Management of Natural Ecosystems

Management of Natural Ecosystems

Predicting the geographical distribution of the genus Ferula (Ferula spp.) using habitat suitability modeling (Case study: Razavi and North Khorasan Provinces)

Document Type : Original Article

Authors
1 Ph.D Candidate of Desert Management, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran.
3 Associate Professor, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran.
4 Assistant Professor, Department of Environment, Faculty of Natural Resource and Environment Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
Abstract
The Ferula spp. is one of the most important genus of rangeland plants in the northeastern region of Iran and plays an important role in soil conservation and livelihood of rangeland stockholder. However, improper exploitation and destruction of the plant's habitats are among the factors threatening this natural capital. This study was conducted to identify potential habitats of this genus in the two provinces of Khorasan Razavi and North Khorasan, which can be a step to facilitate and develop replanting and rehabilitation operations of this genus. Spatial data of the presence of this genus with a pixel size of 1100*1100 m were used as actual suitable sites for its growth and layers of environmental information such as climate, soil, geology and physiography were used as predictor variables. First, in Biomapper software version 4, the correlation of prediction variables was examined and important independent variables were selected. The potential habitat map extracted from distribution model mapped using Maxent 3.3 software. The results showed that the model used had good accuracy and reached the AUC of 0.94. In terms of importance. Investigating the input variables to the model using the Jackknife test showed that the variables of the slope, Geology, Soilland, habitat altitude (dem) and the annual average temperature (Bio1) have most important roles in the potential habitat of Ferula spp. In the study area the results of this study can be used to identify the ecological needs of species under study and development and revitalization of its habitats.
Keywords
Subjects

احمدی، ک.، علوی، س.ج.، و طبری کوچکسرایی، م. (1394). ارزیابی توان تولید رویشگاه راش شرقی (Fagus orientalis L.) با استفاده از مدل جمعی تعمیم‌یافته (مطالعه موردی: جنگل آموزشی و پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس)، مجله جنگل ایران، (1)7، 32-17.
آذرنیوند، ح.، نیکو، ش.، احمدی، ح.،جعفری، م.، و مشهدی، ن. (138670). بررسی عوامل محیطی موثر در پراکنش گونه‌های گیاهی در منطقه دامغان (مطالعه موردی: دامغان، استان سمنان). منابع طبیعی ایران، (1)60، 341-323.
پیری‌صحراگرد، ح.، زارع چاهوکی، م.ع.، آجورلو، م.، و نهتانی، م . (1395). مدل‌سازی پیش‌بینی پراکنش رویشگاه گونه بادامک(Amygdalus scoparia Spach) در مراتع موشکیه استان قم. جنگل و فرآورده‌های چوب، (4)69، 725-734.
خلاصی‌اهوازی، ل.، زارع چاهوکی، م.ع.، و حسینی، س.ز.ا. (1394). مدل‌سازی پراکنش جغرافیایی رویشگاه گونه‌های Artemisia aucheri و Artemisia sieberi بر اساس روش‌های مبتنی بر حضور (MaxEnt و ENFA). تحقیقات منابع طبیعی تجدید شونده، (1)6، 74-57.
رادنژاد، ه.، مشتاقی، م.، عموِئیان، ا.، و جمالی‌منش، ا. (1395). مدل‌سازی توزیع پراکنش آهوی گواتردار (Gazella subgutturosa) در پارک ملی بمو با حداکثر آنتروپی MAXENT. محیط زیست جانوری، (2)8، 24-17.
زارع چاهوکی، م.ع.، و عباسی، م. (1395). مدل‌سازی مطلوبیت رویشگاه گونه Stipa barbata با استفاده از روش تحلیل عاملی آشیان بوم شناختی (ENFA) (مطالعه موردی: مراتع طالقان میانی). اکوسیستم‌های طبیعی ایران، (4)7، 16-1.
زارع چاهوکی، م.ع.، پیری‌صحراگرد، ح.، و آذرنیوند، ح. (1392). مدل‌سازی پراکنش رویشگاه گونه‌های گیاهی در مراتع حوض سلطان قم با روش آنتروپی حداکثر. مرتع، (3)7،212-221.
زارع چاهوکی، م ع.، زارعی، ا.، و جعفری، م.(1391). مطالعه ارتباط برخی عوامل محیطی با پراکنش پوشش گیاهی در مراتع دنبلید طالقان. پژوهشهای آبخیزداری، 94، 73-65.
شکراللهی، ش.، مرادی ، ح ر.، و دیانتی تیلکی، ق.(1391).  بررسی اثر ویژگی‌های خاک و عوامل فیزیوگرافی بر پوشش گیاهی (مطالعه موردی: بخشی از مراتع ییلاقی پلور). تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (4)19، 668-655.
شمس اسفندآباد، ب. (1389). مدل‌سازی مطلوبیت زیستگاه گوسفند وحشی و بز وحشی در مناطق کوهستانی فلات مرکزی ایران مطالعه موردی :منطقه حفاظت شده هفتاد قله. رساله دکتری محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات، 118ص.
ضرابی، م.، حقدادی، ر.، و یوسفی، ح. (1396). مدل‌سازی مطلوبیت رویشگاه پسته ارگانیک (وحشی) (Pistacia vera) با استفاده از روش آنتروپی حداکثر (MaxEnt) در منطقه جنگلی سرخس (زیر حوزه گنبدلی استان خراسان رضوی). اکوهیدرولوژی، (3)4، 824-817.
غفاری، س.، قربانی، ا.، معمری، م.، مصطفی‌زاده، ر.، بیدار لرد، م.، و کاکه ممی، آ. (1399). مدل‌سازی و تعیین عوامل تأثیرگذار در انتشار گونه Festuca ovina با استفاده از روش آنتروپی حداکثر در مراتع نیمه شمالی استان اردبیل. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (3)27، 433-462.
قاضی مرادی، م.، ترکش اصفهانی، م.، بشری، ح.، و وهابی، م ر. (1395). تعیین رویشگاه بالقوه گونه کما (Ferula ovina Boiss.) با استفاده از مدل افزایشی تعمیم‌یافته (GAM) در منطقه فریدون شهر استان اصفهان. مرتع و آبخیزداری، مجله منابع طبیعی ایران، (3)69،  689-677.
کیقبادی، م.، پیری صحراگرد، ح.، پهلوان راد، م ر.، کرمی، پ.، و یاری، ر. (1399). کاربرد مدل جمعی تعمیم یافته و درخت طبقه‌بندی و رگرسیون در برآورد پراکنش رویشگاه بالقوه گونه‌های مرتعی (مطالعه موردی: مراتع خضری دشت بیاض، خراسان جنوبی). تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (3)27، 561-576.
متاجی، ا.، و زاهدی امیری، ق.ا. (1385). ارتباط بین گروه های اکولوژیک گیاهی و شرایط ادافیک رویشگاه (پژوهش موردی: جنگل خیرودکنار- نوشهر). منابع طبیعی ایران، (4)59، 863-853.
مروتی، م.، کرمی، م.، کابلی، م.، روستا، ز.، و شرکائی، م.ج. (1393). مدل‌سازی مطلوبیت زیستگاه قوچ ومیش (Ovis orientalis) مهم‌ترین طعمه پوزپلنگ آسیایی (Acinonyx jubatus venaticus) با استفاده از روش حداکثر آنتروپی در پناهگاه حیات وحش دره انجیر در استان یزد. محیط زیست جانوری، (4)6، 149-135.
مظفریان، و. (1391). شناخت گیاهان دارویی و معطر ایران. نشر تهران فرهنگ معاصر، 1444ص.
مولایی شام‌اسبی، م.، قربانی، ا.، معمری، م.، و حسین‌زاده، ع. (1399). مدل‌سازی پراکنش مکانی گونه‌های Artemisia fragrans Willd. و A. chamaemelifolia Vill. در گرادیان ارتفاعی قزل‌اوزن- آق‌داغ خلخال. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (3)27، 545-560.
Aertsena, W., Kinta, V., Orshovena, J., Özkanb, K. and Muysa, B. (2010). Comparison and ranking of different modelling techniques for prediction of site index in Mediterranean mountain forests. Ecological Modeling, 221(8),1119–1130.
Arekhi, S., Heydari, M., and Pourbabaei, H. (2010). Vegetation-environmental relationships and ecological species groups of the Ilam oak forest landscape, Iran. Caspian Journal of Environmental Sciences, 8(2), 115-125.
Boyce, M.S. (2006). Scale for resource selection functions. Diversity and Distributions, 12(3), 269-276.
Dirnböck, T., Essl, F., and Rabitsch, W. (2011). Disproportional risk for habitat loss of high‐altitude endemic species under climate change. Global Change Biology, 17(2), 990-996.‏
Elith, J., Kearney, M., and Phillips, S. (2010). The art of modelling range‐shifting species. Methods in Ecology and Evolution, 1(4), 330-342.
Elith, J., Phillips, S.J., Hastie, T., Dudík, M., Chee, Y.E., and Yates, C. J. (2011). A statistical explanation of MaxEnt for ecologists. Diversity and Distributions, 17(1), 43-57.‏
Ghareghan, F., Ghanbarian, G., Pourghasemi, H.R., and Safaeian, R. (2020). Prediction of habitat suitability of Morina persica L. species using artificial intelligence techniques. Ecological Indicators, 112.‏
Helm, A., Hanski, I., and Pärtel, M. (2006). Slow response of plant species richness to habitat loss and fragmentation. Ecology letters, 9(1), 72-77.‏
Hirzel, A. H., Hausser, J., Chessel, D., and Perrin, N. (2002). Ecological niche factor analysis: how to compute habitat suitability maps without absence data? Ecology, 83(7), 2027-2036.
Jarvie, S., and Svenning, J.C. (2018). Using species distribution modelling to determine opportunities for trophic rewilding under future scenarios of climate change. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 373(1761).‏
Yi, Y.J., Cheng, X., Yang, Z.F., and Zhang, S.H. (2016). Maxent modeling for predicting the potential distribution ofendangered medicinal plant (H. riparia Lour) in Yunnan, China. Ecological Engineering, 92, 260–269.
Lassueur, T., Joost, S., and Randin, C.F. (2006). Very high- resolution digital elevation models: Do they improve models of plant species distribution? Ecological Modelling, 198(1-2), 139-153
Lemke, D., Hulme P.E., Brown J.A., and Tadesse W. (2011). Distribution modelling of Japanese honeysuckle (Lonicera japonica) invasion in the Cumberland Plateau and Mountain Region, USA. Forest Ecology and Management, 262(2), 139-149.
Liprieur, C.E., Durand, J.M., and Peyron, J.L. (1988). Influence of topography on forest reflectance using Landsat Thematic Mapper and digital terrain data. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 54(4), 491-496.
Maltez-Mouro, S., Garcia, L.V., Maranon, T., and Freitas, H. (2005). The combined role of topography and overstory tree composition in promoting edaphic and floristic variation in a Mediterranean forest. Ecological Research, 20(6), 668-677.
Phillips, S.J., Anderson, R.P., and Schapire, R.E. (2006). Maximum entropy modeling of species geographic distributions. Ecological Modelling, 190(3-4), 231-259.
Phillips, S.J., Dudık, M., and Schapire, R.E. (2009). A maximum entropy approach to species distribution modeling. In: Proceedings of the 21st International Conference on Machine Learning, ACMPress. New York, 655–662.
Raney, P.A., and Leopold, D.J. (2018). Fantastic wetlands and where to find them: modeling rich fen distribution in New York State with Maxent. Wetlands, 38, 81-93.
Ray, D., Dev Behera, M., and Jacob, J. (2017). Evaluating Ecological Niche Models: A Comparison between Maxent and Garp for Predicting Distribution of Hevea brasiliensis in India. Proceedings of the National Academy of Sciences, India Section B: Biological Sciences, 88,1337-1343.
Silva, L.D., Costa, H., de Azevedo, E.B., Medeiros, V., Alves, M., Elias, R., and Silva, L. (2014). Modelling Native and Invasive Woody Species: A Comparison of Enfa and Maxent Applied to the Azorean Forest. International Conference on Dynamics, Games and Science, 195, 415-444.
Thorn, J.S.V., Nijman, D., Smith, and Nekaris, K.A.I. (2009). Ecological niche modelling as a technique for assessing threats and setting conservation priorities for Asian slow lorises (Primates: Nycticebus). Diversity and Distributions, 15(2), 289-298.
Webber, B.L., Yates, C.J., Le Maitre, D.C., Scott, J.K., Kriticos, D.J., Ota, N., and Midgley, G.F. (2011). Modelling horses for novel climate courses: insights from projecting potential distributions of native and alien Australian acacias with correlative and mechanistic models. Diversity and Distributions, 17(5), 978-1000.
Zare Chahouki, M.A., Azarnivand, H., Jafari, M., and Tavili, A. (2010). Multivariate statistical methods as a tool for model- based prediction of vegetation types. Russian Journal of Ecology, 41, 84–94.

  • Receive Date 15 July 2021
  • Revise Date 06 September 2021
  • Accept Date 08 September 2021