مدل سازی تولید خالص اولیه سطح زمین مراتع سبلان با استفاده از شاخص های گیاهی و رگرسیون غیرخطی

امروزه با پیشرفت سنجنده های ماهواره ای، نقش آن ها در کسب اطلاعات و بررسی عوارض و پدیده های زمین اهمیتی روز افزون یافته است. یکی از این اطلاعات ارزشمند که مبنای بسیاری از برنامه ریزی ها و تصمیم گیری ها را در مراتع تشکیل می دهد تولید خالص اولیه سطح زمین است. روش سنتی برآورد تولید، استفاده از اندازه گیری زمینی است. هزینه بالا، زمان بر و طاقت فرسا بودن جمع آوری داده های زمینی از محدودیت های روش سنتی می‎باشد و این روش را برای برآورد تولید مناطق با وسعت بالا فوق‎العاده مشکل و پرهزینه می نماید.  از این رو هدف این تحقیق مدل سازی تولید خالص اولیه سطح زمین با استفاده از شاخص های گیاهی است.

نمونه برداری از پوشش گیاهی در مراتع ارتفاعات سبلان در استان اردبیل و محدوده ارتفاعی 1500 تا 3300 متر در سال 1395 انجام گرفت. در مجموع 9 سایت در منطقه انتخاب و در هر سایت 3 ترانسکت 100 متری با فاصله 50 متر از یکدیگر قرار گرفت. در امتداد هر ترانسکت 5 پلات 1 متر مربعی با فاصله 20 متر از یکدیگر مستقر و در هر پلات تولید خالص اولیه به تفکیک فرم رویشی شامل بوته ها، گندمیان و پهن برگان علفی برداشت شد. نمونه های تولید خالص اولیه سطح زمین به مدت 24 ساعت در آون و در دمای 70 درجه سلسیوس قرار داده شد و سپس به منظور تعیین وزن خشک آن ها، توزین شدند. هم چنین شاخص های گیاهی شامل NDVI، PVI3، RVI و SAVI با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 8، سنجنده OLI مربوط به سال 1394 محاسبه شد. با توجه به اینکه حداکثر رشد گیاهان در منطقه در ماه خرداد است، تصاویر برای ماه خرداد انتخاب شدند. سپس با استفاده از مدل جمعی تعمیم‎یافته در نرم افزار R، رابطه تولید خالص اولیه کل و فرم های رویشی با شاخص های گیاهی به صورت انفرادی و ترکیبی به دست آمد. در نهایت تولید خالص اولیه سطح زمین با استفاده از روش رگرسیون غیرخطی مدل سازی شد.

به کارگیری مدل های جمعی تعمیم یافته برای هر یک از شاخص های گیاهی و تولید خالص اولیه کل و فرم رویشی به صورت انفرادی نشان می دهد که شاخص های گیاهی NDVI، PVI3 و RVI دارای رابطه غیرخطی با تولید کل و فرم های رویشی هستند. اما شاخص SAVI با تولید خالص اولیه سطح زمین کل و گندمیان دارای رابطه خطی است. هم چنین همه شاخص های گیاهی دارای رابطه معنی دار با تولید خالص اولیه هستند. رتبه بندی شاخص های گیاهی اثرگذار بر تولید خالص اولیه براساس ضریب تبیین نشان می دهد که با اهمیت ترین و کم اهمیت ترین شاخص گیاهی به ترتیب برای بوته SAVI و PVI3، گندمیان، پهن برگان علفی و کل PVI3 و SAVI هستند. در تحقیق حاضر بر خلاف انتظار شاخص پوشش گیاهیNDVI ، که در زمینه مطالعات پوشش گیاهی کاربردهای فراوانی دارد و افزایش مقادیر آن بیانگر وجود پوشش گیاهی بیش‎تر در منطقه است، در مدل جمعی تعمیم یافته و بررسی توامان رابطه شاخص های گیاهی و ANPP رابطه معنی داری را نشان نداد. نتایج مدل سازی نشان داد که رگرسیون غیرخطی به طور قابل توجهی باعث افزایش صحت برآورد ANPP با استفاده از شاخص های گیاهی شده است. میزان ضریب تبیین برای تولید کل (80/0) بیش‎تر از بوته ها (74/0)، گندمیان (75/0)، پهن برگان علفی (56/0) است و از میان فرم های رویشی پهن برگان علفی کم ترین مقدار ضریب تبیین را دارند.  

براساس نتایج شاخص گیاهی مناسب به منظور برآورد تولید فرم های رویشی مختلف متفاوت است. همچنین برآورد ANPP با استفاده از شاخص های گیاهی در سطح کل دقیق تر از فرم های رویشی است. با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق، تصویر OLI و استفاده از مدل های رگرسیونی غیرخطی توانستند به مقدار مناسبی ANPP را در منطقه پژوهش برآورد کنند. از این رو در صورت کسب نتایج مشابه در دیگر مناطق اردبیل، امکان تعمیم نتایج و زمینه برآورد این شاخص اکولوژیکی مهم با صرف زمان و هزینه کم تر فراهم خواهد شد. هم چنین از این ابزار می توان جهت تامین اطلاعات از میزان تولید علوفه و در نتیجه تعیین ظرفیت و میزان دام و هم چنین میزان تخریب مرتع، استفاده کرد.