بررسی تغییرات مؤلفه های فنولوژی پوشش گیاهی ایران در پاسخ به تغییرات اقلیمی با استفاده از NDVI سنجنده AVHRR در دوره زمانی 1982 تا 2018

پیشینه و هدف تغییرات آب و هوایی تأثیر منفی بر تولید محصولات کشاورزی و سیستم­ های زیست ‌محیطی کشور­های مختلف داشته است. فنولوژی پوشش گیاهی زمان وقوع رخدادهای تکرارپذیر گیاهان را در رابطه با عوامل زنده و غیرزنده توصیف می ­کند. فنولوژی یکی از حساس ­ترین شاخص ­های زیستی برای بررسی تأثیر گرمایش جهانی بر اکوسیستم ­های زمینی است، زیرا نشان‌دهنده تبادل انرژی، کربن و بخارآب بین سطوح پایین جو و بیوسفر است. تغییرات در فنولوژی گونه­ های گیاهی می­ تواند طیف گسترده­ای از تأثیرات را در فرآیندهای زیست­ محیطی و کشاورزی به همراه داشته باشد. دو رویکرد متداول برای نظارت بر فنولوژی پوشش­ های گیاهی وجود دارد. اولین رویکرد که در بسیاری از مطالعات قبلی فنولوژی استفاده‌شده است، مبتنی بر مطالعات میدانی و ثبت تغییرات سالانه رخدادهای فنولوژی در پاسخ به متغیرهای محیطی است. این رویکرد برای مقیاس ­های کوچک با تعداد سایت­ های برداشت زمینی محدود مناسب است و برای مطالعات در مقیاس وسیع نه‌تنها کارا و دقیق نیست بلکه هزینه‌بر و در برخی مناطق غیر­ممکن است. دومین رویکرد استفاده از فن­آوری سنجش‌ازدور است. تاکنون تغییرات مؤلفه‌های فنولوژی پوشش گیاهی ایران در پاسخ به تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی موردبررسی قرار نگرفته است. هدف از مطالعه، تعیین تغییرات هرکدام از مؤلفه‌های فنولوژی پوشش­ های گیاهی با استفاده ازسری‌های زمانی NDVI سنجنده AVHRR است. مواد و روش­ ها در این مطالعه از محصول ­NDVI روزانه سنجنده AVHRR باقدرت تفکیک مکانی 0.05 در 0.05 درجه بانام AVH13C1 استفاده شد. به ‌منظور بررسی تغییرات مؤلفه‌های فنولوژی پوشش­ های گیاهی ایران از چهار سری زمانی یک‌ساله مربوط به سال ­های زمان گذشته (1982-1985) و زمان حال (2015-2018) استفاده شد. استخراج مؤلفه‌های فنولوژی ازسری‌های زمانی شاخص ­های پوشش گیاهی در ابتدا نیازمند یک سیگنال رشد پیوسته و بدون داده­های ازدست‌رفته و دورافتاده است. برای بازسازی داده­ های ازدست‌رفته و دورافتاده در منحنی رشد از الگوریتم HANTS استفاده شد. به ‌منظور استخراج مؤلفه‌های مختلف فنولوژی از نرم‌افزارTimesat  استفاده شد. پارامترهای زمان شروع فصل رشد، زمان پایان فصل رشد، ارزش پایه، زمان وسط فصل رشد، حداکثر ارزش، دامنه فصل رشد، ارزش در نقطه شروع فصل رشد، نرخ افزایش در دوره شروع رشد و نرخ کاهش در دوره پایان رشد با استفاده از Timesat در هر سری زمانی یک‌ساله استخراج شد و سپس میانگین چهارساله مقادیر این پارامتر­ها در سری­های زمانی گذشته با سری­ های زمانی حال مقایسه شد. نتایج و بحث مقایسه میانگین چهارساله مؤلفه‌های فنولوژی زمان شروع فصل رشد، پایان فصل رشد، طول فصل رشد و زمان وسط فصل رشد در سطح کل ایران نشان داد این شاخص­ ها به ترتیب به میزان 12، 19، 7، 13 روز کاهش‌یافته است. تغییرات این مؤلفه‌ها در مناطق پست با ارتفاع کمتر از 1500 متر با مناطق مرتفع که شامل سلسله جبال البرز و زاگرس است؛ کاملاً متفاوت است. به‌طوری‌که زمان پایان فصل رشد، طول فصل رشد و زمان وسط فصل رشد در ارتفاعات البرز و زاگرس تقریباً از ارتفاع 1500 متر به بالا به ترتیب به‌طور میانگین به میزان 38، 46 و 19 روز کاهش‌یافته است. در مناطق پست در حاشیه خلیج‌فارس و دریای خزر مؤلفه ­های فنولوژی زمان پایان فصل رشد و طول فصل رشد تقریباً به ترتیب به میزان 40 و 44 روز افزایش‌یافته است. طولانی شدن فصل رشد به عوامل مختلف اقلیمی به‌ویژه گرم شدن کره زمین ناشی از افزایش گازهای گلخانه­ای و یا در دسترس بودن آب نسبت داده‌شده است. در ایران در اکثر مناطق زمان شروع فصل رشد به‌ویژه در ارتفاعات البرز و زاگرس که دما عامل محدودکننده در شروع رشد است، کاهش‌یافته است. همچنین زمان پایان فصل رشد و طول فصل رشد و زمان وسط فصل رشد نیز کاهش‌یافته است. این امر نشان‌دهنده این است که در مناطق خشک و نیمه­ خشک مانند ایران در مراحل میانی و پایانی رشد گیاهی، رطوبت و بارندگی عامل محدودکننده برای رشد است. در مناطقی مانند حاشیه خلیج‌فارس و دریای خزر که رطوبت کمتر عامل محدودکننده بوده است، زمان پایان فصل رشد و طول فصل رشد نیز افزایش‌یافته است. بر اساس نتایج مؤلفه‌های فنولوژی نظیر دامنه فصل رشد، حداکثر میزان رشد، ارزش پایه، ارزش در نقطه شروع رشد، نسبت افزایش در شروع فصل رشد و نسبت کاهش در پایان فصل رشد در ارتفاعات البرز و زاگرس افزایش‌یافته است و در سایر مناطق که عموماً مناطق با ارتفاع کمتر از 1500 را شامل می­شود این مؤلفه کاهش‌یافته است. به نظر می­رسد در مناطق خشک و نیمه‌خشک، فراوانی موج گرما می­تواند تبخیر و تعرق گیاه را نیز افزایش دهد که سبب کمبود رطوبت در خاک می ­شود. بنابراین در ارتفاعات که در ابتدای فصل رویش دما عامل کنترل‌کننده است، افزایش دما در سری­ های زمانی جدید منجر به افزایش رشد گیاهان و قابلیت تولید اکوسیستم شده و پارامترهای فنولوژی نظیر دامنه فصل رشد، حداکثر میزان رشد، ارزش پایه و ارزش در نقطه شروع رشد افزایش‌یافته است. اما در مناطق پست و دشتی و همچنین در اواخر دوره رشد گیاهی در ارتفاعات، افزایش دما منجر به افزایش تبخیر و تعرق شده و دامنه فصل رشد، حداکثر میزان رشد، ارزش پایه و ارزش در نقطه شروع رشد را کاهش داده است. نتیجه ­گیری تغییرات پارامترهای فنولوژی نظیر زمان شروع فصل رشد، زمان پایان فصل رشد و طول فصل رشد می­تواند تأثیر منفی بر تولید محصولات کشاورزی و سیستم­های زیست‌محیطی کشور­ داشته است. شروع زودتر فصل رشد در سری­های زمانی سال­های اخیر نسبت به 35 سال گذشته می ­تواند تهدید مهمی برای تولید محصولات کشاورزی و باغی باشد، زیرا سرما و یخبندان از مهم‌ترین پارامترهای اقلیمی در زمینه اقلیم کشاورزی است که آسیب­های ناشی از آن‌ها، امکان تولید بسیاری از محصولات کشاورزی و باغی را در مناطق آسیب‌پذیر کاهش می ­دهد. به‌طورکلی نتایج پژوهش حاضر یک زنجیره وقایع به‌هم‌پیوسته، ناشی از تغییرات اقلیمی و افزایش دما را در مؤلفه‌های مختلف فنولوژی در ارتفاعات البرز و زاگرس و همچنین در مناطق پست و دشتی به‌ویژه در حاشیه خلیج‌فارس و دریای خزر نشان می ­دهد.