Monitoring temporal and ecological changes in protected areas with fragmentation analysis: A case study from Karagöl-Sahara National Park

Abstract

Protected areas are one of the most effective mechanisms for conserving biodiversity on Earth. In order to maintain sustainable management of protected areas and to ensure the continuity of the habitat types and ecological structure it hosts, it is necessary to systematically monitor and evaluate the daily changes of the past. This study aims to evaluate and monitor ecological changes on habitat types within the Karagol-Sahara National Park using patch analysis and fragmentation metrics at patch, class and landscape level. For this purpose, topo maps (1971 and 1984), stand maps (1984 and 2015) and very high resolution digital near-IR aerial photographs (2015) were used as data sources. The 45-year ecological change in the study site was analyzed in the GIS framework by using the fragmentation indices of core area (MCA), patch density (PD), mean patch size (MPS), mean shape index (MSI), mean nearest neighbor distance (MNN), and interspersion and juxtaposition indices (IJI). The results showed that total forested lands (high+ degraded) decreased by 3% from 1971 to 1984, and continued declining by 12% from 1984 to 2015.  The habitat loss in forested lands can be explained by a 40% increase in open space areas over the past 45 years as a result of natural disasters. Similarly, settlement and agriculture areas, which were 30 and 221 ha wide in 1984, respectively, have been transformed into mostly degraded and high forested lands and decreased to 20 and 158 ha in 2015. This decline in settlement and agriculture areas has been associated with the abandonment of agricultural areas, especially by the young population, as a result of the migration from the rural to the urban, which began to accelerate in the 1980s. The results of indices used indicate that the most fragmented category within the habitat classes is degraded forests and that is followed by agricultural areas. The MCA / MSI ratio results showed that the edge fragmentation in agricultural areas had the greatest impact on the average core area. The increase in fragmentation can be considered as a negative factor for forestry sector or as an opportunity for some wildlife species that need edge effects in the region. It is concluded that, since the awareness of habitat fragmentation takes many years, indicator species consisting of trees, plants, mammals, birds and reptiles that are unique to each habitat in the region should be identified and habitat losses should also be monitored with the help of these species for an effective management within the protected areas. 

Keywords

• National Parks,ecological change analysis,fragmentation,FRAGSTATS,Patch Analyst

Korunan alanların zamansal ve ekolojik değişiminin parçalılık analizi yardımıyla izlenmesi: Karagöl-Sahara Milli Parkı örneği

Abstract

Korunan alanlar yeryüzündeki biyolojik çeşitliliğin korunmasında en etkin mekanizmalardan biridir. Korunan alanların sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesi, barındırdığı habitat tipleri ve ekolojik yapının devamlılığının sağlanması için alanda geçmişten günümüze yaşanan değişimin sistematik bir şekilde izlenip değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışma, Karagöl-Sahara Milli Parkı’ndaki habitat yapısının zamansal ve ekolojik bakımdan ne ölçüde değiştiğini ölçmek ve değişimin ne yönde ilerlediğini ortaya koymak amacıyla parça, sınıf ve tüm alan düzeyinde parçalılık analizi ve fragmantasyon indeksleri yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, veri kaynağı olarak 1971 ve 1984 yıllarına ait memleket paftaları, 1984 ve 2015 yıllarına ait meşcere haritaları ve 2015 yılına ait dijital renkli kızıl ötesi hava fotoğraflarından yararlanılmıştır. Sahadaki ekolojik yapının 45 yıllık değişimi çekirdek alan (MCA), parça yoğunluğu (PD), ortalama parça büyüklüğü (MPS), ortalama şekil indisi (MSI), ortalama en yakın komşuluk mesafesi (MNN) ve karışım-dizilim (IJI) indisleri kullanılarak CBS ortamında analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre toplam orman alanlarının (verimli+bozuk) 1971’den 1984 yılına kadar %3 oranında düşüş gösterdiği, 1984 yılından 2015 yılına kadar bu düşüşün % 12 oranında devam ettiği görülmüştür. Orman alanlarındaki bu habitat kaybının doğal afetler sonucunda orman içi açıklıklara dönüştüğü, OT alanlarındaki son 45 yılda meydana gelen % 40 artış ile açıklanabilir. Diğer taraftan 1984 yılında sırasıyla 30 ve 221 ha genişliğinde olan iskân ve ziraat alanları, çoğunlukla bozuk ve verimli ormana dönüşerek 2015 yılında 20 ve 158 ha’a inmiştir. İskân ve ziraat alanlarındaki bu gerileme, 1980’li yıllarda hızlanmaya başlayan kırdan kente göç sonucu özellikle genç nüfusun tarım arazilerini terk etmesiyle ilişkilendirilmiştir. Kullanılan indis sonuçları en fazla fragmantasyona uğrayan sınıfın bozuk orman sahaları olduğu, bunu ziraat sahalarının izlediğini göstermektedir. MCA/MSI oran sonuçları ziraat alanlarındaki kenar parçalanmasının ortalama çekirdek alan büyüklüğüne en fazla etki eden sınıf olduğunu göstermiştir. Fragmantasyonun artması ormancılık sektörü açısından olumsuz olarak değerlendirilebileceği gibi, bölgede kenar etkisine ihtiyaç duyan bazı yaban hayatı türleri için fırsat olarak da değerlendirilmelidir. Sonuç olarak habitat parçalanmasının farkındalığı uzun yıllar aldığından, bölgedeki her habitat türüne has ağaç, bitki, memeli, kuş ve sürüngenlerden oluşan gösterge türler belirlenmeli ve habitat kayıpları etkin bir korunan alan yönetimi için bu türler yardımıyla da izlenmelidir. 

Keywords

• Milli Parklar,ekolojik değişim analizi,fragmantasyon,FRAGSTATS,Patch Analyst

References

1. Andren, H., 1997. Habitat fragmentation and changes in biodiversity. Ecological Bulletins, 46:171-181.
2. Aydın, İ.Z., Öztürk, A., Demirci, U., 2017. Ülkemizin korunan alanları için sürdürülebilir ekoturizm yönetimi ölçüt ve göstergelerinin belirlenmesi. Turizm ve Arastırma Dergisi, 6(2):73-94
3. Başkent, E.Z., Jordan, J.A., 1995. Characterizing spatial structural of forest landscape. Canadian Journal of Forest Research, 25(11):1830-1849.
4. Berry, J. K., 2007. Map analysis: understanding spatial patterns and relationships. San Francisco, CA: GeoTec Media,
5. Çam, A., Fırat, O., Yılmaz, A., 2013. Harita Genel Komutanlığında ortofoto ve sayısal yüzey modeli üretimi faaliyetleri. TMMOB Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi, 11-13Kasım, Ankara, s. 6.
6. CBD, 2010. Report of the tenth meeting of the conference of the parties to the convention on biological diversity. In The tenth meeting of the Conference of the Parties to the Convention on Biological Diversity, Nagoya, Japan, NEP/CBD/COP/10/27. https://www. cbd. int/cop10/doc.
7. CI, 2018. The World’s 35 biodiversity hotspots. https://www.conservation.org/How/Pages/Hotspots.aspx (Ziyaret tarihi: 25.02.2018).
8. Cook, C.N., Valkan, R. S., Mascia, M.B., McGeoch, M. A., 2017. Quantifying the extent of protected-area downgrading, downsizing, and degazettement in Australia. Conservation Biology, 31: 1039–1052. doi:10.1111/cobi.12904

9. Cushman, S.A., Wallin, D.O., 2000. Rates and patterns of landscape change in the Central Sikhote-alin Mountains, Russion Far East. Landscape Ecology, 15:643-659.
10. DKMP, 2016a. Korunan alanlar istatistikleri (1958-2016). Doğa Koruma ve Milli Parklar Genel Müdürlüğü, Ankara, http://www.milliparklar.gov.tr/resmiistatistikler
11. DKMP, 2016b. Karagöl-Sahara Milli Parki, Uzun Devreli Gelişme Revizyon Plani, Doğa Koruma ve Milli Parklar Genel Müdürlüğü, Ankara.
12. Dudley, N., Stolton, S., Belokurov, A., Krueger, L., Lopoukhine, N., MacKinnon, K., Sandwith, T., Sekhran, N., 2010. Natural Solutions: Protected areas helping people cope with climate change, IUCN,WCPA, TNC, UNDP, WCS, World Bank and WWF, Gland, Switzerland, Washington DC and New York, USA
13. Durusoy, İ., Türker, M.F. and Öztürk, A., 2005. Türkiye orman kaynakları yönetiminde korunan alanların yeri: ulusal planlar ve uluslar arası süreçler kapsamında değerlendirmeler. Korunan Dogal Alanlar Sempozyumu, 8-10 Eylül 2005, SDÜ, Isparta s.61-69
14. Düzgüneş, E., Demirel, Ö., 2016. Milli parkların koruma yapısının ekolojik duyarlılık analizi ile ortaya konması: Altındere Vadisi Milli Parkı örneği. Kastamonu Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 16(1):135-146.
15. Eroğlu, M., Bilgili, E. and Başkaya, Ş., 2002. Karagöl-Sahara Milli Parkı Uzun Devreli Gelişme Planı. Fauna, Rapor, Trabzon.
16. FAO, 2018. Protected areas. http://www.fao.org/biodiversity/cross-sectoral-issues/protected-areas/en/ (Ziyaret tarihi: 24.02.2018).
17. Genç, L., Bostancı, Y.B., 2007. Troia Milli Parkı arazi kullanım ve bitki örtüsü değişiminin uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemi yardımıyla belirlenmesi. Tekirdağ
18. Ziraat Fakültesi Dergisi, 4(1):27-41.
19. Harikrishna, P., Reddy, C.S., Singh, R., Jha, C.S., 2013. Landscape level analysis of disturbance regimes in Protected Areas of Rajasthan, India. Journal of Earth System Science, 123:.467-478.
20. Hayes, D.J., Sader, S.A., Schwartz, N.B., 2002. Analyzing a forest conversion history database to explore the spatial and temporal characteristics of land cover change in Guatemala’s Maya Biosphere Reserve. Landscape Ecology, 17:299-314.
21. Hockings, M., 2003. Systems for assessing the effectiveness of management in protected areas. BioScience, 53(9):823-832.
22. Hofmeister, J., Hosek, J., Brabec, M., Kocvara, R., 2017. Spatial distribution of bird communities in small forest fragments in central Europe in relation to distance to the forest edge, fragment size and type of forest. Forest Ecology and Management, 401:255-263.
23. İnanç, S., Ayaz, H., Eminağaoğlu, Ö., 2016. Recognizability of officinal plants in Artvin and conscious level on plant smuggling (Şavşat and Borçka cities sample). International Forestry Symposium, 7-10 Aralık, Kastamonu, ss. 240-247.
24. IUCN, 2018. Biodiversity and protected areas. https://www.iucn.org/theme/protected-areas/wcpa/what-we-do/biodiversity-and-protected-areas (Ziyaret tarihi: 24.02.2018).
25. Karahalil, U., 2009. Korunan orman alanlarında amenajman planlarının düzenlenmesi (Köprülü Kanyon Milli Parkı örneği). Doktora tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 172 s.
26. Karahalil, U., Kadioğullari, A.İ., Başkent, E.Z., Köse, S., 2009. The spatiotemporal forest cover changes in Köprülü Canyon National Park (1965-2008) in Turkey. African Journal of Biotechnology, 8(18):4495-4507.
27. Karaköse, M., Terzioğlu, S., Başkent, E.Z., Karahalil, U., 2013. Çamlıhemşin (Rize) orman planlama biriminin habitat tiplerinin tespiti ve konumsal değişimlerinin izlenmesi. Fırtına Vadisi Sempozyumu, 25-27 Nisan, Rize, ss. 1-10.
28. Kaya, Z., Raynal, D.J., 2001. Biodiversity and conservation of Turkish forests. Biological Conservation, 97:131-141.
29. Kroner, R.E.G., Krithivasan, R., Mascia, M.B., 2016. Effects of protected area downsizing on habitat fragmentation in Yosemite National Park (USA), 1864–2014. Ecology and Society, 21(3):22.
30. Kurdoğlu, O., Çokçalışkan, B., 2011. Assessing the effectiveness of protected area management in the Turkish Caucasus. African Journal of Biotechnology, 10(75):17208-17222.
31. McGarigal K, Cushman SA, Neel MC, Ene E. 2002. FRAGSTATS: Spatial Pattern Analysis Program for Categorical Maps. Computer software program produced by the authors at the University of Massachusetts, Amherst, Available at www.umass.edu/landeco/research/fragstats/fragstats.htmlml
32. MEA, 2005. Millennium Ecosystem Assessment: Ecosystems & Human Wellbeing – Synthesis. Island Press, Washington, DC.
33. MGM, 2012. Artvin ili Şavşat ilçesi İklim İstasyonuna ait rasat verileri. Meteoroloji Genel, http://www.mgm.gov.tr/ veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx#sfU (Ziyaret tarihi: 02.06.2017).
34. OGM, 2013. Veliköy Orman İşletme Şefliği Fonksiyonel Amenajman Planı (2013-2032). Orman Genel Müdürlüğü Yayınevi, Ankara.
35. Orhan, F., 2015. Şavşat’ın beşerî ve ekonomik coğrafyası (birinci baskı). Şavşat Belediyesi Kültür Yayınları, Artvin.
36. Pascual-Hortal, L., Saura, S., 2006. Comparison and development of new graph-based landscape connectivity indices: towards the priorization of habitat patches and corridors for conservation. Landscape Ecology, 21(7):959-967.
37. Regos, A., Tapia, L., Gil-Carrera, A., Domínguez, J., 2017. Monitoring protected areas from space: A multi-temporal assessment using raptors as biodiversity surrogates. PLoS ONE, 12(7):e0181769 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0181769 (Ziyaret tarihi: 25.02.2018).
38. Rempel, R.S., Kaukinen, D., Carr, A.P., 2012. Patch Analyst and Patch Grid. Ontario Ministry of Natural Resources, Centre for Northern Forest Ecosystem Research, Thunder Bay, Ontario.
39. Resmi Gazete, 1956. 31 Ağustos 1956 tarihli ve 6831 Sayılı Orman Kanunu.
40. Resmi Gazete, 1983a. 9 Ağustos 1983 tarihli ve 2872 Sayılı Çevre Kanunu.
41. Resmi Gazete, 2003. 1 Temmuz 2003 tarihli ve 4915 Sayılı Kara Avcılığı Kanunu.
42. Resmi Gazete, 1983b. 11 Ağustos 1983 tarih ve 2873 Sayılı Milli Parklar Kanunu.
43. Rossi, P., Pecci, A., Amadio, V., Rossi, O., Soliani, L., 2008. Coupling indicators of ecological value and ecological sensitivity with indicators of demographic pressure in the demarcation of new areas to be protected: The case of the Oltrepa Pavese and the Ligurian-Emilian Apennine Area (Italy). Landscape Urban Planning, 85(1):12-26.
44. Sayman, R.Ü., 2017. Türkiye’de korunan alanların yönetimi. Natura 2000 gerekliliklerinin uygulanması için ulusal doğa koruma sisteminin güçlendirilmesi projesinde REC Türkiye adına gerçekleştirilen sunum, 12 Eylül, Erzurum.
45. Sivrikaya, F., Çakır, G., Kadıoğulları, A.İ., Keleş, S., Başkent, E.Z., Terzioğlu, S., 2007. Evaluating land use/land cover changes and fragmentation in the Camili Forest Planning Unit of Northeastern Turkey from 1972 to 2005. Land Degradation&Development, 18:383-396.
46. Temple, S.A., 1986. Predicting impacts of habitat fragmentation on forest birds: A comparison of two models. In: Verner, M.L., Morrison, C., Ralph, C.J. (Eds.), Wildlife 2000: Modelling habitat relationships of terrestrial vertebrates. Wisconsin Press, Madison, Wisc., pp. 301-304.
47. Terzioğlu, S., Başkent, E.Z., Sivrikaya, F., Çakir, G., Kadioğullari, A.I., Başkaya, Ş. and Keleş, S., 2010. Monitoring forest plant biodiversity changes and developing conservation strategies: a study from Camili Biosphere Reserve Area in NE Turkey. Biologia, 65(5):843-852.
48. Townsend, P.A., Lookingbill, T.R., Kingdon, C.C., Gardner, R.H., 2009. Spatial pattern analysis for monitoring protected areas. Remote Sensing of Environment, 113(7):1410-1420.
49. URL1, 2018. Şavşat Karagöl-Sahara Milli Parkı. http://bolge12.ormansu.gov.tr/12bolge/karagolsaharamilliparki.aspx?sflang=tr (Ziyaret tarihi:26.02.2018).
50. Vorking, A., 2006. Dünya Bankası Türkiye masası şefi açılış konuşması. Biyoçeşitlilik ve korunan alan yönetimi ulusal toplantısı, 22-24 Mayıs, Ankara, ss. 1-6.
51. WB, 2018. Dünya Bankası. http://www.telegraph.co.uk/travel/news/mapped-the-countries-with-the-most-protected-areas/ (Ziyaret tarihi: 24.02.2018).
52. Whitecomb, R.F., Robbins, C.S., Lynch, J.F., Whitecomb, B.L., Klimkiewicz, M.K., Bystrak, D., 1981. Effects of forest fragmentation on avifauna of the eastern deciduous forest. In: Burgess, B., Sharpe, D. (Eds.), Forest Island Dynamics in Man-dominated Landscapes. Springer-Verlag, New York, pp. 125-205.
53. Wilcove, D.S., McLellan C.H., Dobson, A.P., 1986. Habitat fragmentation in the temperate zone. In: Soule M.E. (Ed.), Conservation Biology, The Science of Scarcity and Diversity. Sinauer Assoc. Inc., Sunderland, Mass., pp. 237-256.
54. WWF/IUCN, 1994. Centers of plant diversity. A guide and strategy for their conservation (Vol 1: Europe, Africa, South West Asia and the Middle East). IUCN Publications Unit, Cambridge, UK.
55. Zhang, M., Jin, H., Cai, D., Jiang, C., 2010. The comparative study on the ecological sensivity analysis in Huixian Karst Wetland, China. Procedia Environmental Sciences, 2:386-398.