بررسی روند تغییرات کاربری اراضی کشاورزی در حوزه‌ی آبریز زاینده‌رود با استفاده از پلتفرم گوگل ارث انجین

مقدمه: خشکسالی پدیده‌ای طبیعی است که تقریباً در اکثر مناطق جهان اتفاق می‌افتد و به علت ارتباط نزدیک با محصولات کشاورزی و منابع آب یکی از پارامترهای مهم در علوم محیطی به شمار می‌رود. اثرات این پدیده در مناطق خشک و نیمه‌خشک به علت بارندگی سالانه کمترشان، بیشتر است. در مقابل روش‌های سنتی، استفاده از تکنیک سنجش از دور و تصاویر ماهواره‌ای به عنوان یک ابزار مفید برای پایش خشکسالی کشاورزی مورد توجه قرار گرفته است. هدف این پژوهش بررسی تغییرات کاربری اراضی کشاورزی با استفاده از شاخص تفاضل نرمال شده گیاهی و تصاویر ماهواره‌ای است.مواد و روش‌ها: در این مطالعه، از تصاویر ماهواره‌ی لندست به منظور بررسی روند تغییرات کاربری اراضی کشاورزی در حوزه‌ی آبریز زاینده‌رود طی سال‌های 1363-1402 استفاده شد. برای انجام این مطالعه ابتدا از شاخص تفاضل نرمال شده گیاهی هر سال بهره گرفته شد. از آن‌جا که الگوهای متنوعی از کشت با تفاوت‌های زمانی مختلفی در طول یک سال در منطقه مورد مطالعه حضور پیدا می‌کند نمی‌توان از یک تصویر منتخب به عنوان مبنای یک سال استفاده کرد بر خلاف آن لازم است تا تصاویر مختلف برای زمان‌های مختلف سال مورد بررسی قرار گیرند تا مجموعه تمامی پیکسل‌هایی که در یک سال زراعی به زیر سطح کشت رفته اند، شناسایی و مشخص شوند. از آنجا که انجام این فرایند بسیار زمان بر خواهد بود، از یک رویکرد ابتکاری استفاده شد. ابتدا در سامانه گوگل ارث انجین تمام تصاویر سالانه لندست به صورت سال به سال فراخوانی شدند. سپس تصاویری که دارای پوشش ابر بودند حذف شده و فیلتر حداکثر بر روی باندهای تصاویر باقیمانده اعمال شد. سپس شاخص تفاضل نرمال شده گیاهی تصاویر سالانه جدید ساخته شد و با اعمال حدود آستانه 2/0، اراضی کشاورزی از سایر اراضی تفکیک گردید. وسعت اراضی کشاورزی در هر سال محاسبه و مدل رگرسیون خطی برای شناسایی روند تغییرات مورد استفاده قرار گرفت. به این عبارت که وسعت اراضی کشاورزی به عنوان متغیر وابسته و زمان در مقیاس سالانه به عنوان پارامتر مستقل مورد استفاده قرار گرفت.نتایج: وسعت اراضی کشاورزی در اوایل دهه 1360، در حدود 25 هزار هکتار بوده است که با روندی کاهشی در طول زمان در سال های 1373 و 1393 به مقدار 21700 و 15180 هکتار رسیده و در نهایت در سال 1401 به کمترین مقدار خود برابر با 11250 هکتار رسیده است. این روند، کاهش 55 درصد در رهاسازی اراضی کشاورزی در این مقطع زمانی را نشان می دهد. همچنین مقدار شاخص تفاضل نرمال شده گیاهی در اراضی کشاورزی نیز به مرور زمان روند کاهشی را تجربه کرده است که بیانگر تغییر الگوی کشت به سمت کشت ‌های کم‌ تراکم با زیست‌توده کم مانند گندم است.بحث: نتایج حاصل از روند تغییرات وسعت کاربری کشاورزی در منطقه مورد مطالعه، الگوی کاهشی را نشان داد یعنی از دست روی اراضی کشاورزی رخ داده است که این روند منطبق با الگوی کاهش سطح آب سد زاینده‌رود است. این پدیده را می‌توان مستقیماً به کاهش منابع آب در منطقه نسبت داد. در دهه اخیر، حجم آب اختصاص یافته برای انجام فعالیت‌های کشاورزی در این منطقه به دلیل نزدیک شدن حجم آب سد زاینده ‌رود به محدوده‌های بحرانی بسیار کاهش پیدا کرده است.

investigation of the trend of agricultural land use changes in the zayandeh rood watershed using google earth engine platform

introduction: drought is a natural phenomenon that occurs almost in most regions of the world, and due to its relationship with agricultural products and water resources, it is considered as one of the most important issues in environmental sciences. the effects of this phenomenon are greater in arid and semi-arid regions due to their less annual rainfall. in contrast to traditional methods, the use of remote sensing techniques and satellite images has been considered as a useful tool for agricultural drought monitoring. the main objective of this study is to investigate changes in agricultural land use using normalized vegetation difference index and satellite images.materials and methods: in this study, landsat satellite images were used to investigate the trend of agricultural land use changes in the zayandeh rood catchment during 1984-2023. to do this study, the normalized plant difference index was used for each year. since various patterns of cultivation with different time differences are present in the study area during a year, it is not possible to use a selected image as the basis of a year, on the contrary, it is necessary to examine different images for different times of the year. to identify and specify the set of all the pixels that have gone under the cultivation surface in one crop year. since this process would be very time-consuming, an innovative approach was used. first, in the google earth engine system, all the annual landsat images were called year by year. then, the images with cloud cover were removed and the maximum filter was applied to the bands of the remaining images. then, the normalized vegetation difference index of new annual images was created and by applying a threshold of 0.2, agricultural lands were separated from other lands. the extent of agricultural land was calculated in each year and the linear regression model was used to identify the change process. in other words, the extent of agricultural land was used as a dependent variable and time was used as an independent parameter on an annual scale.results: the extent of agricultural land in 1984 was about 25 thousand hectares, which with a decreasing trend over time reached 21700 and 15180 hectares in 1994 and 2014, and finally reached its lowest value in 1401. it has reached 11.250 hectares. this trend shows a 55% reduction in the abandonment of agricultural land at this point in time. also, the value of the normalized plant difference index in agricultural lands has experienced a decreasing trend over time, which indicates the change in the cultivation pattern towards low-density crops with low biomass such as wheat.discussion: the results of the changes in the extent of agricultural use in the study area showed a decreasing pattern, so, there has been a loss of agricultural land, which is consistent with the decreasing pattern of the water level of the zayandeh rood watershed. this phenomenon can be directly attributed to the reduction of water resources in the region. in the last decade, the amount of water allocated to carry out agricultural activities in this region has decreased a lot due to the water volume of the zayandeh rood watershed approaching critical limits.