نوع مقاله : مقاله پژوهشی
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله English
نویسندگان English
Due to its special ecological conditions, Iran is home to many plants whose organs have medicinal effects for humans and animals. which are called medicinal plants. The purpose of this study is to identify the habitat of medicinal plants in Ardakan city. With this aim, Thymus vulgaris and Ferula assafoetida were selected among medicinal plants that can be harvested in the city. To check the distribution range of the species, the presence points of these species were first collected. Then, the average silt, clay, sand, nitrogen and organic carbon density in the depth of 5 to 15 cm were considered as habitat variables, along with topographic variables, windiness and vegetation. Modeling was done using classification tree and regression models, random forest, multiple tree and logistic regression. The Hammadi model was created based on the weighted average based on the AUC criterion. And the validity of the used models was calculated based on the criteria of sensitivity, specificity, correct classification, wrong classification and AUC criteria. Then it was calculated by applying the threshold limit of the optimal habitat of the species. The results showed that topographical variables played a more important role in the distribution of studied species than soil criteria, and soil nitrogen played a more important role among the variables related to soil than other variables. The area of the thyme habitat was estimated as 103681 hectares and the optimal Anghuzeh habitat as 66519 hectares.
کلیدواژهها English
تحلیل توزیع رویشگاههای بالقوه گیاهان دارویی آویشن کوهی و آنغوزه در شهرستان اردکان
مجتبی ادبی اردکانی1، مریم مروتی3،2*، پیمان کرمی4 و مجید صادقی نیا5
1 ایران، اردکان، دانشگاه اردکان، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه ارزیابی و آمایش سرزمین.
2 ایران، اردکان، دانشگاه اردکان، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه علوم و مهندسی محیط زیست.
3 ایران، اردکان، دانشگاه اردکان، پژوهشکده گیاهان دارویی و صنعتی.
4 ایران، ملایر، دانشگاه ملایر، گروه محیط زیست.
5 ایران، اردکان، دانشگاه اردکان، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه مهندسی طبیعت.
تاریخ دریافت: 21/08/1401 تاریخ پذیرش: 25/02/1402
چکیده
تنوع اقلیم در کنار تنوع پستی و بلندی های ناشی از وجود ارتفاعات متعدد در کشور ایران منجر شده تا ایران به عنوان خواستگاه بسیاری گیاهان دارویی شناخته شود. تولیدات گیاهی به عنوان محصولات فرعی بوسازگان مرتعی در صورت بهره برداری مناسب می تواند نقش مهمی در صادرات غیر نفتی به خصوص برای مناطق گرم و خشک در نطر گرفته شود که البته شناسایی مناطق مستعد رویش این گیاهان همواره به عنوان چالش مطرح بوده است که با استفاده از مدل های توزیع گونه ای تا حدودی از پیچیدگی این چالش کاسته شده است. هدف از این مطالعه، شناسایی رویشگاه های بلالقوه گیاهان دارویی آنغوزه(Ferula assa foetida L.) و آویشن کوهی(Thymus kotschyanus Boiss. & Hohen) با استفاده از روش های توزیع گونه ای در سطح شهرستان اردکان است. به این منظور در خلال سال های 1400 تا 1401 بازدید های میدانی از رویشگاه های سطح شهرستان به عمل امد و مناطق مشاهده این گونه ها ثبت شد. سپس با استفاده از متغیرهای رویشگاهی مستخرج از خاک شامل میانگین سیلت(Silt)،رس(Clay)،ماسه(Sand)،نیتروژن(N) و کربن آلی خاک(SOC) در عمق 5 تا 15 سانتیمتر در کنار متغیرهای توپوگرافی و بادخیزی و پوشش گیاهی (NDVI) به عنوان متغیرهای رویشگاهی مد نظر قرار گرفتند. مدلسازی با رویکرد اجماع حاصل بر پایه معیار (AUC) Area under the curve از تلفیق روشهای درخت طبقه بندی و رگرسیون(classification and regression trees)، جنگل تصادفی(Random forest)، درخت چندگانه جمع شدنی(TreeNET) و رگرسیون لجستیک(Logistic regression) به دست امد سپس با اعمال حد آستانه زیستگاه مطلوب گونه شناسایی شد. ارزیابی مدلها با استفاده از معیارهای حساسیت، ویژگی، طبقه بندی صحیح، طبقه بندی اشتباه و AUC انجام گرفت. نتایج نشان داد که ارتفاع به نسبت معیارهای خاک نقش مهمتری در توزیع گونههای مورد مطالعه داشته و از میان متغیرهای مربوط به خاک نیتروژن(N) نسبت به سایر متغیرها نقش مهمتری دارد. همچنین وسعت رویشگاه آویشن 103681 هکتار و رویشگاه مطلوب آنغوزه 66519 هکتار را به خود اختصاص دادند. یافته های پزوهش حاضر می تواند در راستای مدیرت رویشگاه گیاهان مورد مطالعه به منظور بهره وری اقتصادی در سطح شهرستان مثمر ثمر واقع شود.
واژگان کلیدی: رویشگاه طبیعی؛ توزیع گونه؛ توپوگرافی؛ شرایط اکولوژیک؛ اردکان
* نویسنده مسئول، پست الکترونیکی: Mymorovati@ardakan.ac.ir
استفاده از گیاهان دارویی از دیرباز ریشه در فرهنگ، مذهب و تجارب نسلهای قبل داشته و سینهبهسینه به نسل جدید منتقل گردیده است و بسیاری از مسائل اقتصادی، محیطزیستی، فرهنگی و اجتماعی را تحت تأثیر خود قرار داده است (1). درگذشته این گیاهان از اساسیترین منابع تولید دارو بهحساب میآمدند. با پیشرفت دانش شیمی، اکثر مواد دارویی بهصورت مصنوعی تهیه میشوند، اما اخیراً، با مشاهده عوارض جانبی این داروها، تمایل افراد به مصرف گیاهان دارویی روند افزایشی داشته است. با توجه به نقش گیاهان دارویی در سلامت جوامع ازنظر درمان بیماریها (16) در حال حاضر چیزی حدود یکسوم از داروهای مورداستفاده در جوامع از گیاهان طبیعی با خاصیت دارویی تشکیلشده است (7). گیاهان دارویی جز ذخایر طبیعی محسوب میشوند که نوع و تنوع آنها متناسب با شرایط محیطی که در هر منطقه غالب است متفاوت است (3). کشور ایران در میان هفتکشور آسیایی که بیشترین گیاهان دارویی را دارند حضور دارد و در طی دهههای سپریشده مصرف گیاهان دارویی و گرایش به طب سنتی توسط جامعه افزایش یافته است (25). اما در مقابل تمام شرایط ذکرشده مسائلی مانند برداشت بیرویه از گیاهان دارویی، بهرهبرداری غیرمجاز از رویشگاه و تخریب رویشگاه بسیاری از گونههای با ارزش دارویی را در معرض خطر انقراض قرار داده است (12). ازجمله گیاهان دارویی مهم میتوان به آویشن کوهی Thymus kotschyanus Boiss. & Hohen و آنغوزه Ferula assa foetida L. اشاره کرد. آنغوزه گیاهی از تیره Umbelliferaeو با ویژگیهای مانند ساقه خشن و فیبری، برگهای بسیار بریده و غباری و ریشه باحالت ضخیم و گوشی است (6) که در مناطق گرم آسیا در اراضی بایر و خاکآهک رویش دارد و در ایران و بخشهای از افغانستان اینگونه را میتوان بخشهای استپی مشاهده کرد (17). از جمله موانعی محدود کننده استقرار گونه در نواحی بیابانی میتوان به بارندگی ناچیز و با پراکندگی نامناسب، طول دوره خشکی بالا به همراه تبخیر تعرق اشاره کرد (8). اما آویشن گیاهی از تیره نعناعیان(Lamiaceae) است و در دامنههای خشک و بین تختهسنگهای نواحی مدیترانه همچنین در بخشهای شمالی آفریقا و قسمتهای از آسیا بهصورت بوتههای خودروی وحشی رشد دارد (15). لذا متناسب با ارزشهای مختلف دارویی و همچنین غذایی بررسی و مطالعه اینگونه توصیهشده است (5). در مدیریت پویایی مراتع، شناسایی رویشگاه گیاهان با ارزشهای دارویی بسیار حائز اهمیت است (22). اما در مقیاسهای وسیع هزینه و زمان مطالعات میتواند محدودکننده باشد (18). مدلهای توزیع گونه که با استفاده از مشاهدات میدانی و شناسایی عوامل محیطی تأثیرگذار بر روی گونه اجرا میشوند میتوانند در راستای مدیریت رویشگاه به کار گرفته شوند درواقع این مدلها با بهرهگیری از قدرت و کارایی سامانه اطلاعات جغرافیایی به درک روابط گونه با پارامترهای محیط کمک کرده و با استفاده از روشهای آماری و یادگیری ماشین پیچیدگیهای ارتباط گونه با محیط را کاهش میدهند (9). مطالعات مختلفی در زمینه بررسی ارتباط گونههای گیاهی با محیط انجامشده است، در پژوهشی رویشگاه بالقوه آنغوزه در استان کرمان با استفاده از تحلیل سلسله مراتبی در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی بررسی گردید. نقشه پیشبینی به چهار طبقه از نظر کیفیت رویشگاه تقسیم شد و نتایج نشان داد مساحتی معادل 4826 هکتار از محدوده موردبررسی برای آنغوزه دارای مطلوبیت بالایی است و از میان متغیرهای رویشگاه داشتن EC و pH پایین، ماده آلی بالا ازجمله ویژگیهای رویشگاه مطلوب میباشند (11). در مطالعهای دیگر رویشگاه آویشن در مراتع میانی طالقان با استفاده از تحلیل عاملی آشیان اکولوژیک (ENFA) (Ecological Niche Factor Analysis) بررسی شد یافتههای این مطالعه نشان داد که زیستگاه مطلوب گونه در خاکهایی با میزان pH 5/7 -8،EC 20/0- 25/0 ds/m و آهککمتر از 5/21% در ارتفاعات بیش از 2000 متری از سطح دریا قابلتعریف است (10). در مطالعهی دیگر با استفاده از روش تحلیل عاملی آشیان اکولوژیک(ENFA) و رگرسیون لجستیک مطلوبیت رویشگاه برای دو گونه Thymus kotschyanus و Achillea millefolium در منطقه چهار باغ استان گلستان انجام گرفت. این نشان داد که براساس روش ENFA مهمترین عامل در تعیین مطلوبیت زیستگاه بومادران عامل ارتفاع، بافت خاک و رطوبت اشباع بوده ولی در گونه آویشن، ارتفاع از سطح دریا و بافت خاک جزء عوامل مؤثر نشان داده شدند. همچنین بر اساس روش رگرسیون لوجستیک، حضور گونه آویشن با ارتفاع دارای رابطه مستقیم و با هدایت الکتریکی رابطه عکس داشت (3). در پژوهشی دیگر ویژگیهای محیطی- زیستی و بیوشیمیایی آنغوزه در رویشگاههای طبیعی آن در قزاقستان بررسی شد یافتههای این مطالعه نشان دادند که بین جمعیتهای مختلف ازنظر ترکیبات اسانس، فنل و اسید آلی وجود دارد (47).
در پژوهشی دیگر با تاکید بر روی مدلسازی اجماع (Ensemble) و مدل آنتروپی بیشینه(MaxEnt) تاثیر سناریوهای تغییر اقلیم بر روی گیاهان دارویی در کشور مصر بررسی شد. در این مطالعه 8 مدل مختلف جنگل تصادفی، آنتروپی بیشینه، ماشین بردار پشتیبان(SVM)( support-vector machine)، حداکثر احتمال(Maxlike)، رگرسیون درختی تقویتی(BRT)( Boosted Regression Trees)، درخت طبقه بندی و رگرسیون، آنالیز تشخیصی انعطاف پذیر(FDA)( Flexible Discriminant Analysis) و مدل خطی تعمیم یافته(GAM) (Generalised Linear Models) در کنار 14396 نقطه حضور گیاهان دارویی و سناریوهای تغییر اقلیم A2a، B2a از مدلCMIP3 و RCP 2.6 و RCP 8.5 از مدل CMIP5 استفاده شدند. در این مطالعه نتایج مدل آنتروپی بیشینه در مقابل مدل های همادی مورد استفاده کارایی قابل توجهی داشت(37).
در مطالعه دیگر اتصال و ارتباط بین زیستگاههای مختلف گونه آویشن در 12 جمعیت اینگونه در جنوب فرانسه مطالعه شد یافتههای این مطالعه نشان داد که شرایط محیطی این جمعیتهای به دسته گرم و خشک و صخرهای و همچنین گونههای در زیستگاه سردتر قابل تقسیم است (43). شهرستان اردکان در استان یزد بهعنوان یکی از شهرستانهای گرم خشک و دارای پتانسیل حضور گونههای دارویی شناختهشده است ولی تاکنون مطالعهی بر روی وضعیت توزیع گونههای دارویی این شهرستان انجام نگرفته است. هدف پژوهش حاضر ارزیابی توان اکولوژیک این شهرستان از جنبه حضور گیاهان دارویی آنغوزه و آویشن است.
شهرستان اردکان از ״19´3 53° طول شرقی و ״80´20 32° عرض شمالی آغاز شده به طرف شرق تا ״36´17 56° طول شرقی و ״75´28 32° عرض شمالی ادامه دارد از جنوب نیز از حدود ״49´50 54° طول شرقی و ״58´01 32° عرض شمالی آغاز شده و تا ״06´22 55° طول شرقی و ״33´21 33° عرض شمالی ادامه مییابد (شکل 1) و شهر اردکان مرکز این شهرستان است.. شهرستان اردکان با بیش از 24000 کیلومتر مربع بزرگترین شهرستان استان محسوب میشود. پردازشهای توپوگرافی این مطالعه نشان داد، بخش عمده شهرستان با خط تراز تقریبی 1500 متر محدود میشود. تنها حدود ۵% مساحت شهرستان کوهستانی بوده و ارتفاع متوسط شهرستان از سطح دریا 1040 متر است.
گونه مورد مطالعه و ثبت نقاط حضور
در پژوهش حاضر از میان گیاهان دارویی مختلفی که در سطح شهرستان وجود دارند بر اساس گستردگی انتشار، ارزش اقتصادی و دارویی دو گونه آویشن کوهی Thymus kotschyanus Boiss. & Hohen و آنغوزه Ferula assa foetida L. برای مطالعه انتخاب شدند. بهمنظور ثبت نقاط حضور گونه ابتدا تأکید بر روی شناسایی پهنههای حضور گونه بود، در این راستا ابتدا با استفاده بررسیهای محلی و همچنین مراجعه به اداره منابع طبیعی شهرستان اردکان، موقعیت نسبی قرارگیری رویشگاههای گونهها در سطح شهرستان مشخص شد.
شکل 1. موقعیت شهرستان اردکان در تقسیمبندی سیاسی و کشوری (الف)، در سطح استان (ب) و نسبت به استان مجاور (پ)
سپس بازدیدهای میدانی از مناطق موردمطالعه به عمل آمد و موقعیت مکانی نقاط حضور با استفاده از سامانه موقعیتیاب مکانی ثبت شد. در هر فصل از سال یک بازدید میدانی به عمل آمد و در مجموع در سراسر ارتفاعات شهرستان تعداد بازدیدهای میدانی به 20 بازدید رسید.
مدلسازی توزیع
بهمنظور بررسی گستره انتشار گیاهان دارویی مورد استفاده در پژوهش حاضر از مدلهای توزیع گونهای به شرح درخت طبقهبندی و رگرسیون (CART)، رگرسیون لجستیک (LR)، درخت چندگانه جمعشانی (TreeNET) و جنگل تصادفی (RF) استفاده گردید (41، 42). این دسته از مدلها برای اجرا به دادههای دو وجهی یا دو طبقهای نیاز داشت که شامل نقاط حضور و عدم حضور یا شبه عدم حضور بود. لذا برای اجرای مدلهای اشاره شده از 1000 نقاط شبه عدم حضوری استفاده شد (18) که بهصورت تصادفی (40) ایجاد شدند. ثبت نقاط تصادفی در نرمافزار QGIS3.6.1 انجام گرفت. پس از ثبت نقاط حضور، بهمنظور کاهشی خود همبستگی مکانی (spatial autocorrelation) بین نقاط حضور از فاصله 500 متری که دو برابر قدرت تفکیک مکانی لایههای مطالعاتی استفاده شد. این عمل با استفاده از ماژول Distance در نرم افزار ArcGIS انجام گرفت.
اعتبارسنجی مدل
بهمنظور بررسی کارایی مدل از مساحت سطح زیر منحنی ROC (Receiver operator characters) که AUC (Area under the curve) نام دارد، استفاده شد. منحنی ROC نمودار یک شمای گرافیکی است که با استفاده از میزان مثبت واقعی بر روی محور X و میزان مثبت کاذب بر روی محور Y در آستانههای مختلف که بر اساس مقادیر حساسیت و ویژگی است ایجاد میشوند (13). طبقهبندی مقادیر مختلف سطح زیر منحنی AUC در منحنی ROC نمایش دادهشده است (جدول 1).
جدول 1. طبقهبندی مقادیر مختلف سطح زیر منحنی AUC در منحنی ROC(18)
|
میزان دقت (شاخصی از کارایی مدل) |
AUC |
|
پایین |
7/0 -5/0 |
|
متوسط |
9/0 -7/0 |
|
بالا |
< 9/0 |
علاوه بر اعتبارسنجی با AUC بهعنوان معیاری غیر وابسته به حد آستانه برای ارزیابی عملکرد حد آستانه از معیارهای وابسته به حد آستانه نیز استفاده شد. حد آستانه مقداری است عددی که با اعمال مقدار آن بر روی لایه اطلاعاتی احتمال مطلوبیت رویشگاه، لایه اطلاعاتی باینری مطلوبیت رویشگاه حاصل شد که در این لایهها مقادیر یک برابر رویشگاه مطلوب و مقادیر صفر رویشگاه نامطلوب را برای گونه نمایش میدهند. بعد از اعمال حد آستانه در مدلسازی متریکهای وابسته به حد آستانه قابلمحاسبه هستند مانند حساسیت که قدرت مدل را در تشخیص مجموعه داده بهکاربرده شده بهعنوان نقطه حضور را ارزیابی و معین میکند نقاط ورودی با برچسب حضور، تا چه حد مجدد توسط حد آستانه نیز حضور شناساییشدهاند. عامل ویژگی، عکس حالت قبل بود و قدرت مدل را در تشخیص مجموعه دادههای عدم حضور ارزیابی کرد. طبقهبندی صحیح، قدرت تقسیمبندی دادههای حضور/شبه عدم حضور را ازنظر طبقهبندی صحیح ارزیابی کرد تا قدرت حد آستانه را ارزیابی کند. طبقهبندی اشتباه، قدرت تقسیمبندی دادههای فوق را ازنظر طبقهبندی اشتباه ارزیابی کرد. جمع مقدار این شاخص با طبقهبندی صحیح یک است. معیارهای وابسته به حد آستانه بر اساس مقدار پیشفرض در نرمافزار SPM (Salford Predictive Modeler) محاسبه شدند.
از معیارهای شیمیایی خاک مقدار نیتروژن(N) و کرین آلی خاک(SOC) و از پارامترهای فیزیکی خاک ماسه(Sand)، سیلت(silt) و رس(clay) استفاده شدند. متغیرهای مربوط به شرایط خاک بهصورت میانگین در عمق 5 تا cm15 از سطح زمین از تارنمای https://soilgrids.org تهیه شدند؛ که در بررسی زیستگاه گونه های جانوری نیز مورد استفاده قرار گرفته اند(18). انتخاب این عمق به دلیل رشد جوانه و همچنین تأثیری است که عمق در سه هفته اول در فرآیند استقرار دارد (30). مدل رقومی ارتفاع با قدرت تفکیک مکانی m30 از پایگاه dwtkns.com تهیه شد. از متغیر ارتفاع شاخص رطوبت توپوگرافیCTI به دست آمد. شاخص CTI، ترکیب پستیوبلندی است که نسبت بین شیبها را در حوضه به نمایش میگذارد و به شاخص خیسی نیز معروف است. CTI، شاخصی از توزیع مکانی رطوبت خاک در طول چشمانداز زمین است که بهوسیلهی رابطهی 1 محاسبه گردید (18).
رابطه (1) CTI = ln
در رابطه فوق، 
مساحت حوضهی آبخیز و 𝛃 برابر گرادیان شیب بر حسب درجه است. شاخص ناهمواری زمین درواقع بهنوعی اختلاف ارتفاع یک پیکسل با هشت پیکسل اطراف خود است. برای این کار ارتفاع هر پیکسل از پیکسلهای اطراف خود کم شد و برای مثبت کردن این اعداد آنها را به توان دو رسانده، از آنها میانگین گرفته و دوباره ریشهی دوم آن محاسبه گردید و به پیکسل موردنظر نسبت داده شد (18). از دیگر متغیرهای که با استفاده از مدل رقومی ارتفاع قابلمحاسبه است متغیر شکل زمین را میتوان نام برد.
با استفاده از مدل رقومی ارتفاع طبقات مختلف شاخص موقعیت توپوگرافی TPI تهیه و با در نظر گرفتن این شاخص طبقات مختلف شکل زمین محاسبه شد (45). مراحل مختلف محاسبه این شاخص در نرمافزار SAGA GIS قرار دارد (27). بهمنظور بررسی اثر باد بر روی رویشگاه گونه از شاخص بادخیزی استفاده شد مقادیر کمتر از یک در این شاخص به معنای مناطقی زیر سایه Sheltered باد و مقادیر بیش از یک بخشهای در معرض باد را نمایش میدهند (28). شاخص تراکم پوشش گیاهی (NDVI) از شناختهشدهترین و سادهترین شاخصهای گیاهی مورداستفاده در پردازش تصاویر ماهوارهای قلمداد میشود مقدار این شاخص بین 1+ تا 1- در نوسان است. مقادیر 1/0-05/0 مناطق گیاهی تنک، 5/0-1/0 مناطق گیاهی معمولی، و مقادیر بیش از 48/0 مناطقی با پوشش گیاهی بسیار متراکم و غنی را نمایش داد آب و برف و یخ نیز دارای مقادیر کمتر از 5/0 بیانگر خاک بود در این شاخص ابر دارای مقادیر حولوحوش صفر است (20). این شاخص با استفاده از تصاویر ماهواره مودیس و بهصورت میانگین یکساله مدنظر قرار گرفت. استخراج شاخص مذکور در سامانه گوگل ارث انجین میسر است (31). پیش از ورود متغیرهای رویشگاهی به فرآیند مدلسازی، میزان همبستگی بین آنها بررسی شد تا آن دسته از متغیرهای که دارای همبستگی بیش از 75/0 هستند از تحلیل کنار گذاشته شوند.
نتایج
پیشپردازشهای مدلسازی
پس از کاهش خود همبستگی مکانی میان نقاط حضور، این نقاط در کنار نقاط شبه عدم حضور آویشن (الف) و آنغوزه (ب) قرار گرفتند (شکل 2). بر این اساس برای آویشن در مجموع تعداد 208 نقطه حضور و برای آنغوزه درمجموع تعداد 120 نقطه حضور در سطح شهرستان اردکان ثبت گردید. با استفاده از این تحلیل تعداد نقاط آویشن از 208 نقطه حضور به 54 نقطه و نقاط حضور آنغوزه نیز از 120 نقطه حضور به 47 نقطه تقلیل پیدا کرد. پس از انجام تحلیل خودهمبستگی بین متغیرهای رویشگاهی مشخص شد که بین هیچکدام از متغیرهای رویشگاهی آماده شده همبستگی بالای 75/0 وجود نداشت لذا در پژوهش حاضر هیچ کدام از متغیرهای رویشگاهی از تحلیل حذف نشدند.
نتایج ارزیابی مدلهای رویشگاهی
اعتبارسنجی مدلهای مورداستفاده به تفکیک معیارهای وابسته و غیر وابسته به حد آستانه ذکرشدهاند. بر اساس نتایج ROC مدل CART به نسبت سایر مدلهای مورداستفاده باقدرت بالاتری به پیشبینی پرداخته است. بر اساس مقدار ویژگی، مدل RF به نسبت سایر مدلها ضعیفتر عمل کرده که نشان میدهد این مدل توانسته است 48/52% از نقاط شبه عدم حضور واردشده در مدلسازی را بهعنوان شبه عدم حضور تشخیص دهد. اما مقدار حساسیت برای این مدل برابر 100 محاسبهشده است که مقدار قابلتوجهی است. بر اساس معیارهای مورداستفاده، به نظر میرسد که پیشبینی رویشگاه مطلوب آنغوزه به نسبت آویشن باقدرت بالاتری انجامگرفته است چراکه مقدار متریکهای وابسته و غیر وابسته به حد آستانه در این دسته از مدلها به نسبت بالاتر است (جدول 2).
شکل 2. نقاط حضور و شبه عدم حضور گونه آویشن (الف) و آنغوزه (ب)
مطلوبیت رویشگاه
شکل 3 نتایج اجرای مدلهای منفرد را در به تفکیک دو گونه آویشن Thymus kotschyanus Boiss. & Hohen و آنغوزه Ferula assa foetida L. نمایش میدهد. هر یک از این نقشهها بهعنوان نقشه احتمال پیشبینی شناختهشده و مطلوبیت رویشگاه معادل احتمال حضور است. به این معنا که رنگ آبی در این نقشه مناطقی با احتمال حضور بالا و رنگ قهوهای مناطقی با احتمال حضور پایین را نمایش میدهند. بر این اساس نتایج مدل CART رویشگاه آویشن در ارتفاعات رباط پشت بادام، خرانق، دره انجیر، گزستان، درند، انجیرآوند، حاجیآباد، زرین و چکچک مطلوب است. ارتفاعات چکچک، خرانق، رباط پشت بادام شهرستان بیشترین پوشش را از رویشگاه گونه آویشن دارند از طرفی همین ارتفاعات برای گونه آنغوزه نیز مطلوبیت بالایی دارند.
مدلهای منفرد مورداستفاده (شکل 3) تلفیقشده و مدل اجماع تشکیلشد (شکل 4). در این شکل رنگ قرمز نشاندهنده مناطقی با مطلوبیت رویشگاه بالا و رنگ آبی نشاندهنده رویشگاه باکیفیت پایین برای گونههای آویشن و آنغوزه است.
جدول 2. نتایج اعتبارسنجی مدلهای مورداستفاده به تفکیک گونه
|
|
آویشن |
آنغوزه |
|||
|
مدل |
نام آماره |
داده یادگیری |
داده آزمون |
داده یادگیری |
داده آزمون |
|
CART |
ROC |
97/0 |
88/0 |
95/0 |
83/0 |
|
خطای طبقهبندی |
04/0 |
09/0 |
04/0 |
04/0 |
|
|
دقت طبقهبندی |
95/0 |
90/0 |
91/0 |
89/0 |
|
|
ویژگی |
88/94 |
09/91 |
20/91 |
60/90 |
|
|
حساسیت |
100 |
62/84 |
100 |
60/76 |
|
|
Tree net |
ROC |
98/0 |
94/0 |
98/0 |
94/0 |
|
خطای طبقهبندی |
03/0 |
03/0 |
02/0 |
04/0 |
|
|
دقت طبقهبندی |
89/0 |
78/0 |
89/0 |
87/0 |
|
|
ویژگی |
79/84 |
22/78 |
40/89 |
60/87 |
|
|
حساسیت |
100 |
31/92 |
100 |
98/82 |
|
|
Random Forest |
ROC |
92/0 |
95/0 |
94/0 |
94/0 |
|
خطای طبقهبندی |
18/0 |
23/0 |
14/0 |
16/0 |
|
|
دقت طبقهبندی |
66/0 |
54/0 |
67/0 |
60/0 |
|
|
ویژگی |
56/64 |
48/52 |
28/66 |
41/59 |
|
|
حساسیت |
100 |
100 |
22/97 |
100 |
|
|
رگرسیون لجستیک |
ROC |
89/0 |
92/0 |
94/0 |
89/0 |
|
خطای طبقهبندی |
05/0 |
04/0 |
04/0 |
05/0 |
|
|
دقت طبقهبندی |
85/0 |
74/0 |
87/0 |
82/0 |
|
|
ویژگی |
19/78 |
93/73 |
65/85 |
51/82 |
|
|
حساسیت |
93/82 |
31/92 |
89/88 |
82/81 |
|
اهمیت متغیرهای رویشگاهی
بر اساس جداول زیر، هر یک از مدلهای مورداستفاده متغیرهای را بهعنوان متغیر تأثیرگذار شناسایی کردند. به طور مثال برای گیاه آویشن در مدل درخت طبقهبندی و رگرسیون نیتروژن(N) و ارتفاع بیشترین تأثیر را بر روی مطلوبیت رویشگاه گونه داشت و یا در روش جنگل تصادفی، شیب و ارتفاع بیشترین تأثیر را داشت. در روش رگرسیون لجستیک نیز بر پایه مقادیر T-test و P-Value متغیرهای شکل زمین، شیب و تراکم پوشش گیاهی تأثیر بسزایی بر روی توزیع آویشن گذاشت. درواقع هر چه مقدار P-value به صفر نزدیکتر شد و هر مقدار، قدر مطلق t-test بزرگتر گردید متغیر قدرت پیشبینی بیشتری پیدا کرد (جدول های 3 و 4).
استان یزد به دلیل شرایط خاص اکولوژیک از جایگاه ویژهای در سطح کشور ازنظر جایگاه گیاهان دارویی است. در این راستا پژوهش حاضر باهدف بررسی وضعیت حضور گیاهان دارویی در شهرستان اردکان واقع در شمال استان یزد انجام گرفت. لذا تلاش شد تا با استفاده از دادههای حضور گونه و همچنین متغیرهای خاک، پوشش گیاهی و توپوگرافی رویشگاههای مطلوب برای گونهها آویشن و آنغوزه در سطح شهرستان شناسایی شود. سپس تلاش شد تا اهمیت متغیرهای محیطی بر روی حضور گونه بررسی شود.
جدول 3. اهمیت متغیرهای تأثیرگذار بر روی رویشگاه آویشن
|
|
|
LR |
|
||
|
متغیر |
Random Forest |
Cart |
T-test P-Value |
Tree Net |
|
|
ارتفاع |
19/43 |
42/93 |
- |
- |
51/52 |
|
شیب |
100 |
59/83 |
89/2 |
003/0 |
100 |
|
N |
97/38 |
100 |
- |
- |
28/45 |
|
شکل زمین |
35/37 |
29/18 |
31/3 |
000/0 |
92/73 |
|
بادخیزی |
56/38 |
83/65 |
- |
- |
30/41 |
|
SOC |
81/9 |
62/58 |
22/2 |
02/0 |
99/29 |
|
سایهروشن |
11/20 |
52/29 |
- |
- |
50/75 |
|
Clay |
42/4 |
10/38 |
- |
- |
59/32 |
|
Sand |
45/13 |
93/25 |
- |
- |
59/28 |
|
Silt |
81/3 |
55/16 |
- |
- |
83/40 |
|
رطوبت توپوگرافی |
83/5 |
17/48 |
- |
- |
89/46 |
|
NDVI |
97/18 |
85/12 |
41/2 |
01/0 |
92/58 |
جدول 4. اهمیت متغیرهای تأثیرگذار بر روی آنغوزه
|
|
|
LR |
|
||
|
متغیر |
Random Forest |
Cart |
T-test P-Value |
Tree Net |
|
|
ارتفاع |
72/62 |
35/82 |
- |
- |
84/61 |
|
شیب |
100 |
100 |
- |
- |
33/56 |
|
N |
23/41 |
71/87 |
- |
- |
20/39 |
|
شکل زمین |
48/18 |
28/17 |
32/3 |
000/0 |
83/97 |
|
بادخیزی |
45/51 |
06/79 |
- |
- |
95/43 |
|
SOC |
55/4 |
93/38 |
99/1 |
04/0 |
10/40 |
|
سایهروشن |
67/8 |
29/3 |
- |
- |
22/54 |
|
clay |
72/30 |
59/66 |
- |
- |
68/22 |
|
sand |
75/7 |
53/12 |
- |
- |
44/20 |
|
Silt |
36/3 |
91/6 |
- |
- |
37/25 |
|
رطوبت توپوگرافی |
13/5 |
59/12 |
- |
- |
77/31 |
|
NDVI |
47/63 |
88/29 |
22/4 |
000/0 |
100 |
در پژوهش حاضر با استفاده از مدلهای مطلوبیت، رویشگاه بالقوه گیاهان دارویی آویشن و آنغوزه شناسایی شد. روشهای مورداستفاده در این مطالعه جز پرقدرتترین روشهای طبقه و کلاسهبندی محسوب میشوند (41، 42)، که در مطالعات گیاهی و جانوری مورداستفاده قرار میگیرند (46، 39، 51، 34، 38). نتایج نشان داد که در پیشبینی توزیع آویشن مدل CART به نسبت سایر مدلها باقدرت بالاتری به رویشگاه را پیشبینی کرده است. این قدرت مدل هم در متریکهای وابسته به حد آستانه و هم در متریکهای غیر وابسته به حد آستانه مشخص است. بهطور مثال مقدار حساسیت برای این مدل برابر 62/86% محاسبهشده که نشان میدهد مدل در شناسایی مجدد نقاط حضور موفق عمل کرده است، این مقدار برای ویژگی برابر 62/84% ارزیابی شد. بر اساس متریک حساسیت برای دادههای آزمون روش جنگل تصادفی به بهترین شکل عمل کرد بهنحویکه مقدار حساسیت برای آن برابر 100 محاسبه گردید. این در حالی است که مقدار حساسیت برای این روش برابر 48/52% اندازهگیری شده است. مدلهای مختلف مورداستفاده بر پایه الگوریتمهای مختلف بوده و این امر باعث شده که هریک از آنها در نتایج متفاوت از یکدیگر عمل کنند ازاینرو در این دسته از مطالعات تمایل به استفاده از مدلهای اجماع است (18). چراکه با استفاده از این مدلها مقدار کارایی و ضعفهای موجود در مدلها پوشانیده خواهد شد.
متریکهای اندازهگیری شده (جدول 2) برای گیاه آنغوزه اما نشان داد که جنگل تصادفی بهعنوان روش قدرتمند مورداستفاده در پژوهش حاضر مطرح است. بهنحویکه از میان روشهای مورداستفاده در پژوهش حاضر به نسبت دارای نتایج اعتبارسنجی مناسبتری بوده است. مطالعهای که بر روی مطلوبیت زیستگاه گوسفند وحشی Ovis orientalis با استفاده از روشهای درخت پایه انجام گرفت. نتایج نشان داد که در مقابل مدل CART روش RF به نسبت باقدرت بیشتری عمل کرده است که مطابق با یافتههای پژوهش حاضر است (19). از طرفی مطالعاتی دیگری نیز به قدرت بالای روش جنگل تصادفی اذعان کردهاند (32، 29). الگوریتم جنگل تصادفی به دلیل غیر پارامتری بودن در بهرهگیری از متغیرهای توصیفی مختلف، دارای انعطافپذیری بوده و میتواند روابط غیرخطی متغیرهای پاسخ و متغیرها توضیحی و همچنین برهمکنش سلسله مراتبی بین آنها را آشکار کند. که بهعنوان یک ویژگی بسیار مهم تلقی میشود.
گیاه آویشن در اشکال زمین شامل آبراهه، زهکشهای مرتفع،یالهای مرتفع و قله کوه پراکنش دارد. در مناطق وسیعی از نواحی شمالی، مرکزی و غربی ایران از جمله گیلان، مازندران، اطراف تهران، کردستان، آذربایجان و برخی مناطق دیگر میروید (23). این حضور گونه در اشکال مختلف میتواند نشان از توانایی گونه برای اشغال آشیانهای اکولوژیک مختلفی است که این مناطق ایجاد کردهاند. حضور گونه در بخشهای عمیق و آبراههها میتواند به دلیل رطوبتی باشد که این مناطق دارند و در کنار آن حضور گونه در سایر مناطق میتواند به دلیل نقشی باشد که آن طبقات از شکل زمین در افزایش گستره انتشار خواهند داشت.
بر اساس نتایج پژوهش حاضر، در رویشگاه آویشن مقدار شیب، ارتفاع و N خاک تأثیر بسزایی بر روی حضور گونه دارند. دو مولفه اول که بیانکننده شرایط توپوگرافی منطقه هستند و نشان میدهند که آویشن گونهای است که در ارتفاعات حضور دارد و با تأثیری که ارتفاع میتواند بر روی سایر مؤلفهها و تشکیل گرادیانهای محیطی داشته باشد بسیاری از مؤلفههای فیزیکی و زیستی رویشگاه نیز از این عامل تأثیرپذیری دارند. این یافته در راستای مطالعاتی است که اشاره داشتهاند که ویژگیهای توپوگرافی مانند ارتفاع، شیب و جهت شیب عامل اصلی الگوی پراکنش پوشش گیاهی در مناطق کوهستانی هستند (48، 44). در مطالعهای که بر روی مطلوبیت رویشگاه اینگونه در استان گلستان انجام گرفت نیز نتایج نشان داد که ارتفاع و بافت خاک بر روی توزیع آویشن تأثیر داشتهاند که در راستای یافتههای پژوهش حاضر است (3). در مطالعه دیگر بر روی گونه آویشن کوهی Thymus kotschyanus Boiss. & Hohen. در مراتع طالقان نیز نتایج نشان داد که متغیر ارتفاع، عمق، آهک، pH، EC، جهت شرقی و شمالی بیشترین تأثیر را بر روی رویشگاه داشتند که نشان از اهمیت خاص ارتفاع برای گونه است. در مطالعه مذکور حداکثر ارتفاع حضور گونه 2358 متر و حداقل آن برابر 719 متر اندازهگیری شد (10). در مطالعه دیگری که بر روی اینگونه در طالقان انجام گرفت نیز نتایج ارتفاع 1800 تا 2800 متر را بهعنوان رویشگاه مطلوب گونه در نظر گرفته بودند که نشان میدهد ارتفاع حضور گونه در عرضهای جغرافیایی بالا به نسبت محدوده توزیع گونه در مرکز ایران بالاتر است (33). با توجه به اینکه با افزایش ارتفاع، میزان بارندگی افزایش و درجه حرارت کاهش پیدا میکند (3) که شرایط مناسبی را برای آویشن ایجاد کرده است. از طرفی ارتفاع میتواند بر روی تشکیل خاک مؤثر باشد (10). همچنین حضور آویشن در ارتفاعات بالا میتواند به دلیل مقاومتی باشد که گونه در مقابل سرما دارد (35). این نتایج با توصیفهایی که از رویشگاه آویشن در نواحی شمالی کشور بهعملآمده همخوانی دارد. بهطور مثال در مطالعهای در بررسی تاکسونومی عددی Thymus نتایج نشان داد که رویشگاه گونه در دامنههای کوهستانی، در شکاف سنگها و در ارتفاعات بالای منطقه خزری و ایرانی- تورانی ذکرشده است (14).
بررسیها نشان داد که از میان متغیرهای رویشگاهی مورداستفاده برای مدلسازی گونه گیاهی آنغوزه متغیر ارتفاع تأثیر بسزایی بر روی مطلوبیت رویشگاه گونه دارد. اما در کنار این متغیر بر اساس درصد اهمیت متغیرها، میانگین N و همچنین NDVI نیز تأثیرگذار هستند. ارتفاعهای متوسط کوهپایهها و دامنهها مناسبترین محیط برای رشد و نمو گیاهان مرتعی میباشند که با افزایش ارتفاع و افزایش میزان بارش به دلیل شیب زیاد عناصر غذایی خاک شسته میشود (4). همچنین در مطالعهای همبستگی مثبت بین متوسط ارتفاع از سطح دریا و فنل کل مشاهده شد که بیانگر نقش ارتفاع در رشد این گونه است (24). یکی از دلایل مهم وابستگی اینگونه به ارتفاع میتواند نقشی باشد که ارتفاع در شکلگیری سایر گرادیانهای محیطی مانند بارش و رطوبت دارد این عامل بر روی گیاه آنغوزه در شمال شرق ایران نیز جز متغیرهای با تأثیرگذاری بالا محسوب میشود (21). که در کنار این عامل سایر عواملی مانند واحد اراضی، دمای فصلی، سازند زمینشناسی و شیب نیز مؤثر بودند، لذا بالا بودن غلظت بیشتر عناصر در گیاهان ارتفاع پایین میتواند دلیلی مناسب برای شرایط خاک این منطقه برای رشد به نسبت سایر رویشگاهها باشد (36). تأثیر افزایش ارتفاع بر روی افزایش کیفیت گیاه ازنقطهنظر عرض برگ، وزن خشک و وزنتر در بررسی رویشگاه اینگونه در خوزستان نیز مشخصشده است (2). یافته های مطالعه مذکور نشان داد با افزایش ارتفاع از سطح دریا صفاتی مانند فسفر، و سدیم در نمونهها کاهش و صفاتی مانند پتاسیم، کربوهیدارات، کلروفیل و پروتئین برگ افزایش داشتند. مطالعه نتایج حاصل از ارتباط رویشگاه آنغوزه با اشکال مختلف زمین نشان داد که این گیاه در اشکال زمین درههای عمیق، قلههای مرتفع حضور دارد. ویژگیهای مرتبط شکل زمین شامل یالهای مرتفع و یالهای شیب میانی تشکیلشده است و بخش مهمی از محیطی هستند که اکوسیستمها در آن توسعهیافته و جریان مواد و انرژی در آن اتفاق میافتد (49). اشکال زمین بهواسطه تفاوت در بسترهای زمینشناسی، شکل سطح و پستیوبلندیهای خود بر تغییرات مکانی موجود در فاکتورهای اکولوژیکی مانند در دسترس بودن آب و قرار گرفتن در معرض انرژی تابشی خورشید تأثیر میگذارند. علاوه بر این لندفرمها از طریق ایجاد تفاوت در ارتفاع و درجه شیب سطح زمین و برهمکنش با اقلیم، بر فرآیندهای هیدرولوژیکی و تشکیل خاک اثر میگذارند. حضور آنغوزه در در اشکال نامبرده زمین همانطور که اشاره شد میتواند به دلیل بارش و مولفه مرتبط با آن یعنی رطوبت باشد. در مطالعهی که بر روی تعیین رویشگاه بالقوه این گیاه در منطقه چترود استان کرمان انجام گرفت. یافته ها بیانگر آن بود که بارش دارای تاثیر زیادی در مطلوبیت زیستگاه است(11) به همین دلایل لند فرمها به بهترین شکل، همبستگی بین پوشش گیاهی و الگوهای خاک را در مقیاس مزو و میکرو نشان میدهند (26). علیرغم اهمیت Geodiversity در تنوع و انتشار گونهها این مهم بهندرت موردبررسی قرارگرفته است (50). این تمایل آنغوزه و آویشن به آبراهههای عمیق میتواند به دلیل وجود رطوبت و خاک عمیق این مناطق باشد.
مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)(علمی)
