تأثیر فعالیت‌های مخرب انسانی در ارائه خدمات اکوسیستم: رویکردی مبتنی بر تحلیل مکانی-زمانی کیفیت زیستگاه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی فضای سبز، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

سابقه و هدف: در دهه‌های اخیر، شهرنشینی سریع و رشد جمعیت، چالش‌های متعددی را برای مناطق پرجمعیت شهری، به‌ویژه در ارتباط با تغییر کاربری و پوشش اراضی ایجاد کرده است. خدمات اکوسیستم ارائه شده توسط فضاهای اکولوژیک نقش قابل‌توجه‌ای جهت مقابله با چالش‌های مذکور و افزایش تاب‌آوری اکولوژیکی شهری دارد. افزایش فعالیت‌های مخرب انسانی در مناطق پرجمعیت شهری به طور فزاینده‌ای محیط اکولوژیک را مختل می‌کند و باعث تکه‌تکه‌شدن اکوسیستم‌های شهری و کاهش کیفیت زیستگاه می‌شود. فضاهای اکولوژیک و طبیعی شهری و پیراشهری به عنوان راه‌حل‌های مبتنی بر طبیعت نقش به سزای در حفظ تنوع زیستی و افزایش کیفیت زیستگاها دارند. لذا هدف تحقیق مذکور ارزیابی تأثیر فضاهای اکولوژیک در ارائه خدمت اکوسیستمی کیفیت زیستگاه و مقایسه با فضاهای انسان‌ساخت از طریق تحلیل مکانی-زمانی الگوهای کاربری و پوشش اراضی می‌باشد.
مواد و روش ها: در این تحقیق نقشه‌های کاربری و پوشش اراضی محدوده کلان‌شهر تبریز به عنوان منطقه پرجمعیت شهری در غرب ایران برای سال‌های 2016 و 2023 با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل-2 در بستر سامانه تحت وب گوگل ارث انجین تهیه گردید. گام بعدی آشکارسازی تغییرات مکانی-زمانی کاربری و پوشش اراضی محدوده مورد مطالعه برای دوره 2023-2016 با استفاده از نرم‌افزار TerrSet بود. در گام آخر با استفاده از بسته نرم‌افزاری InVEST خدمت اکوسیستمی کیفیت زیستگاه در محدوده مورد مطالعه برای سا‌ل‌های 2016 و 2023 مدل‌سازی شد. همچنین تأثیر و نقش کاربری‌های مختلف در ارائه خدمت اکوسیستمی مذکور با تمرکز بر تمایز بین فضاهای اکولوژیک و انسان‌ساخت مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج و بحث: نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که اراضی بایر و ساخت‌وسازهای انسانی در هر دو سال بیشترین مساحت از محدوده مورد مطالعه را پوشش می‌دهند که این امر توسعه‌یافتگی منطقه را نشان می‌دهد. تغییر کاربری اراضی در محدوده شهر تبریز از سال ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۳ حاکی از افزایش ساخت‌وسازهای انسانی، اراضی بایر و فضاهای سبز شهری است. در حالی که کشاورزی شهری، مراتع و پهنه‌های آبی در همین دوره با کاهش مساحت مواجه شده‌اند. در این تحقیق، به دلیل توسعه‌یافتگی محدوده مورد مطالعه، حداکثر کیفیت زیستگاه در سال‌های ۲۰۱۶ و ۲۰۲۳ به ترتیب 27/0 و 21/0 بوده است. همچنین میانگین کیفیت زیستگاه در این دو سال به ترتیب 04/0 و 03/0 است که نشان‌دهنده وضعیت ضعیف کیفیت زیستگاه و تنوع زیستی در محدوده کلان‌شهر تبریز است. پراکنش مکانی تخریب زیستگاه در محدوده مورد مطالعه نشان داد که بیشترین تخریب زیستگاه در مرز بین ساخت‌وسازهای انسانی و فضاهای اکولوژیک به دلیل نزدیکی عوامل تهدید رخ داده است. کنتایج این تحقیق کاهش کیفیت زیستگاه متأثر از تغییر کاربری و پوشش اراضی از سال ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۳ را گزارش می‌کند که بیشتر به دلیل کاهش کشاورزی شهری و افزایش ساخت‌وسازهای انسانی می‌باشد. این تحقیق نتیجه‌گیری می‌کند که نقش فضای سبز شهری در افزایش کیفیت زیستگاه و حفظ تنوع زیستی در کلان‌شهر تبریز به دلیل وسعت کم و نزدیکی زیاد به عوامل تهدید ناچیز است و تأثیر مخرب فعالیت‌های انسانی مانند گسترش ساخت‌وسازهای انسانی در کیفیت زیستگاه را نمایان می‌سازد.
نتیجه گیری: این تحقیق بر نقش مهم داده‌های دورسنجی در مناطقی که با کمبود داده مواجه هستند در نظارت بر تغییرات کاربری و پوشش اراضی تاکید می‌کند. تلفیق داده‌های موجود در سامانه گوگل ارث انجین و مدل InVEST به عنوان یک رویکرد جامع به درک تحلیل‌های مکانی-زمانی کیفیت زیستگاه بر اساس تغییرات منظر شهری کمک کرد. در نهایت، تحقیقات ما درک عمیق‌تری از پیوندهای بین تأثیر مخرب فعالیت‌های انسانی در تغییرات کیفیت زیستگاه در مناطق شکننده اکولوژیکی نشان می‌دهد. نتیجه‌گیری می‌شود که برخی از اقدامات مدیریتی مانند توسعه فضاهای اکولوژیک و زیرساخت‌های سبز شهری همگام با کنترل توسعه بی‌رویه شهری می‌تواند اثرات نامطلوب فعالیت‌های مخرب انسانی بر شاخص کیفیت زیستگاه و تخریب اکوسیستم را کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Impact of Anthropogenic Activities on provision of Ecosystem Services: An Approach Based on Spatiotemporal Analysis of Habitat Quality

نویسندگان [English]

  • Bahman Veisi Nabikandi 1
  • Ahmad Hami 1
  • Khalil Valizadeh Kamran 2
  • Farzin Emami Namin 1
1 Landscape Architecture Department, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Department of Remote Sensing and Geographical Information System, Tabriz University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

EXTENDED ABSTRACT
Introduction:
In recent decades, rapid urbanization and population growth have posed numerous challenges for densely populated urban areas, particularly concerning land use/land cover (LULC) change. The ecosystem services provided by ecological spaces play a significant role in addressing these challenges and enhancing urban ecological resilience. The increasing destructive human activities in densely populated urban areas disrupt the ecological environment, fragmenting urban ecosystems and lowering habitat quality. In urban and Peri-urban areas, ecological and natural spaces serve as nature-based solutions that significantly contribute to biodiversity conservation and habitat quality improvement. Therefore, the aim of this research is to evaluate the impact of ecological spaces on providing ecosystem services related to habitat quality and to compare them with human-made spaces through a spatial-temporal analysis of LULC patterns.

Material and Methods:
In this study, LULC maps of the metropolitan area of Tabriz, a densely populated urban region in western Iran, were created for the years 2016 and 2023 using Sentinel-2 satellite imagery within the Google Earth Engine web platform. The next step involved detecting spatial-temporal changes in LULC within the study area for the period 2016-2023 using TerrSet software. The final step was to model habitat quality ecosystem services within the study area for the years 2016 and 2023 using the InVEST software package. The impact and role of various land uses in providing these ecosystem services were examined, focusing on the distinction between ecological and human-made spaces.

Results and Discussion:
The research results show that in both years, barren lands and built-up areas accounted for the largest area in the study region, reflecting the area's ongoing development. The LULC change in Tabriz from 2016 to 2023 shows an increase in built-up areas, barren lands, and urban green spaces, whereas urban agriculture, rangeland, and water bodies experienced a decrease in area during the same period. Due to the developed nature of the study area, the maximum habitat quality was recorded as 0.27 and 0.21 for the years 2016 and 2023, respectively. Furthermore, for these two years, the average habitat quality was 0.04 and 0.03, respectively, indicating a poor state of habitat quality and biodiversity within the metropolitan area of Tabriz. The spatial distribution of habitat degradation in the study area revealed that the most significant habitat destruction occurs at the interface between human constructions and ecological spaces due to proximity to threatening factors. In contrast, barren land in the northern parts of the study area is in better condition due to its greater distance from these threats. The findings of this research report a decline in habitat quality influenced by LULC changes from 2016 to 2023, primarily attributed to the reduction of urban agriculture and the increase in human construction. This study concludes that the role of ecological spaces in enhancing habitat quality and preserving biodiversity in Tabriz is minimal due to their limited extent and close proximity to threatening factors. Furthermore, it highlights the detrimental impact of human activities, such as the expansion of human constructions, on habitat quality.

Conclusion:
This study emphasizes the importance of remote sensing data for monitoring LULC change in areas with limited data. Combining Google Earth Engine data with the InVEST model gives us a complete understanding of how changes in urban landscape affect habitat quality over time and space. Ultimately, our research offers deeper insights into the links between the detrimental impacts of anthropogenic activities and changes in habitat quality in ecologically fragile areas. This integrated approach not only enhances our understanding of ecological dynamics but also supports sustainable urban planning initiatives aimed at preserving biodiversity and improving ecosystem services.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ecosystem services
  • Land use/land cover
  • Urbanization
  • InVEST
  • Tabriz

مراجع

Abdollahi, S., Zeilabi, E., & Xu, C. C. (2024). Habitat quality assessment based on local expert knowledge and landscape patterns for bird of prey species in Hamadan, Iran. Modeling Earth Systems and Environment, 10(2), 2051-2061. https://doi.org/ 10.1007/s40808-023-01896-y
Ahmadi Mirghaed, F., & Souri, B. (2021). Relationships between habitat quality and ecological properties across Ziarat Basin in northern Iran. Environment, Development and Sustainability, 23(11), 16192-16207. https://doi.org/10.1007/ s10668-021-01343-x
Amini Parsa, V., Yavari, A., & Nejadi, A. (2016). Spatio-temporal analysis of land use/land cover pattern changes in Arasbaran Biosphere Reserve: Iran. Modeling earth systems and environment, 2(4), 1-13. https://doi.org/10.1007/s40808-016-0227-2
Amiri, R., Weng, Q., Alimohammadi, A., & Alavipanah, S. K. (2009). Spatial–temporal dynamics of land surface temperature in relation to fractional vegetation cover and land use/cover in the Tabriz urban area, Iran. Remote sensing of environment, 113(12), 2606-2617. https://doi.org/ 10.1016/j.rse.2009.07.021
Ansari, A., Ghorbanpour, M., Kazemi, A., & Kariman, K. (2023). Ecological assessment of Iran’s terrestrial biomes for wildlife conservation. Scientific Reports, 13(1), 17761. https://doi.org/ 10.1038/s41598-023-45120-4
Chen, H., Yan, W., Li, Z., Wende, W., & Xiao, S. (2024). A framework for integrating ecosystem service
provision and connectivity in ecological spatial networks: A case study of the Shanghai metropolitan area. Sustainable Cities and Society, 100, 105018. https://doi.org/10.1016/j.scs.2023.105018
Dadashpoor, H., Azizi, P., & Moghadasi, M. (2019). Land use change, urbanization, and change in landscape pattern in a metropolitan area. Science of the Total Environment, 655, 707-719. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.11.267
Dashtbozorgi, F., Hedayatiaghmashhadi, A., Dashtbozorgi, A., Ruiz–Agudelo, C. A., Fürst, C., Cirella, G. T., & Naderi, M. (2023). Ecosystem services valuation using InVEST modeling: Case from southern Iranian mangrove forests. Regional Studies in Marine Science, 60, 102813. https://doi.org/10.1016/j.rsma.2023.102813
Dezhkam, S., Amiri, B. J., Darvishsefat, A. A., & Sakieh, Y. (2014). Simulating the urban growth dimensions and scenario prediction through sleuth model: a case study of Rasht County, Guilan, Iran. GeoJournal, 79, 591-604. https://doi.org/10.1007/ s10708-013-9515-9
Ezimand, K., Aghighi, H., Ashourloo, D., & Shakiba, A. (2023). Statistical analysis and predicting spatio-temporal variations of urban heat islands using remote sensing data. Environmental Sciences (1735-1324), 21(3) (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.48308/envs.2023.1254
Floreano, I. X., & de Moraes, L. A. F. (2021). Land use/land cover (LULC) analysis (2009–2019) with Google Earth Engine and 2030 prediction using
Markov-CA in the Rondônia State, Brazil. Environmental Monitoring and Assessment, 193(4), 239. https://doi.org/10.1007/s10661-021-09016-y
Ghazi, B., & Jeihouni, E. (2022). Projection of temperature and precipitation under climate change in Tabriz, Iran. Arabian Journal of Geosciences, 15(7), 621. https://doi.org/10.1007/s12517-022-09848-z
Hasani, M., Sakieh, Y., Dezhkam, S., Ardakani, T., & Salmanmahiny, A. (2017). Environmental monitoring and assessment of landscape dynamics in southern coast of the Caspian Sea through intensity analysis and imprecise land-use data. Environmental monitoring and assessment, 189, 1-19. https://doi.org/10.1007/s10661-017-5883-9
He, N., Guo, W., Wang, H., Yu, L., Cheng, S., Huang, L., ... & Zhou, H. (2023). Temporal and spatial variations in landscape habitat quality under multiple land-use/land-cover scenarios based on the PLUS-InVEST model in the Yangtze River Basin, China. Land, 12(7), 1338. https://doi.org/10.3390/ land12071338
Kafy, A. A., Saha, M., Fattah, M. A., Rahman, M. T., Duti, B. M., Rahaman, Z. A., ... & Sattar, G. S. (2023). Integrating forest cover change and carbon storage dynamics: Leveraging Google Earth Engine and InVEST model to inform conservation in hilly regions. Ecological Indicators, 152, 110374. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2023.110374
Koko, A. F., Yue, W., Abubakar, G. A., Hamed, R., & Alabsi, A. A. N. (2020). Monitoring and Predicting Spatio-Temporal Land Use/Land Cover Changes in Zaria City, Nigeria, through an Integrated Cellular Automata and Markov Chain Model (CA-Markov). Sustainability, 12(24), 10452. https://doi.org/10.3390/su122410452
Lei, J., Chen, Y., Li, L., Chen, Z., Chen, X., Wu, T., & Li, Y. (2022). Spatiotemporal change of habitat quality in Hainan Island of China based on changes in land use. Ecological Indicators, 145, 109707. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.109707
Mahmoudzadeh, H., Abedini, A., & Aram, F. (2022). Urban growth modeling and land-use/land-cover change analysis in a metropolitan area (case study: Tabriz). Land, 11(12), 2162. https://doi.org/ 10.3390/land11122162
Mashizi, A. K., & Escobedo, F. J. (2020). Socio-ecological assessment of threats to semi-arid rangeland habitat in Iran using spatial models and actor group opinions. Journal of Arid Environments, 177, 104136. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv. 2020.104136
Meng, R., Cai, J., Xin, H., Meng, Z., Dang, X., & Han, Y. (2023). Spatio-Temporal Changes in Land Use and Habitat Quality of Hobq Desert along the Yellow River Section. International Journal of Environmental Research and Public Health, 20(4),
3599. https://doi.org/10.3390/ijerph20043599
Mengist, W., Soromessa, T., & Feyisa, G. L. (2021). Landscape change effects on habitat quality in a forest biosphere reserve: Implications for the conservation of native habitats. Journal of Cleaner Production, 329, 129778. https://doi.org/10.1016/ j.jclepro.2021.129778
Pu, J., Shen, A., Liu, C., & Wen, B. (2024). Impacts of ecological land fragmentation on habitat quality in the Taihu Lake basin in Jiangsu Province, China. Ecological Indicators, 158, 111611. https://doi.org/ 10.1016/j.ecolind.2024.111611
Rahimi, A., Khorsand, E. D., Breuste, J., & Karimzadeh, H. (2023). Gender justice in green space use in relation to different socio-economic conditions in Tabriz, Iran. Sustainable Cities and Society, 99, 104973. https://doi.org/10.1016/ j.scs.2023.104973
Sadat, M., Zoghi, M., & Malekmohammadi, B. (2020). Spatiotemporal modeling of urban land cover changes and carbon storage ecosystem services: case study in Qaem Shahr County, Iran. Environment, development and sustainability, 22(8), 8135-8158. https://doi.org/10.1007/s10668-019-00565-4
Sharp R, Tallis H, Ricketts T, Guerry A, Wood SA, Chaplin-Kramer R, Nelson E (2018) InVEST 3.6.0 User’s Guide. The Natural Capital Projet. Stanford university, University of Minnesota, The Nature Conservacy, and World Wildlife Fund.
Shoja, F., Veisi Nabikandi, B., & Feizizadeh, B. (2025). Spatiotemporal analysis of urbanization-driven land use changes in Tehran Province using novel technologies. Journal of Geography and Cartography, 8(2), 11630. https://doi.org/10.24294/ jgc11630
Sobhani, P., Esmaeilzadeh, H., & Mostafavi, H. (2021). Simulation and impact assessment of future land use and land cover changes in two protected areas in Tehran, Iran. Sustainable Cities and Society, 75, 103296. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103296
Steger, K., Fiener, P., Marvin-DiPasquale, M., Viers, J. H., & Smart, D. R. (2019). Human-induced and natural carbon storage in floodplains of the Central Valley of California. Science of the total environment, 651, 851-858. https://doi.org/10.1016/ j.scitotenv.2018.09.205
Tamire, C., Elias, E., & Argaw, M. (2023). A systematic review of ecosystem services assessments, trends, and challenges in Ethiopia. Watershed Ecology and the Environment, 5, 38-45. https://doi.org/10.1016/j.wsee.2022.12.002
Tang, J., Zhou, L., Dang, X., Hu, F., Yuan, B., Yuan, Z., & Wei, L. (2023). Impacts and predictions of urban expansion on habitat quality in the densely populated areas: A case study of the Yellow Rive
Basin, China. Ecological Indicators, 151, 110320. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2023.110320
Veisi Nabikandi, B., & Shahbazi, F. (2024). Determining carbon storage content at different pools under various land uses in Miandoab region using remotely-sensed data and InVEST model. Journal of Natural Environment, 77(2), 241-253. https://doi.org/10.22059/jne.2024.377051.2677
Veisi Nabikandi, B., Rastkhadiv, A., & Shoja, F. (2024). Modeling of land use/land cover change impact on urban ecological flood resilience: A case study of Rasht city. Journal of Natural Environment, 77(3), 385-400. https://doi.org/10.22059/jne.2024. 382160.2710
Veisi Nabikandi, B., & Shoja, F. (2025). Unraveling the Effectiveness of Nature-based Solutions in Mitigating Urban Heat Island Intensity. Town and Country Planning, 16(2), 343-361. https://doi.org/ 10.22059/jtcp.2025.387194.670487
Veisi Nabikandi, B., Shahbazi, F., & Biswas, A. (2025a). Evaluating ecosystem services under various trajectories and land use/land cover changes in a densely populated area, Iran. Earth Science Informatics, 18(2), 372. https://doi.org/10.1007/ s12145-025-01884-z
Veisi Nabikandi, B., Rastkhadiv, A., Feizizadeh, B., Gharibi, S., & Gomes, E. (2025b). A scenario-based framework for evaluating the effectiveness of nature-based solutions in enhancing habitat quality. GeoJournal, 90(2), 55. https://doi.org/10.1007/ s10708-025-11305-9
Wang, Q., & Wang, H. (2023). Evaluation for the spatiotemporal patterns of ecological vulnerability and habitat quality: implications for supporting habitat conservation and healthy sustainable development. Environmental geochemistry and health, 45(5), 2117-2147. https://doi.org/10.1007/ s10653-022-01328-3
Wei, Q., Abudureheman, M., Halike, A., Yao, K., Yao, L., Tang, H., & Tuheti, B. (2022). Temporal and spatial variation analysis of habitat quality on the
PLUS-InVEST model for Ebinur Lake Basin, China. Ecological Indicators, 145, 109632. https://doi.org/ 10.1016/j.ecolind.2022.109632
Wei, W., Bao, Y., Wang, Z., Chen, X., Luo, Q., & Mo, Y. (2023). Response of habitat quality to urban spatial morphological structure in multi-mountainous city. Ecological Indicators, 146, 109877. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2023.109877
Wu, J., Li, X., Luo, Y., & Zhang, D. (2021). Spatiotemporal effects of urban sprawl on habitat quality in the Pearl River Delta from 1990 to 2018. Scientific Reports, 11(1), 13981. https://doi.org/ 10.1038/s41598-021-92916-3
Wu, X., Liu, S., Zhao, S., Hou, X., Xu, J., Dong, S., & Liu, G. (2019). Quantification and driving force analysis of ecosystem services supply, demand and balance in China. Science of the Total Environment, 652, 1375-1386. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv. 2018.10.329
Xie, Z. X., Zhang, B., Shi, Y. T., Zhang, X. Y., & Sun, Z. X. (2023). Changes and protections of urban habitat quality in Shanghai of China. Scientific reports, 13(1), 10976. https://doi.org/10.1038/ s41598-023-32247-7
Zhang, W., Ricketts, T. H., Kremen, C., Carney, K., & Swinton, S. M. (2007). Ecosystem services and dis-services to agriculture. Ecological economics, 64(2), 253-260. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon. 2007.02.024
Zhao, Z., Islam, F., Waseem, L. A., Tariq, A., Nawaz, M., Islam, I. U., ... & Hatamleh, W. A. (2024). Comparison of three machine learning algorithms using google earth engine for land use land cover classification. Rangeland Ecology & Management, 92, 129-137. https://doi.org/10.1016/ j.rama.2023.10.007
فصلنامه علوم محیطی
دوره 23، شماره 3
مهر 1404
صفحه 637-654

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار