Analysis of the Relationship between Spatial and Temporal Changes in Land Use and Landscape Metrics in the KoozehTopraghi Watershed

Subject Areas :

Roghayeh Dezhbani ¹ , Zeinab Hazbavi ² , Raoof Mostafazadeh ³ , Abazar Esmali Ouri ⁴ , Nazila Alaei ⁵

1 - M.Sc. Student, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 - Assistant Professor, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Water Management Research Center, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 - Associate Professor, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Water Management Research Center, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
4 - Associate Professor, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Water Management Research Center, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
5 - Ph.D. Student Watershed Management Science and Engineering, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran

Received: 2022-01-19 Accepted : 2022-03-10 Published : 2023-04-21

Keywords: Land degradation, Spatial pattern, Ecosystem stability, Temporal changes,

Abstract :

The purpose of this study was to analyze the relationship between land use changes in different time periods using landscape metrics in the KoozehTopraghi Watershed located in Ardabil Province. For this purpose, three Landsat satellite images from 2000, 2010, and 2021 were received from the United States Geological Survey (USGS) database. After preparing the land use maps of the watershed by supervised classification and converting it to a raster format, the landscape metrics of Fragstats 8.2 software were calculated and quantified in two levels of landscape (22 metrics) and class (13 metrics). The kappa coefficient for the land use maps of the three years under study (2000, 2010, and 2021) was equal to 58.2, 75.0, and 59.2 %, respectively. The results showed that at the level of class, rainfed agriculture had the maximum value in the edge density metric, and irrigated agriculture had the maximum values in the average distance of the nearest Euclidean neighbor, the number of patches, and the total edges in all three years. Furthermore, at the landscape level, the fragmentation index decreased slightly in 2010 compared to 2000 and then increased in 2021. The largest patch index also showed a significant decrease in 2021, so it has reached from 43.34 in 2000 to 34.81 in 2021.

References:

آقائی، مریم، خاوریان، حسن، مصطفی‌زاده، رئوف. (1399). پیش‌بینی و آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از مدل CA مارکوف و LCM در آبخیز کوزه‌تپراقی استان اردبیل. پژوهش‌های آبخیزداری، 33 (3)، 107-91.

اسفندیاری، فریبا، حمزه‌ای، مهناز، علائی، نازیلا، مصطفی‌زاده، رئوف. (1399). تغییرات مکانی سنجه‌های سیمای سرزمین در پوشش گیاهی جوامع حاشیه متأثر از نوع کاربری اراضی در رودخانه قره‌سو استان اردبیل. آمایش جغرافیایی فضا، 10(38)، 219-234.

حزباوی، زینب، پرچمی، ناهیده، علائی، نازیلا، بابایی، لیلا. (1399). ارزیابی و تحلیل وضعیت سلامت آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. حفاظت از منابع آب و خاک، 9(3)، 140-121.

خوارزمی، رسول، عبداللهی، علی اصغر، راهداری، محمدرضا، کارکن، منصور. (1395). پایش تغییرات کاربری اراضی و تأثیر آن بر روند تخریب زمین و بیابان‌زایی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست (مطالعه موردی: شرق ایران، دریاچه هامون). مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 7 (25)، 75-64.

عبدالشاه نژاد، مهسا، نظری سامانی، علی اکبر، قربانی، مهدی، ارشم، عزیز، طاهری، فریدون. (1398). پایش روند تغییرات کاربری اراضی و نقش آن بر سنجه‌های سیمای سرزمین (بررسی موردی: شمال‌شرق اهواز). تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 26(2)، 325-339.

علائی، نازیلا، مصطفی‌زاده، رئوف، اسمعلی عوری، اباذر، شرری، معراج، حزباوی، زینب. (1398). ارزیابی و مقایسه پیوستگی سیمای سرزمین در حوزه آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. بوم‌شناسی کاربردی، 8(4)، 34-19.

کاکه‌ممی، آزاد، معمری، مهدی، قربانی، اردوان، غفاری، سحر. (1399). تحلیل تغییرات کاربری/پوشش اراضی استان اردبیل با استفاده از سنجه‌های سیمای سرزمین. سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 11(3)، 68-86.

کیانی، واحد، فقهی، جهانگیر. (1394). بررسی ساختار پوشش/کاربری حوزه آبخیز سفیدرود با استفاده از سنجه‌های بوم‌شناسی سیمای سرزمین. علوم و تکنولوژی محیط زیست، ۱۷(6)، ۱۴۱-۱۳۱.

نصیری، وحید، درویش صفت، علی اصغر. (1397). تحلیل کاربری و پوشش زمین‌ها با استفاده از سنجه‌های بوم‌شناسی منظر (بررسی موردی: منطقه ارسباران). علوم محیطی، 16(3)، 99-116.

مختاری، محمد حسین، عابدیان، سحر، قلی پور، مصطفی. (1398). آشکارسازی و مدل‌سازی روند تغییرات کاربری اراضی جنگلی حوزه آبخیز قره‌سو با استفاده از سنجه‌های سیمای سرزمین. بوم‌شناسی کاربردی، 8(4)، 1-18.

مصطفی‌زاده، رئوف، جعفری، انیس، کیوان‌بهجو، فرشاد. (1397). مقایسه ساختار اراضی مرتعی و میزان تخریب پیوستگی سیمای سرزمین در زیرحوزه‌های آبخیز ایریل، استان اردبیل. بوم‌شناسی کاربردی، 7 (1)، 41-53.

نصیری، وحید، درویش صفت، علی اصغر. (1397). تحلیل تغییرات کاربری اراضی با استفاده از سنجه‌های بوم شناسی منظر (مطالعه موردی: منطقه ارسباران، سالهای 1369-1393). پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل، 25(4)، 1-18.

نظرنژاد، حبیب، حسینی، مرتضی، مصطفی زاده، رئوف. (1398). ارزیابی تغییرات پیوستگی و الگوی کاربری اراضی با استفاده از سنجه‌های سیمای سرزمین در حوزه آبخیز زولاچای، سلماس. آمایش جغرافیایی فضا، 9(34)، 53-66.

Aguilera, F., Valenzuela, L. M., & Botequilha-Leitão, A. (2011). Landscape metrics in the analysis of urban land use patterns: A case study in a Spanish metropolitan area. Landscape and Urban Planning, 99(3-4), 226-238.

Aunap, R., Uuemaa, E., Roosaare, J., & Mander, Ü. (2006). Spatial correlograms and landscape metrics as indicators of land use changes. WIT Transactions on Ecology and the Environment.

Berila, A., & Isufi, F. (2021). Two decades (2000–2020) measuring urban sprawl using GIS, RS and landscape metrics: A case study of municipality of Prishtina (Kosovo). Journal of Ecological Engineering, 22(6), 114-125.

Chmielewski, S., Chmielewski, T. J., & Tompalski, P. (2014). Land cover and landscape diversity analysis in the West Polesie Biosphere Reserve. International Agrophysics, 28(2).Cortes, R., Varandas, S., Teixeira, A., Hughes, S., Magalhaes, M., Barquín, J., & Fernández, D. (2011). Effects of landscape metrics and land use variables on macroinvertebrate communities and habitat characteristics. Limnetica, 30(2), 347-362.

Elmi, M., Rouhani, A., & Keshavarz, E. (2022). Landscape Metrics for Urbanization and Urban Land-Use Change Monitoring from Remote Sensing Images: A case of Shiraz Metropolis, Iran. International Journal of Earth Sciences Knowledge and Applications, 4(1), 43-50.

Fitawok, M. B., Derudder, B., Minale, A. S., Van Passel, S., Adgo, E., & Nyssen, J. (2020). Modeling the Impact of Urbanization on Land-Use Change in Bahir Dar City, Ethiopia: An Integrated Cellular Automata–Markov Chain Approach. Land, 9(4): 115, 2020.

Fu, B., Zhang, L., Xu, Z., Zhao, Y., Wei, Y., & Skinner, D. (2015). Ecosystem services in changing land use. Journal of Soils and Sediments, 15(4), 833-843.

Herzog, F., Lausch, A., MÜller, E., Thulke, H. H., Steinhardt, U. T. A., & Lehmann, S. (2001). Landscape metrics for assessment of landscape destruction and rehabilitation. Environmental Management, 27(1), 91-107.

Lin, J., Li, X., Li, S., & Wen, Y. (2020). What is the influence of landscape metric selection on the calibration of land-use/cover simulation models? Environmental Modelling & Software, 129, 104719.

Mahmoud, H., & Divigalpitiya, P. (2017). Modeling future land use and land-cover change in the asyut region using markov chains and cellular automata. In International conference on Smart and Sustainable Planning for Cities and Regions Springer Cham, 99-112.

McGarigal, K., Cushman, S. A., & Neel, E. N. (2002). FRAGSTATS: Spatial pattern analysis program for categorical maps. Computer software program produced by the authors at the University of Massachusetts, 691-703.

Mitchell, M. G., Suarez-Castro, A. F., Martinez-Harms, M., Maron, M., McAlpine, C., Gaston, K. J., & Rhodes, J. R. (2015). Reframing landscape fragmentation's effects on ecosystem services. Trends in Ecology & Evolution, 30(4), 190-198.‏

Rakhmawati, H. (2017). A Spatial Ecological Assessment of Fragmentation and Disturbance Effects of Infrastructure Construction and Land Conversion in Gunung Halimun Salak National Park Indonesia. Lincoln University Digital Thesis, 1-177.

Rimal, B., Zhang, L., Keshtkar, H., Haack, B. N., Rijal, S., & Zhang, P. (2018). Land use/land cover dynamics and modeling of urban land expansion by the integration of cellular automata and markov chain. International Journal of Geo-Information, 7(4), 154.‏

Uuemaa, E., Antrop, M., Roosaare, J., Marja, R., & Mander Ü. (2009). Landscape metrics and indices: an overview of their use in landscape research. Living Reviews in Landscape Research, 3(1), 1-28.