Management of Natural Ecosystems

Management of Natural Ecosystems

Investigating the impact of climate change on the distribution of the species Valeriana sisymbriifolia in Isfahan Province using GLM and GAM models

Document Type : Original Article

Authors
1 Research Expert, Forests and Rangelands Research Department, Zanjan Agricultural and Natural ResourcesResearch Center, AREEO, Zanjan, Iran.
2 Watershed Management Expert, General Directorate of Natural Resources Hamadan Province, Hamedan, Iran.
3 Associate Professor, Faculty of Natural Resources, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
4 Assistant Professor, Department of Forest and Rangeland, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Zanjan, Zanjan, Iran.
5 Assistant Professor, Department of Forest and Rangeland, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Hamedan, Hamedan, Iran.
6 Professor, Rangeland Research Division, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran.
Abstract
Species distribution modeling is an effective approach for identifying potential plant habitats and investigating the factors influencing their distribution. In this study, the distribution of Valeriana sisymbriifolia  species in Isfahan province was assessedwith the aim of predicting distribution changes for the present, 2040, and 2080 periodsunder the influence of climate change. The species occurrence data included 50 training sites, 50 evaluation sites, and 50 absence sites, which were randomly classified and derivedfrom t the species distribution map of the Isfahan Agricultural and Natural Resources Research Centerand field surveys. The distance between points was adjusted according to the environmental resolution of the data (1 km2) to avoid spatial correlation. Environmental variables consisted of3 physiographic variables (slope, aspect, elevation) and 19 climatic variables, including temperature and precipitationwere obtained from the CHELSA database. Species distribution modeling was performed using GLM and GAM approaches, and model performance was evaluated based on the statistical metrics AUC, Kappa, and TSS. Among them, the GLM model achieved the highest accuracy with an AUC of 0.976. The results indicated that the slope variable exerted the strongest influencethe species’ distributionand that increasing slope being positively associated with a higher probability of species occurrence. Also, an increase in the mean temperatureof the warmest season coupled with decrease in precipitation during the coldest seasonwas found to reduce the species’ distributionof the species. The predictions indicated a significant decrease in the area of suitable and excellent habitats in the years 2040 and 2080, so that the area of excellent habitat areas will decrease from approximately 1.5% at presentto less than 0.5% in 2080. This decrease is attributable to climate change, particularly rising temperatures and reduced precipitation. The results of this study indicate that the Valerian species is facing serious threat from climate change and the need for conservation planning and ecological management to maintain and improve the habitats of this species is essential.
Keywords
Subjects

امیدوار، ک.، و خسروی، ی. (1389). بررسی تغییر برخی عناصر اقلیمی در سواحل شمالی خلیج فارس با استفاده از آزمون کندال. جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، (2)21، 46-33.
ایرانمنش، م.، اسماعیل‌پور، ی.، غلامی، ح.، و مرادی نوازله، ن. (1403). استفاده از مدل‌سازی اجماعی جهت پیش‌بینی توزیع گونه‌ای آنغوزه (Ferula assa-foetida L.) در بخش‌هایی از جنوب ایران. مرتع، (3)18، 466-451.
جعفریان، ز.، و کارگر، م. (1396). مدل‌سازی پراکنش گونه‌های گیاهی حفاظتی و با ارزش در منطقه‌ی توریستی پلور با استفاده از مدل خطّی تعمیم یافته (GLM) و مدل جمعی تعمیم‌یافته (GAM). جغرافیا و توسعه، (46)15، 132-117.
خداقلی، م.، معتمدی، ج.، و صبوحی، ر. (1401). اثرات تغییر اقلیم بر پراکنش گونه Bromus tomentellus.. طبیعت ایران، (6)7، 25-17.
شارجبیان، ف.، مصلح آرانی، ع. ا.، حسینی، ز.، باقری، ر.، و زندی، ه. (1396). خصوصیات اکولوژیک گونه دارویی سنبل‌الطیب کوهی (Valeriana sisymbriifolia) در استان یزد (مطالعه موردی: منطقه بهاباد). اکوفیزیولوژی گیاهی، (30)9، 191-181.
شعبانی، ن.، ترکش‌اصفهانی، م.، رجبی‌مظهر، ع.، صلاحی‌مقدم، ن.، اکبرزاده، پ.، شادمان، ح.، و خوشبخت، م. (1404). بررسی تغییرات پراکنش گونه گون‌گزی Astragalus adscendens Boiss & Hausskn  در استان اصفهان تحت اثر تغییر اقلیم. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (2)32، 200-185.
شعبانی، ن.، خوشبخت، م.، و حسنی، آ. (1402). پیش‌بینی اثر تغییر اقلیم بر پراکنش گونه سنبل‌الطیب (Valeriana sisymbriifolia) با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی در استان اصفهان. مدیریت جامع حوزه‌های آبخیز، (2)3، 98-80.
قاضی‌مرادی، م.، ترکش، م.، و بشری، ح. (1398). مدل‌سازی رویشگاه بالقوه گونه کما (Ferula ovina Boiss) با استفاده از مدل خطی تعمیم‌یافته (GLM) مراتع نیمه‌استپی غرب استان اصفهان. بوم‌شناسی کاربردی، (1)8، 70-59.
کارگر، م.، جعفریان، ز.، تمرتاش، ر.، و علوی، س. ج. (1397). مقایسه مدل‌های پراکنش گونه‌ای (SDM) پارامتریک و غیر پارامتریک در تعیین رویشگاه گونه‌های غالب مرتعی (مطالعه موردی: مراتع خط ریز). تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (3)35، 523-512.
موسوی آلاشو، ا. (1375). فلور ایران، خانواده سنبل‌الطیب. تهران. موسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، 78 ص.
Booth, T. H. (2025). The Origins of Modern Species Distribution Modelling: Some Comments on the Vasconcelos et al. (2024) Review. Earth, 6(1), 12.
Hastie, T. J. (2017). Generalized additive models. Statistical models in S, 249-307
Jones, D. R. (2001). A taxonomy of global optimization methods based on response surfaces. Journal of global optimization, 21(4), 345-383.
Liang, Q., Xu, X., Mao, K., Wang, M., Wang, K., Xi, Z., and Liu, J. (2018). Shifts in plant distributions in response to climate warming in a biodiversity hotspot, the Hengduan Mountains. Journal of Biogeography, 45(6), 1334-1344.
Nelder, J. A., and Wedderburn, R. W. (1972). Generalized linear models. Journal of the Royal Statistical Society Series A: Statistics in Society, 135(3), 370-384.
Niu, Y., Yang, S., Zhou, J., Chu, B., Ma, S., Zhu, H., and Hua, L. (2019). Vegetation distribution along mountain environmental gradient predicts shifts in plant community response to climate change in alpine meadow on the Tibetan Plateau. Science of the Total Environment, 650, 505-514.
Sánchez-Mercado, A. Y., Ferrer-Paris, J. R., and Franklin, J. (2010). Mapping species distributions: Spatial inference and prediction. Oryx, 44(4), 615.
Scheingross, J. (2007). Predicting species distribution of Sierra Nevada butterflies in response to climate change. Sierra Nevada Butterfly Distribution Models.
Tarkesh, M., and Jetschke, G. (2016). Investigation of current and future potential distribution of Astragalus gossypinus in Central Iran using species distribution modelling. Arabian Journal of Geosciences, 9(1), 80.
Thuiller, W. (2003). BIOMOD–optimizing predictions of species distributions and projecting potential future shifts under global change. Global Change Biology, 9(10), 1353-1362.

  • Receive Date 04 August 2025
  • Revise Date 30 August 2025
  • Accept Date 31 August 2025