بخشی از مقاله
چکیده
یکی از موضوعات اصلی تحقیقات علمی در زمینه اثر تغییر اقلیم جهانی، بررسی تغییرات چرخه کربن در مراتع میباشد و تولید خالص اولیه - 1NPP - مولفهای مهم در این چرخه از نظر ذخیره کربن و شاخص کلیدی برای ارزیابی کارکرد اکوسیستم است. پایش تولید خالص اولیه - NPP - در میان اکوسیستم های شکننده مناطق خشک و نیمه خشک از اهمیت بالایی برخوردار است، اخیرا مطالعه دینامیک گیاهان و درک الگوهای مکانی و زمانی NPP با استفاده از مدل های سنجش از دور در این مناطق توجه زیادی را به خود جلب نموده است.
به این دلیل که اکوسیستم مرتعی در این مناطق به تخریب و تغییرات محیطی همچون تغییر اقلیم بسیار حساس میباشند. تخمین دقیق و سریع تولید مراتع یک موضوع مهم علمی در تحقیقات مراتع هست. در نتیجه این مطالعه با هدف نحوه کاربرد مدل سنجش از دور CASA در تخمین NPP مراتع انجام گرفته است. محققین بسیاری مطلوبیت این مدل را در این زمینه تایید نموده اند. نتایج حاصل از این مدل به منظور ارزیابی تغییرات NPP در مراتع، پایه و اساس درک تاثیرات اقلیمی بر این اکوسیستم هاست، که موجب پایداری کالاها و خدمات اکوسیستم مراتع میگردد. همچنین مدلسازی NPP بر اساس داده های سنجش از دور به بررسی تولید گیاهان در مقیاس وسیع کمک و اطلاعات ارزشمندی از الگوهای مکانی و زمانی NPP فراهم می نماید.
مقدمه
یکی از موضوعات اصلی تحقیقات علمی در زمینه اثر تغییر اقلیم جهانی، بررسی تغییرات چرخه کربن در مراتع میباشد و تولید خالص اولیه - NPP - مولفهای مهم در این چرخه و شاخص کلیدی برای ارزیابی کارکرد اکوسیستم است16]،17،15،.[18 NPP تابعی از بیوماس رویشگاه است که به عنوان میزان تفاوت بین فتوسنتز و تنفس اتوتروفها - گیاهان - در واحد سطح و زمان تعریف میشود19]،NPP .[16 یا نرخ جذب CO2 در فرآیند فتوسنتز، ارتباط قوی بین اتمسفر و بیوسفر برقرار میسازد.
در مراتع، تولید عمدتاً با پراکندگی بارش و اثرات آن بر میزان آب در دسترس خاک، تعیین میگردد. میزان آب در دسترس خاک، وابسته به دیگر فاکتورهای محیطی مانند دما، کمبود فشار بخار، ویژگی های خاک و غلظت CO2 به همراه اثرات هدایت روزنهای میباشد8]،.[6 فعالیتهای انسانی، سبب انتشار مقادیر بالایی از CO2 در اتمسفر شده و نتیجه آن تغییر در الگوهای اقلیمی میباشد که به طور مستقیم بر NPP تاثیر میگذارد
افزایش CO2 سبب افزایش NPP در نواحی نیمه خشک و خشک همراه با افزایش راندمان مصرف آب گیاهی میگردد. به علاوه، گونههای گیاهی در واکنش به این فاکتورها تغییر یافته و تغییر NPP در آینده به دلیل واکنش گونهها به تغییر اقلیم، از طریق تغییرات محدوده یا پویایی جمعیت محلی گیاهان، صورت میگیرد15]،.[18 به عبارت دیگر تغییرات مکانی و زمانی NPP عموما از تقابل بین گیاهان، خاک و اقلیم اثر میپذیرد و همچنین در ارتباط قوی با فعالیتهای انسانی است. با توجه به اینکه انسانها تقریباً به اندازه یک چهارم تولید خالص اولیه را مصرف میکنند بنابراین ارزیابی تغییرات NPP در مراتع، پایه و اساس درک تاثیرات اقلیمی بر اکوسیستمهای جهان است و موجب توسعه اصول و روشهایی برای مدیریت و بهره برداری پایدار و احیا گیاهان و پایداری کالاها و خدمات اکوسیستم مرتع میگردد
اخیرا برآورد NPP و تغییر و تحول آن در اکوسیستمها و مطالعه پاسخ آن به تغییرات اقلیمی موضوع اصلی بسیاری از تحقیقات علمی در جهان شده است19]،[16، اگرچه عدم قطعیتهایی در برآورد NPP در مقیاسهای بزرگ وجود دارد. باتوجه به گستردگی سطح مراتع کشور ایران و محدود بودن امکانات و زمان ارزیابی، برآورد مستقیم NPP در تمام عرصههای مرتعی کشور هر ساله مقدور نمیباشد و به کارگیری روشهای غیرمستقیم در این مورد از اهمیت ویژهای برخوردار است.
یکی از روشهای غیرمستقیم به منظور برآورد NPP، استفاده از دادههای سنجش از دور است. دادههای ماهوارهای به منظور گسترش و مدیریت منابع مرتعی همواره در تامین اطلاعات لازم در جنبههای مختلف جوامع گیاهی دارای اهمیت بودهاند1]و.[3 اندازهگیری طیفی از خصوصیات پوشش گیاهی از جمله تولید از طریق سنجش از دور موفقیت آمیز بوده است. این داده ها می توانند برای کمی نمودن رفتار مکانی اندام فعال فتوسنتزی استفاده شوند و بنابراین اطلاعاتی برای دینامیک فصلی تولید بیوسفر فراهم نمایند1]،9،.[7 رویمی - 3 - 1990 نوع از مدلهای سنجش از دور را که عموما برای برآوردNPP اکوسیستمهای خشکی در مقیاس بزرگ استفاده میگردد را بصورت زیرمعرفی نمود
- 1 مدلهایی که بر اساس دادههای سنجنده ماهوارهای بنا نهاده شدهاند - CASA،GLO-PEM، SDBM ،S1B2 و - TURC
- 2 مدلهایی که جریانات کربن را با استفاده از ساختار گیاهی شبیهسازی میکنند - BIOME-BGC و - CENTURY
- 3 مدلهایی که ساختار گیاهی و چرخه کربن را شبیهسازی مینمایند BIOME3 - و . - HYBRID
متاسفانه اطلاعات اندکی از تغییرات تولید خالص اولیه NPP گیاهان وجود دارد و بسیاری از اطلاعات کنونی ما از قبیل شواهد تجربی واکنشNPP به تغییر اقلیم، از آزمونهای محلی - در مقیاس آزمایشگاه یا گلخانه - استنباط میگردند که عمدتا بر تولید جنگلها یا محصولات کشاورزی متمرکز شدهاند.[3] همچنین بدیهی است بهرهبرداری موفقیتآمیز از سیستمهای مرتعی مستلزم آگاهی دقیق از وضعیت دراز مدت تولید آنها در مواجه با تغییرات اقلیمی است
با توجه به مطالب یاد شده توسعه مدلهایی برای ارزیابی روند NPP در آینده تحت سناریوهای تغییر اقلیم و استفاده پایدار از آن اجتناب ناپذیر است. بنابراین هدف از انجام این پژوهش آشنایی با مدل سنجش از دور CASA برای تخمین میزان تولید اولیه خالص - NPP - در اکوسیستمهای مرتعی میباشد.
برآورد مقادیر تولید خالص اولیه بر اساس دادههای سنجش از دور
در مطالعاتی با موضوع مدیریت محیط و پروسه های اکوسیستم، برآورد دقیق NPP ضروری میباشد به این دلیل که NPP یک جریان انرژی مهم در اکوسیستم ارائه میدهد. بطور سنتی NPP با استفاده از اندازهگیری بایومتریک مثل روش میدانی - روش مستقیم - ارزیابی میگردد. اگرچه این روشها بسیار دقیق بوده و بطور موفقیت آمیزی برای استخراج دادههای NPP درمقیاس کوچک استفاده میشوند اما آنها اغلب نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی بوده و برای مقیاسهای بزرگ عملی نیستند.
بنابراین استفاده ازروشهای جایگزین - روش غیر مستقیم - به منظور برآورد NPP نیاز میباشد12]،.[1 پیشرفت دادههای سنجش از دور - RS - ، توانایی برای مطالعه دقیق و درک اکوسیستم را افزایش داده است. دادههای RS فرصتی مناسب به منظور برآورد NPP در مقیاس چشم انداز و منطقهای با هزینه مناسب و روش دقیق فراهم مینمایند. اولین کاربردهای سنجش از دور، استفاده از شاخص 2NDVIبه عنوان یک پارامتر جایگزین برای NPP است. NDVI به عنوان یک شاخص موثر از بیوماس فعال فتوسنتزی معرفی شده و با NPP در مقیاس های مکانی وسیع همبستگی دارد
با این حال NDVI تنها به عنوان یک شاخص عمل نموده و برآورد دقیقی از مقدار واقعی بیوماس در واحد سطح و واحد زمان انجام نمیدهد، مگر اینکه برای تعیین الگوهای تولید با داده های میدانی ارزیابی گردد. امروزه مدل های مختلفی به منظور برآورد تولید خالص اولیه از دادههای سنجش از دورتوسعه یافته است7]و.[9 این مدلها در ساختار، دادههای مورد نیاز، انعطاف پذیری و تفکیک مکانی و زمانی تفاوت دارند. گروه اصلی این مدل ها، مدل های 3LUEهستند. این مدلها NPP را از طریق فاکتور مانع نوری محاسبه نموده و بر اساس مفهوم مانتیت - 1972 - 4عمل میکنند.
دراین روش فرض میشودکه جذب کربن توسط گیاهان در ارتباط خطی با تابش فعال فتوسنتزی جذب شده - - APAR است. مدلهایی که فرضیه بالا را دنبال میکنند، NPPو5GPPرا از طریقبه کارگیری فاکتور 6APARو LUE گیاه خاص محاسبه می نمایند. مثالهایی از این نوع مدلها CASA، C-Fix، GLO-PEM، TURC و VPM هستند که بیشتر پروسه میتواند توسط شاخص های سنجش از دور بدست آید. گروه دوم مدلهای دینامیک جذب و یا رهاسازی کربن در فیزیک ثابت راجع به حفاظت انرژی میباشند.
این مدلها بر اساس اصول اکولوژی فیزیولوژی گیاهی و بطور صریح تبادل آب و کربن اکوسیستم و دینامیک گیاهان محاسبه میگردند مدلهایCENTURY,LPJ,HYBRID جزء این گروه طبقه بندی میشوند. گروه سوم مدلهای RS از پارامترهای ساختار گیاهی مثل شاخص سطح برگ - LAI - به عنوان متغیر ورودی استفاده میکنند - مدل - BIOME-BGC، از سایر مدلهای این گروه میتوان BIOME3,HYBRID و ORCHIDEE را نام برد که میتوانند فاکتورهای فنولوژی و 7LAIگیاهان را بصورت همزمان به کار گیرند
