ارزیابی تخریب اراضی با استفاده از داده‌های سنجش‌از‌دور ماهواره لندست در بازۀ زمانی 1400-1390 (مطالعۀ موردی: شهرستان اصفهان)

Abstract

پیشینه و هدف تخریب اراضی یکی از پدیده‌های مخرب است که ثبات و امنیت اکوسیستم‌ها به‌ویژه در مناطق خشک را تهدید می‌کند. تخریب اراضی می‌تواند منجر به کاهش حاصلخیزی و بهره‌وری خاک، مهاجرت و جابه جایی جمعیت، ناامنی غذایی و نابودی اکوسیستم‌ها شود. علیرغم اقدامات گسترده در زمینه مقابله با تخریب اراضی، این مشکل در دهه‌های اخیر نه‌تنها کاهش نیافته است، بلکه به تدریج تشدید شده است. بنابراین، پایش تخریب اراضی و آشکارسازی ویژگی‌های آن برای مدیریت و بازیابی کیفیت اراضی ضروری است و این پایش در مناطق خشک امکان مدیریت صحیح و مبارزه با این پدیده را تسهیل می‌کند. پایش تخریب اراضی در این مناطق با استفاده از داده‌های سنجش از دور امکان پذیر است، به نحوی که این دانش به‌طور گسترده‌ای برای پایش تخریب اراضی منطقه‌ای مورد استفاده قرار خواهد گرفت. باتوجه به اهمیت موضوع تخریب اراضی و نیاز به پایش اراضی جهت دستیابی به درک درستی از وضعیت شهرستان اصفهان و به‌دنبال آن ایجاد مدیریت مناسب و به موقع جهت جلوگیری از گسترش تخریب، این تحقیق با هدف بررسی وضعیت تخریب اراضی در این شهرستان با استفاده از مدل‌سازی شاخص‌های محیطی حاصل از داده‌های ماهواره‌ای در بازه زمانی 1390-1400، انجام شد.مواد و روش ­ها در این تحقیق به‌منظور بررسی روند تغییرات کاربری اراضی در حوزۀ مطالعاتی، از تصاویر ماهواره‌ای لندست، سنجنده‌های TM و OLI استفاده گردید و همچنین از داده‌های حاصل از بازدید میدانی به عنوان اطلاعات جانبی استفاده شد. پردازش و تحلیل تصاویر ماهواره‌ای در محیط نرم‌افزار ENVI صورت گرفت. به‌منظور تهیۀ نقشۀ تغییرات کاربری اراضی، روش طبقه‌بندی نظارت ‌شده حداکثر احتمال بکار گرفته شد. سپس تمامی کاربری‌های منطقۀ مورد مطالعه در چهار کاربری اراضی کشاورزی، مراتع، اراضی بایر و شوره‌زار و مناطق شهری و انسان ساخت تقسیم‌بندی شدند. در نهایت لایه‌های بدست آمده، جهت محاسبۀ مساحت کاربری‌ها و تهیۀ نقشۀ خروجی مناسب به نرم‌افزار ArcGIS منتقل گردید. پس از بررسی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روش حداکثر احتمال شاخص‌های شوری خاک SI و شاخص اقلیمی Albedo، شاخص پوشش گیاهی NDVI و LSM تهیه شدند. شاخص‌ شوری خاک SI یکی از شاخص‌های اصلی ارزیابی تخریب سرزمین است؛ این شاخص استخراج شده از تصاویر ماهواره‌ای، قادر به ارزیابی شوری خاک در مناطق خشک و نیمه‌خشک می‌باشد که با استفاده از رابطۀ SI=√(ρ_Blue×ρ_Red ) (ρBlue و ρRed به‌ترتیب باند قرمز و آبی در سنجنده‌های TM و OLI در ماهواره لندست) محاسبه گردید. شاخص آلبیدو سطحی بدست آمده از داده‌های سنجش از دور یک پارامتر فیزیکی است که ویژگی‌های بازتاب سطح و طول موج‌های کوتاه خورشید را بیان می‌کند. این پارامتر فیزیکی تحت تأثیر پوشش گیاهی، رطوبت خاک و سایر شرایط سطح زمین می‌باشد. بنابراین، با بررسی تغییرات آلبیدو می‌توان تغییرات در سطح زمین و نتیجه تخریب اراضی را به‌خوبی مورد بررسی قرار داد. برای محاسبه آلبدو سطح در سنجنده‌های TM و OLI در این مطالعه از رابطۀ AIbedo=0.356 ρ_Blue+0.130ρ_Red+0.373ρ_NIR+0.085ρ_SWIR1+0.072ρ_SWIR2-0.018 (ρ باند مربوط به تصاویر سنجنده TM و OLI ماهواره لندست) استفاده شد. برای بررسی پوشش گیاهی در این پژوهش، از شاخص NDVI که از تصاویر ماهواره لندست، سنجنده‌های TM و OLI به‌دست می‌آید، استفاده شد. این شاخص بیشترین حساسیت را به تغییرات پوشش گیاهی داشته و در مقابل اثرات جوی و زمینه خاک، به جز در مواردی که پوشش گیاهی کم باشد، حساسیت کمتری دارد. یکی دیگر از پارامتر‌های بسیار مهم برای بررسی تخریب اراضی، بررسی رطوبت سطحی خاک است که در این مطالعه با استفاده از تغییرات شاخص LSM مورد مطالعه قرار گرفت.در نهایت برای برآورد تخریب اراضی (LD) درسال‌های 1390، 1395 و 1400 از روش آنالیز مؤلفه‌های اولیه (PCA) بین شاخص‌های Albedo، SI، NDVI و LSM استفاده شد. ابتدا شاخص‌های مورد نظر نرمال‌سازی شدند و سپس مقدار تخریب اراضی برای هر سال برآورد گردید. به طوری که مقادیر زیاد تخریب اراضی نشان دهنده حداکثر تخریب اراضی می‌باشد.نتایج و بحث بررسی روند تغییرات کاربری اراضی شهرستان اصفهان در چهار کاربری اراضی کشاورزی، مراتع، اراضی بایر و شوره‌زار و مناطق شهری و انسان ساخت در بازه زمانی 1400-1390 نشان داد که بین سال‌های 1395-1390 اراضی کشاورزی و مراتع به ترتیب 7/5 و 06/5 درصد کاهش داشت؛ در حالی‌که اراضی بایر و شوره‌زار و مناطق شهری و انسان ساخت به ترتیب 10.45 و 1.51 درصد افزایش داشتند. ازطرفی، در بازه زمانی 1400-1395 اراضی کشاورزی و مراتع به‌ترتیب 0.75 و 1.25 درصد کاهش و اراضی بایر و شوره‌زار و مناطق شهری و انسان ساخت 1.51 و 0.5 درصد افزایش نشان داده‌اند. همچنین در باز زمانی 1400-1390 اراضی کشاورزی و مراتع به‌ترتیب کاهش 6.45 و 6.32 درصدی و کاربری‌های اراضی بایر و شوره‌زار و مناطق مسکونی و انسان ساخت به ترتیب افزایش 11.96 و 0.8 درصدی داشتند. بررسی روند تغییرات کاربری اراضی نشان داد که در این بازه زمانی 10 ساله، روند تخریب اراضی کشاورزی و مراتع، کاهشی بوده و اراضی بایر و شوره‌زار و همچنین مناطق شهری و انسان ساخت در حال افزایش بود. بررسی تغییرات کلاس‌های بیابان‌زایی نشان داد که در بازه زمانی مورد مطالعه، کلاس‌های متوسط، شدید و خیلی شدید بیابان‌زایی افزایش یافته به‌طوری‌که مساحت زمین‌های بیابانی به‌ترتیب از 3428، 2817 و 1340 در سال 1390 به 4079، 4276 و 4302 کیلومتر‌مربع در سال 1400 افزایش یافته است. کلاس‌های کم و خیلی کم نیز از 2826 و 5295 در سال 1390 به 574 و 2475 کیلومتر‌مربع در سال 1400 رسیده است. این تغییرات نشان دهنده افزایش بیابان‌زایی در شهرستان اصفهان است.نتیجه ­گیری با استفاده از شاخص‌های برآورد شده از تصاویر سنجش دور، می‌تواند با دقتی مناسب روند تخریب و بیابان‌زایی را پایش کرد و اقدامت لازم برای مقابله با این پدیده مخرب را در دستور کار قرار داد. با استفاده از نتایج حاصل از این پژوهش می‌توان روند تخریب اراضی شهرستان اصفهان را در گذر زمان برآورد کرد و برنامه‌ها و سیاست‌های لازم برای مقابله با این پدیده را اعمال نمود.