ارزیابی تأثیر کنترل بیولوژیک بر جمعیت پروانه جوانه‌خوار بلوط (Tortrix viridana L.) و بازیابی تاج‌پوشش در جنگل‌های زاگرس با استفاده از سنجش از دور

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مدیریت جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 استادیار، گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 دانشیار، گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

مقدمه و هدف: آفات برگ‌خوار جنگل‌ها یکی از مهم‌ترین عوامل تهدیدکننده سلامت و پایداری بوم­سازگان­های جنگلی به­شمار می‌آیند. تغییرات اقلیمی و افزایش دمای میانگین سالانه زمین موجب افزایش فراوانی و گستردگی جغرافیایی این آفات در جنگل‌های ایران شده است. یکی از این آفات، پروانه جوانه‌خوار بلوط (Tortrix viridana L.) است که با تغذیه از برگ‌های درختان بلوط شاخه‌زاد، موجب برگ‌زدایی گسترده و کاهش توان فتوسنتزی درختان می‌شود. کنترل مؤثر این آفت، به‌ویژه در جنگل‌های  با دسترسی دشوار مانند نواحی رویشی زاگرس، یکی از چالش‌های کلیدی مدیریت منابع جنگلی است. در این راستا، روش‌های بیولوژیک به­دلیل زیست‌سازگاری و کاهش اثرات مخرب محیطی جایگزین مناسبی برای آفت‌کش‌های شیمیایی سنتی به­شمار می‌آیند. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثرات محلول‌پاشی با باکتری Bacillus thuringiensis (Bt) بر جمعیت پروانه جوانه‌خوار بلوط و همچنین ارزیابی کارآیی شاخص سنجش از دور NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) مستخرج از تصاویر سنتینل-۲ در پایش تغییرات پوشش گیاهی و اثرات فعالیت آفت انجام شد.
مواد و روش‌ها: پژوهش حاضر در سطحی به وسعت حدود ۹۲۶ هکتار از جنگل‌های بلوط منطقه قبرحسین شهرستان پیرانشهر در شمال‌غرب ایران انجام شد. این منطقه یکی از کانون‌های اصلی آلودگی به این آفت محسوب می‌شود. برای کنترل آفت، عملیات محلول‌پاشی زمینی Bt با غلظت یک کیلوگرم در ۱۰۰ لیتر آب طی بازه ۱۵ تا ۲۲ اردیبهشت ۱۴۰۲ انجام شد. به‌منظور ارزیابی کمی اثر محلول‌پاشی، طرح قبل-بعد-شاهد-تیمار (Before–After Control–Impact : BACI) به‌کار گرفته شد. در هر یک از مناطق تیمار و شاهد، سه خط‌نمونه ۳۰۰ متری به‌صورت تصادفی-سیستماتیک مستقر شد و در هر خط‌نمونه، ۳۰ درخت با فاصله ۳۰ متر انتخاب شد (در مجموع ۹۰ قطعه‌نمونه در هر منطقه). شمارش لاروها در دو مرحله، پیش از محلول‌پاشی (۱۲ تا ۱۴ اردیبهشت ۱۴۰۲) و یک ماه پس از آن (۲۵ و ۲۶ خرداد ۱۴۰۲)، انجام شد. برای تحلیل اثر محلول‌پاشی بر تراکم لاروها، از مدل خطی آمیخته در چارچوب BACI استفاده شد که در آن تیمار، زمان و برهم‌کنش تیمار × زمان به‌عنوان اثرهای ثابت و شناسه درخت به‌عنوان اثر تصادفی در نظر گرفته شد. علاوه بر این، درصد کاهش تراکم لاروها با شاخص ΔDxt (نسبت تفاضل تراکم قبل و بعد از تیمار به تراکم اولیه) محاسبه و به‌عنوان شاخص توصیفی اثربخشی Bt گزارش شد. به‌منظور پایش پاسخ پوشش گیاهی به تغییرات جمعیت آفت، شاخص NDVI با استفاده از تصاویر سنتینل-۲ سطح پردازش Level-2A در بازه یک فروردین تا ۳۱ شهریور ۱۴۰۲ محاسبه شد. پردازش تصاویر و استخراج سری زمانی NDVI در مقیاس پیکسلی ۱۰ متر و برای پلات‌های میدانی منتخب با استفاده از پلتفرم Google Earth Engine انجام شد. در نهایت، رابطه بین NDVI و تراکم لاروها در مناطق شاهد و تیمار، قبل و بعد از محلول‌پاشی، با استفاده از رگرسیون خطی ساده بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج آماری توصیفی نشان داد که میانگین تراکم لاروهای T. viridana در منطقه تیمار از 74/15±37/53 لارو در هر درخت پیش از محلول‌پاشی به 26/7±73/18 لارو پس از محلول‌پاشی کاهش یافته است، درحالی‌که در منطقه شاهد تغییرات تراکم لاروها محدود بوده و میانگین آن از 25/12±74/48 به 87/10±03/47 لارو در هر درخت رسیده است. نتایج مدل خطی آمیخته نشان داد که برهم‌کنش تیمار × زمان از نظر آماری بسیار معنی‌دار است (p < 0.001)، که بیانگر اثر واقعی و مستقل محلول‌پاشی Bt بر کاهش تراکم لاروها و تفکیک آن از نوسانات طبیعی جمعیت آفت در منطقه شاهد است. مقایسه‌های پس‌آزمون نیز کاهش معنی‌دار تراکم لاروها در منطقه تیمار و عدم تغییر معنی‌دار در منطقه شاهد را تأیید کرد. محاسبه شاخص ΔDxt نشان داد که درصد کاهش تراکم لاروها در منطقه تیمار به‌طور متوسط حدود ۶۵ درصد بوده است، درحالی‌که در منطقه شاهد کاهش ناچیز و در حد نوسانات طبیعی مشاهده شد. تحلیل سری زمانی NDVI نشان داد که هر دو منطقه شاهد و تیمار الگوی فصلی مشابهی را طی فصل رویش دنبال می‌کنند، اما پس از محلول‌پاشی Bt، مقادیر NDVI در منطقه تیمار به‌طور پایدار بالاتر از منطقه شاهد باقی مانده است. در حالی‌که NDVI منطقه شاهد پس از اوایل خرداد کاهش بیشتری را تجربه کرد، منطقه تیمار مقادیر بالاتری از NDVI را حفظ نمود که بیانگر کاهش فعالیت تغذیه‌ای لاروها و حفظ پوشش گیاهی در اثر محلول‌پاشی Bt است. نتایج رگرسیون خطی ساده نشان داد که قبل از محلول‌پاشی، بین NDVI و تراکم لاروها در هر دو منطقه شاهد و تیمار رابطه مثبت و معنی‌دار وجود دارد. پس از محلول‌پاشی، این رابطه در منطقه شاهد همچنان مثبت اما ضعیف‌تر باقی ماند، درحالی‌که در منطقه تیمار، رابطه NDVI با تراکم لاروها از نظر آماری غیرمعنی‌دار شد.
نتیجه‌گیری کلی: نتایج این پژوهش نشان داد که محلول‌پاشی بیولوژیک با Bt به‌طور معناداری موجب کاهش تراکم لاروهای پروانه جوانه‌خوار بلوط شد و این کاهش، بر اساس طراحی BACI و مدل خطی آمیخته، به‌طور روشن از نوسانات طبیعی جمعیت آفت در منطقه شاهد قابل تفکیک بود. کاهش فعالیت تغذیه‌ای لاروها پس از محلول‌پاشی با حفظ مقادیر بالاتر شاخص NDVI در منطقه تیمار همراه بود که نشان­دهندۀ محدود شدن برگ‌زدایی و حفظ ظرفیت فتوسنتزی درختان بلوط است. همچنین تحلیل رگرسیون نشان داد که پس از اجرای محلول‌پاشی Bt، ارتباط بین NDVI و تراکم لاروها در منطقه تیمار تضعیف و از نظر آماری غیرمعنادار شد، درحالی‌که این رابطه در منطقه شاهد همچنان برقرار باقی ماند. این نتایج نشان می‌دهد که تلفیق داده‌های میدانی و شاخص NDVI تصاویر سنتینل-۲ می‌تواند چارچوبی کارآمد برای ارزیابی کمی اثربخشی کنترل بیولوژیک آفات جنگلی و پایش سلامت پوشش گیاهی در مقیاس‌های وسیع فراهم کند و مبنای علمی مناسبی برای مدیریت پایدار جنگل‌های بلوط فراهم آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluating the impact of biological control on green oak leaf-roller (Tortrix viridana L.) populations and canopy recovery in Zagros Forests using remote sensing

نویسندگان [English]

  • Behzad Ghaznavi 1
  • Mohammad Reza Zargaran 2
  • Seyed Rostam Mousavi Mirkala 3
  • Hadi Beygi Heidarlou 2
1 PhD. Student of Forestry, Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, I.R. Iran
2 Assistant Professor, Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, I.R. Iran
3 Associate Professor, Department of watershed and rangeland, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, I.R. Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Defoliating forest pests are among the most significant threats to the health and stability of forest ecosystems. Climate change and rising global average temperatures have contributed to increased frequency and geographical expansion of these pests in Iranian forests. One such pest, the oak leaf roller (Tortrix viridana L.), causes extensive defoliation and reduces photosynthetic capacity in coppice oak trees by feeding on their leaves. Effectively controlling this pest, especially in hard-to-access forests like those in the Zagros vegetation zone, remains a key challenge for forest resource management. In this context, biological control methods, due to their environmental compatibility and reduced ecological impact, serve as a suitable alternative to traditional chemical pesticides. This study aimed to investigate the effects of aerial spraying with the bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) on the oak leaf roller population and to evaluate the efficacy of the remote sensing NDVI index (Normalized Difference Vegetation Index) from Sentinel-2 imagery in monitoring vegetation changes and pest activity impacts.
Methodology: This study was conducted over approximately 926 hectares of oak forests in the Qabr-e-Hossein area of Piranshahr county, northwestern Iran, a known hotspot for this pest infestation. For pest control, ground-based Bt spraying at a concentration of 1 kg per 100 liters of water was carried out between May 6 and 13, 2023 (May 5–12, 2023). A Before–After Control–Impact (BACI) design was employed for quantitative impact assessment. In both the treatment and control areas, three 300-meter transects were systematically randomized. Within each transect, 30 trees were selected at 30-meter intervals (totaling 90 sample plots per area). Larval counts were performed in two stages: before spraying (May 2–4, 2023) and one month after (June 15–16, 2023). A linear mixed-effects model within the BACI framework was used to analyze the spray's effect on larval density, with treatment, time, and their interaction as fixed effects and tree ID as a random effect. Additionally, the percentage reduction in larval density was calculated using the ΔDxt index as a descriptive measure of Bt efficacy. To monitor the vegetation response to pest population changes, the NDVI index was calculated using Sentinel-2 Level-2A surface reflectance imagery from March 21 to September 22, 2023. Image processing and extraction of 10-meter pixel-scale NDVI time series for selected field plots were performed using the Google Earth Engine platform. Finally, the relationship between NDVI and larval density in control and treatment areas, before and after spraying, was examined using simple linear regression.
Results: Descriptive statistics indicated that the mean density of T. viridana larvae in the treatment area decreased from 53.37 ± 15.74 larvae per tree before spraying to 18.73 ± 7.26 larvae after spraying. In contrast, larval density changes in the control area were minimal, with the mean shifting from 48.74 ± 12.25 to 47.03 ± 10.87 larvae per tree. Results from the linear mixed-effects model revealed a statistically highly significant treatment × time interaction (p < 0.001), confirming the real and independent effect of Bt spraying on larval density reduction, distinct from natural population fluctuations observed in the control area. Post-hoc comparisons confirmed a significant decrease in larval density in the treatment area and no significant change in the control area. Calculation of the ΔDxt index showed an average larval density reduction of approximately 65% in the treatment area, whereas only a negligible decrease within the range of natural fluctuations was observed in the control area. Analysis of the NDVI time series showed that both control and treatment areas followed a similar seasonal pattern during the growing season. However, following Bt application, NDVI values in the treatment area remained consistently higher than those in the control area. While NDVI in the control area experienced a more pronounced decline after early June, the treatment area maintained higher NDVI values, indicating reduced larval feeding activity and preserved vegetation cover due to Bt spraying. Simple linear regression results showed a positive and significant relationship between NDVI and larval density in both areas before spraying. After spraying, this relationship remained positive but weaker in the control area, whereas in the treatment area, the relationship between NDVI and larval density became statistically non-significant.
Conclusion: The results of this study demonstrate that biological spraying with Bt significantly reduced the larval density of the oak leaf roller. This reduction, based on the BACI design and mixed-effects model, was clearly distinguishable from natural pest population fluctuations in the control area. The decrease in larval feeding activity post-spraying was associated with the maintenance of higher NDVI values in the treatment area, indicating limited defoliation and preserved photosynthetic capacity in the oak trees. Furthermore, regression analysis revealed that after Bt application, the correlation between NDVI and larval density in the treatment area weakened and became statistically non-significant, while it persisted in the control area. These findings suggest that integrating field data with the Sentinel-2 NDVI index can provide an effective framework for the quantitative assessment of biological pest control efficacy and for monitoring forest health at large scales, offering a sound scientific basis for the sustainable management of oak forests.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bacillus thuringiensis
  • Defoliation
  • Piranshahr
  • Sentinel-2 imagery
  • BACI design
  • Google Earth Engine (GEE)
  • Linear Mixed Model (LMM)
  • Integrated Pest Management (IPM)