بخشی از مقاله
چکیده :
خشکیدگی درختی پدیده مهم و پیچیدهای است که از حدود یک قرن پیش در اکثر جنگلهای بلوط دنیا رخ داده و در سالیان اخیر نیز در جنگلهای بلوط زاگرس به دنبال خشکسالیهای متوالی به وقوع پیوسته است. جنگلهای ناحیه رویشی زاگرس، با مساحت حدود 6 میلیون هکتار شامل 11 استان در معرض تهدیدات متعددی قرار دارد. از عوامل اصلی پدیده زوال بلوط خشکسالی، هجوم گرد و غبار و مواردی چون قارچ ذغالی بلوط و پروانههای جوانهخوار میباشد. برای مبارزه با عدم پیشروی این پدیده و همچنین مدیریت و درمان آن، شناسایی موقعیت مکانی مناطق بحرانی یکی از مهمترین الزامات میباشد.
برای این مهم در این تحقیق، روشی مبتنی بر سنجش از دور پیشنهاد شده است. در روش پشنهادی از تصاویر ماهوارهای لندست 8 در پریود ماهیانه از خرداد سال 1392 تا خرداد سال 1393 از استان لرستان و همچنین دادههای میدانی استفاده شد.
برای تفکیک مناطق جنگلی از دیگر مناطق با استفاده از تغییرات سبزینگی و شاخص گیاهی EVI، نقشه ناحیه جنگلی با دقت کلی 79/05 درصد تهیه شد و در ادامه با توجه به نقشههای حاصل از بازدید میدانی و با میانگینگیری از روند تغییرات EVI چندین نمونه از مناطق سالم و خشکیده و با استفاده از معیار شباهت طیفی SAM جنگلهای بلوط به دو کلاس سالم و خشکیده طبقهبندی شدند. نتایج بدست آمده دقت کلی حدود 73 درصد را نشان میدهد که این دقت پاسخگوی نیازهای پایشی در این زمینه میباشد.
-1 مقدمه
بیماری یکی از فاکتورهای مهم تهدیدکننده پایداری و سلامت درختان و محصولات کشاورزی میباشد. بهطوری که در طول سالهای متوالی، متداولترین روش برای تشخیص بیماری به صورت بصری توسط افراد باتجربه از طریق بازدید میدانی و روشهای آزمایشگاهی صورت می گرفت. این روشها نیازمند صرف زمان و هزینه زیادی هستند و با اینحال ممکن است نتوانند نوع و شدت آفت را در مقیاس بزرگ با دقت کافی برآورد کنند. با توجه به مقیاس آلودگی و غیرقابل دسترس بودن و عدم امکان مشاهده درختان فردی از راه دور، سنجشازدور ابزاری نوید بخش برای نظارت و نمایش بیماری میباشد. بسیاری از سازمانهای مدیریتزمین، بودجههای محدودی دارند بطوری که برای روشهای نظارت موثر، نیازمند استفاده از اطلاعات کمهزینه میباشند.
جنگلهای زاگرس با وسعت حدود شش میلیون هکتار، درسطح ده استان کشورگسترش دارند و دارای اهمیت زیادی درحفاظت خاک و تأمین آب هستند. این جنگلها 40 درصد کل جنگل های ایران را به خود اختصاص دادهاند.[1] همچنین این منطقه بیشترین تأثیر را در تأمین آب، حفظ خاک، تعدیل آب و هوا و تعادل اقتصادی و اجتماعی در کل کشور دارد.
بخش زیادی از جنگلهای زاگرسی کشور ما از درختان بلوط پوشیده شده است. بلوط یکی از محصولات استراتژیک محسوب میشود و کاربردهای زیادی چون کنترل روانابهای حاصل از نزولات جوی و نفوذ آن به داخل زمین، افزایش و تغذیهی سطح سفرههای آب زیر زمینی، کاهش آلودگی هوا، ضدعفونیکردن هوا، چوب مقاوم و … دارا میباشد. یک معظل جدی در رابطه با جنگلهای بلوط، مسئله آفتزدگی و هجوم گردوغبار میباشد که باعث خشکیدگی این درختان میشود
پدیده زوال یاخشکیدگی بلوط که در کشورهای مختلف با عناوین مانند Oak Decline، Sudden Oak Death به چشم میخورد. در جنگلهای غرب ایران سه گونه اصلی و مهم بلوط شامل بلوط ایرانی Quercus brantii - ، Quercus infectoria و - Quercus libani وجود دارد و عامل زوال و خشکیدگی اکثر جنگلهای بلوط ایران شیوع قارچی به نام ذغالی بلوط با نام - Biscogniaxia mediterana - میباشد.
علاوه بر عامل اصلی زوال بلوط ایرانی که توضیح داده شد، برخی از گونههای بلوط مورد حمله پروانه جوانهخوار بلوط Tortrix viridana L میباشند که آفتی بسیار مخرب در مناطق انتشار این گونهها میباشد. [5] همچنین عوامل اولیه دیگری مانند خشکسالی، تغییر اقلیم مانند تغییرات بارندگی و افزایش درجه حرارت و همچنین افزایش شدت و مدت ریزگردها از جمله دلایل پدیده زوال و خشکیدگی بلوط در کشور میباشد. مناطق جنگلی زاگرس بیشترین تأثیر را در تأمین آب، حفظ خاک، تعدیل آب و هوا و تعادل اقتصادی و اجتماعی در کل کشور دارند
لازمه مدیریت پایدار این منابع ارزشمند دسترسی به دادههای کمی، به روز و دارای صحت بالا میباشد امروزه یکی از راههای دسترسی به این گونه اطلاعات استفاده از فن آوری سنجش از دور و دادههای ماهوارهای است. برای کشف و ارزیابی تغییرات، دادههای چندزمانه سنجشازدور به دلیل ارزانی و سرعت اخذ داده از آن و سیستم اطلاعات جغرافیایی به خاطر برخورداری از امکانات تحلیلی میتوانند نقش اساسی داشته باشند.
مطالعات مختلفی درخصوص طبقهبندی درختان خشکیده و آفتزده از درختان سالم صورت گرفته است. بهعنوان مثال در [7] از تصاویر با وضوح بالا 1 - 1 متر - برای طبقه بندی درختان سالم و آفتزده بلوط استفاده کردند. آنها ویژگیهای طیفی متعددی - مانند : PCA، Kauth Thomas Tassled Cap ، 2 NDVIو بافت - برای تعیین ابزاری در تشخیص درختان مرده از درختان سالم با شاخ و برگ سبز مورد بررسی قرار دادند و با استفاده از طبقه بندی کننده نظارت نشده - 1خوشهبندی - 2isodata طبقهبندی کردند.
در[8 ] یک الگوریتم جدیدی برای طبقهبندی مرگ و میر درختان بلوط با استفاده از تصاویرسریزمانی ارائه گردید که از روشهای سنتی پیکسلمبنا یا تصاویرتکزمانه3 دقت بهتری داشت. آن یک الگوریتم مکانی-زمانی برای طبقه بندیتصاویر با استفاده اطلاعات طیفی و همچنین اطلاعاتمکانی-زمانی بدست آمده از تصاویر چندزمانه4 ارائه میکرد.
این الگوریتم برای طبقهبندی طیفی هر تصویر فردی با استفاده از بردار ماشین ویژگی - 5SVM - مقداردهی اولیه شد. سپس از مدل میدان تصادفی مارکوف - - 6MRF برای سازگاری محیطزیست استفاده شد تا احتمال اولیه وابسته به مکان -زمان تصویر را مدل کند.در نهایت، از یک الگوریتم تکرارشونده، مدل شرطی تکرارشونده - 7ICM - برای بروزرسانی طبقهبندی بر مبنای ترکیبی از طبقهبندی طیفی اولیه SVM و مدل مکانی-زمانی مارکوف - MRF - استفاده شد.
در [9] از دادههای لندست جهت دستیابی به روشی برای تعیین محدوده پدیده زوال بلوط - 8SOD - استفاده گردید. علاوهبر این، با استفاده از سری زمانی بیست ساله، سعی شده تا الگوی گسترش این پدیده نیز تعیین گردد. در ابتدا با انتخاب زمان مناسب برای اخذ تصاویر و همچنین دادههای کمکی متعدد، سعی بر این بوده که برخی از عوامل دیگر تخریب جنگل، مانند آتشسوزی - که ممکن است به اشتباه زوال پنداشته شود - ماسک گردیده تا شرایط برای بررسی بهتر پدیده زوال بیشتر فراهم گردد. همچنین درآن شاخصهای پوشش گیاهی متعددی مورد بررسی قرارگرفتند و بهترین آنها - با توجه به تصاویر گوگل ارث -9 جهت طبقهبندی پدیده زوال بلوط، انتخاب شده است. گرچه نتایج این کار از نظر دقت کمی ضعیف میباشد، اما مطالعه آن برای شروع کار تحقیقاتی در این حوزه توصیه میگردد.
در [10] سعی شده است تا از روش محاسبه شاخص 10 NDWIدر دو تاریخ و بررسی تغییرات مقدار این شاخص، طبقهبندی پدیده زوال بلوط صورت پذیرد. در این تحقیق با تکیه بر تصاویر لندست - سنجندههای TM و - ETM+ و بر مبنای اینکه پدیده زوال بلوط، بیشتر ناشی از وقوع خشکسالی در منطقه مورد مطالعه بوده است، استفاده از شاخص مذکور بر سایر شاخصهای گیاهی ترجیح داده شده است.
پس از محاسبه اختلاف شاخص NDWI در دو زمان، با یک حدآستانهگذاری ساده، پدیده زوال بلوط با دقتی بالاتر از 75 درصد، در پنج سطح طبقهبندی شده است. در [9] با استفاده از تصاویر چندزمانه با رزولوشن متوسط لندست، عفونت احتمالی مرگ ناگهانی بلوط - SOD - در سواحل مرکزی کالیفرنیا به نقشه درآورده شد. این تحقیق با مقایسه تصاویر بین سالهای 1996- 2000 با استفاده از شاخص Tasseled Cap روی تصاویر لندست با مکمل تصویر هوایی مطالعات میدانی، قادر به شناسایی غلظت SOD شد.
پیش بینی زودهنگام این بیماری - قبل از شروع علائم بیماری - ، میتواند یک منبع ارزشمندی از اطلاعات برای اجرای مدیریت تلفیقی آفات و استراتژیها و اقدامات کنترل بیماری برای جلوگیری از توسعه و گسترش بیماری باشد. گرچه شناسایی پدیده زوال بلوط در تصاویر اپتیک معمول و همچنین تصاویر با توان تفکیک مکانی بالا میسر میباشد، اما قابلیت این تصاویر در شناسایی زودهنگام این عارضه چندان بالا نمیباشد. به همین دلیل گرایش به استفاده از تصاویر فراطیفی جهت شناسایی پدیده زوال بلوط در سالیان اخیر دیده میشود.
