بخشی از مقاله
چکیده
مدلهای توزیع گونه - SDMs - روشهایی هستند که مشاهدات حضور گونهها یا فراوانی آنها را با اطلاعات محیطی ترکیب می-کنند. این مدلها برای به دست آوردن بینش اکولوژیکی و تکاملی و پیشبینی توزیع گونهای استفاده میشوند. در حال حاضر SDMs به طور گستردهای در اکوسیستمهای خشکی و آبی - آبهای شیرین و دریایی - استفاده میشوند. با توسعه مدل های توزیع گونه-ای - SDMs - از این مدلها بهطور فزایندهای در تصمیمگیری، مدیریت و حفاظت تنوعزیستی بهرهگیری میشود.
مطالعه حاضر با هدف تهیه مدل توزیع گونهای خارپشت اروپایی1بهعنوان یک گونه ساکن در مناطق شمال و شمال غربی ایران میباشد. ابتدا لایههای اقلیمی از پایگاه Bioclime استخراج گردید و سپس همبستگی بین متغیرهای اقلیمی با آزمون پیرسون مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و متغیرهای دارای همبستگی بالا از فرایند مدلسازی حذف شدند. در این مطالعه از بسته آماری sdm که شامل هشت مدل توزیع گونهای GLM2, GAM3, BRT4, SVM5, RF6, MARS7 CART8, FDA9 میباشد، در نرمافزار R استفاده شد.
سپس با استفاده از روش Ensemble بهترین مناطق برای پراکنش خارپشت اروپایی که توسط هشت مدل توأمان تعیین شده است، مشخص گردید. نتایج مدل Ensembleنشان داد عموماً مناسبترین مناطق برای پراکنش خارپشت اروپایی مناطق شمالغرب ایران است. همچنین یافتههای این بررسی نشان داد که در مجموع مدل-های FDA, GLM, CART دارای قابلیت اعتماد در سطح عالی و مدلهای GAM, BRT, MARS, SVM وRF دارای قابلیت اعتماد بسیار عالی میباشند.
مقدمه
امروزه تنوعزیستی جهان در معرض نابودی قرار گرفته و در مقایسه با گذشته دچار کاهش چشمگیری شده است و محدوده پراکنش گونهها در برابر واکنش به تغییرات محیطزیست جهانی در حال تغییر، گسترش و تقسیم شدن است9] ،.[4 دستکاری انسان در طبیعت، تخریب زیستگاه و تغییرات آب و هوایی مهمترین منابع تهدید کننده فعلی تنوع زیستی هستند و سبب از دست دادن گونه-های گیاهی و جانوری و همچنین اثرات منفی بر خدمات اکوسیستمی میشوند. مدلسازی در سطح گونه یکی از راههای حل شناسایی زیستگاهها و حفاظت از آنها به شمار می رود لذا مدل-های توزیع گونهای - SDMs - در حال حاضر ابزار اصلی برای پیش-بینی پتانسیل توزیع گونهها بهشمار میروند15 ] ،14،10،5،[2 همچنین بررسی اثرات تغییر اقلیم با استفاد از مدل سازی توزیع گونهای بر پراکنش گونهها در طی 20 سال اخیر رشد قابل ملاحظه-ای داشته است .
[ 10] متغیرهای اقلیمی مورد استفاده از مجموعه دادههای سیستم اطلاعات جغرافیایی WorldClim - ، - Bioclime بهعنوان متغیرهای اولیهی مدل های توزیع گونهای به ویژه در خشکیها و قارهها مورد استفاده قرار میگیرند 15]،[ 6 پیرامون مطالعات داخل کشور در رابطه با مدلهای توزیع گونهای میتوان به بررسیهای حسین زاده و همکاران - 1394 - تحت عنوان الگوهای پراکنش گونه معرفی شده جکوی خانگی شکم زرد[17]10، همامی و همکاران - 1394 - تعیین زیستگاههای بالقوه مطلوب یوزپلنگ آسیایی11 ، پلنگ ایرانی12 و خرس قهوهای13 در استان اصفهان[21] ، رادنژاد و همکاران - 1395 - مدلسازی توزیع پراکنش آهوی گواتردار14 در پارک ملی بمو اشاره کرد.[18]
در میان پستانداران، راسته خارپشتان، راسته کوچکی هستند که شامل هشت جنس و 21 گونه میباشد. این راسته در ایران یک خانواده و چهار گونه دارد. در ایران خارپشتان در اکثر زیستگاهها از جزایر خلیج فارس تا جنگلهای شمال دیده میشوند [19] .خارپشتها از نظر بومشناسی و اقتصادی بسیار مفیدند. آنها در کنترل حشرات آفت در زمینهای کشاورزی نقش مهمی دارند و زمین را حفر میکنند تا جوندگان کوچک و نوزادان آنها را شکار کنند. به این ترتیب در کنترل جوندگان در زمینهای کشاورزی نقش بهسزایی دارند. اما متاسفانه به دلیل کمبود مطالعات بسیاری از نقشهای بومشناسی آنها هنوز ناشناخته است .
[19] مهمترین تهدید برای اعضای این راسته در ایران تصادفات جادهای است [19] خارپشت اروپایی یکی از چهار گونه خارپشت ایران است که در استانهای گلستان، مازندران، گیلان، آذربایجان غربی، کردستان و ارتفاعات استان تهران و قزوین مشاهده گردیده است [19] تاکنون در کشور مطالعه پیوستهای در مورد وضعیت زیستگاههای خارپشت اروپایی صورت نگرفته است لذا حفاظت از این گونه نیازمند پژوهشهای بومشناسی و شناسایی دقیق زیستگاههای آنها است. در این مطالعه نیز با استفاده از لایههای اقلیمی مناطق خشکی جهان - www.worldclim.org - و با بهرهگیری از هشت مدل توزیع گونهای در بسته آماری sdm به مدلسازی توزیع گونهای خارپشت ارروپایی پرداخته شد.
بدنه اصلی مقاله
کشور ایران منطقهای با آب و هوای معتدل است که از عرض جغرافیایی 25 تا 40 درجه و طول جغرافیایی 44 تا 63 درجه و با مساحت متوسط 1/6 * 106 کیلومترمربع در جنوب غرب آسیا واقع شده است - شکل1، . - [3] ایران از نظر پستی و بلندی، اقلیمی و زیستگاهی، کشوری متنوع و کمنظیر و موقعیت آن نیز از نظر جغرافیای جانوری در جهان قابل توجه است. به طوریکه محل تلاقی سه منطقه زیست جغرافیایی پالئارکتیک یا »دیرین شمالگان،« اورینتال یا »شرقی« و آفروتروپیکال یا »حارهای قدیم« است. این موقعیت سبب شده که گونههایی از هر سه منطقه زیست جغرافیایی جانوری فوق، در کشور حضور داشته باشند. در واقع، ایران همانند یک پل این سه منطقه را به یکدیگر متصل میکند .[19]
در این مطالعه اطلاعات حضور مربوط به گونه خارپشت اروپایی از طریق نمونهبرداری - پایگاه داده شخصی - گردآوری گردید و دادههای محیطی مورد استفاده از بانک داده Bioclime که یک مجموعه داده جهانی است، تهیه شد. این بانک دادهای کاربرپسند برای مدلسازی توزیع گونهای اکوسیستمهای خشکی با دانلود در http://www.worldclim.org/ در دسترس قرار میگیرد. در مرحله بعدی، همبستگی بین متغیرهای اقلیمی با بهرهگیری از آزمون پیرسسون در نرمافزار SPSS و با ضریب اطمینان 0,75 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و سپس متغیرهای دارای همبستگی بالا از فرایند مدلسازی حذف و متغیرهای دمای متوسط سالانه - Bio1 - ، میانگین روزانه دما - Bio2 - ، دمای فصلی - Bio4 - ، محدوده دمای سالانه - Bio7 - ، دمای متوسط فصل مرطوب - Bio8 - ، انتخاب شدند. درنهایت مدلسازی توزیع گونهای خارپشت اروپایی با بسته آماری sdm در نرمافزار R version 3.3 .2 انجام شد.
بهمنظور بررسی عملکرد مدلها شاخصهای TSS, COR, Deviance, AUC و همچنین برای ارزیابی منحنی کیفیت کلی مدل از تحلیل منحنی ویژگی عامل دریافت کننده - ROC - و مساحت زیر منحنی - AUC= Area Under the ROC Curve - مورد استفاده قرار گرفت. سطح زیر نمودار این منحنی - ROC - بهعنوان معیاری از قدرت تشخیص نقاط حضور از نقاط عدم حضور توسط مدل عمل نموده و مستقل از تعریف آستانههای مطلوبیت میباشد 20]،16،.[7 مدلی که فاقد قدرت تشخیص و پیشبینی باشد، مقدار AUC برابر با 0/5 داشته و مدلی کامل با قدرت پیشبینی بسیار زیاد، دارای AUC برابر با یک خواهد بود .
[15] منحنی ROC مربوط به خارپشت اروپایی برای مدل GLM با AUC = 0,897 ، مدل GAM با AUC =0,974 - شکل - 2، مدل BRT با AUC= 0,934 ، مدل SVM با - AUC= 0,953 شکل - 3، مدل CART با AUC=0,891، مدلFDA با AUC= 0,886 - شکل4 - ، مدل RF با AUC=1 و مدل MARS با AUC=0,989 - شکل - 5 را نشان میدهد، بنابراین مدلهای FDA, GLM, CART دارای قابلیت اعتماد در سطح عالی و مدلهای GAM, BRT, MARS, SVM و RFدارای قابلیت اعتماد بسیار عالی میباشند.
با توجه به شاخصهای صحت سنجی مدلهای مختلف مورد استفاده، شاخص AUC وضعیت بهتری را برای مدلهای مورد استفاده نشان داد و به نظر میرسد شاخص TSS شاخص سختگیرانهتری در صحت سنجی مدلها بهخصوص برای SVM وCART میباشد. همچنین در مجموع با توجه به کل شاخصهای صحتسنجی به نظر میرسد مدلهای FDA، GLM و RF دارای اعتبار به مراتب بیشتری نسبت به سایر مدلهای مورد استفاده در تجزیه و تحلیلها باشند. همچنین کمترین میزان عددی صحت سنجی - 0,18 - توسط شاخص TSS برای مدل CART و بیشترین میزان عددی صحت-سنجی - 0,85 - نیز توسط شاخص AUC برای مدل GLM به-دست آمد.
نتایج حاصل از مدلسازی توزیع گونهای خارپشت اروپایی نشان داد متغیرهای دمای متوسط فصل مرطوب،میانگین روزانه دما، محدوده دمای سالانه، دمای فصلی و دمای متوسط سالانه به ترتیب بیشترین تأثیر را بر پیشبینی حضور خارپشت اروپایی در ایران دارندهمچنین در شرایط اقلیمی حاضر مدلهای GLM, GAM, RF, MARS, FDA, CART بخشهایی از شمال، شمالغرب ایران و مدلهای SVM و BRT علاوهبر شمال و شمالغرب، لکههای زیستگاهی کوچکی در رشتهکوه زاگرس و بخشهای جنوبی مرکز ایران را بهعنوان بهترین مناطق برای پراکنش خارپشت اروپایی نشان میدهند. طبق نتایج این مدلها بیابانهای مرکزی ایران به لحاظ اقلیمی دارای حداقل پتانسیل برای پراکنش این گونه هستند همچنین این مدلها نشان می-دهد مناطق مرطوب حاشیهی دریای خزر، جنگلهای پهن برگ رشته کوه البرز در شمال و جنگلهای سوزنیبرگ رشته کوه زاگرس در غرب ایران بهطور کلی پتانسیل بیشتری برای پراکنش خارپشت اروپایی دارند.
شکل:5 نقشه پیشبینی توزیع گونهای خارپشت اروپایی در ایران با استفاده از مدلهای مختلف بسته آماری sdm
مدل Ensenble خارپشت اروپایی در ایران پیشبینی میکند شمالیغربی ایران دارای پتانسیل توزیع گونهای متوسط برای خارپشت اروپایی است و در میان همین مناطق، بخشهایی به صورت لکهای وجود دارد که پتانسیل توزیع گونهای بسیار بالایی برای این گونه دارند.
