Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.

Συγγραφείς: Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

Παν/κό Ίδρυμα: Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

Δημοσιεύθηκε: MDPI Open Access Journals, Forests 13, 377 (2022)

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

Λέξεις-Κλειδιά: Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου

1. Εισαγωγή

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια. Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών. Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι στόχοι αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

Εικόνα 1: Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.

2. Υλικά και Μέθοδοι

2.1. Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης είναι το Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης (εφεξής EΠΟΡ) στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. Εικόνα 1). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),

• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,

• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και

• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως Βιογενετικά Αποθέματα.

Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (Ursus arctos), ο γκρίζος λύκος (Canis lupus), το κόκκινο ελάφι (Cervus elaphus), ο χρυσαετός (Aquila chrysaetos) κ.ά.

2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

Εικόνα 2: Διάγραμμα ροής μελέτης.

2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s). Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει την εμπειρική εξίσωση των φασματικών καναλιών και το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι δείκτες βλάστησης επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες: α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα. Ο δείκτης NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του. ........

Εικόνα 3: Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.

3. Αποτελέσματα

Εικόνα 4: Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Εικόνα 5: Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.

4. Συζήτηση .........

5. Συμπεράσματα

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.