Οικολογία τοπίου: η επίδραση πυρκαγιών στις μέλισσες της Ρόδου

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Οικολογία τοπίου: η επίδραση πυρκαγιών στις μέλισσες της Ρόδου

Συγγραφέας: Πελεκάνου Βάγια

Δημοσίευση: 2017

Πρωτότυπος σύνδεσμος: https://hellanicus.lib.aegean.gr/handle/11610/17929

Λέξεις κλειδιά: οικολογία, πυρκαγιά, μέλισσες

Περίληψη Η παρούσα εργασία αφορά την καταγραφή, ανάλυση και παρουσίαση των αποτελεσμάτων για τις μέλισσες της Ρόδου ως προς τους δείκτες βιοποικιλότητας: αφθονία και πλούτο των ειδών στην περιοχή της Κεντρικής Ρόδου σε σχέση με την ένταση της φωτιάς της καταστροφικής πυρκαγιάς του 2008. Ο συνδυασμός των εργαλείων της Τηλεπισκόπησης και των Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων (G.I.S), αποτέλεσαν αποτελεσματικά εργαλεία καταγραφής και αποτύπωσης των αλλαγών της γήινης επιφάνειας. Συγκεκριμένα, για τον εντοπισμό της καμένης έκτασης της Ρόδου το 2008 και την εκτίμηση της σοβαρότητας της καμένης έκτασης υπολογίστηκε ο δείκτης Normalized Burn Ratio (NBR) για τις δορυφορικές εικόνες Landsat 5 ΤΜ πριν και μετά την πυρκαγιά. Στη συνέχεια δημιουργήθηκε ο χάρτης του δείκτη dNBR, μέσω της Τηλεπισκόπησης. Με τη βοήθεια του (G.I.S), διερευνήθηκε η επίδραση της έντασης της πυρκαγιάς σε εννέα (9) κυκλικές επιφάνειες (ακτίνας 500 μ.) γύρω από κάθε σημείο δειγματοληψίας των μελισσών. Στη συνέχεια, αναλύθηκε η σύνθεση του τοπίου με χρήση του λογισμικού Fragstats και συσχετίστηκε με τις επτά (7) κατηγορίες σφοδρότητας του delta Normalized Burn Ratio (dNBR): Yψηλή Aναγέννηση, Xαμηλή Aναγέννηση, Άκαυτες, Xαμηλή Σφοδρότητα, Μέσηχαμηλή Σφοδρότητα, Μέση-υψηλή Σφοδρότητα και Υψηλή Σφοδρότητα. Τα δεδομένα αναλύθηκαν με τη χρήση του στατιστικού λογισμικού R. Οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν στη λειτουργική ομάδα των επικονιαστών και συγκεκριμένα για την τάξη των Υμενόπτερων, στις οικογένειες των Andrenidae, Apidae, Colletidae, Halictidae, Megachilidae. Η δειγματοληψία των μελισσών προήλθε από τη συλλογή που έγινε το 2012 και η μέθοδος ήταν των πινακοπαγίδων. Από τις οικογένειες μελισσών που μελετήθηκαν, υπήρξε συσχέτιση της αφθονίας και του πλούτου των ειδών με τις εκτάσεις που καταλαμβάνουν οι κατηγορίες σφοδρότητας και συγκεκριμένα στην κατηγορία 3: άκαυτες εκτάσεις για την οικογένεια μελισσών Megachilidae και στην κατηγορία 7: εκτάσεις με υψηλή σφοδρότητα για την οικογένεια μελισσών Andrenidae.

Εισαγωγή

Οικολογία είναι η μελέτη φυτών και ζώων σε σχέση με το περιβάλλον τους και αποτελεί κλάδο της βιολογίας για τουλάχιστον ογδόντα χρόνια. Ο κλάδος της οικολογίας τοπίου αποτελεί υποδιαίρεση της επιστήμης της οικολογίας, δίνοντας έμφαση στο πως το σύνολο του τοπίου επηρεάζει τις οικολογικές διεργασίες. Με βάση τον επιστημονικό κλάδο της Οικολογίας του Τοπίου, το τοπίο ως οντότητα διακρίνεται από κάποια χαρακτηριστικά: • τη δομή (landscape structure) • τη λειτουργία (landscape function) και • τη μεταβολή (landscape change) Το ενδιαφέρον για την ποσοτικοποίηση αυτής της σχέσης οδήγησε στη δημιουργία των δεικτών τοπίου που περιγράφουν τη δομή του τοπίου οι οποίοι αναφέρονται αποκλειστικά σε θεματικούς χάρτες. Οι δείκτες τοπίου υπολογίζονται σε τρία επίπεδα: α) Σε επίπεδο χωροψηφίδας (patch level), όπου υπολογίζονται δείκτες για όλες τις χωροψηφίδες προσδιορίζοντας το περιεχόμενο και τα χωρικά χαρακτηριστικά της κάθε χωροψηφίδας. β) Σε επίπεδο κλάσης χωροψηφίδας (class-level), όπου υπολογίζονται δείκτες για όλες τις χωροψηφίδες που ανήκουν στην ίδια κατηγορία και γ) Σε επίπεδο τοπίου (landscape level), όπου υπολογίζονται δείκτες για όλες τις χωροψηφίδες ή κλάσεις που είναι παρούσες στο τοπίο. Στην παρούσα έρευνα, έγινε χρήση του επιπέδου κλάσης χωροψηφίδας (class-level) για τον δείκτη έκτασης: συνολική έκταση (total area). Οι βασικοί τρόποι επικονίασης στα αγγειοσπέρματα είναι ο άνεμος, τα έντομα, τα πουλιά, οι νυχτερίδες, οι σαύρες και τα θηλαστικά και κάθε φορά η γύρη προσαρμόζεται ανάλογα στον τρόπο με τον οποίο μεταφέρεται. Η επικονίαση αποτελεί σημαντική οικοσυστημική υπηρεσία για τη διατήρηση της βιοποικιλότητας των οικοσυστημάτων καθώς και των άγριων μελισσών που αποτελούν τους σημαντικότερους επικονιαστές. H Μεσόγειος υποστηρίζει μεγάλο μέρος της μελισσοποικιλότητας του πλανήτη και αποτελεί ένα από τα ζωντανά κέντρα εξέλιξής της. Οι άγριες μέλισσες αποτελούν τους σημαντικότερους επικονιαστές για τα Μεσογειακά οικοσυστήματα και η επίδραση της φωτιάς είναι συχνό φαινόμενο διαταραχής των οικοσυστημάτων αυτών. Η επίδραση της φωτιάς σε μία πυρκαγιά μπορεί να είναι είτε ευνοϊκή είτε δυσμενής για τα οικοσυστήματα. Στις περιοχές του Μεσογειακού Οικοσυστήματος οι κλιματικές συνθήκες διακρίνονται από την εναλλαγή μεταξύ θερμών και άνυδρων, ψυχρών και υγρών περιόδων που μαζί με τις μετεωρολογικές συνθήκες αποτελούν καθοριστικό παράγοντα τόσο για την έναρξη και την εξέλιξη μιας δασικής πυρκαγιάς, όσο και για την αποκατάσταση της βλάστησης στις καμένες εκτάσεις. Η επίδραση της φωτιάς στους επικονιαστές είναι μεγάλη. Στα μεσογειακά οικοσυστήματα, η μεσογειακή βλάστηση είναι προσαρμοσμένη στη δράση της φωτιά, και η αποκατάστασή της είναι σχετικά γρήγορη. Ωστόσο όμως έχει άμεσες επιπτώσεις στα είδη των επικονιαστών της βιοκοινότητας, επηρεάζοντας τόσο τη δομή τους όσο και την λειτουργικότητά τους. Συγκεκριμένα οι κοινότητες των επικονιαστών που επηρεάζονται είναι οι μοναχικές μέλισσες, οι οποίες είναι σχεδόν απούσες από τις καμένες περιοχές εξαιτίας: 1. της άμεσης θνησιμότητάς τους από τη φωτιά 2. του περιορισμού των επιτόπιων πηγών νέκταρ και 3. της ανικανότητάς τους για μακρά πτήση, ώστε να φθάσουν από μακρινές περιοχές προέλευσης. Οπότε αν και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα πραγματοποιείται αποκατάσταση της βιοποικιλότητας των επικονιαστών, η ταχύτητα διείσδυσης τους σε καμένες περιοχές με μεγάλη έκταση είναι άγνωστη. Γι’αυτό και η πρόληψη για την αντιμετώπιση των δασικών πυρκαγιών αποτελεί βασικό και αναγκαίο στόχο της αντιπυρικής προστασίας. Βασική προϋπόθεση για την αντιμετώπισή τους είναι ο εντοπισμός των αιτιών που τις προκαλούν. Για τον περιορισμό των αρνητικών επιπτώσεων τόσο στο οικοσύστημα όσο και στην κοινωνία πρέπει να δοθεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη δημιουργία κατάλληλων μέτρων πρόληψης ιδίως τους καλοκαιρινούς μήνες, στην οργάνωση των υπηρεσιών, στην παροχή σωστής ενημέρωσης και εκπαίδευσης των υπαλλήλων καθώς και την κατάλληλη ενημέρωση των πολιτών. Η χρήση τηλεπισκόπησης περιλαμβάνει την εξέταση των αντικειμένων στις διάφορες περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η βλάστηση αποτελεί συχνά την πρώτη επιφάνεια με την οποία αλληλεπιδρά η ακτινοβολία που καταγράφεται στους ανιχνευτές των δορυφόρων και έχει ανάκλαση στο κόκκινο και κοντινό υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, η οποία κυμαίνεται από 0,7 μm – 1,3 μm και η χρήση της τηλεπισκόπησης είναι η κατάλληλη για τη διάκριση καμένων εκτάσεων. Μέσω της τηλεπισκόπησης μπορεί να εντοπιστούν μεταβολές των χαρακτηριστικών, της κατανομής, της δομής και της υγείας της βλάστησης. Οι σημαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν την ανακλαστικότητα της είναι το σχήμα των φύλων, η μορφολογία, η φυσιολογία του φυτού, το είδος του εδάφους, η ηλιακή γωνία και οι καιρικές συνθήκες. Η παρακολούθηση της βλάστησης έχει βοηθήσει στην: • ταξινόμηση και χαρτογράφηση δασικών εκτάσεων • χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων • εκτίμηση υποβαθμισμένων οικοσυστημάτων από ξηρασία, όξινη βροχή και • εκτιμήσεις για την ανάκαμψη των οικοσυστημάτων. Για την παρακολούθηση της βλάστησης γίνεται χρήση δορυφορικών εικόνων από τους δορυφόρους. Στη συνέχεια περιγράφεται η ανάλυση των δεδομένων μέσω του δορυφορικού απεικονιστή Landsat TM ο οποίος παράγει ακριβέστερες εκτιμήσεις σχετικά με τις καμένες εκτάσεις, ωστόσο παρουσιάζουν κάποιες αδυναμίες στη χαρτογράφηση, εξαιτίας της σύγχυσης εξαιτίας περιοχών που σκιάζονται λόγω ανάγλυφου. Τέλος, για την παρουσίαση της κατάσταση της βλάστησης γίνεται χρήση των δεικτών βλάστηση. Τα τηλεπισκοπικά δεδομένα από το ερυθρό και το κοντινό υπέρυθρο μπορούν να συνδυαστούν και να δώσουν τους δείκτες βλάστησης . Συγκεκριμένα ο δείκτης NBR χρησιμοποιείται για την εκτίμηση των αλλαγών στη βλάστηση. Εκμεταλλεύεται τη χρήση του καναλιού 4 (κοντινό υπέρυθρο, near infrared) που είναι πιο ευαίσθητο για τον εντοπισμό της χλωροφύλλης των φυτών, καθώς και του καναλιού 7 (μέσο υπέρυθρο, mid infrared) που είναι πολύ ευαίσθητο στον εντοπισμό της υγρασίας (του νερού στο έδαφος και τη βλάστηση). Πλεονέκτημα αποτελεί ο δείκτης dNBR (διαφορά δείκτη πριν και μετά την πυρκαγιά) dNBR =NBR prefire-NBR postfire.

Μελέτη περίπτωσης

Περιοχή μελέτης αποτελεί το νησί της Ρόδου, το οποίο βρίσκεται στο νοτιοανατολικό άκρο της Ελλάδας. Το νησί μπορεί να χαρακτηριστεί ημιορεινό, χαρακτηρίζεται από ομαλή σχετικά μορφολογία και λοφώδες ανάγλυφο. Ποτάμια δεν διαθέτει αλλά υπάρχουν χείμαρροι και πηγαία νερά. Το κλίμα της Ρόδου είναι εύκρατο, ήπιο. Η περιοχή μελέτης είναι η Κεντρική Ρόδος και η πυρκαγιά που εκδηλώθηκε στις 22 Ιούλιου του 2008, στην περιφέρεια των κοινοτήτων Αγίου Ισιδώρου, Λαέρμων, Λάρδου, Ασκληπιειού, Προφυλίων και Βατίου. Η πυρκαγιά ξέσπασε την 10:30 ώρα στην θέση Νεκροταφείο Αγίου Ισιδώρου όπου και κατασβέστηκε στις 5 Αυγούστου 2008 και ώρα 18.00. Πιθανοί υπαίτιοι της πρόκλησης της πυρκαγιάς αποτέλεσαν: οι έντονοι άνεμοι, το δύσβατο της περιοχής αλλά και ο ανθρώπινος παράγοντας. Αποτελεί την μεγαλύτερη πυρκαγιά της Ρόδου αλλά και μια από τις μεγαλύτερες στην Ελλάδα. Παρακάτω απεικονίζεται η περιοχή μελέτης στο νησί της Ρόδου (εικόνα 1).

Μεθοδολογία

Η αποτύπωση των δεδομένων με βάσει τα οποία θα γίνει επεξεργασία, ανάλυση και εξαγωγή των αποτελεσμάτων για την επίδραση της έντασης της πυρκαγιάς στις μέλισσες της Ρόδου πραγματοποιήθηκε με την χρήση των εργαλείων της Τηλεπισκόπησης, του (G.I.S.) και της Στατιστικής. Έγινε λήψη δυο δορυφορικών εικόνων από τον δορυφόρο Landsat 5 ΤΜ, μια πριν ξεσπάσει η πυρκαγιά την 16/7/2008 (pre-fire) και μια μετά το τέλος της πυρκαγιάς την 10/8/2008 (post-fire), οι οποίες πέρασαν στο στάδιο της επεξεργασίας. Η επεξεργασία τους έγινε μέσω του λογισμικού ERDAS IMAGINE. Μετά από την επεξεργασία των εικόνων προέκυψε: α) η περιοχή μελέτης της Ρόδου πριν την πυρκαγιά και β) η περιοχή μελέτης της Ρόδου μετά την πυρκαγιά. Μετά από την επεξεργασία των εικόνων προέκυψε: α) η περιοχή μελέτης της Ρόδου πριν την πυρκαγιά (εικόνα 2) και β) η περιοχή μελέτης της Ρόδου μετά την πυρκαγιά (εικόνα 3). Πραγματοποιήθηκε εξαγωγή του δείκτη (NBR) για τις δυο δορυφορικές εικόνες και στη συνέχεια του δείκτη (dNBR). Η εξίσωση του NBR για να υπολογιστούν οι δύο δείκτες pre-fire NBR (πριν την πυρκαγιά) και post-fire NBR (μετά την πυρκαγιά) και του dNBR αντίστοιχα είναι: 1. NBR = (Band 44 -Band 75 ) / (Band 4 + Band 7) 2. dNBR = NBR pre-fire - NBR post-fire Το αποτέλεσμα από την επεξεργασία τους ήταν οι δημιουργία εννέα αρχείων τύπου raster. Παρακάτω παρουσιάζεται ο χάρτης του δείκτη dNBR με τις θέσεις δειγματοληψίας και με τις εννέα κυκλικές επιφάνειες που φαίνεται παρακάτω (εικόνα 4). Στο τρίτο βήμα έγινε εισαγωγή στο λογισμικό Fragstats για την ανάλυση της δομής του τοπίου. Στο τέταρτο και τελευταίο βήμα πραγματοποιήθηκε η ανάλυση. Αυτό πραγματοποιήθηκε μέσω του λογισμικού Excel για τη διαχείριση των αποτελεσμάτων του λογισμικού Fragstats, που είχαν πλέον τη μορφή αριθμών και στη συνέχεια μέσω της χρήση εργαλείων της στατιστικής μέσω του λογισμικού στατιστικής ανάλυση R για να φανεί η επίδραση της έντασης της πυρκαγιάς σε σχέση με τους δείκτες βιοποικιλότητας. Επίσης, έγινε χρήση πινακοπαγιδών από τρία διαφορετικά χρώματα (λευκό, κίτρινο, μπλε), τα οποία αντιπροσωπεύουν τις προτιμήσεις των επικονιαστών και στη συγκεκριμένη περίπτωση των μελισσών. Οι πινακοπαγίδες βάφτηκαν με τα παραπάνω χρώματα γιατί πρέπει να αντανακλούν την υπεριώδη ακτινοβολία. Σε κάθε παγίδα προστέθηκε νερό και μία σταγόνα υγρού απορρυπαντικού για τη μείωση της επιφανειακής τάσης του νερού. Το θετικό αυτής της μεθόδου ήταν ότι δεν απαιτήθηκε σημαντική εμπειρία και τεχνογνωσία. Συγκεκριμένα η δειγματοληψία των μελισσών προήλθε από την συλλογή που έγινε το 2012. Στον κάθε χώρο τοποθετήθηκαν πέντε τριπλέτες με χρώματα του κίτρινου, μπλε και λευκού, με ελάχιστη απόσταση μεταξύ κάθε τριπλέτας τα 15 μ.. Σε κάθε πινακοπαγίδα έγινε προσθήκη 350 ml νερού και μιας σταγόνας απορρυπαντικού. Διεξήχθησαν τρεις έρευνες ανά περιοχή σε διαστήματα ενός μηνός, από τα τέλη Μαρτίου μέχρι και τέλη Μαΐου του 2012. Στη συνέχεια έγινε η επεξεργασία και η ανάλυση των δεδομένων.

Αποτελέσματα επίδρασης της έντασης της φωτιάς στον πλούτο των μελισσών.

Στην ανάλυση έγινε συσχέτιση των κατηγοριών για την κατάσταση των εκτάσεων μετά τη δράση της πυρκαγιάς. Σε αυτές τις μεταβλητές έγινε έλεγχος με μοντέλα πολλαπλής παλινδρόμησης. Με βάση το συνολικό πλούτο όλων των οικογενειών μελισσών και της οικογένειας μελισσών Colletidae, παρατηρήθηκε ότι δεν υπάρχει στατιστική συσχέτιση μεταξύ της αφθονίας όλων των οικογενειών και των εκτάσεων που καταλαμβάνουν εντός της ακτίνας οι κατηγορίες σφοδρότητας του δείκτη dNBR.

Συμπεράσματα

Από τις οικογένειες μελισσών που μελετήθηκαν, υπήρξε συσχέτιση της αφθονίας και του πλούτου των ειδών, με τις εκτάσεις που καταλαμβάνουν εντός της ακτίνας οι κατηγορίες σφοδρότητας για τις οικογένειες Andrenidae και Megachilidae. Ως προς το σύνολο των μελισσών, αναμενόταν τα αποτελέσματα να μην είναι στατιστικά σημαντικά και συνεπώς να μην υπάρχει συσχέτιση της αφθονίας και του πλούτου τους με τις εκτάσεις που καταλαμβάνουν οι κατηγορίες σφοδρότητας. Αυτό οφείλεται στην ετερογένεια, καθώς περιλαμβάνει όλες τις οικογένειες μελισσών, όπου η κάθε μια παρουσιάζει διαφορετική συσχέτιση με την πυρκαγιά.