عنوان	اکوهیدرولوژی خاک و ارتباط آن با تنوع و کارکرد جنگل-های زاگرس با استفاده از سنجش از دور و GIS
نوع پژوهش	پایان نامه
کلیدواژه‌ها	اکوهیدرولوژی خاک، ترسیب کربن، تنوع زیستی، خصوصیات خاک، رطوبت خاک، زیتوده رو زمینی، سنجش از دور، مدل ساختاری، GIS
چکیده	جنگل‌ها به عنوان یکی از مهمترین اکوسیستم‌های طبیعی زمین، نقش حیاتی در فرآیندهای بیوفیزیکی، تغییرات اقلیمی و حفظ تنوع زیستی ایفا می‌کنند. در این میان، خاک و به‌ویژه میزان رطوبت آن، ارتباط تنگاتنگی با کارکردهای اکوسیستم و فرآیندهای جنگلی دارد، زیرا رطوبت خاک تأثیر مستقیم بر رشد گیاهان، ذخیره‌سازی آب و تعادل هیدرولوژیکی دارد. با این حال، اندازه‌گیری دقیق و گسترده ویژگی‌های خاک، از جمله رطوبت، در مقیاس‌های وسیع به شیوه‌های سنتی به دلیل هزینه و زمان بالا، با چالش‌هایی روبه‌رو است. بنابراین استفاده از داده‌های سنجش از دور و فناوری‌های GIS می‌تواند ابزاری کارآمد برای پایش و تحلیل دقیق ویژگی‌های خاک، در مقیاس‌های وسیع و در شرایط جغرافیایی مختلف باشد. در همین راستا این پژوهش در منطقه‌ای‌ در جنگل‌های‌ زاگرس در شهرستان ایلام، واقع در نیمه‌ شمالی‌ استان ایلام انجام شد. ناحیه‌ مورد مطالعه‌ بخشی‌ از جنگل‌های‌ منطقه‌ شلم می‌باشد که در دامنه جنوبی تا کنار پارک جنگلی چغاسبز و در دامنه شمالی به جاده تنگه ارغوان محدود می‌شود. در پژوهش حاضر با استفاده از روش توصیفی-پیمایشی به بررسی ارتباط بین اکوهیدرولوژی خاک (رطوبت خاک) با تنوع و کارکرد جنگل‌های زاگرس پرداخته شد. برای این منظور، داده‌های سنجش از دور و تصاویر ماهواره‌ای همراه با روش‌های مرسوم درون‌یابی جهت تحلیل اکوهیدرولوژی خاک استفاده شد. این داده‌ها با نمونه‌های خاک میدانی مقایسه و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک پهنه‌بندی شدند تا تاثیر آن‌ها بر تنوع و کارکرد جنگل‌های زاگرس بررسی شود. منطقه تحقیق در سه طبقه ارتفاعی (1750-1850، 1850-1950، 1950-2050 متر از سطح دریا) و دو جهت دامنه شمالی و جنوبی انتخاب شد. 60 توده جنگلی در این منطقه شناسایی گردید که شامل 30 توده کم‌تراکم (تاج پوشش کمتر از 25 درصد) و 30 توده پر‌تراکم (تاج پوشش بیشتر از 25 درصد) بودند. در هر توده، 4 نمونه خاک از عمق 0-15 سانتی‌متری برداشت و ترکیب شد. در نهایت، 60 نمونه خاک به آزمایشگاه منتقل شد و و ویژگی‌های فیزیکی (بافت، وزن مخصوص ظاهری، وزن مخصوص حقیقی، تخلخل، سطح ویژه خاک، نفوذپذیری و دانه‌بندی خاک)، شیمیایی (اسیدیته، هدایت الکتریکی، کربن، نیتروژن و ماده آلی) و هیدرولوژیکی (رطوبت وزنی، ظرفیت اشباع، ظرفیت زراعی، نقطه پژمردگی و ظرفیت نگهداری آب) اندازه‌گیری شد. برای اندازه‌گیری کارکردهای اکوسیستم نیز زیتوده رو زمینی و ترسیب کربن خاک مورد اندازه‌گیری قرار گرفتند. شاخص‎های تنوع زیستی شامل تنوع تاکسونومیک (غنای گونه‎ای، تنوع شانون-وینر، تنوع سیمپسون و یکنواختی گونه‎ای پایلو)، تنوع کارکردی (پراکندگی کارکردی، شاخص رائو، میانگین وزنی شاخص‌های سطح ویژه برگ، محتوای خشک برگ، نیتروژن برگ، فسفر برگ و ارتفاع گیاه)، تنوع فیلوژنتیک (تنوع فیلوژنتیک فیث، میانگین فاصله نزدیکترین تاکسون، غنای فیلوژنتیک، یکنواختی فیلوژنتیک، خوشه‌بندی گونه‌ها، تغییرپذیری گونه‌ها و میانگین فاصله جفتی) و تنوع ساختاری (ضریب تغییرات قطر برابر سینه، ارتفاع درخت و قطر تاج) نیز محاسبه شدند. برای تهیه نقشه رطوبت خاک نیز از روش‌های درون-یابی (کریجینگ، کوکریجینگ و IDW) و تصاویر ماهواره‌ای (لندست 9 و سنتینل 2) استفاده شد. تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از روش‌های مقایسه میانگین دو طرفه، تحلیل رگرسیونی، تجزیه مؤلفه‌های اصلی و مدلسازی معادلات ساختاری (SEM) انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که عوامل محیطی مختلف مانند ارتفاع از سطح دریا، جهت دامنه و نوع تاج پوشش تأثیرات معنی‎داری بر ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، هیدرولوژیکی و زیستی خاک دارند. به‌ویژه، جهت دامنه و ارتفاع از سطح دریا بر خصوصیات فیزیکی خاک از جمله درصد سیلت، رس، شن، وزن مخصوص ظاهری و حقیقی، نفوذپذیری و تخلخل تأثیرگذار بوده‌اند. بیشترین نسبت سیلت در دامنه جنوبی و تاج باز مشاهده شد، در حالی که درصد رس و شن، بسته به جهت دامنه و نوع تاج پوشش تغییرات معنی‎داری نشان داد. همچنین، وزن مخصوص ظاهری و حقیقی در تاج باز بیشتر از تاج بسته بود، اما نفوذپذیری و تخلخل در تاج بسته بیشتر از تاج باز مشاهده گردید که نشان‌دهنده بهبود شرایط رطوبتی و کاهش فرسایش در تاج بسته است. در خصوص ویژگی‌های شیمیایی خاک، نتایج نشان داد که جهت دامنه و تاج پوشش تأثیر معنی‎داری بر تمامی خصوصیات شیمیایی خاک دارند، در حالی که ارتفاع از سطح دریا تنها بر pH و هدایت الکتریکی (EC) تأثیرگذار بود. pH در دامنه جنوبی بیشتر از دامنه شمالی بود و هدایت الکتریکی در دامنه شمالی، به ویژه در پایین‌بند، به بیشترین مقدار خود رسید. همچنین، بیشترین میزان کربن آلی در دامنه شمالی و در شرایط تاج پوشش بسته مشاهده شد، که نشان‌دهنده شرایط مطلوب‌تر این نواحی برای حفظ و افزایش مواد آلی خاک است. در تحلیل‌های هیدرولوژیکی، تاج پوشش تأثیر معنی‎داری بر تمامی خصوصیات هیدرولوژیکی خاک داشت، در حالی که ارتفاع از سطح دریا بر ویژگی‌هایی مانند نقطه پژمردگی، رطوبت وزنی، ظرفیت زراعی و ظرفیت نگهداری آب تأثیرگذار بود. در مقایسه میانگین‌ها، رطوبت خاک، ظرفیت اشباع و ظرفیت نگهداری آب در جهت شمالی و در تاج پوشش بسته به‌طور معنی‎داری بیشتر از جهت جنوبی و تاج باز بود. این امر حاکی از اهمیت تاج پوشش و جهت دامنه در بهبود شرایط رطوبتی و مدیریت منابع آبی خاک است. همچنین نتایج نشان داد که جهت دامنه تأثیر معنی‎داری بر غنای گونه‌ای و یکنواختی داشته و ارتفاع از سطح دریا نیز بر غنای گونه‌ای و شاخص شانون-وینر تأثیرگذار بوده است. غنای گونه‌ای در دامنه شمالی بیشتر از دامنه جنوبی بود و بالاترین میزان آن در بالابند دامنه شمالی- تاج باز و بسته ثبت شد. این نتایج بر اهمیت توجه به شرایط فیزیکی و محیطی برای بهبود تنوع زیستی تأکید دارد. در بخش تنوع کارکردی، تحلیل‌ها نشان داد که شاخص‌های پراکندگی کارکردی، رائو و CWM فسفر برگ در دامنه شمالی- تاج باز- بالابند بیشترین مقدار را داشتند. همچنین، شاخص CWM نیتروژن برگ در جهت جنوبی- تاج باز- بالابند بیشترین مقدار را نشان داد. نتایج تحلیل‌های فیلوژنتیکی نیز نشان داد که جهت دامنه بر شاخص‌های مختلف تنوع فیلوژنتیک تأثیرگذار بود، در حالی که تاج پوشش تنها بر MPD تأثیر داشت. علاوه بر این، ارتفاع از سطح دریا تأثیرات معنی‎داری بر شاخص‌های MNTD، PSR و PSC نشان داد. این یافته‌ها تأکید می‌کند که شرایط فیزیکی و محیطی می‌تواند بر ساختار و تنوع زیستی اکوسیستم‌ها تأثیرگذار باشد. نتایج همبستگی‌ها نیز نشان داد که ویژگی‌های هیدرولوژیکی خاک، نظیر رطوبت وزنی و ظرفیت نگهداری آب، تأثیرات معنی‎داری بر ترسیب کربن و زیتوده روزمینی دارند. در دامنه شمالی، ترسیب کربن ارتباط مثبت و معنی‎داری با رطوبت وزنی و ظرفیت نگهداری آب نشان داد. همچنین، زیتوده روزمینی در دامنه جنوبی با رطوبت وزنی، نقطه پژمردگی و ظرفیت نگهداری آب رابطه مثبت و معنی‎داری داشت. مدل‌سازی معادلات ساختاری (SEM) نیز نشان داد که تاج‌پوشش تأثیر مثبتی بر کیفیت خاک از طریق بهبود ویژگی‌های شیمیایی و هیدرولوژیکی دارد، درحالی‌که ارتفاع از سطح دریا تأثیر منفی بر کیفیت خاک در هر دو دامنه داشت. در خصوص استفاده از تصاویر ماهواره‌ای برای برآورد رطوبت خاک نیز، نتایج نشان داد که در هر دو دامنه شمالی و جنوبی، شاخص LSWI در هردو تصاویر ماهواره‌ای (لندست 9 و سنتینل 2) پایین‌ترین میزان مربع میانگین ریشه خطا را در مقایسه با داده‌های واقعی رطوبت نشان داد. تصاویر لندست 9 دقت بالاتری نسبت به تصاویر سنتینل 2 دارند و برای پیش‌بینی رطوبت خاک در هر دو دامنه شمالی و جنوبی گزینه مناسب‌تری هستند. نتایج تحلیل‌های فضایی نیز نشان داد که در دامنه شمالی، مدل خطی به‌عنوان مناسب‌ترین مدل برای ساختار فضایی داده‌ها شناخته شد، در حالی که در دامنه جنوبی، مدل نمایی بهتر قادر به توصیف تغییرات غیر یکنواخت بود. همچنین، ارزیابی دقت روش‌های درون‌یابی نشان داد که کریجینگ ساده در دامنه شمالی و کریجینگ معمولی در دامنه جنوبی بهترین نتایج را به دست داد. در نهایت، این تحقیق تأکید دارد که درک تأثیرات عوامل محیطی بر ویژگی‌های خاک و اکوسیستم‌ها، به‌ویژه در زمینه مدیریت پوشش گیاهی، جهت دامنه و ارتفاع از سطح دریا، می‌تواند به بهبود شرایط محیطی، حفظ تنوع زیستی و کاهش فرسایش کمک کند. علاوه بر این، سنجش از دور به‌عنوان ابزاری کارآمد و دقیق، نقش حیاتی در شناسایی و پایش این عوامل محیطی ایفا می‌کند و می‌تواند به بهبود فرآیندهای مدیریتی و ارزیابی وضعیت منابع طبیعی کمک کند.
پژوهشگران	جعفر حسین زاده (استاد راهنما)، نرگس پردل (دانشجو)، مهدی حیدری (استاد مشاور)، رضا امیدی پور (استاد مشاور)