کاربردهای درست و نادرست شاخص‌‌های سیمای‌‌سرزمین

نویسندگان

1 استادیار گروه محیط زیست، دانشگاه بیرجند، ایران

2 استاد گروه محیط‌‌زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

چکیده

بوم‌‌شناسی سیمای‌‌سرزمین در دو دهه‌‌ی اخیر شاهد شور و هیجان زیادی بوده است. یکی از دلایل این شور وارد کردن تحلیل فضایی و مدل‌‌سازی در تحقیقات بوم‌‌شناختی است، اما هنوز انتظارات زیادی از تحلیل‌‌های سیمای‌‌سرزمین و افزایش درک و پیش‌‌بینی ما از فرآیندهای بوم‌‌شناختی برآورده نشده است. در پژوهش‌‌های تحلیل سیمای‌‌سرزمین تا کنون سه نوع مشکل اساسی شناسایی شده است: اشتباهات مفهومی در تحلیل الگوی سیمای‌‌سرزمین، محدودیت‌‌های ذاتی شاخص‌‌های سیمای‌‌سرزمین و کاربردهای نادرست این شاخص‌‌ها. به‌‌عنوان مثال؛ بسیاری از پژوهش‌‌های مربوط به تحلیل سیمای‌‌سرزمین با توصیف‌‌های کمی الگوی فضایی پایان می‌‌پذیرند، گویی الگوی فضایی خودبخود توضیح دهنده فرآیند است، که البته این طور نیست. علاوه‌‌براین، شاخص‌‌های سیمای‌‌سرزمین و اطلاعات نقشه‌‌ای گاهی بدون آزمون معنای بوم‌‌شناختی آنها بکار برده می‌‌شوند که نه تنها باعث تفسیر اشتباه می‌‌شوند؛ بلکه منجر به نتیجه‌‌گیری بی‌‌معنا نیز می‌‌شوند. همچنین، به دو دلیل تحلیل همبستگی این شاخص‌‌ها دچار مشکل می‌‌شوند: کمبود داده ناشی از دشواری آزمایشهای بزرگ مقیاس و رفتار پیچیده شاخص‌‌ها ناشی از واکنش متغیر آنها به تغییرات در مقیاس و الگوی مکانی. این مشکلات بیانگر چالش‌‌های بزرگی در تحلیل سیمای‌‌سرزمین، به‌‌ویژه درخصوص ارتباط الگو با فرآیند هستند. در این مقاله، به مشکلات مورد نظر پرداخته می‌‌شود و برخی راه‌‌حل‌‌های آن ارائه می گردد.

کلیدواژه‌ها


Allen, R.F.H.; O’Neill, R.V. & Hoekstra, T.W. 1984. Interlevel relations in ecological research and management: Some working principles from hierarchy theory. USDA Forest Service General Tech Report RM-110, Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station.
Bian, L. & Butler, R. 1999. Comparing effects of aggregation methods on statistical and spatial properties of simulated spatial data. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 65: 73–84.
Brandt, J. 1998. Key concepts and interdisciplinarity in landscape ecology: a summing-up and outlook. In: Dover, J.W. & Bunce, R.G.H. eds, Key Concepts in Landscape Ecology, pp. 421-434. UK Association of International Association for Landscape Ecology IALE-UK, Garstang, Great Britain.
Cale, W.G.; Henebry, G.M. and Yeakley, J.A. 1989. Inferring process from pattern in natural communities. BioScience 39: 600– 605.
Carpenter, S.R. 1992. Replication & treatment strength in wholelake experiments. Ecology 73: 453–463.
Carpenter, S.R. 1996. Microcosm experiments have limited relevance for community and ecosystem ecology. Ecology 77: 453–463.
Dale, M.R.T. 1999. Spatial Pattern Analysis in Plant Ecology. Cambridge University Press, Cambridge, UK.
Flather, C.H. & Sauer, J.R. 1996. Using landscape ecology to test hypotheses about large-scale abundance in migratory birds. Ecology 77: 28–35.
Gardner, R.H.; Milne, B.T.; Turner, M.G. & O’Neill, R.V. 1987. Neutral models for the analysis of broad-scale landscape pattern. Landscape Ecology 1: 19–28.
Gustafson, E.J. 1998. Quantifying landscape spatial pattern: What is the state of the art? Ecosystems 1: 143–156.
Haines-Young, R. & Chopping, M. 1996. Quantifying landscape structure: a review of landscape indices and their application to forested landscapes. Progress in Physical Geography 20: 418-445.
Hamel, P.B. 1992. The Land Manager’s Guide to the Birds in the South. The Nature Conservancy, Chapel Hill, North Carolina, USA.
Hargis, C.D.; Bissonette, J.A. & David, J.L. 1998. The behavior of landscape metrics commonly used in the study of habitat fragmentation. Landscape Ecology 13: 167–186.
Hargrove, W.W. & Pickering, J. 1992. Pseudoreplication: A sine qua non for regional ecology. Landscape Ecology 6: 251–258.
Harris, L.D. & Sanderson, J. 2000. The re-membered landscape. In: Sanderson J. and Harris L.D. eds, Landscape Ecology: A Top-Down Approach, pp. 91-112. Lewis Publishers, Boca Raton, Florida, USA.
Hurlbert, S.H. 1971. The nonconcept of species diversity: a critique and alternative parameters. Ecology 52: 577–586.
Hurlbert, S.H. 1984. Pseudoreplication and the design of ecological field experiments. Ecological Monographs 54: 187–211.
Jelinski, D.E. & Wu, J. 1996. The modifiable areal unit problem and implications for landscape ecology. Landscape Ecology 11: 129–140.
Justice, C.O.; Markham, B.L.; Townshend, J.R.G. & Kennard, R.L. 1989. Spatial degradation of satellite data. International Journal of Remote Sensing 10: 1539–1561.
Krummel, J.R.; Gardner, R.H.; Sugihara, G.; O’Neill, R.V. & Coleman, P.R. 1987. Landscape patterns in a disturbed environment. Oikos 48: 321–324.
Levin, S.A. 1992. The problem of pattern and scale in ecology. Ecology 73: 1943–1967. Li H. and Reynolds J.F. 1993. A new contagion index to quantify spatial patterns of landscapes. Landscape Ecology 8: 155–162.
Li, H. & Reynolds, J. F. 1995. On definition and quantification of heterogeneity. Oikos 73: 280–284.
Li, H. & Reynolds, J.F. 1994. A simulation experiment to quantify spatial heterogeneity in categorical maps. Ecology 75: 2446– 2455.
Li, H.; Gartner, D.; Mou, P. & Trettin, C.C. 2000. A landscape model LEEMATH to evaluate effects of management impacts on timber and wildlife habitat. Computers and Electronics in Agriculture 27: 263-292.
Lovejoy, S. 1982. Area-perimeter relation for rain and cloud areas. Science 216: 185–187.
Ludwig, J.A.; Wiens, J.A. & Tongway, D.J. 2000. A scaling rule for landscape patches and how it applies to conserving soil resources in Savannas. Ecosystems 3: 84–97.
Milne, B.T. 1991. Lessons from applying fractal models to landscape patterns. In: Turner M.G. and Gardner R.H. eds, Quantitative Methods in Landscape Ecology, pp. 199-235. SpringerVerlag, New York, New York, USA.
Naveh, Z. & Lieberman, A.S. 1984. Landscape Ecology: Theory and Application. Springer-Verlag, New York, New York, USA.
O’Neill, R.V., Riitters, K.H., Wickham, J.D. & Jones, K.B. 1999. Landscape pattern metrics and regional assessment. Ecosystem Health 5: 225-233.
O’Neill, R.V.; DeAngelis, D.L.; Waide, J.B. & Allen, T.F.H. 1986. A Hierarchical Concept of Ecosystems. Princeton University Press, Princeton, New Jersey, USA.
O’Neill, R.V.; Krummel, J.R.; Gardner, R.H.; Sugihara, G.; Jackson, B.; DeAngelis, D. L.; Milne, B.T.; Turner, M.G.; Zygmunt, B.; Christensen, S.W.; Dale, V.H. & Graham, R.L. 1988. Indices of landscape pattern. Landscape Ecology 1: 153–162.
Oksanen, L. 2001. Logic of experiments in ecology: Is pseudoreplication a pseudoissue? Oikos 94: 27–38.
Openshaw, S. 1984. The Modifiable Areal Unit Problem. Geo Books, Norwich, UK.
Pickett, S.T.A. & Cadenasso, M.L. 1995. Landscape ecology: spatial heterogeneity in ecological systems. Science 269: 331–334.
Pickett, S.T.A., Kolasa, J. & Jones, C.G. 1994. Ecological Understanding. Academic Press, San Diego, California, USA.
Riitters, K.H.; O’Neill, R.V.; Hunsaker, C.T.; Wickham, J.D.; Yankee, D.H.; Timmins, K.B.J. & Jackson, B.L. 1995. A factor analysis of landscape pattern and structure metrics. Landscape Ecology 10: 23–39.
Risser, P.G., Karr, J.R. & Forman, R.T.T. 1984. Landscape Ecology: Directions and Approaches. Illinois Natural History Survey Special Publ. 2, Champaign, Illinois, USA.
Saura, S. & Martinez-Millan, J. 2001. Sensitivity of landscape pattern metrics to map spatial extent. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 67: 1027–1036.
Turner, M.G. & Gardner, R.H. 1991. Quantitative Methods in Landscape Ecology: The Analysis and Interpretation of Landscape Heterogeneity. Springer-Verlag, New York, New York, USA.
Turner, M.G. 1989. Landscape ecology: the effect of pattern on process. Annual Review of Ecology and Systematics 20: 171–197.
Turner, M.G. 1990. Spatial and temporal analysis of landscape pattern. Landscape Ecology 4: 21–30.
Turner, M.G.; Gardner, R.H. & O’Neill, R.V. 2001. Landscape Ecology in Theory and Practice: Pattern and Process. Springerverlag, New York, New York, USA.
Turner, M.G.; O’Neill, R.V.; Gardner, R.H. & Milne, B.T. 1989. Effects of changing spatial scale on the analysis of landscape pattern. Landscape Ecology 3: 153-162.
Urban, D.L.; O’Neill, R.V. & Shugart, H.H. 1987. Landscape ecology: A hierarchical perspective can help scientists understand spatial patterns. BioScience 37: 119–127.
Wickham, J.D. & Riitters, K.H. 1995. Sensitivity of landscape metrics to pixel size. International Journal of Remote Sensing 16: 3585–3595.
Wickham, J.D.; O’Neill, R.V.; Riitters, K.H.; Wade, T.G. & Jones, K.B. 1997. Sensitivity of landscape metrics to land cover misclassification and differences in land cover composition. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 63: 397–402.
Wiens, J.A. 1989. Spatial scaling in ecology. Functional Ecology 3: 385–397.
Wiens, J.A., Stenseth, N.C., Van Horne B. & Ims R.A. 1993. Ecological mechanisms and landscape ecology. Oikos 66: 369–380.
Wu, J. & Loucks, O.L. 1995. From balance-of-nature to hierarchical patch dynamics: A paradigm shift in ecology. Quarter Review of Biology 70: 439–466.
Wu, J. 1999. Hierarchy and scaling: Extrapolating information along a scaling ladder. Canadian Journal of Remote Sensing 25:367–380.
Wu, J. 2000. Landscape Ecology: Pattern, Process, Scale and Hierarchy. Higher Education Press, Beijing, China.
Wu, J. 2004. Effects of changing scale on landscape pattern analysis: Scaling relations. Landscape Ecology 19: 125–138. Wu J. & Hobbs R. 2002. Key issues and research priorities in landscape ecology: An idiosyncratic synthesis. Landscape Ecology 17: 355-365.
Wu, J.; Shen, W.; Sun, W. & Tueller, P.T. 2002. Empirical patterns of the effects of changing scale on landscape metrics. Landscape Ecology 17: 761–782.