Journal of Rangeland

fa ارزیابی پتانسیل حساسیت تولید ناخالص اولیه مرتع به خشکسالی با استفاده از مدل‌سازی اکوسیستمی Evaluation of rangeland gross primary productivity sensitivity potential to drought using ecosystem modelling عمومى General پژوهشي Research سابقه و هدف: تولید ناخالص اولیه (GPP) یکی از فاکتورهای بسیار مهم در چرخه کربن اکوسیستمها است. با افزایش گرمایش جهانی، فراوانی وقوع خشکسالی و پاسخ منحصر به فرد پوششهای گیاهی مختلف به این تغییرات، ضروری است که ارتباط بین دادههای اقلیمی و تولید ناخالص اولیه اکوسیستم، شناسایی و کمیسازی شود. هدف این تحقیق تعیین پاسخ پوشش گیاهی به  خشکسالی از طریق آنالیز تولید ناخالص اولیه منطقه بردخون واقع در جنوب غرب ایران به خشکسالی است. این مطالعه ضمن معرفی یک مدل اکوسیستمی جدید، با  تمرکز بر دو هدف اصلی: (1) شبیهسازی تولید ناخالص اولیه از طریق مدلسازی اکوسیستم و (2) پاسخ تولید ناخالص اولیه به خشکسالی در طول فصل رشد، کارائی این مدل در منطقه خشک بررسی شد. مواد و روش‌ها: این تحقیق در سه مرحله، مشخص کردن شرایط خشکسالی هواشناسی در دوره 16 ساله با استفاده از شاخص بارش استاندار شده (‌(SPI ، شبیهسازی تولید ناخالص اولیه (GPP) با بکارگیری مدل جدید اکوسیستمی BGC-MAN(Bio-Geo-Chemistry Management Model)  و اعتبار سنجی آن با تصاویر ماهواره‌ای مودیس و در نهایت کمی کردن پاسخ تولید اکوسیستم به خشکسالی در طول فصل رشد پوشش گیاهی برای دوره 2000 تا 2015 انجام شد. بعد از مشخصکردن الگوی زمانی (ماههای فصل رشد طی 16 سال) و الگوی مکانی تولید ناخالص اولیه و خشکسالی در منطقه، ارتباط بین GPP و SPI از طریق ضریب همبستگی پیرسون با استفاده از نرم‌افزار SPSS مورد آنالیز قرار گرفت. اعتبارسنجی  مدل با استفاده از محصول GPP مودیس با فاصله زمانی 16 روزه (MOD13A3) در بازه زمانی مشابه با خشکسالی انجام گردید. کار ارزیابی در این پژوهش با تاکید بر پاسخ انواع فرم پوشش گیاهی علفی و بوتهای به خشکسالی تعریف شد و لذا درصد تحت پوشش هر یک از فرمهای رویشی در 29 نقطه نمونهبرداری (مجموعا 290 پلات) مورد استفاده قرار گرفت.  نتایج: نتایج تجزیه و تحلیل آماری نشان داد که ضریب همبستگی بین GPP مدلسازی شده با GPP برآورد شده از تصاویر ماهواره مودیس در مقیاس ماهانه معنیدار (05/0 ,P<14/0 R2=) است. آنالیز زمانی وضعیت خشکسالی در دوره 16 ساله نشان داد که منطقه مورد مطالعه شاهد خشکسالیهای پی در پی با درجات متفاوت شدت خشکسالی، در سال‌های متوالی هست و توزیع مکانی شدت خشکسالی نشان داد که به‌ترتیب  79/48 و 21/51 درصد منطقه مورد مطالعه در وضعیت خشکسالی نرمال و متوسط قرار دارد. نتایج آنالیز تغییرات زمانی تولید ناخالص اولیه در فصل رشد، نشان داد که روند کاهشی در بیشتر ماههای فصل رشد به‌جز دیماه وجود دارد. همچنین نتایج همبستگی بین تولید ناخالص اولیه و خشکسالی نشان داد که در فرم رویشی علفی در ماههای بهمن، اسفند و فروردین و برای فرم رویشی بوتهای تنها در ماه فروردین همبستگی مثبت معنادار وجود دارد. نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که در شرایط خشکسالی، پوشش گیاهی علفی بیشترین همبستگی را در میانه فصل رشد (دی و بهمن) (29/0 R=) دارد در حالیکه بیشترین همبستگی برای پوشش گیاهی بوتهای در ماههای انتهای فصل رشد (اسفند و فروردین) (28/0 R=) به‌دست آمد که این امر حاکی از حساسیت متفاوت آنها به کمبود آب در مرحله رشد دارد. نتایج اشاره به این دارند که مدلسازی اکوسیستمی، میتواند یک روش جایگزین در برآورد تولید اکوسیستم باشد و پتانسیل شبیهسازی در منطقه خشک را دارد، هر چند کارائی مدل پیشنهادی باید در مناطق دیگر مورد ارزیابی قرار گیرد.   Background and objectives: Primary Gross Productivity (GPP) is a crucial factor in the carbon cycle of ecosystems. With the increasing occurrence of droughts due to global warming and the unique response of plant cover ages to these changes, it is necessary to identify and quantify the relationship between climate data and ecosystem's primary gross productivity. This research aims to determine the plant cover's response to drought by analyzing the region's primary gross productivity in the Bordekhun region in southwest Iran. This study introduces a new ecosystem model, focusing on two objectives: (1) simulating primary gross productivity through ecosystem modeling and (2) examining the response of primary gross productivity to drought during the growth season, evaluating the effectiveness of this model in an arid region. Methodology: The research was conducted in three stages, including determining meteorological drought conditions over a 16-year period using the Standardized Precipitation Index (SPI), simulating primary gross productivity (GPP) using the new ecosystem model BGC-MAN (Bio-Geo-Chemistry Management Model), and validating it with MODIS satellite images. The quantification of the ecosystem's response to drought during the vegetation growth season was performed for the period from 2000 to 2015. The relationship between GPP and SPI was analyzed using the Pearson correlation coefficient, and the model was validated using the MODIS GPP product. The evaluation focused on the response of various grass and shrub vegetation forms to drought, with the percentage of coverage for each vegetation form utilized in 29 sampling points. Results: The statistical analysis revealed a significant correlation coefficient (p < 0.05, R2 = 0.14) between the modeled GPP and the GPP estimated from MODIS satellite images on a monthly scale. The temporal analysis of drought conditions over the 16-year period indicated consecutive droughts with varying severity, and the spatial distribution of drought severity showed that 48.79% and 51.21% of the study area were in normal and moderate drought states, respectively. The temporal analysis of changes in primary gross productivity during the growth season demonstrated a decreasing trend in most months except for December, with notable variations. The correlation analysis between primary gross productivity and drought showed a significant positive correlation in grass forms during the months of January, February, and March, while for shrub forms, a significant positive correlation was observed only in the month of March. Conclusion: The results indicated that grass showed the highest correlation in the middle of the growing season (December and January) (R = 0.29), while shrubs showed the highest correlation at the end of the growing season (February and March) (R = 0.28), indicating their different sensitivity to water scarcity during the growth season. The study also revealed that ecosystem modeling could be an alternative approach to estimating GPP with the potential to simulate spatial GPP in arid regions. However, the proposed model's performance in other regions still requires further verification.   تولید ناخالص اولیه, خشکسالی, BGC-MAN, همبستگی. Gross primary productivity, Drought, BGC-MAN, Correlation. 15 31 http://rangelandsrm.ir/browse.php?a_code=A-10-422-1&slc_lang=fa&sid=1 Fatemeh Bahreini فاطمه بحرینی f_bahreini88@yahoo.com 100319475328460016520 100319475328460016520 No Department of Combating Desertification, Faculty of Natural Resources and Earth Sciences, University of Kashan, Kashan گروه بیابان‌زدایی، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، کاشان Fatemeh Panahi فاطمه پناهی alabd_fpanahi@yahoo.com 100319475328460016521 100319475328460016521 Yes Department of Combating Desertification, Faculty of Natural Resources and Earth Sciences, University of Kashan, Kashan گروه بیابان‌زدایی، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، کاشان Arash Malekian آرش ملکیان malekian@ut.ac.ir 100319475328460016522 100319475328460016522 No Department of Arid and Mountains Regions Reclamation, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj گروه احیا مناطق خشک و کوهستانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج Mohammad Tahmoures محمد طهمورث 100319475328460016523 100319475328460016523 No Soil Conservation and Watershed Management Department, Zanjan Agricultural and Natural Resources Research Center, AREEO, Zanjan بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان زنجان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زنجان