מיפוי המגוון הביולוגי באמצעות משתני סביבה

1. מיפוי המגוון הביולוגי באמצעות משתני סביבה לירון סטולר-כוורי ויוחאי כרמל היחידה להנדסת סביבה מים וחקלאות, הטכניון

2. היעד הכולל: נוכח הקצב המואץ של היעלמות השטחים הפתוחים, ההגנה על מגוון החי דורשת תכנון אופטימלי של יתרת השטחים הפתוחים. תנאי מקדים לכך הוא מיפוי מלא של מגוון החי. הבעייה: הגישות המקובלות למיפוי המגוון הביולוגי לוקות בהטיה (bias), ויישומן איטי ויקר האתגר: פיתוח גישה בלתי מוטה למיפוי המגוון הביולוגי במרחב, שתהא כוללנית, מהירה, זולה, אמינה – ותשמש בסיס לתכנון.

3. הגישות המקובלות למיפוי המגוון הביולוגי Indicator group Indicator species

4. גישה חדשה (יחסית):ED/BDEnvironmental diversity for biodiversityמגוון סביבתי כמדד מקורב למגוון ביולוגי גישה זו מתבססת על תיאורית הנישה: תפוצתו של כל מין תלויה בסט של משתני הסביבה במרחב (קרקע, מיסלע, מיקרו-אקלים, טופוגרפיה). לסט נתון של משתני סביבה קיים הרכב מינים ייחודי שצפוי להופיע בו. לכל טיפוס-סביבה צפוי הרכב מינים ייחודי. על מנת לשמור על המגוון הביולוגי(הקשה למיפוי) – אפשר לשמור על מגוון טיפוסי-סביבה (נחשב קל יותר למיפוי).

5. Environmental diversity for biodiversityמגוון סביבתי כמדד מקורב למגוון ביולוגי Belbin 1993; Faith and Walker 1996 • יתרונות: • כלי תכנוני המציע הגנה על כלל המגוון במרחב, ולא רק על 'איזורים חמים' • שימוש במידע זמין • מיידיות • כלליות • ייצוגיות ? Wessels et al 1999; Lenton et al 2000; Fairbanks 2000; Araujo et al 2001; Amarnath et al 2003

6. מפת יחידות נוף(מוטי קפלן, 1996, עבור המשרד לאיכה"ס) מיפוי טיפוסי סביבה השיטה המקובלת: ידע מומחים /סיווג ידני (expert knowledge, manual classification מפת יחידות צומח (חווה להב, 1983 עבור רשה"ט)

7. השיטה המוצעת כאן למיפוי טיפוסי סביבה: סיווג ממוחשב של משתני הסביבה ליצירת מפה של טיפוסי סביבה (land classes) ייחודיים

8. Veg. data Classification מפת טיפוסי הסביבה סכימת הייצור Soil data Topographic data

9. מטרות המחקר: פיתוח שיטה למיפוי מהיר של מגוון טיפוסי הסביבה, כמדד עקיף למגוון החי. יישום השיטה לאזור הר הכרמל. בדיקת מהימנות השיטה מול מיפוי שדה של אלמנטים של מגוון החי

10. שיקולים בבחירת גורמי הסביבה הרלונטים למגוון המינים בסקאלה מקומית: גורמי הסביבה המשפיעים על צומח ים תיכוני גורמי סביבה שמופו ברזולוציה גבוהה בישראלגורמי הסביבה שנבחרו במחקר זה: טופוגרפיה (גובה, מפנה, מדרון)קרקע (טרה רוסה, רנדזינה)צומח (כיסוי צומח מעוצה / עשבוני)אקלים (טמפרטורות ממוצעות בינואר, באוגוסט, משקעים)

11. צומח(מעוצה / עשבוני) קרקעות

12. מדרון גובה טופוגרפי

13. K-means Classification Environmentalvariable B Environmentalvariable B Environmentalvariable A Environmental variable A Minimum distance decision rule

14. K-means Classification EnvironmentalvariableB EnvironmentalvariableB EnvironmentalvariableA EnvironmentalvariableA

15. מפת טיפוסי-סביבה בכרמל: סיווג ממוחשב ל-11 טיפוסים כל צבע במפה מייצג צירוף ייחודי של משתני סביבה דוגמא: הצבע הכתום מייצג שטחים במפנה צפון-מערבי על מדרון מתון, קרקע טרה-רוסה וכיסוי צומח נמוך עד בינוני. שלש קבוצות של טיפוסי סביבה: איזור הכרמל הגבוה (כתום, חום, כחול) איזור הכרמל הנמוך (אדום, ורוד, תכלת, ירוק) והמישורים.

16. מפות טיפוסי-סביבה בכרמל: 20 טיפוסים 12 טיפוסים

17. המבחן האמיתי לטיב השיטה: השוואה למיפוי שדה של מגוון המינים 110 תחנות דיגום נבחרו באקראי על פני מרחב הכרמל. בכל תחנה שלש יחידות דיגום, במרחקים של 20 מ' נבדק מגוון המינים (presence/absence data) של שלש קבוצות ביולוגיות:

18. המבחן הסטטיסטי להלימה בין הנתונים הביולוגיים לבין סיווג טיפוסי הסביבה מהשערת המחקר נובע: הדימיון הסביבתי בין אתרים – גם מרוחקים גיאוגרפית – ישקף דימיון ביולוגי ביניהם. ניתן לבחון את נכונות ההשערה בשיטה הבאה: זוג אתרים המשתייכים לאותו טיפוס סביבה יהיו דומים זה לזה יותר מאשר זוג אתרים מטיפוסים סביבתיים שונים

19. המבחן הסטטיסטי להלימה בין הנתונים הביולוגיים לבין סיווג טיפוסי הסביבה א' – חישוב מדדי דימיון : דימיון סביבתי:זוג אתרים המצויים באותו 'טיפוס-סביבה' קיבל את הערך 1, זוג אתרים המצויים בטיפוסי סביבה שונים קיבל את הערך 0. דמיון ביולוגי: השתמשנו במדד JACKARD ב. מבחן MANTEL להבדל בין מידת הדימיון של זוגות אתרים בתוך טיפוסי סביבה למידת הדימיון בין טיפוסי-סביבה שונים

20. הדימיון הביולוגי בין זוגות אתרים – מיני צומח מעוצה

21. מידת המובהקות של מבחן MANTEL להשוואה בין הדימיון הביולוגי בין אתרים מאותו טיפוס סביבה לעומת הדימיון הביולוגי בין אתרים מטיפוסי סביבה שונים * p<0.05 ** p< 0.01 *** p< 0.001 NS – not significant

22. מבחן MANTELלקורלציה ביןהדימיון הביולוגי בין כל שתי קבוצות סיסטמטיות * p<0.05 ** p< 0.01 *** p< 0.001 NS – not significant

24. ערכי קורלציה נמוכים, אך מובהקים, מדוע ? • אומדן חסר של מינים מייצגים לטיפוס סביבה. • הפער בין הנישה היסודית לנישה הריאלית של כל מין. • השייכות של שני פוליגונים לאותו טיפוס סביבתי אין משמעה זהות מוחלטת ביניהם.

25. תוצאות: הטיפוסים הסביבתיים, כפי שמופו במחקר זה בעזרת סיווג ממוחשב של נתוני סביבה זמינים, משקפים צירופי מינים ביולוגיים יחודיים. שיטת הסיווג K-means סיפקה תוצאות מובהקות גם כשבחרנו מספרים שונים של קטגוריות (טיפוסי סביבה) לסיווג, בין 8 ל-25. תופעה זו מובהקת בכל שלש הקבוצות הביולוגיות שנבדקו:צמחים מעוצים, גיאופיטים, וחלזונות יבשה.

26. תוצאות: מפת יחידות הנוף הראתה זיקה מסוימת למגוון המינים, פחותה מזו של מפת הסיווג הממוחשב ומפת יחידות הצומח (על סף המובהקות הסטטיסטית). מפת יחידות הצומח הראתה זיקה גבוהה ומובהקת למגוון מיני הגיאופיטים והצומח המעוצה. לא נמצאה זיקה מובהקת למיני החלזונות.

27. סיכום: לגישת המגוון הסביבתי (EDBD) יש פוטנציאל ממשי למיפוי מהיר וזול של שטחים בעלי הרכב ביולוגי ייחודי, ולשימוש ככלי לתכנון וממשק שטחים פתוחים.