نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشگاه گیلان
2 دانشگاه ملایر
چکیده
تکهتکه شدن زیستگاه فرایند پویایی است که موجب تغییر الگوی زیستگاه در سیمای سرزمین، کاهش تنوع زیستی و افزایش درون آمیزی میشود. منزوی شدن جمعیتهای کوچک بهعنوان یک تهدید جدی در حفاظت از جانوران بهویژه گوشتخواران محسوب میشوند. در این راستا، مدلسازی مطلوبیت زیستگاه بهعنوان یک ابزار مهم در شناسایی نحوه توزیع و پراکنش گونهها و عوامل تأثیرگذار بر آن محسوب میشود. کفتار راهراه، یکی از کم شناختهشدهترین گوشتخواران بزرگ جثه ایران است که نقش مهمی در جریان انرژی در اکوسیستم بازی میکند. هدف مطالعه حاضر، بررسی مطلوبیت زیستگاه کفتار راهراه، با استفاده از مدلهای مکسنت و شبکهعصبی در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک است. به این منظور از 45 نقطه حضور، 30 نقطه عدم حضور گونه و 24 نقطه حضور لانه و 16 نقطه عدمحضور لانه که بهعنوان یک نمایه اصلی حضور گونه هست و یازده متغیر محیطی استفاده شد. اعتبارسنجی مدلها با استفاده از رویکرد آماری (Receiver Operating Characteristic curve) ROC انجام گرفت. نتایج نشان داد اگرچه هر دو مدل در پیشبینی مناطق مطلوب زیستگاهی و لانه گزینی گونه، موفق عمل کردهاند ولی با توجه به مقدار Area Under the ROC Curve حاصل از روش مکسنت برای مطلوبیت زیستگاه (78/0AUC=) و نواحی لانه گزینی (76/0AUC=) و مقدار ROC، حاصل از روش شبکه عصبی برای نواحی مطلوب زیستگاهی (69/0AUC=) و نواحی لانه گزینی (65/0AUC=)، نتایج حاصل از روش مکسنت دارای قدرت ارزیابی و پیشبینی بالاتر از مدل شبکه عصبی مصنوعی هست و به واقعیت نزدیکتر است. بررسیها نشان داد، متغیرهای تیپ پوشش گیاهی، فاصله از چشمه و تیپ خاک براساس نتایج حاصل از حساسیت سنجی جک نایف در مدل مکسنت و متغیرهای جهت، مدل رقومی ارتفاع و فاصله تا قنات به ترتیب رتبه نفوذ در شبکه عصبی، بهعنوان تأثیرگذارترین متغیرها بر مدلسازی مطلوبیت زیستگاه گونه در نظرگرفته شدند. براساس نتایج حاصل از مدل مکسنت و شبکه عصبی، مهمترین متغیر مؤثر در لانه گزینی کفتار در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک، کاربری اراضی منطقه بهویژه مرتعداری میباشد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
The habitat suitability study of hyaena hyaena in the Haftadgholeh protected area
نویسندگان [English]
1 university of guilan
2 university of malayer
چکیده [English]
Habitat fragmentation is a dynamic process that changes the pattern of habitats in the landscape, decreases biodiversity and increases inbreeding. Isolation of small populations consider as a serious threat to the protection of animals, particularly in carnivorous animals. In this regard, habitat suitability modeling is an important tool to identify distribution and dispersion of species and effective factors on them. The striped hyaena (Hyaena hyaena) is one of the least known bulky carnivores of Iran. It has played an important roles for energy flow in ecosystems. The aims of present study are investigation of habitat suitability of striped hyaena using MaxEnt and neural network models in Haftad Gholeh, Arak protected area. For this purpose, presence, absence and presence of denning regions of species and absence of denning which were used as a main factor and 11 effective variable. Models are validated using ROC (Receiver Operating Characteristic curve) statistical approaches. The results illustrate although both models succeed in prediction suitable habitat area and the selection of den of striped hyaena but according to the ROC in MaxEnt model the amount of AUC for suitable habitat and denning regions has obtained AUC=0.78 and AUC=0.76, respectively. As well as that, in ANN model the amount of AUC for suitable habitat and denning regions has been obtained AUC=0.69 and AUC=0.65, respectively. So results of current study showed the power of evaluate and prediction of MaxEnt model is higher than ANN model and it is near to the fact.
کلیدواژهها [English]
بررسی مطلوبیت زیستگاه کفتار راهراه (Hyaena hyaena) در منطقه
حفاظتشده هفتاد قله اراک
سحر رضائی1*، سعید نادری2 و پیمان کرمی3
1صومعه سرا، دانشگاه گیلان، دانشکده منابع طبیعی، زیستگاه و تنوع زیستی
2 صومعه سرا، دانشگاه گیلان، دانشکده منابع طبیعی، گروه محیطزیست
3 ملایر، دانشگاه ملایر، دانشکده منابع طبیعی، ارزیابی محیطزیست
تاریخ دریافت: 2/10/95 تاریخ پذیرش: 10/2/96
چکیده
تکهتکه شدن زیستگاه فرایند پویایی است که موجب تغییر الگوی زیستگاه در سیمای سرزمین، کاهش تنوع زیستی و افزایش درون آمیزی میشود. منزوی شدن جمعیتهای کوچک بهعنوان یک تهدید جدی در حفاظت از جانوران بهویژه گوشتخواران محسوب میشوند. در این راستا، مدلسازی مطلوبیت زیستگاه بهعنوان یک ابزار مهم در شناسایی نحوه توزیع و پراکنش گونهها و عوامل تأثیرگذار بر آن محسوب میشود. کفتار راهراه، یکی از کم شناختهشدهترین گوشتخواران بزرگ جثه ایران است که نقش مهمی در جریان انرژی در اکوسیستم بازی میکند. هدف مطالعه حاضر، بررسی مطلوبیت زیستگاه کفتار راهراه، با استفاده از مدلهای مکسنت و شبکهعصبی در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک است. به این منظور از 45 نقطه حضور، 30 نقطه عدم حضور گونه و 24 نقطه حضور لانه و 16 نقطه عدمحضور لانه که بهعنوان یک نمایه اصلی حضور گونه هست و یازده متغیر محیطی استفاده شد. اعتبارسنجی مدلها با استفاده از رویکرد آماری (Receiver Operating Characteristic curve) ROC انجام گرفت. نتایج نشان داد اگرچه هر دو مدل در پیشبینی مناطق مطلوب زیستگاهی و لانهگزینی گونه، موفق عمل کردهاند ولی با توجه به مقدار Area Under the ROC Curve حاصل از روش مکسنت برای مطلوبیت زیستگاه (78/0AUC=) و نواحی لانهگزینی (76/0AUC=) و مقدار ROC، حاصل از روش شبکهعصبی برای نواحی مطلوب زیستگاهی (69/0AUC=) و نواحی لانهگزینی (65/0AUC=)، نتایج حاصل از روش مکسنت دارای قدرت ارزیابی و پیشبینی بالاتر از مدل شبکهعصبی مصنوعی هست و به واقعیت نزدیکتر است. بررسیها نشان داد، متغیرهای تیپ پوشش گیاهی، فاصله از چشمه و تیپ خاک براساس نتایج حاصل از حساسیت سنجی جک نایف در مدل مکسنت و متغیرهای جهت، مدل رقومی ارتفاع و فاصله تا قنات به ترتیب رتبه نفوذ در شبکه عصبی، بهعنوان تأثیرگذارترین متغیرها بر مدلسازی مطلوبیت زیستگاه گونه در نظرگرفته شدند. براساس نتایج حاصل از مدل مکسنت و شبکهعصبی، مهمترین متغیر مؤثر در لانهگزینی کفتار در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک، کاربری اراضی منطقه بهویژه مرتعداری میباشد.
واژههای کلیدی: مطالعه تناسب زیستگاهی، لانهگزینی، مدل شبکهعصبی مصنوعی (ANN)، مدل MaxEnt
* نویسنده مسئول، تلفن: 09197080883، پست الکترونیکی:sahar.rezaei2@yahoo.com
مقدمه
درک صحیح ارتباط بین توزیع حیوانات و زیستگاه آنها میتواند نقش مهمی در حفاظت و مدیریت گونههای در معرض تهدید داشته باشد (1 و 34). مدیریت موفق حیاتوحش بستگی به سطح اطلاعات ما درباره وضعیت حیوان ازنظر فراوانی، روند رشد جمعیت (صعودی و نزولی) و توزیع گونهها دارد (5). پیشبینی توزیع و نقاط حضور گونهها بهعنوان یک عامل کلیدی در مدیریت و حفاظت از حیاتوحش به کار میرود، فنون مدلسازی مطلوبیت زیستگاه متغیرهای محیط زیستی احتمالی مؤثر بر مطلوبیت زیستگاه گونه را شناسایی و مطلوبیت هربخش از سرزمین را برای گونه معرفی میکنند (6 و 12). به عبارتی، با استفاده از دادههای پراکنش گونه و متغیرهای محیط زیستی مؤثر بر آن، زیستگاه مناسب را برای گونه پیشبینی میکنند (23). مدلسازی مطلوبیت زیستگاه به مدیران و تصمیم گیران کمک میکند تا با کمترین زمان و هزینه بتوانند عوامل تهدیدکننده گونه و بهترین شرایط زیستگاهی حضور گونه را شناسایی کنند (7 و 17). این مدلها به دودسته مدلهای مبتنی بر حضور و عدمحضور گونه تقسیم میشوند (8 و 7). درگذشته بیشتر ارزیابی کیفی مدنظر بود ولی امروزه ارزیابی کمی مدنظر است، زیرا میتوان اثر فعالیتهای انسانی و تغییرات یک زیستگاه را بررسی کرد (15). ارزیابی کمی، کمیسازی روابط بین متغیرهای اکولوژیکی بهعنوان یکی از اولویتهای اکولوژی کاربردی، در شناخت اثر فعالیتهای بشر و بررسی تغییرات زیستگاه مطرحشده است) 37).
کفتار راهراه Hyaena hyaena نشان داد، از آفریقا (بهجز بخشهای جنوبی)، خاورمیانه بهویژه شبهجزیره عربستان، قفقاز، ترکیه، عراق و ایران پراکنش دارد (30 و 40). اینگونه ازنظر بومشناختی در پاکسازی تالابها در بوم سامانههای گرمسیری و بازگردانی ترکیبات معدنی از مواد آلی مرده نقش بسیار مهمی دارد (48 و 21). براساس پژوهشها مکانهای دفع زباله پیرامون سکونتگاههای انسانی، منطقه توزیع کفتار راهراه را تحت تأثیر قرار میدهد (24). ابی سعید و همکاران (2007) و لیکی و همکاران (1999) کفتار را عمدتاً یکگونه شب فعال، فرصتطلب و همهچیزخوار معرفی کردند (5 و 32). رفتار لاشهخواری اینگونه به توزیع گسترده و بقای آن در مناطق مختلف کمک میکند. بهویژه، زیستگاههایی که بهشدت توسط انسان تغییریافتهاند. به عبارتی، نزدیک به سکونتگاههای انسانی مشاهده میشوند (14،13،19 و 22). در برخی پژوهشها زمینهای تپهماهوری، پرشیب و صخرهای بهعنوان زیستگاه مطلوب کفتار راهراه گزارششدهاند (13، 48 و52).
مطالعه کارکاز و همکاران (2004) در ترکیه نشان داد، کفتار هیچگونه ارجحیت زیستگاهی و ارتفاعی ندارد و در تمام بوم سامانهها مشاهده میشود (40). بررسیهای ارتفاعی نشان داد، بیشترین حضور گونه در قفقاز، ترکمنستان، تاجیکستان و ازبکستان در متوسط ارتفاع 2100 متری، در ایران، هند و پاکستان به ترتیب در حدود 2250، 2500 و 3300 متری از سطح دریا گزارششده است (31 و 43). علاوه بر این، مطالعه آکای و همکاران (2011) و کاسپارک و همکاران، (2004) در ترکیه به ترتیب نشان داد زیستگاه مطلوب گونه در متوسط ارتفاع 445 و 400 متری قراردارد (30 و 11).
اندازه گستره خانگی برای نر و ماده در پارک ملی Serengeti کشور Seronera به ترتیب 77-44 کیلومترمربع ثبتشده است (35). علت اصلی بزرگتر بودن گستره خانگی نرها حفظ محدوده غذایی کافی و بیشینه نمودن محدوده جفتگیری است (52). از عوامل کاهش اینگونه میتوان به تصادفهای جادهای، مصرف مواد سمی، ناکارآمد بودن مقدار لاشهها، تغییر کاربری سرزمین و باورهای اشتباه جوامع انسانی درزمینه استفادههای داروئی از بخشها و اعضای بدن کفتار راهراه، اشاره کرد (31،5 و 11).
تاکنون بررسیهای متعددی در مورد کفتار به انجام رسیده است که میتوان به رایجر (1979a)، کارکاز و همکاران (2004) در ترکیه، واگنر (2006)، کرمی و همکاران (1387، 1385) در پارکملی خجیر،سینگ و همکاران (2010) در دو منطقه اسرانا(Esrana) و کومب هالگاره (Kumbhalgarh) در شمالغربی هند، آکای و همکاران (2011) در شرق ترکیه و آلام و همکاران (2014) در پارکملی جیر (Gir) و Sanctuary در استان گچرات (Gujarat) هند اشاره نمود (13،11،48،53،40 و 4).
هدف مطالعه حاضر، بررسی مطلوبیت زیستگاه کفتار راهراه، در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک با استفاده از روش آنتروپی بیشینه (MaxEnt) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، تجزیهوتحلیل عملکرد نسبی و مقایسه موفقیت پیشبینی دو مدل میباشد. از علل اصلی انتخاب گونه کفتار در منطقه هفتاد قله میتوان به نقش اکولوژیکی گونه در منطقه بهمنظور پاکسازی منطقه از لاشههای وحوش مانند قوچ و میش و کل بز، فعالیتهای انسانی مانند تخریب زیستگاه طبیعی گونه بهمنظور ساختوساز افزایش شهرسازی و همچنین شکار گونه درنهایت باتوجه به اینکه گونه کفتار یکگونه درخطر انقراض است مطالعه اینگونه امر ضروری است.
مواد و روشها
منطقه موردمطالعه: منطقه حفاظتشده هفتاد قله با گسترهای در حدود 97437 هکتار در استان مرکزی، در 25 کیلومتری شرق اراک قرارگرفته است (شکل 1). ازنظر زیستگاهی، منطقه هفتاد قله دربرگیرنده پیکرهای کوهستانی است که در گسترهای از تپهماهورها و دشتها قرارگرفته است. اقلیم منطقه نیمهخشک سرد و متوسط بارندگی سالانه آن 250 میلیمتر و درجه حرارت آن 22 تا 45 درجه سانتیگراد است. ازنظر منابع آبی همواره با کمبود مواجه است و کلیه آبراههها فصلی هستند و هیچ آبی از حوضههای پیرامونی به آن وارد نمیشود. در این منطقه 205 گونه از گیاهان نهاندانه متعلق به 41 تیره شناساییشده است (4). بیشترین تنوع گیاهی منطقه را به ترتیب تیرههای کاسنی، نعناع، شب بو، گندمیان، چتریان، پروانه آسا، میخک، گاوزبان، لاله، میمون و آلاله به خود اختصاص دادهاند (29). از مهمترین حیاتوحش منطقه میتوان به گرگ، پلنگ، کفتار، رودک، گربه وحشی، کل بز، قوچ و میش و آهو اشاره نمود (2 و 4).
شکل 1- تصویر منطقه موردمطالعه
از جمله از گونههای شاخص پرنده منطقه میتوان به انواع عقاب، کرکس، سارگپه و گنجشکسانان اشاره کرد. گوشتخواران منطقه شامل گرگ، پلنگ، روباه، شغال، کفتار، رودک، گربه وحشی و از علفخواران شاخص، میتوان بهکل بز، قوچ و میش، گراز و آهو اشاره نمود (2 و 4).
مدل آنتروپی بیشینه: مدل آنتروپی بیشینه (Maxent) جزء روشهایی است که براساس دادههای حضور به مدلسازی توزیع گونهها میپردازد. مطلوبیت هرسلول در زیستگاه بهصورت تابعی از متغیرهای اقلیمی بیان میشود (36). در این الگوریتم، حداقل تعداد نقاط حضور گونه بستگی به عوامل متعددی نظیر یکنواختی محدوده موردمطالعه ازنظر میزان شیب، ارتفاع، میزان تخصصی بودن گونه و میزان دقت موردنیاز در پژوهش دارد (8). مدل آنتروپی بیشینه، ازجمله روشهایی است که در هنگام در اختیارداشتن تعداد نقاط حضور به نسبت اندک (کمتر از 10 نقطه با تأکید بر آنالیز جک نایف) از توان پیشبینی بالایی برخوردار است (26 و 36). بهعبارتدیگر، لازم نیست تا دادههای کاملی از نقاط حضور وجود داشته باشد، بلکه دسترسی به تعدادی از نقاط حضورگونه که زیستگاههای اصلی گونه را پوشش میدهد، میتواند منجر به نتایج قابل قبولی شود (36). مدل مکسنت ازنظر سنجش کارایی براساس میزان AUC، در مقایسه با دیگر روشهای مدلسازی مبتنی بر دادههای صرفاً حضور در جایگاه خوبی قراردارد (37).
محدودیت اصلی دادههای فقط حضور آن است که خطای انتخاب گونه، تأثیر بسیار شدیدتری بر روی این مدلها نسبت به مدلهای حضور/ عدم حضور دارند (36). در سالهای اخیر این روش نسبت به سایر روشهای حضور و حضور/ عدم حضور بهویژه برای دسته دادههای کوچک نتایج بهتری را کسب کرده است (38 و 47). بنابراین، از مدل آنتروپی بیشینه در مدلسازی مناطق لانه گزینی و مطلوبیت زیستگاه کفتار راهراه در منطقه حفاظتشده هفتاد قله استفاده شد.
مدل شبکه عصبی مصنوعی: مدل شبکه عصبی مصنوعی، بهعنوان قدرتمندترین پردازشگر غیرخطی و یک مکانیسم محاسباتی است که جمعآوری اطلاعات، محاسبه آنها و ارائهی مجموعهی اطلاعات جدید را بر عهده دارد (18 و 3). مدل حاضر با استفاده از یک رویکرد یادگیری ماشینی، برای تعیین کمیت و رفتار پیچیده مدلها، الگوها، شناسایی سیستمهای پویا و تهیه نقشه توابع غیرخطی مورداستفاده قرار میگیرد. این عمل از طریق طراحی یک کنترلگر شبکه عصبی مصنوعی، که بر پایه مدل سیستم پویا است صورت میگیرد (35). شبکه عصبی مصنوعی از توزیع آماری دادهها، مستقل است و به متغیرهای آماری خاصی نیاز ندارد. الگوریتمهای شبکه عصبی مصنوعی وزن سلول لایههای ورودی، سلول لایههای خروجی و سلول لایههای پنهان را بااستفاده از الگوریتمهای آموزشی که مورد استفادهترین آنها BP (BACK PROPAGATION) است، محاسبه میکنند (20).
ثبت نقاط حضور گونه و متغیرهای مؤثر در مطلوبیت زیستگاه:دادههای حضور گونه در بازه یکساله با استفاده از روشهای زیر گردآوری شدند، پرسوجو از بومیان محلی منطقه بهویژه چوپانان، بهرهگیری از اطلاعات محیط بانان اداره کل حفاظت محیطزیست استان مرکزی (برگرفته از دفتر ثبت وقایع روزانه، واحد معاونت طبیعی)، گزارشهای ثبتشده از حملات کفتار به دامهای اهلی و انسان توسط اداره کل و گزارشهای مردمی و استفاده از نمایههای غیرمستقیم در هنگام بازدیدهای میدانی، بوده است. ازآنجاییکه نمایههای مستقیم وقتگیر و هزینهبر هستند برای گونههای شب فعال مانند کفتار کاربرد ندارند (46 و 51). لذا، از نمایههای غیرمستقیم همچون مدفوع (مدفوع اینگونه بیضیشکل و به علت حضور کلسیم بالا سفیدرنگ است)، ردپا و مو (52) و لانه (45 و 27) استفاده شد. همچنین، بعد از اطمینان از نبود کفتار در منطقه، موقعیت جغرافیایی آن بخش بهوسیله سیستم موقعیتیاب جغرافیایی (etrex 20GPS)Global Position System ثبت شد. بهمنظور جلوگیری از تکرار نقاط ثبتشده حاصل از نمایههای گونه، از روش پاک کردن نمایههای بهجامانده استفاده شد. درنهایت 45 نقطه بهعنوان حضور گونه کفتار، 30 نقطه عدم حضور گونه، 24 نقطه حضور لانه و 16 نقطه عدم حضور لانه ثبت گردید. شکل 2 لانه کفتار راهراه را در منطقه حفاظتشده هفتاد قله نشان میدهد.
شکل2- لانه کفتار راهراه در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک
در این پژوهش بهمنظور تهیه نقشه نواحی مطلوب زیستگاهی و لانه گزینی کفتار راهراه با استفاده از مدل مکسنت، از بین کل نقاط حضور ثبتشده، 25 درصد برای آزمون Test data و 75 درصد برای یادگیری Training data مدل استفاده شد. نقاط پسزمینه Background (حضور کاذب) بهصورت تصادفی از تمام منطقه موردمطالعه، انتخاب شد. مدل به تعداد 10 بار اجرا و 1000 تکرار انتخاب گردید و نقشه میانگین پیشبینی، بهعنوان نقشه نهایی خروجی ارائه گردید. از الگوریتم Crossvalidate که بهعنوان پیشفرض مدل مکسنت است، برای تهیه نقشه مطلوبیت زیستگاه استفاده شد. ازآنجاییکه، قوانین خاصی در تهیه حد آستانه نوع خروجی مکسنت وجود ندارد و این عمل به نوع دادههای استفادهشده بستگی دارد (54). برای سهوت در تحلیل از فرمت Logistic که بین دو بازه صفر و یک، نقشه مطلوبیت را تهیه میکند، استفاده شد. علاوه براین، بهمنظور بررسی اهمیت تکتک متغیرها آزمون جک نایف مورداستفاده قرارگرفت. همچنین از تحلیل منحنی ویژه عامل دریافت کننده (Roc) و مساحت زیر منحنی (Auc) برای ارزیابی کیفیت کلی استفاده شد.
در مدل شبکه عصبی مصنوعی، به نقاط حضور ارزش یک و به نقاط عدم حضور ارزش دو اختصاص داده شد. درنهایت، از یازده متغیر بهعنوان متغیرهای تأثیرگذار استفاده شد. متغیرهای مورداستفاده در این تحلیل براساس پژوهشهای انجامشده (48،13 و11) شامل شیب، جهت، ارتفاع، فاصله از چشمه، فاصله از قنات، فاصله از روستا، مورفولوژی منطقه، کاربری سرزمین منطقه، تیپ پوشش گیاهی، فاصله از جادههای خاکی داخل منطقه و نقشه خاک منطقه است. همبستگی بین متغیرهای مورداستفاده در تحلیل، با استفاده از دستور PCA در نرمافزار ادریسی محاسبه شد. ازآنجاییکه بین هیچکدام از متغیرها همبستگی بالایی (7/0) وجود نداشت (49)، بنابراین هیچیک از متغیرها از تحلیلهای بعدی حذف نشدند. با استفاده از تحلیل حساسیتسنجی در خود مدل، متغیرهای تأثیرگذار با توجه به اولویت آنها تعیین شدند.
در این مدل مراحل زیر برای دستیابی به خروجی موردنظر که تهیه نقشه مطلوبیت زیستگاه کفتار است طی شد.
ایجاد شبکه: منظور از ایجاد شبکه واردکردن لایههای ورودی (متغیرهای تأثیرگذار) و به دست آوردن خروجی (نقشه نهایی نواحی مطلوب زیستگاهی و لانهگزینی کفتار راهراه توسط مدل) است.
آموزش شبکه: در این مرحله شبکه با بخشی از دادهها برای یافتن کمترین خطا (RMS) Rooted Mean Squared مورد آزمون قرار میگیرد (49). برای آموزش شبکه، یکلایه یک و دو از مجموع نقاط عدمحضور و حضور موجود در منطقه موردمطالعه تهیه شد تا شبکه بتواند بهطور تصادفی از تعدادی از این نقاط برای آموزش و از تعدادی دیگر برای آزمودن استفاده کند.
اعتبار سنجی شبکه: استفاده از دادههای مرحله آموزش برای قضاوت درباره شبکه ممکن نیست و به انجام این مرحله نیاز دارد. برای اعتبارسنجی میبایست از دادههایی که قبلاً در مدل وارد نشده است، استفاده کرد. این مرحله بااستفاده از تابع (ROC) در نرمافزار ادریسی انجام شد.
اعتبار سنجی مدلها: بهمنظور ارزیابی نتایج حاصل از مدلها، از تحلیل منحنی ویژگی عامل دریافتکننده (ROC) Receiver Operating Characteristic curve و مساحت زیرمنحنی (AUC) Area Under the ROC Curve استفاده میشود. در مدل مکسنت اعتبارسنجی با استفاده از آماره ROC انجام شد. بهمنظور اعتبارسنجی نقشه خروجی شبکه عصبی از آماره ROC در نرمافزار ادریسی استفاده شد.
نتایج
1- نقشه مطلوبیت زیستگاه و نواحی لانه گزینی با استفاده از مدل آنتروپی بیشینه: شکل 3 نواحی مطلوب زیستگاه و نواحی مطلوب لانهگزینی کفتار راهراه را با استفاده از مدل آنتروپی بیشینه در منطقه موردمطالعه نشان میدهد. نتایج بررسی حاضر نشان داد، کفتار راهراه در منطقه حفاظتشده هفتاد قله، بیشتر اراضی مرتعی متراکم با پوشش گیاهی (Artemisia aucheri, Astragallus spp, Stipa barbata)، نواحی مرتفع، نواحی با تیپ ژئومورفولوژی صخرهای و کوهها را بهعنوان زیستگاه مطلوب و منطقه مناسب لانهگزینی ترجیح میدهد.
شکل 3- (الف) مدلسازی مطلوبیت زیستگاه با استفاده از روش آنتروپی بیشینه و (ب) مدلسازی نواحی مطلوب لانه گزینی با استفاده از روش آنتروپی بیشینه
نقشه احتمال پراکنش گونه توسط مدل مکسنت با استفاده از اعمال حد آستانه 10 درصد، به نقشه بولین مطلوبیت زیستگاه و نقشه بولین نواحی لانهگزینی تبدیل شد.
2- بررسی همپوشانی نواحی مطلوب زیستگاه و نواحی لانهگزینی: بهمنظور بررسی همپوشی نواحی مطلوب زیستگاه و نواحی لانه گزینی، ابتدا نقشه بولین نواحی لانه گزینی و نواحی مطلوب زیستگاه باهم ترکیبشدهاند (شکل 4). سپس برروی نقشه نهایی که حاصل همپوشی دو نقشه بولین میباشد، هر مکانی که مقدار عددی 2 داشت حاکی از آن است که آن منطقه یک محدوده مطلوب هم ازنظر لانهگزینی و هم ازنظر مطلوبیت زیستگاه برای کفتار راهراه میباشد. نتایج نشان داد مدل در پیشبینی مناطق لانهگزینی گونه و بررسی مطلوبیت زیستگاه گونه، موفق عمل کرده است، هر دو مدل دارای تفاوت معناداری با مدل تصادفی میباشند و مناطق لانهگزینی شرایط تخصصیتری را نسبت به مناطق مطلوب زیستگاه دارند. براساس نتایج حاصل از مساحت، وسعت زیستگاه مطلوب در منطقه 95/25852 هکتار (53/26 درصد)، وسعت مناطق مناسب جهت لانهگزینی 72/19944 هکتار (46/20 درصد)، وسعت همپوشی یافته بین مطلوبیت زیستگاه و نواحی لانهگزینی 22/16754 هکتار (19/17 درصد) محاسبه شد. مساحتی معادل 23/12289 هکتار (61/12 درصد) از زیستگاه مطلوب گونه در منطقه، برای لانهگزینی توسط گونه، مطلوب تشخیص داده نشده است.
شکل 4- همپوشی زیستگاه مطلوب و نواحی لانه گزینی
3- نقشه مطلوبیت زیستگاه و نواحی لانه گزینی با استفاده از مدل شبکه عصبی: مدل شبکه عصبی مصنوعی با استفاده از تابعsigmoid به تعداد 10000 بار تکرار صورت گرفت. درنهایت مقدار RMS واسنجی Testing RMS و RMS آموزش Training RMS برای مطلوبیت زیستگاه و نواحی لانه گزینی محاسبه شد (جدول 1).
جدول 1- مقدار RMS واسنجی و RMS آموزش برای مطلوبیت زیستگاه و نواحی لانه گزینی
مقادیر RMS |
مطلوبیت زیستگاه |
نواحی لانهگزینی |
RMS واسنجی |
4429/0 |
1378/0 |
RMS آموزش |
4447/0 |
1483/0 |
شکل 5 میزان خطای RMS را در دو مرحله آموزش و واسنجی بعد از 10000 تکرار نشان میدهد. هرچه فاصله دو خط قرمز و سبز از هم کمتر باشد یا به عبارتی بر هم منطبق باشند، نشاندهنده تناسب بهتر مدل است. درنهایت نقشه مطلوبیت زیستگاه و پیشبینی توزیع لانه کفتار راهراه با توجه بهدرستی آزمون واسنجی توسط مدل شبکه عصبی مصنوعی تهیه شد (شکل 6).
شکل 5- نمودار خطای مربوط به مرحله آزمون و واسنجی نواحی لانه گزینی (الف) و مطلوبیت زیستگاه (ب)
شکل 6- (الف) مدلسازی مطلوبیت زیستگاه با استفاده از روش MLP و (ب) نواحی لانه گزینی با استفاده از MLP
4-اعتبارسنجی مدل مکسنت و شبکه عصبی مصنوعی: اعتبار سنجی مدل مکسنت: شکل 7 اعتبارسنجی مدل مکسنت را برای مطلوبیت زیستگاه کفتار راهراه و نواحی لانهگزینی بعد از 10 بار تکرار نشان میدهد. مقدار AUC محاسبهشده برای مطلوبیت زیستگاه (78/0AUC=) و برای
نواحی لانهگزینی(76/0AUC=) محاسبه شد.
اعتبارسنجی مدل شبکه عصبی:دراین بررسی مقادیر زیر سطح نمودار برای نقشه پیشبینیشده برای نواحی مطلوب زیستگاهی، (69/0AUC=) و برای نواحی لانهگزینی، (67/0AUC=) محاسبه گردید. با توجه به مقدار AUC محاسبهشده، مدل مکسنت مقدار بالاتری را نسبت به مدل شبکه عصبی نشان میدهد. نتایج نشان داد که مدل مکسنت دارای قدرت پیشبینی بالاتر و ارجحیت و دقت بالاتر نسبت به مدل شبکه عصبی مصنوعی میباشد.
شکل 7- (الف) منحنی ROC و مقدار AUCمدل مکسنت برای مطلوبیت زیستگاه کفتار راهراه و(ب) نواحی لانه گزینی کفتار راهراه
5-حساسیتسنجی مدل مکسنت و شبکه عصبی مصنوعی: حساسیتسنجی مدل مکسنت:بااستفاده از روش جک نایف، میزان حساسیت و تأثیر متغیرها در انتخاب زیستگاه مطلوب گونه و نواحی مطلوب لانه گزینی مشخص شد. شکل 8 نشان میدهد متغیرهای تیپ پوشش گیاهی، فاصله از چشمه و تیپ خاک، بیشترین تأثیر را برانتخاب نواحی مطلوب زیستگاه کفتار راهراه و متغیرهای کاربری سرزمین (مرتعداری)، تیپهای مورفولوژیکی منطقه و شیب، بیشترین تأثیر را بر انتخاب نواحی لانه گزینی کفتار راهراه با استفاده از مدل مکسنت داشتهاند.
شکل 8- اهمیت نسبی متغیرها در مطلوبیت زیستگاه (لف) و نواحی لانهگزینی (ب) براساس تحلیل جک نایف
منحنی پاسخ: منحنی پاسخ بهعنوان یکی از خروجیهای مدل مکسنت محسوب میشود که پاسخ گونه را نسبت به متغیرهای محیطی نشان میدهد. شکل 9 منحنی پاسخ نواحی مطلوب زیستگاهی، و شکل 10 منحنی پاسخ نواحی مطلوب لانهگزینی کفتار راهراه را نشان میدهد. (تیپ پوشش گیاهی: 4=Artemisia aucheri ، 7= Astragallus spp، 15=Stipa barbata. ژئومورفولوژی:4=صخره و کوه. تیپ خاک: 1= خاک شنی کمعمق، بدون تکامل، سنگلاخی و لیتوسل یا ریگوسل و واریزهای. جهت:4، جنوب شرق، 6=جنوب غرب، 9=شمال).
شکل 9- منحنی پاسخ نواحی مطلوب زیستگاه کفتار راهراه در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک
شکل 10- منحنی پاسخ نواحی مطلوب لانه گزینی کفتار راهراه در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک
حساسیتسنجی مدل شبکه عصبی مصنوعی:هرکدام از متغیرهای موجود در تحلیل که مقدار R square کل را نسبت به دیگر متغیرها به میزان بیشتر کاهش دهد، دارای اهمیت بیشتری در مدل شبکه عصبی مصنوعی خواهد بود. براین اساس، مهمترین متغیرهای مؤثر در مدلسازی مطلوبیت زیستگاه گونه به ترتیب رتبه نفوذ (Influence order) شامل، جهت، مدل رقومی ارتفاع، فاصله تا قنات، فاصله از جادههای خاکی، فاصله تا چشمه، فاصله از روستا، ژئومورفولوژی، کاربری سرزمین، شیب، نقشه خاک و تیپ پوشش گیاهی میباشد (شکل 11 الف) . همچنین، مهمترین متغیرهای مؤثر در مدلسازی لانهگزینی گونه در منطقه به ترتیب، شامل کاربری سرزمین منطقه (مرتعداری)، فاصله تا قنات، تیپ پوشش گیاهی، فاصله از چشمه، نقشه خاک، فاصله از جادههای خاکی، ژئومورفولوژی، جهت، مدل رقومی ارتفاع، فاصله از روستا و شیب است (شکل 11 ب).
شکل 11- حساسیت سنجی متغیرهای ورودی به ترتیب رتبه نفوذ برای مطلوبیت زیستگاه (الف) و نواحی لانه گزینی (ب) براساس مدل شبکه عصبی مصنوعی
بحث
پیشبینی توزیع گونهها مشکل است و این عمل تنها به نوع مدل بهکاررفته بستگی دارد. ویژگیهای اکولوژیکی گونهها بهعنوان یک فاکتور مهم در تعیین دقت مدلهای بهکاررفته، مورداستفاده قرار میگیرد. آگاهی از عملکرد و کارایی مدلها بهعنوان یک مسئله حیاتی میتواند، در انتخاب نوع مدل مناسب در تهیه نقشه توزیع گونهها، کاربرد داشته باشد. نتایج بررسیهای مختلف نشان داده است که، روشهای مبتنی بر حضور میتوانند در کاهش سهم فاکتورهای غیرمتعادل non-equilibrium factors در پیشبینی مدلها، بسیار مؤثر باشند (16). برای نمونه اگر هدف تنها حفاظت از گونههای نادر و یا گونههای درخطر انقراض یا مناطق با تنوع زیستی بالا باشد، فقط مدلهای حضور بهعنوان یک روش مناسب محسوب میشوند (55). اما ازآنجاییکه دادههای مربوط به حضور گونه مناطق عدم حضور را شامل نمیشوند در برآورد آشیان بومشناختی واقعی گونه مناسب نیستند و تنها در برآورد آشیان بنیادی مؤثر هستند (55).
مطالعات مختلفی در رابطه با مقایسه عملکرد مدلهای مبتنی بر حضور/عدم حضور گونه صورت گرفته است که در اکثریت آنها مدلهای مبتنی برحضور بر سایر مدلها ترجیح دادهشده است که همراستا بامطالعه حاضر است (50،39 و 34). اگرچه تعدادی از مطالعات دیدگاههای متفاوتی داشتند که دال بر ارجحیت بیشتر مدلهای حضور و فقدان نسبت به مدلهای فقط حضور میباشد (16)
اگرچه مدل مکسنت و شبکه عصبی، در پیشبینی مناطق مطلوب زیستگاهی و لانهگزینی گونه، موفق عمل کردهاند، ولی با توجه به مقدار ROC، نتایج حاصل از روش مکسنت دارای قدرت ارزیابی و پیشبینی بالاتر از مدل شبکه عصبی مصنوعی میباشد و به واقعیت نزدیکتر است. لذا با توجه به اینکه دسترسی دقیق به نقاط عدم حضور گونه بسیار مشکل و دشوار است پیشنهاد میشود از مدلهای مبتنی برحضور و شبه عدم حضور بهمنظور مدلسازی مطلوبیت زیستگاه گونهها استفاده شود. با توجه به نتایج حاصل از حساسیت سنجی، نمودار جک نایف در مدل مکسنت، مهمترین متغیرهای مؤثر بر مطلوبیت زیستگاه کفتار راهراه در منطقه حفاظتشده هفتاد قله اراک تیپ پوشش گیاهی، فاصله از چشمه، تیپ خاک و شیب میباشد. مهمترین متغیرهای مؤثر بر لانهگزینی کفتار راهراه، کاربری سرزمین (مرتعداری)، ارتفاع، شیب و تیپهای ژئومورفولوژی بوده است. زیرا مناطق با پوشش گیاهی متراکم و منابع آبی غنی نیاز امنیتی و غذایی گونه را رفع میکنند. لذا دور از انتظار نیست کفتار مناطقی با چنین مشخصاتی را ترجیح دهد. در ضمن، مدل در پیشبینی مناطق لانهگزینی گونه و بررسی مطلوبیت زیستگاه گونه، موفق عمل کرده است، هر دو مدل دارای تفاوت معناداری با مدل تصادفی میباشند و مناطق لانهگزینی شرایط تخصصیتری را نسبت به مناطق مطلوب زیستگاه دارند. زیرا لانهها تنها مامن امن موجود بهویژه در فصل زادآوری و جفتگیری محسوب میشود. بنابراین، انتظار میرود شرایط تخصصیتر داشته باشند. همچنین گستره مناطق دارای همپوشی بین نواحی مطلوب زیستگاهی و نواحی لانهگزینی 22/16754 هکتار (19/17 درصد)، محاسبه شد. باتوجه به اینکه لانه بخشی از زیستگاه مطلوب گونه محسوب میشود و گونه بیشتر نیازهای امنیتی خود را در آنجا رفع میکند بنابراین، درصد همپوشی حاصلشده دور از انتظار نیست.
با توجه به نتایج حاصل از مدل مکسنت، کفتار بیشتر سرزمینهای مرتعی متراکم با پوشش گیاهی (Artemisia aucheri, Astragallus spp, Stipa barbata) را بهعنوان زیستگاه مطلوب و منطقه مناسب لانهگزینی ترجیح میدهد. در بازدیدهای میدانی مشخص شد سرزمینهای مرتعی به علت حضور کمتر انسان و ایجاد یک محیط امن برای کفتار، جزء مطلوبترین زیستگاه و مهمترین نواحی لانهگزینی گونه در منطقه هفتاد قله محسوب میشوند. همچنین سینگ و همکاران (2010) در دو منطقه اسرانا و کومب هالگاره در شمالغربی هند نتیجهگیری کردند که اینگونه بیشتر مراتع خشک و گونههای گیاهی (Alhagi pseudalhagi, Artemisia fragrans, Amygdallus fenzliana, Salsoladendroides, stipa capillata) را ترجیح میدهد (48). کروک (1976) اعلام کرد کفتار، نواحی بیابانی با پوشش گیاهی پراکنده و گندمیان و گونههای درختی مانند (Acacia spp, conimiphera trorhae, Balanites aegjptiaca, Sclerocarya birrea) را ترجیح میدهد (35). در مطالعهای دیگر، کرمی و همکاران (1385) در پارک ملی خجیر به این نتیجه رسیدند که اینگونه بیشتر نواحی بوتهای و جنگلهای تنک و بیشهزارها را بهعنوان زیستگاه مطلوب ترجیح میدهد (5).
علاوه براین، نواحی مرتفع با تیپ ژئومورفولوژی صخرهای، کوهها و نواحی پرشیب بهعنوان نواحی مناسب لانهگزینی و زیستگاه مناسب گونه محسوب میشوند که باتوجه به وجود غارها در ارتفاعات، سنگآهک که اهمیت بالایی در تشکیل غارها دارند و همچنین عدم حضور انسان، کشاورزی و چرای دام بهعنوان پناهگاه امن برای پراکنش گونه محسوب میشوند. بررسیهای دیگر نشان داده اینگونه در ارتفاع ترجیحی متوسط2250 متری در ایران (28 و 33)، 3300 متری در پاکستان (44)،2500 متری در هند (9)، 2100 متری در ترکمنستان و تاجیکستان و ازبکستان (25 و 43) زندگی میکند. از طرفی با نتایج بررسیهای کاسپارک و همکاران (2004) و آکای و همکاران (2011) در شرق کشور ترکیه منطقه (هاتای) که گونه مناطق کمارتفاع را ترجیح میدهد، همخوانی ندارد (11 و 30). به عبارتی، نتایج یافتههای آکای و همکاران (2011) متوسط ارتفاع حضور نهایی گونه را 445 متر و لانه را 59/407 متر اعلام کردند. دلیل اصلی اختلاف ارتفاع حضور گونه و ارتفاع منطقه لانه مشاهدهشده در منطقه هاتای، نسبت به منطقه هفتاد قله اراک این است که متوسط ارتفاع منطقه هاتای 265 متر بوده است و بیشترین پوشش گیاهی مشاهدهشده دراین ارتفاع، کشاورزی بهویژه باغهای زیتون میباشد که گونه برای رفع نیازهای غذایی در این ارتفاع مشاهده میشود. درحالیکه در منطقه هفتاد قله با توجه به کمترین (1569 متر از سطح دریا) و بیشترین مقدار ارتفاع (2951 متر از سطح دریا)، متوسط ارتفاع منطقه 1996 متر از سطح دریا است که به نسبت منطقه هاتای بیشتر میباشد (11).
طبق نتایج حاصل از منحنی پاسخ کفتار تمایل به لانهگزینی دور از نواحی سکونتگاهی و فعالیتهای انسانی دارد زیرا مداخله انسانی مانند آزار و اذیت آنها، مسموم کردن، شکار به علت حمله به دامها و باغها آثار منفی بر امنیت کفتار دارد.. این موضوع با نتایج آکای و همکاران (2011)، واگنر (2006)، کروک (1976) و کرمی و همکاران (1385) در پارکملی خجیر مطابقت دارد (5،11،52 و 35). طبق بررسیهای صورت گرفته توسط هوفر و میلز در سال 1998 (31) و همچنین ارزیابی مقدماتی بر روی پستانداران بزرگ ایران توسط موسوی (2010) نتیجهگیری شده است که تصادفهای جادهای یکی از مهمترین علل مرگومیر گوشتخواران محسوب میشوند (33). طبق بازدیدهای میدانی صورت گرفته در منطقه هفتاد قله، با افزایش فاصله از جاده تا فاصله 500 متری، بر مطلوبیت زیستگاه افزوده میشود که دلیل آن، عبور جادهها از کنار زیستگاه مطلوب گونه میباشد و مطلوبترین لانه کفتار در فاصله زیاد (916 متری) از جاده است، که با نتایج کرمی و همکاران (1385) در پارکملی خجیر،که مطلوبترین زیستگاه اینگونه را در فاصله بیش از 900 متری از جاده برآورد نمودند، همخوانی دارد (5).
با توجه به نتایج حاصل از دو مدل مکسنت و شبکه عصبی وسعت اندکی از منطقه بهعنوان بخش مطلوب زیستگاهی و لانه معرفیشده است لذا با توجه به اینکه کفتار یکگونه ارزشمند و تهدید شده است لذا پیشنهاد میشود برای حفاظت بیشتر مرز مناطق حفاظتشده و منطقه امن بازنگری گردد. همچنین گستره خانگی گونه و قلمرو آن در منطقه بهطور دقیق مشخص گردد تا درنهایت بتوان بهترین استراتژی مدیریتی را بهمنظور حفظ گونه اتخاذ نمود.
تشکر و قدردانی
بدینوسیله از راهنماییها و دیدگاههای ارزشمند جناب آقای علی خسروان مسئول منطقه حفاظتشده هفتاد قله و آقای مجتبی فتاحی محیط بان منطقه و سایر افرادی که در انجام این پژوهش ما را یاری کردهاند، صمیمانه سپاسگزاری میشود.