نشریه علمی - پژوهشی مرتع و آبخیزداری

پیش‌بینی مکانی خشکیدگی مراتع استان چهارمحال و بختیاری با تلفیق داده‌های میدانی، سنجش‌ازدور و الگوریتم جنگل تصادفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان چهارمحال و بختیاری، شهرکرد، ایران

10.22059/jrwm.2026.419185.1886
چکیده
خشکیدگی مراتع یکی از نمودهای مهم تخریب سرزمین در مناطق خشک و نیمه‌خشک است که تحت تأثیر برهم‌کنش عوامل اقلیمی، رطوبتی، پوشش گیاهی و فیزیوگرافی رخ می‌دهد. هدف این پژوهش، مدل‌سازی و پیش‌بینی درصد خشکیدگی مراتع استان چهارمحال و بختیاری با مقایسه رگرسیون خطی چندگانه و الگوریتم جنگل تصادفی با استفاده از داده‌های میدانی و شاخص‌های سنجش‌ازدور بود. درصد خشکیدگی در ۱۱۰۰ پلات ۲×۲ متری اندازه‌گیری و به‌عنوان متغیر پاسخ استفاده شد. متغیرهای پیش‌بین شامل بارش سالانه، تبخیر–تعرق واقعی، شاخص وضعیت پوشش گیاهی (VCI)، شاخص وضعیت دمایی (TCI)، شاخص رطوبت سطحی خاک (OPTRAM)، ارتفاع و شیب بودند. VCI و TCI از تصاویر لندست ۸ فصل رشد سال ۲۰۲۳ محاسبه و به‌عنوان شاخص‌های نسبی درون‌سالی تفسیر شدند. پس از بررسی هم‌خطی با استفاده از شاخص تورم واریانس (VIF)، دمای سطح زمین به‌دلیل هم‌خطی شدید حذف شد. نتایج نشان داد که جنگل تصادفی با R² برابر با 70/0 و RMSE برابر با 44/3، عملکرد بهتری نسبت به رگرسیون خطی چندگانه با R² برابر با 40/0 و RMSE برابر با 80/4 داشت. بارش سالانه، VCI، ارتفاع و OPTRAM مهم‌ترین متغیرهای پیش‌بینی‌کننده بودند. با توجه به همپوشانی مفهومی VCI و OPTRAM با خشکیدگی مشاهده‌شده، این شاخص‌ها بیشتر به‌عنوان شاخص‌های تشخیصی وضعیت خشکیدگی و نه محرک‌های مستقل تفسیر شدند. تحلیل مسیر اکتشافی نیز برازش نامطلوبی نشان داد و صرفاً برای بررسی روابط ساختاری فرض‌شده گزارش شد. در مجموع، خشکیدگی مراتع پدیده‌ای چندعامله و عمدتاً غیرخطی است و جنگل تصادفی می‌تواند ابزاری کارآمد برای پیش‌بینی مکانی و پایش مناطق مستعد خشکیدگی فراهم کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Spatial Prediction of Rangeland Dieback in Chaharmahal-va-Bakhtiari Province, Iran, Using Field Observations, Remote Sensing, and the Random Forest Algorithm

نویسندگان English

maryam gholami 1
Ataollah Ebrahimi 1
esmaeil asadi broujeni 1
elham ghehsare ardestani 1
hamze ali shirmardi 2
1 Assistant Professor, Agriculture and Natural Resources Research and Education Center of Chaharmahal-va-Bakhtiari Province, Shahrekord, Iran
2 Agriculture and Natural Resources Research and Education Center of Chaharmahal-va-Bakhtiari Province, Shahrekord, Iran
چکیده English

Rangeland dieback is an important manifestation of land degradation in arid and semi-arid regions and results from interactions among climatic, moisture-related, vegetation, and physiographic factors. This study aimed to model and predict dieback percentage in Chaharmahal-va-Bakhtiari Province, Iran, by comparing multiple linear regression (MLR) and Random Forest (RF) using field data and remote-sensing indices. Dieback percentage was measured in 1,100 2 × 2 m plots and used as the response variable. Predictors included annual precipitation, actual evapotranspiration, Vegetation Condition Index (VCI), Temperature Condition Index (TCI), OPTRAM soil-moisture index, elevation, and slope. VCI and TCI were derived from Landsat-8 imagery acquired during the 2023 growing season and interpreted as within-year relative indicators. Land surface temperature was excluded after variance inflation factor (VIF) screening because of severe collinearity. RF outperformed MLR, with R² = 0.70 and RMSE = 3.44 compared with R² = 0.40 and RMSE = 4.80, respectively. Annual precipitation, VCI, elevation, and OPTRAM were the most important predictors. Because of their conceptual overlap with observed dieback, VCI and OPTRAM were interpreted primarily as diagnostic indicators of dieback status rather than independent drivers. An exploratory path analysis showed inadequate fit and was therefore reported only as assumed structural associations. Overall, rangeland dieback was multifactorial and largely nonlinear, and RF can provide an effective tool for spatial prediction and monitoring of areas prone to rangeland dieback.

کلیدواژه‌ها English

Machine learning
OPTRAM
Random Forest
Rangeland dieback
Remote sensing
Spatial prediction

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 01 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 31 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 24 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 13 آبان 1405