Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Bassiri,Saeed Pourmanafi,Mostafa Tarkesh esfahani
مهدی بصیری اصفهانی (استاد راهنما) سعید پورمنافی (استاد مشاور) مصطفی ترکش اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Jaberalansar
زهرا جابرالانصار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Potential vegetation production modelling of some ecological sites in Isfahan Province
Monitoring of rangeland forage production at specified spatial and temporal scales is necessary for grazing management and also for implementation of rehabilitation projects in rangelands. This study focused on the capability of statistical models combined with GIS techniques to explore the relative importance of environmental variables for predicting forage production and the impact of climate change on rangeland forage production in Isfahan Province. Systematic randomized sampling in 16 ecological sites was performed during 10 years (1998-2007). Four and six parallel transects with 400 and 200 meters lengths were established in each site of steppe (11 ecological sites) and semi steppe (5 ecological sites) regions respectively. Fifteen plots with size of 1 by 2 meters and ten plots with size of 1 by 1 meter were established along each transect in steppe and semi steppe regions respectively. The production of plant species was recorded in each plot using double sampling method. Specifically, a dataset of 115 monitored records of forage production were collected from 16 rangeland sites during 10 years. Neural network models (ANN), generalized additive model (GAM), generalized linear model (GLM) and nonparametric multiplicative regression (NPMR) were designed using the monitored forage production values and available environmental data (including climate, topography, soil, plant vegetation indices and soil moisture index), and the performance of each model was assessed using correlation coefficient(r), root-mean-square error (RMSE) and model efficiency factor(MEF). The best neural network model was then selected and further applied to predict the forage production of rangelands in the future (in 2030 and 2080) under A1B climate change scenario using Hadley Centre coupled model. The present and future forage production maps were also produced. This study applied three different methods, i.e. the moving window regression technique, NPMR, and GLM, to downscale the annual mean temperature and annual precipitation in central Iran from layers with a pixel size of 1 × 1 km to layers with a pixel size of 250 m. Elevation was used as the covariate in all three methods. According to the results of Canonical Correspondence Analysis (CCA), minimum temperature of coldest month, annual mean temperature, electrical conductivity, calcium carbonate and sand percentage in steppe region and precipitation of wettest month, annual precipitation, elevation, organic matter and potassium in semi steppe region were identified as the most important ecological factors affecting plant species production. Using ANN model based on climatic and topographic data, forage production varied from 25.6 to 574.1 kg/h. Using GAM model based on climatic, topographic and soil data, forage production varied from 0 to 890.2 kg/h. Using NPMR model based on climatic variables, topographic data, vegetation indices and soil moisture index, forage production varied from 20.5 to 458.2 kg/h. Using NPMR model based on all environmental variables (climate, topography, soil, vegetation indices and soil moisture index) forage production varied from 30.9 to 531.2 kg/h. Elevation, slope, aspect, mean annual temperature, minimum temperature of coldest month, calcium carbonate percentage, phosphorus, potassium and soil moisture index were the most important predictors affecting rangeland forage production. Downscaling of bioclimatic variables showed that moving window regression technique had the best performance and highest accuracy in downscaling annual precipitation data. The NPMR had better performance and higher accuracy than the GLM in this regard. all three models (moving window regression technique, NPMR and GLM) could downscale the mean annual temperature data with similar statistical index values. Under climate change scenario (HadCM3/A1B), the forage production was predicted to vary from 25.4 to 567.5 kg/ha and 26.2 to 553.2 kg/ha in 2030 and 2080 respectively. The prediction maps of forage production in the future indicated that the area with low level of forage production (0–100 kg/h) will increase while the areas with other levels of forage production (?100 kg/h) will decrease both in 2030 and in 2080. It was predicted that forage production of rangelands will decrease in the next couple of decades, especially in the western and southern parts of Isfahan Province. These changes are more pronounced in elevations between 2200 and 2900 m. The results of this research can help rangeland managers to advance their management and rehabilitation goals by predicting forage production and grazing capacity in present and under climate change effect. Keywords : Climate change, Rangeland production, Ordination,Spatial downscaling, Statistical models
پایش تولید علوفه مراتع در مقیاس‌های مکانی و زمانی برای مدیریت چرا و اجرای پروژه‌های احیایی در مراتع ضروری است. هدف از این پژوهش بررسی قابلیت مدل‌های آماری و سیستم اطلاعات جغرافیایی در شناخت اهمیت نسبی متغیرهای محیطی برای پیش‌بینی تولید علوفه و اثر تغییر اقلیم برآن در استان اصفهان می‌باشد. نمونه‌برداری در 16 مکان مرتعی به روش سیستماتیک- تصادفی در طول ده سال (1387- 1377) انجام گرفت. در منطقه استپی (11 مکان مرتعی) تعداد چهار ترانسکت موازی به طول 400 متر و در منطقه نیمه‌استپی (5 مکان مرتعی) تعداد 6 ترانسکت به طول 200 متر مستقرشد. در طول هر ترانسکت در مراتع استپی تعداد 15 پلات (1×2 متر) و در نیمه‌استپی تعداد 10 پلات (1×1 متر) قرار داده شد. در هر پلات تولید علوفه گونه‌های گیاهی به روش نمونه‌گیری مضاعف محاسبه گردید. تولید علوفه مربوط به مکان‌های مرتعی در طول دوره آماری برابر با 115 مکان اکولوژیک جمع‌آوری گردید. مدل‌های آماری شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، افزایشی تعمیم‌یافته (GAM)، افزایشی خطی (GLM) و رگرسیون غیرپارامتریک مضربی (NPMR) با بکارگیری مکان‌های ثبت تولید علوفه و ترکیبی از عوامل محیطی (اقلیم، فیزیوگرافی، خاک، شاخص‌های پوشش گیاهی و شاخص رطوبت خاک) تحت 4 سناریو طراحی و کارایی مدل‌ها با استفاده از شاخص‌های آماری ضریب همبستگی (r)، ریشه دوم مربعات خطا (RMSE) و فاکتور کارایی مدل (MEF) ارزیابی شد. بهترین مدل شبکه عصبی مصنوعی انتخاب و تولید علوفه مراتع در آینده (2030 و 2080) تحت سناریو تغییر اقلیم HadCM3/A1B پیش‌بینی گردید. به منظور ریزمقیاس‌نمایی مکانی لایه‌های اقلیمی میانگین دمای سالانه و بارندگی سالانه با اندازه پیکسل 1×1کیلومتر و تبدیل آن به اندازه پیکسل 250 متر از سه مدل آماری پنجره متحرک، NPMR و GLM در منطقه مرکزی ایران به وسیله متغیر کمکی ارتفاع استفاده گردید. نتایج حاصل از آنالیز تطبیقی متعارفی نشان داد که متغیرهای حداقل دما در سردترین ماه، میانگین دمای سالانه، هدایت الکتریکی، درصد کربنات کلسیم و شن در منطقه استپی و عوامل بارندگی در مرطوب‌ترین ماه، بارندگی سالانه، ارتفاع، ماده آلی و پتاسیم قابل جذب در منطقه نیمه‌استپی به عنوان تاثیرگذارترین عوامل بر تولید گونه‌های گیاهی مطرح می‌باشند. نتایج نشان داد که در سناریو اول (مدل‌سازی تولید علوفه بر اساس عوامل اقلیمی و توپوگرافی) مدل ANN به عنوان بهترین مدل، تولید علوفه را بین 6/25 و 1/574 کیلوگرم در هکتار پیش‌بینی نمود. مدل GAM در سناریو دوم (مدل‌سازی تولید علوفه بر اساس عوامل اقلیمی، توپوگرافی و خاک) توانست تولید علوفه را بین 0 تا 2/890 کیلوگرم در هکتار برآورد نماید. در سناریو سوم (مدل‌سازی تولید علوفه بر اساس عوامل اقلیمی، توپوگرافی، شاخص‌های پوشش گیاهی و شاخص رطوبت خاک) مدل NPMR تولید علوفه را بین 5/20 تا 2/458 کیلوگرم در هکتار برآورد نمود. مدل NPMR در سناریو چهارم (مدل‌سازی تولید علوفه بر اساس کلیه عوامل محیطی) مقدار تولید علوفه را بین 9/30 تا 2/531 کیلوگرم در هکتار برآورد نمود. مهمترین عوامل محیطی تاثیرگذار در تولید علوفه شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب، میانگین دمای سالانه، حداقل دما در سردترین ماه، کربنات کلسیم، فسفر قابل جذب، پتاسیم قابل جذب و شاخص رطوبت خاک بودند. مدل رقومی ارتفاع به خوبی توانست تغییرات فاکتورهای بیوکلیماتیک مرتبط با دما و بارندگی را توجیه نماید. تکنیک پنجره متحرک دارای عملکرد بهتر و بعد از آن مدلNPMR از دقت قابل قبولی برای ریزمقیاس‌نمایی داده‌های بارندگی سالانه نسبت به مدل GLM برخوردار بودند. هر سه مدل‌ یادشده توانستند داده‌های میانگین دمای سالانه را بخوبی ریزمقیاس نمایند. نقشه‌های تولید علوفه در شرایط آینده تحت سناریو تغییر اقلیم HadCM3/A1B مقدار تولید علوفه را برای سال 2030 از 4/25 تا 5/567 کیلوگرم در هکتار و برای سال 2080 از 2/26 تا 2/553 کیلوگرم در هکتار پیش‌بینی نمود. نتایج نشان داد که مساحت متعلق به طبقه تولید علوفه کم ( کمتر از 100 کیلوگرم در هکتار) افزایش و مساحت سایر طبقات تولید علوفه (بیش از 100 کیلوگرم در هکتار) تا سال 2030 و 2080 کاهش می‌یابند. بنابراین در اثر تغییر اقلیم در آینده تولید علوفه مراتع به ویژه در مناطق غرب و جنوب استان کاهش نشان خواهد داد. این تغییرات در ارتفاعات بین 2200 تا 2900 متر قابل توجه خواهند بود. نتایج حاصل از این تحقیق می‌تواند مدیران منابع طبیعی را در پیشبرد اهداف مرتبط با مدیریت و اصلاح مراتع از طریق برآورد تولید علوفه و ظرفیت چرای دام در حال حاضر و تحت تاثیر تغییر اقلیم یاری نماید. واژه‌های کلیدی : تغییر اقلیم، تولید علوفه، رج‌بندی، ریزمقیاس‌نمایی مکانی، مدل‌های آماری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی