تولیدات گیاهی

تولیدات گیاهی

ارزیابی اثر تغییرات آینده دما و بارش بر شاخص سلامت پوشش گیاهی تحت سناریوهای تغییر اقلیم (مطالعه موردی: اراضی زراعی استان خراسان رضوی)

نوع مقاله : علمی پژوهشی - تنش محیطی یا زیستی

نویسندگان
1 گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد
2 گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
10.22055/ppd.2025.51050.2302
چکیده
خشک‌سالی از مخرب‌ترین پدیده‌های طبیعی است که با تغییرات اقلیمی شدت می‌گیرد. متقابلاً تغییر اقلیم به‌عنوان یکی از چالش‌های اصلی قرن حاضر، تأثیرات گسترده‌ای بر منابع آب و بخش کشاورزی مناطق خشک و نیمه‌خشک دارد. استان خراسان رضوی به دلیل نقش مهم در تولید محصولات زراعی کشور، به‌شدت در معرض پیامدهای این تغییرات قرار دارد. هدف پژوهش حاضر، ارزیابی اثر تغییرات دما و بارش تحت سناریوهای تغییر اقلیم بر سلامت پوشش گیاهی و خشک‌سالی کشاورزی با استفاده از شاخص VHI در اراضی زراعی استان خراسان رضوی است. در این راستا، وضعیت فعلی شاخص خشک‌سالی کشاورزی با استفاده از داده‌های MODIS بررسی و سپس روند تغییرات بارش و دما در آینده تحت سناریوهای مختلف انتشار گازهای گلخانه‌ای پیش‌بینی شد. در نهایت نقشه شاخص VHI برای دوره‌های آینده دور و نزدیک ترسیم و با شرایط فعلی مقایسه گردید. از بین مدل‌های مبتنی بر CMIP6، مدل IPSL-CM6A-LR برای دمای بیشینه و بارش مناسب‌تر بود، درحالی‌که مدل CanESM5 بهترین عملکرد را برای دمای کمینه داشت، به همین منظور از این دو مدل منتخب جهت تعیین وضعیت دماهای کمینه، بیشینه و بارش برای بازه‌های زمانی آینده نزدیک (2060-2045) و آینده دور (2100-2085) استفاده شد. نتایج نشان داد که میانگین دمای استان در هر دو سناریو روند افزایشی معناداری خواهد داشت و در آینده دور، افزایش بیشتری مشاهده می‌شود؛ به‌طوری که دمای حداکثر در آینده نزدیک، تا 3 درجه سانتی‌گراد و در آینده دور تا 7 درجه سانتی‌گراد افزایش خواهد یافت. تغییرات بارش بسته به سناریو و دوره زمانی متغیر بوده است، اما در مجموع کاهش میانگین بارش در بیشتر شهرستان‌های استان محتمل به نظر می‌رسد. نتایج نشان داد که بارش دارای نوسانات قابل‌توجهی است، اما در مجموع، به‌ویژه در ماه‌های بهار، روندی کاهشی خواهد داشت و در آینده نزدیک کاهش بارش در برخی ماه‌ها به حدود 14 تا 15 میلی‌متر می‌رسد، درحالی‌که در آینده دور این کاهش شدیدتر خواهد بود. نقشه‌های شاخص VHI بیانگر افزایش شدت و گستره خشک‌سالی در سال‌های 2050 و به‌ویژه 2100 نسبت به وضعیت سال 2023 است. تحلیل در مقیاس شهرستانی نشان داد که نواحی جنوبی و شرقی استان به‌ویژه بیشترین آسیب‌پذیری را خواهند داشت و بیشترین خشک‌سالی در شهرستان‌های صالح‌آباد، تربت‌جام، باخرز، تایباد، خواف و زاوه رخ خواهد داد که عمدتاً در مناطق شرقی و جنوبی استان واقع‌اند و به نظر می‌رسد حساسیت بالایی نسبت به افزایش دما داشته باشند. این نتایج بر ضرورت بازنگری در الگوهای کشت، مدیریت منابع آب و اتخاذ سیاست‌های سازگاری با تغییر اقلیم در استان خراسان رضوی به‌ویژه در مناطقی که بیشترین تأثیرپذیری را نشان خواهند داد، تأکید دارد. این پژوهش با ترکیب داده‌های ماهواره‌ای و مدل‌های پیشرفته CMIP6، تصویری جامع از وضعیت خشکسالی‌ها در آینده ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessment of the effects of future temperature and precipitation changes on vegetation health index under climate change scenarios (case study: agricultural lands of Khorasan Razavi Province)

نویسندگان English

Ameneh Eshaghi 1
Behnam Kamkar 2
1 Agrotechnology, Dept., Faculty of agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
2 Department of Agroecology, Faculty of َ Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Introduction: Drought is a complex climatic phenomenon with severe impacts on agriculture, water resources, and food security (OECD, 2025). Agricultural drought, as one of the most important drought types, is most closely related to food security because reduced soil moisture limits plant growth and crop production (Wang & Ren, 2025). Remote sensing, as a newly emerged technology, overcomes the spatial limitations of traditional monitoring, enabling timely, large-scale assessments and on-time, precise management practices. It also helps researchers predict the future state of agroecosystems, which is important for policymakers.The Vegetation Health Index (VHI), which integrates vegetation and temperature conditions, is one of the most effective indicators for agricultural drought monitoring (Kogan, 1995). Climate change intensifies droughts by altering rainfall patterns and increasing temperatures (IPCC, 2021; Dikshit et al., 2022). This study projects future temperature, precipitation, and VHI trends in Khorasan Razavi Province involving CMIP6 scenarios using Google Earth Engine analysis.

Materials and Methods: Khorasan Razavi Province in northeastern Iran, characterized by an arid to semi-arid climate, was selected as the study area. MODIS satellite data (MOD13Q1 for NDVI and MOD11A2 for LST) were used to calculate the Vegetation Health Index (VHI = 0.5×VCI + 0.5×TCI) for monitoring agricultural drought for 2023. Future climate projections were obtained from five CMIP6 GCMs (CanESM5, BCC-CSM2-MR, ACCESS-CM2, IPSL-CM6A-LR, HadGEM3-GC31-MM) under SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios. Daily temperature and precipitation data from 10 meteorological stations (1994–2013) were used to validate model performance using R², Root mean Square Error (RMSE), and Mean Bias Error (MBE). The two best-performing models were selected for future simulations. VHI for near-future (2045–2060) and far-future (2085–2100) periods was computed. All analyses and map generation were conducted in Google Earth Engine and ArcMap 10.8.2, enabling high-resolution spatial and temporal assessment of agricultural drought trends.

Results and Discussion: Statistical metrics (RMSE, MBE, R²) indicated varying performance among the CMIP6 models; IPSL-CM6A-LR was most suitable for maximum temperature and precipitation, while CanESM5 performed best for minimum temperature. Near-future projections (2045–2060) indicate maximum temperature increases of up to 0.7-3 °C under SSP2-4.5 and up to 5 °C under SSP5-8.5. In the far future (2085–2100), warming intensifies, with increases up to 7 °C. Minimum temperature also rises steadily, with stronger changes under SSP5-8.5. Precipitation shows high variability, with overall reductions, especially in spring months. Near-future decreases reach 14–15 mm in some months, while far-future declines are more severe. Spatially, the southern and eastern parts of the study area are most vulnerable to drought. VHI values remain below the drought threshold (<40) throughout the period 2045–2100. SSP5-8.5 shows a sharper long-term decline in VHI, despite a short-term CO₂ fertilization effect. County-level analysis highlights Salehabad, Torbat-e Jam, Bakharz, Taybad, Khaf, and Zaveh as the most affected areas.

Conclusion: Future climate change will intensify warming, reduce precipitation, and worsen drought conditions in Khorasan Razavi which would affect agroecosystems directly or indirectly. These results emphasize the need to revise cropping patterns, manage water resources, and implement climate change adaptation policies in Khorasan Razavi Province, especially in areas that are expected to be most affected.

Keywords: Agricultural drought; Climate change; Climate scenarios; Genral circulation models; Google Earth Engine

کلیدواژه‌ها English

Agricultural drought
Climate change
Climate scenarios
Genral circulation models
Google Earth Engine

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 08 دی 1404