای اقلیمی از 10 ایستگاه هواشناسی معرف منطقه بهکمک تکنیکهای زمینآمار در اندازه تفکیک مکانی 90×90 متر تهیه گردید. همچنین مختصات 100 سایت به عنوان مکانهای حضور و عدمحضور گونه با روش نمونهبرداری تصادفی- طبقهبندی ثبت گردید. برای هر سایت نمونهبرداری اطلاعات مربوط به حضور و غیاب گونه و متغیرهای محیطی ثبت و ارتباط بین پراکنش گونه و و عوامل محیطی با استفاده از دو روش رگرسیون لجستیک و تحلیل عاملی آشیان اکولوژیک تعیین و نقشهی پراکنش بالقوهی گونهی گونِزرد در منطقه مطالعاتی تولید گردید. روش تحلیل عاملی آشیان اکولوژیک (ENFA)، فقط بر روی دادههای حضور گونه متمرکز هستند که به مدلهای پیشبینی کنندهی رویشگاه یا مدلهای پروفیل موسوم هستند. این روش ترکیبی از سامانهی اطلاعات جغرافیایی و آنالیز آماری تجزیه عاملی میباشد که دامنه پراکنش جغرافیایی گونهی مورد مطالعه را با استفاده از دادههای رخداد گونه و لایههای محیطی، به صورت نقشه ترسیم مینماید. خروجی این مدل نشان داد که مهمترین عوامل محیطی تأثیرگذار بر پراکنش این گونه به ترتیب هدایت الکتریکی خاک، میزان کلسیمکربنات، اسیدیتهی خاک، درجهی شیب و متوسط دمای ماهیانه بودند. ارزیابی مدل با استفاده از ضرایب آماری کاپا و سطح زیر منحنی پلاتهای ROC بهترتیب برابر 72/0 و 85/0 بود که نشاندهنده دقت بالای نقشه تولید شده میباشد و رویشگاه کاملاً مناسب گونه 10000 هکتار معادل 10 درصد منطقهی مطالعاتی تعیین شد. مدل رگرسیون لجستیک از گروه مدلهای متمایز کنندهی گروهی بر اساس دادههای حضور و عدم حضور رویشگاه بالقوهی گونه را تعیین میکند. نتایج حاصل از این مدل نشان داد که عوامل مهم محیطی تأثیرگذار بر پراکنش این گونه؛ متوسط بارش سالانه، میزان درصد رس خاک، متوسط دمای گرمترین فصل سال و درجهی شیب است که مطابق پیشبینی این مدل،21000 هکتار ، معادل 21 درصد از سطح مراتع منطقه مطالعاتی را رویشگاه عالی تشکیل میدهد. ارزیابی مدل رگرسیون با استفاده از ضرایب آماری کاپا و سطح زیر منحنی پلاتهای ROC بهترتیب برابر 50/0 و 75/0 بود که بر اساس طبقهبندی جزء نقشههای با دقت خوبی قلمداد میشود. نتایج مربوط به تأثیر اندازه نمونه بر دقت روشهای مدلسازی نشان میدهد سطح زیر منحنی پلاتهای ROC نسبت به ضریب کاپا تغییر پذیری کمتری دارد و روش قابل اعتمادتری است. بر اساس نقشههای رویشگاه بالقوه و منحنیهای عکسالعمل گونه، رویشگاه مناسب گون زرد در منطقهی مطالعاتی، مناطقی با بافت متوسط تا نسبتاً سنگین (44 تا 48 درصد رس)، شیب متوسط (10 تا 20 درصد)، خاکهایی با شوری کم (کمتر از 3/0 دسیزیمنس بر متر)، رطوبت اشباع خاک بین 45 تا 47 درصد و اسیدیتهی حدود 5/7 است. نتایج مدلسازی پراکنش بالقوه این گونه و سایرگونههای گیاهی مهم میتواند در مکانیابی مناطق مستعد جهت احیای رویشگاههای بالقوهی گونههای مورد نظر استفاده شود. کلمات کلیدی : مدلسازی پراکنش جغرافیایی گونههای گیاهی، گون زرد، تحلیل عاملی آشیان اکولوژیک، رگرسیون لجستیک، زمین آمار، سیستم اطلاعات جغرافیایی.