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

تغییرات آب و هوایی تاثیر منفی بر تولید محصولات کشاورزی و سیستم های زیست محیطی کشور های 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 تاثیر گرمایش جهانی بر اکوسیستم های زمینی است، زیرا نشان دهنده تبادل انرژی، کربن و بخارآب بین سطوح پایین جو و بیوسفر است. تغییرات در فنولوژی گونه های گیاهی می تواند طیف گسترده ای از تاثیرات 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 استفاده شده 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 نه تنها کارا و دقیق نیست بلکه هزینه بر و در برخی مناطق غیر ممکن است. دومین رویکرد استفاده از فن آوری سنجش ازدور است. تاکنون تغییرات مولفه های فنولوژی پوشش گیاهی ایران در پاسخ به تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی موردبررسی قرار نگرفته است. هدف از مطالعه، تعیین تغییرات هرکدام از مولفه های فنولوژی پوشش های گیاهی با استفاده ازسری های زمانی NDVI سنجنده AVHRR است.

 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 مولفه های فنولوژی پوشش های گیاهی ایران از چهار سری زمانی یک ساله مربوط به سال های زمان گذشته (1982-1985) و زمان حال (2015-2018) استفاده شد. استخراج مولفه های فنولوژی ازسری های زمانی شاخص های پوشش گیاهی در ابتدا نیازمند یک سیگنال رشد پیوسته و بدون داده های ازدست رفته و دورافتاده است. برای بازسازی داده های ازدست رفته و دورافتاده در منحنی رشد از الگوریتم HANTS استفاده شد. به منظور استخراج مولفه های مختلف فنولوژی از نرم افزارTimesat  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 یک ساله استخراج شد و سپس میانگین چهارساله مقادیر این پارامتر ها در سری های زمانی گذشته با سری های زمانی حال مقایسه شد.

 مقایسه میانگین چهارساله مولفه های 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 کاهش یافته است. تغییرات این مولفه ها در مناطق پست با ارتفاع کمتر از 1500 متر با مناطق مرتفع که شامل سلسله جبال البرز و زاگرس است؛ کاملا متفاوت است. به طوری که زمان پایان فصل رشد، طول فصل رشد و زمان وسط فصل رشد در ارتفاعات البرز و زاگرس تقریبا از ارتفاع 1500 متر به بالا به ترتیب به طور میانگین به میزان 38، 46 و 19 روز کاهش یافته است. در مناطق پست در حاشیه خلیج فارس و دریای خزر مولفه های فنولوژی زمان پایان فصل رشد و طول فصل رشد تقریبا به ترتیب به میزان 40 و 44 روز افزایش یافته است. طولانی شدن فصل رشد به عوامل مختلف اقلیمی به ویژه گرم شدن کره زمین ناشی از افزایش گازهای گلخانه ای و یا در دسترس بودن آب نسبت داده شده است. در ایران در اکثر مناطق زمان شروع فصل رشد به ویژه در ارتفاعات البرز و زاگرس که دما عامل محدودکننده در شروع رشد است، کاهش یافته است. همچنین زمان پایان فصل رشد و طول فصل رشد و زمان وسط فصل رشد نیز کاهش یافته است. این امر نشان دهنده 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 خلیج فارس و دریای خزر که رطوبت کمتر عامل محدودکننده بوده است، زمان پایان فصل رشد و طول فصل رشد نیز افزایش یافته است. بر اساس نتایج مولفه های 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 افزایش یافته است و در سایر مناطق که عموما مناطق با ارتفاع کمتر از 1500 را شامل می شود این مولفه کاهش یافته است. به نظر می رسد در مناطق خشک و نیمه خشک، فراوانی موج گرما می تواند 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 کنترل کننده 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 افزایش یافته 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.

تغییرات پارامترهای فنولوژی نظیر زمان شروع فصل رشد، زمان پایان فصل رشد و طول فصل رشد می تواند تاثیر منفی بر تولید محصولات کشاورزی و سیستم های زیست محیطی کشور داشته است. شروع زودتر فصل رشد در سری های زمانی سال های اخیر نسبت به 35 سال گذشته می تواند تهدید مهمی برای تولید محصولات کشاورزی و باغی باشد، زیرا سرما و یخبندان از مهم ترین پارامترهای اقلیمی در زمینه اقلیم کشاورزی است که آسیب های ناشی از آن ها، امکان تولید بسیاری از محصولات کشاورزی و باغی را در مناطق آسیب پذیر کاهش می دهد. به طورکلی نتایج پژوهش حاضر یک زنجیره وقایع به هم پیوسته، ناشی از تغییرات اقلیمی و افزایش دما را در مولفه های مختلف فنولوژی در ارتفاعات البرز و زاگرس و همچنین در مناطق پست و دشتی به ویژه در حاشیه خلیج فارس و دریای خزر نشان می دهد.