مدل سازی و پیش بینی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از مدل ترکیبی CA-ANN در جنگل های مانگرو خمیر و قشم (مقاله علمی وزارت علوم)
درجه علمی: نشریه علمی (وزارت علوم)
آرشیو
چکیده
سابقه و هدف: درحال حاضر یکی از مهم ترین مسائل محیط زیستی جهان تغییرات کاربری اراضی و افزایش ناپایداری در اکوسیستم های طبیعی و مناطق تحت حفاظت است. جنگل های مانگرو در مناطق ساحلی گرمسیری رشد می کنند و یکی از آسیب پذیرترین و درمعرض خطرترین اکوسیستم های جهان شمرده می شوند. تغییرات کاربری اراضی به طورکلی در یکپارچگی این اکوسیستم های طبیعی تأثیر می گذارد و همچنین به تغییرات زیستگاه منجر می شود و تهدیدی برای زندگی گیاهان و حیوانات به شمار می رود. پیامدهای مستقیم این تغییرات و تأثیرات ناشی از آن شامل کاهش سلامت و مساحت جنگل های مانگرو، تشدید گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی، کاهش کیفیت آب ساحلی، کاهش تنوع زیستی، تکه تکه شدن زیستگاه های ساحلی و همچنین تخریب منابع زیستی خواهد بود. بنابراین پایش مکانی – زمانی تغییرات کاربری اراضی و مدل سازی و پیش بینی روند این تغییرات می تواند به مدیریت یکپارچه و برنامه ریزی صحیح درمورد جنگل های مانگرو کمک کند. بر این اساس، در مطالعه حاضر، تغییرات مکانی – زمانی کاربری های اراضی جنگل های مانگرو خمیر و قشم طی سال های 1989-2023 بررسی شد. علاوه براین به منظور مدل سازی و پیش بینی روند این تغییرات، مدل ترکیبی CA-ANN براساس متغیرهای توصیفی ارتفاع، شیب، تراکم جمعیت، فاصله از سکونتگاه ها مرکز شهر و جاده ها، برای سال 2060 مورد بررسی قرار گرفت.مواد و روش ها: جنگل های مانگرو خمیر و قشم (منطقه حفاظت شده حرا)، با مساحت 86,258 هکتار، در استان هرمزگان واقع شده است. در این مطالعه، تغییرات مکانی – زمانی کاربری های اراضی این منطقه، با استفاده از مجموعه تصاویر ماهواره ای لندست (1989-2023) در سامانه تحت وب گوگل ارث انجین (GEE) بررسی شد. علاوه براین، به منظور مدل سازی و پیش بینی این تغییرات، مدل ترکیبی شبکه عصبی مصنوعی و اتومای سلولی (CA-ANN)، براساس متغیرهای توصیفی ارتفاع، شیب، تراکم جمعیت، فاصله از سکونتگاه ها و مرکز شهر و جاده ها، بررسی شد و نقشه روند احتمالی تغییرات کاربری اراضی، برای سال 2060 نیز تهیه شد. در نهایت، با استفاده از مدل رگرسیونی حداقل مربعات معمولی (OLS)، میزان تأثیرگذاری این متغیرها در روند تغییرات کاربری های اراضی منطقه تحلیل شد.نتایج و بحث: مطابق نتایج، جنگل های مانگرو خمیر و قشم در سال 2023، در مقایسه با سال 1989، روندی کاهشی را نشان می دهند. نتایج پیش بینی تغییرات کاربری اراضی نیز نشان داد، در سال 2060، پهنه های جزرومدی و اراضی لخت افزایش و در مقابل، جنگل های مانگرو و پهنه های آبی کاهش خواهند یافت. همچنین بیشترین تغییرات به کاهش جنگل های مانگرو (در مناطق شمالی و جنوب شرق منطقه) و افزایش سایر مناطق غیرطبیعی (پهنه های جزرومدی و اراضی لخت در محدوده بندر خمیر، در شمال و شمال شرق منطقه و همچنین حاشیه روستاهای لافت تا گوران) بازمی گردد و با توجه به مقادیر احتمال انتقال، پوشش های جنگلی مانگرو مستعد تبدیل شدن به سایر مناطق غیرطبیعی هستند . برمبنای نتایج تحلیل مدل رگرسیونی نیز، عمده ترین متغیرهای توصیفی تأثیرگذار در تغییرات کاربری اراضی شامل فاصله از سکونتگاه ها و جاده ها است، زیرا در این رویشگاه های طبیعی، دسترسی و امکان توسعه فعالیت های انسانی بیشتر است. در این زمینه، تداوم افزایش تغییرات کاربری های اراضی، در جنگل های مانگرو خمیر و قشم، به نابودی و انقراض گستره وسیعی از این ذخایر ارزشمند زیستی در جنوب کشور منجر می شود. نتیجه گیری: با توجه به اینکه جنگل های مانگرو در خمیر و قشم جزء مناطق حفاظت شده محیط زیست و مرزهای مدیریتی محسوب می شوند، اجرای پروژه های پیشنهادی و احداث هرگونه زیرساخت و توسعه در این منطقه باید با توجه به طرح های مدیریتی (زون بندی) و ارزیابی های زیست محیطی انجام شود. از سویی، تغییرات کاربری ها باید در خارج از مرز مدیریتی منطقه محدود شود تا کاهش یکپارچگی و ازهم گسیختگی زیستگاه، در این رویشگاه های طبیعی، به حداقل برسد. بر این اساس، کاهش تأثیرات نامطلوب ناشی از تغییرات کاربری اراضی، در این منطقه، نیازمند برنامه ریزی مناسب و مدیریتی یکپارچه در بهره وری صحیح از این منابع طبیعی است. یافته های این مطالعه می تواند به ذی نفعان نیز، در ایجاد فرصتی برای توسعه راهبردهای مناسب به منظور حفاظت از جنگل های مانگرو خمیر و قشم و احیای این رویشگاه ها، یاری رساند.Land Use Changes Modeling and Predictions Using CA-ANN Hybrid Model in Khamir and Qeshm Mangrove Forests
Introduction: Currently, one of the most important environmental issues in the world is land use change and increasing unsustainability in natural ecosystems and protected areas. Mangrove forests grow in tropical coastal areas and are one of the most vulnerable and endangered ecosystems in the world. Land use changes generally affect the integrity of these natural ecosystems and also lead to habitat conversion and pose a threat to plant and animal life. The direct consequences of these changes and their effects include a decrease in the health and area of mangrove forests, intensification of global warming and climate change, a decrease in coastal water quality, a decrease in biodiversity, fragmentation of coastal habitats, and the destruction of biological resources. Therefore, spatio-temporal monitoring of land use changes and modeling and predicting the trend of these changes can contribute to integrated management and proper planning in mangrove forests. Accordingly, in the present study, the spatial-temporal changes in land use of Khamir and Qeshm mangrove forests during the years 1989-2023 were investigated. In addition, to model and predict the trend of these changes, a combined CA-ANN model was investigated based on the descriptive variables of altitude, slope, population density, distance from settlements, distance from city center, and distance from roads for the year 2060.Materials and Methods: Khamir and Qeshm mangrove forests (Hara Protected Area) with an area of 86,258 ha located in Hormozgan province. In this study, the spatial-temporal changes in land use in this region were investigated using a set of Landsat satellite images (1989-2023) in the Google Earth Engine (GEE) web-based system. In addition, to model and predict these changes, a combined artificial neural network and cellular automata (CA-ANN) model was examined based on descriptive variables of altitude, slope, population density, distance from settlements, distance from city center, and distance from roads, and a map of the possible trend of land use changes for the year 2060 was also prepared. Finally, the ordinary least squares (OLS) regression model was used to analyze the impact of these variables on the trend of land use changes in the region.Results and Discussion: According to the results, the mangrove forests of Khamir and Qeshm show a decreasing trend in 2023 compared to 1989. The results of the prediction of land use changes also showed that tidal zones and bare lands will increase in 2060, while mangrove forests and aquatic areas will decrease. Also, the most significant changes are related to the reduction of mangrove forests (in the northern and southeastern regions of the region) and the increase of other unnatural areas (tidal zones and bare lands in the area of Bandar Khamir in the north and northeast of the region, as well as on the outskirts of the villages of Laft to Goran). Accordingly, considering the values of the probability of transition, mangrove forest covers are susceptible to transformation into other unnatural areas. In addition, the results of the regression model analysis showed that the most important descriptive variables affecting land use changes include distance from settlements and roads due to greater accessibility and the possibility of high development of human activities in these natural habitats. In this regard, the continued increase in land use changes in the Khamir and Qeshm mangrove forests will lead to the destruction and extinction of a large area of these valuable biological reserves in the south of the country.Conclusion: Given that the Khamir and Qeshm mangrove forests are considered areas under environmental protection and management boundaries, the implementation of proposed projects and the construction of any infrastructure and development in this area must be carried out by management plans (zoning) and environmental assessments. On the other hand, land use changes outside the management boundaries of the area must be limited to minimize the reduction in the integrity and fragmentation of the habitat in these natural habitats. Accordingly, reducing the adverse effects of land use changes in this area requires appropriate planning and integrated management in the proper utilization of these natural resources. The findings of this study can also help stakeholders create an opportunity to develop appropriate strategies to protect the mangrove forests of Khamir and Qeshm and restore these habitats.
تبلیغات
