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

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.

Indicator group הגישות המקובלות למיפוי המגוון הביולוגי Indicator species

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). גישה חדשה (יחסית): ED/BD Environmental diversity for biodiversity מגוון סביבתי כמדד מקורב למגוון ביולוגי

Environmental diversity for biodiversity מגוון סביבתי כמדד מקורב למגוון ביולוגי Wessels et al 1999; Lenton et al 2000; Fairbanks 2000; Araujo et al 2001; Amarnath et al 2003 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 ?

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

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

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

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

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

צומח (מעוצה / עשבוני) קרקעות

מדרון גובה טופוגרפי

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

Environmental variable A Environmental variable B Environmental variable A K-means Classification

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. מפת טיפוסי-סביבה בכרמל: סיווג ממוחשב ל-11 טיפוסים

מפות טיפוסי-סביבה בכרמל: 20 טיפוסים 12 טיפוסים

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: חלזונות יבשה גיאופיטים (צמחי בצל ופקעת) צומח מעוצה ריבוע 1X1 מ' עיגול ברדיוס 5 מ'יחידת הדיגום סה"כ מינים בדיגום כרמל 4 ± ± ±5.9 ממוצע מינים ליחידת דיגום

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

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

הדימיון הביולוגי בין זוגות אתרים – מיני צומח מעוצה

חלזונות יבשה גיאופיטיםצמחים מעוצים NS 0.09*יחידות גיאוגרפיות NS0.074***0.226***יחידות צומח (חוה להב) 0.034***0.059***0.103****סיווג ממוחשב 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< NS – not significant

חלזונות יבשה גיאופיטיםצמחים מעוצים NS ***0.28צמחים מעוצים NS גיאופיטים מבחן MANTEL לקורלציה בין הדימיון הביולוגי בין כל שתי קבוצות סיסטמטיות * p<0.05 ** p< 0.01 *** p< NS – not significant

צמחים מעוציםגיאופיטים חלזונות יבשה 0.103****0.041** 0.034*** טופוגרפיה, כיסוי צומח, קרקע 0.079****0.032*0.045** טופוגרפיה, כיסוי צומח, אקלים 0.079****0.04**NS טופוגרפיה, קרקע, אקלים 0.127**0.044**0.032* כיסוי צומח, קרקע, אקלים 0.079****0.045*0.049* כיסוי צומח, קרקע, אקלים, טופוגרפיה

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.

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.

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.

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