SUPERVISOR
Reza Jafari,Hossein Bashari
رضا جعفری (استاد راهنما) حسین بشری (استاد راهنما)
STUDENT
Fatemeh Jafarikarjaee
فاطمه جعفری کرجائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Analysing rangeland function and structure using remote sensing data and field-based LFA method
Assessing the structure and functionality of rangeland is required to detect early changes in the ecosystem and assist managers to evaluate the effects of their management practices. The both field methods and remote sensing indices can be used to assess rangeland functionality. Rangeland ecosystems are formed by many vegetation patches with different ability to conserve vital resources such as water and nutrients. Landscape Function Analysis (LFA) is a relatively new method to assess the functionality of rangeland ecosystems by assessing soil stability, nutrient cycling and infiltration of a particular site derived from 11 soil surface indicators. Assessing rangeland functionality by remote sensing data also decrease the cost of assessment procedures and measurements error and enhance the accuracy of the results. This study aimed to evaluate the functionality of Steppe and Semi-Steppe rangelands in Isfahan province using field and remote sensing approaches. Three sites in Steppe rangelands of Shahreza with very poor condition and also 3, 4 and 7 sites with very poor, poor and moderate condition,respectively, in Semi-Steppe rangeland of Aghcheh were selected. One transect was established directly downslope in each site randomly and a continuous record of all patch/ inter-patches (including their names, lengths and widths) were recorded. Also in all patches, 11 indicators of soil surface characteristics were measured with three replications and their status were scored according to LFA method and then the functionality indices of all sites including soil stability, infiltration and nutrient cycling were measured accordingly. The landscape functions of studied area were also assessed by some remote sensing indices including leakiness index (LI), Weighted Mean Patch Size (WMPS) index, Lacunarity index and proximity index. Landsat 5 (TM sensor) satellite images obtained at 1/6/2009 was used to calculate the indices. Geometric corrections were applied to the images and studied areas in Aghcheh and Shareza were divided into 12 sub basins with size of 6995 hectares and 4 sub basins with size of 16067 hectares, respectively. The remote sensing indices were calculated in all sub basins. According to the analytical analysis, structural characteristics (number of patches, patch length, patch area index, landscape organization index) and functional indices (infiltration, stability and nutrient cycling status) varied significantly (?= 0.05) between rangeland sites with moderate and very poor condition in Semi-Steppe sites. The changes of these structural and functional characteristics were not significant between range sites with moderate and poor, and poor and very poor range condition. The regression analysis revealed that the values of LI index had a negative linear relationship with NDVI values. In other words, LI values decrease with increassing the percentage of vegetation cover. Other calculated remote sensing indices had positive relationships with NDVI values. According to the results, the functionality of the sites to conserve the vital resources such as water and nutrients and the values of WMPS, lacunarity and proximity indices depend on plant cover, plant density and patch distribution (the distances between the patches) of the sites. Overall, using these indices have considerable capability in assessing the functionality of Steppe and Semi-Steppe rangelands, hence these indices can be used in assessment and monitoring of rangeland ecosystems. Keywords : Rangeland functi on, Structure, Landscape Function Analysis, Landsat TM, Leakiness index, Weighted Mean Patch Size, Lacunarity index, Proximity index
ارزیابی ساختار و عملکرد مرتع برای مدیریت صحیح مراتع امری ضروری میباشد و میتواند در تشخیص میزان تخریب و انتخاب روش مناسب مدیریتی به مرتعداران کمک نماید. شاخص های به کار گرفته شده جهت ارزیابی اکوسیستم های مرتعی باید توانایی تشخیص و تفکیک تفاوت های موجود را در سطح اکوسیستم داشته باشند. هر اکوسیستم مرتعی از لکه های اکولوژیک گوناگونی تشکیل شده است که میزان عملکرد هر یک از آن ها با یکدیگر تفاوت می کند. روش تجزیه و تحلیل عملکرد اکوسیستم(LFA) به عنوان یک روش ساده و کارآمد از روشهای نوین ارزیابی عملکرد اکوسیستم hy;های مرتعی است که چگونگی عملکرد خاک سطحی را با اندازه گیری 11 شاخص ارزیابی کرده و وضعیت پایداری خاک، چرخه مواد غذایی و نفوذپذیری را بررسی مینماید. از طرفی به دلیل هزینه بر بودن اندازه گیری های مستقیم استفاده از فناوری دور سنجی و بهکارگیری داده های ماهواره ای، اغلب موجب کاهش هزینه و افزایش دقت و سرعت مطالعات ارزیابی می گردد. این مطالعه با هدف ارزیابی عملکرد مراتع استپی و نیمه استپی استان اصفهان با استفاده از روش زمینی و سنجش از دوری انجام شد. بدین منظور در منطقه استپی شهر ضا تعداد 3 سایت در مراتع با وضعیت خیلی ضعیف و در مراتع نیمه استپی آغچه فریدن تعداد 4، 3 و 7 سایت در مراتع ضعیف، خیلی ضعیف و متوسط (به روش 4 فاکتوری) انتخاب شد و در هر سایت ترانسکت های30 متری به طور تصادفی درجهت شیب غالب منطقه مستقر گردید و در هر ترانسکت، انواع لکههای موجود به تفکیک فرم رویشی شناسایی شده و طول و عرض قطعات و فضای بین قطعات ثبت گردید. همچنین در هر لکه اکولوژیک با 3 تکرار 11 شاخص وضعیت خاک سطحی طبق دستورالعمل روش LFA امتیازدهی گردید تا اندکس های عملکرد خاک سطحی شامل پایداری خاک، نفوذپذیری و چرخه مواد غذایی در این مناطق تعیین گردند. جهت تحلیل عملکرد چشم اندازها با استفاده از داده های دور سنجی، از تصاویر سنجنده TM لندست 5 سال 2009 استفاده شد، پس از انجام عملیات تصحیح هندسی بر روی تصاویر مناطق مطالعاتی، منطقه آغچه به 12 زیر حوزه هیدرولوژیک با مساحت 52/6995 هکتار، و شهرضا به 4 زیر حوزه هیدرولوژیک با مساحت 6/16068 هکتار تقسیم شدند. در هر کدام از زیر حوزههای رستری تهیه شده، شاخص های گیاهی LI،WMPS ، Lacunarity، px در مقیاس زیر حوزه اندازهگیری و محاسبه شدند. نتایج حاصل از آنالیز آماری داده های LFA نشان داد ساختار و عملکرد در مراتع با وضعیت های مختلف تفاوت معنی داری دارند. از طرف دیگر نتایج رگرسیون ساده خطی حاصل از داده های دور سنجی نشان داد که شاخص LI با شاخص NDVI رابطه خطی منفی دارد به عبارت دیگر هر چه درصد تاج پوشش افزایش یابد میزان LI کاهش یافته و به دنبال آن عملکرد افزایش می یابد. اما دیگر شاخص ها با شاخص NDVI رابطه خطی مثبت نشان دادند، همچنین نتایج نشان داد تحلیل عملکرد چشماندازها با شاخص های WMPS ، Lacunarity و px فقط به درصد تاج پوشش گیاهی مربوط نمی شود بلکه تراکم، اندازه و فواصل (پراکنش) لکه های گیاهی نیز تأثیر فراوانی در حفظ یا نگهداری منابع حیاتی (آب ، خاک و مواد غذایی) یک چشمانداز دارند. استفاده از این شاخص ها هیچ محدودیتی در برنامه های ارزیابی و پایش مراتع مناطق استپی و نیمه استپی ندارند و با توجه به وسعت مراتع خشک و نیمه خشک کشور، از این شاخص ها و روشهای معرفی شده در این مطالعه جهت ارزیابی ساختار و عملکرد این عرصه ها می توان استفاده نمود. کلمات کلیدی:مرتع، استپی، نیمه استپی ، ساختار، عملکرد، تجزیه و تحلیل عملکرد چشمانداز،TM، LI،WMPS ، Lacunarity، px،