DOI: https://doi.org/10.29303/jppipa.v12i1.13639
تاريخ النشر: 2026-01-31
المؤلف: Alyavara Mayang Ferynandari وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاستشعار عن بعد واستخدام الأراضي
نظرة عامة
تدرس الدراسة تغييرات استخدام الأراضي وتغطية الأراضي (LULC) في حوض ريجوسو، شرق جاوة، إندونيسيا، من 2005 إلى 2024، باستخدام صور لاندسات متعددة الزمن. تم التحقق من صحة طريقة التصنيف الهجينة، التي تجمع بين تجميع ISODATA والتفسير البصري، بدقة عالية (95.83%; κ=0.96). تكشف النتائج عن انخفاض كبير في الغطاء النباتي من 54.72% (197.11 كم²) في 2005 إلى أدنى مستوى 38.06% (137.09 كم²) في 2020، تليها انتعاشة إلى 41.28% (148.70 كم²) في 2024. توسعت الأراضي الزراعية من 32.14% (115.77 كم²) إلى ذروتها 52.28% (188.32 كم²) في 2020، قبل أن تنخفض إلى 46.96% (169.14 كم²) في 2024. زادت المناطق المبنية بشكل مستمر، بينما تقلبت الأراضي المفتوحة وظلت المسطحات المائية ضئيلة.
تسلط الأبحاث الضوء على عكس ملحوظ للاتجاه بعد 2020، حيث شهد حوالي 3% من الحوض انتعاش الغطاء النباتي خلال أربع سنوات، مما يتناقض مع الانخفاض الأحادي النموذجي الذي لوحظ في المناطق الاستوائية النامية بسرعة. تشير هذه الديناميكية إلى إمكانية وجود مسارات استخدام الأراضي القابلة للعكس في حوض ريجوسو. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى استراتيجيات إدارة متكاملة للحوض تركز على استعادة الغطاء النباتي في المنبع، والممارسات الزراعية المستدامة، والتخطيط المكاني الصارم لتعزيز المرونة البيئية والهيدرولوجية في مواجهة ضغوط التحضر المستمرة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التغييرات الكبيرة في استخدام الأراضي وتغطية الأراضي (LULC) عبر إندونيسيا وجنوب شرق آسيا، التي يقودها بشكل أساسي التحضر، وتكثيف الزراعة، وتطوير البنية التحتية. غالبًا ما تؤدي هذه التحولات إلى تحويل المناطق المزروعة إلى أراض زراعية أو مستوطنات، مما يؤدي إلى مناظر طبيعية مجزأة تمارس ضغطًا على خدمات النظام البيئي. في سياقات إندونيسية معينة، مثل أحواض بلومبون وبيونغا، تم ربط النمو السكاني والتطوير شبه الحضري بتدهور الغطاء النباتي وزيادة استخدام الأراضي، مما يقلل بشكل جماعي من قدرة المناظر الطبيعية على احتباس المياه واستقرار التربة. على الرغم من الاعتراف بهذه الاتجاهات، لم يتم دراسة حوض ريجوسو بشكل منهجي، مما دفع هذه الدراسة لتحليل ديناميات LULC من 2005 إلى 2024 باستخدام صور لاندسات متعددة الزمن.
تحدد الدراسة المحركات الرئيسية لتغيير LULC، بما في ذلك النمو السكاني والانتقال من الريف إلى الحضر، مما يخلق تنافسًا بين الاستخدامات الزراعية والحضرية. يتم التأكيد على استخدام صور لاندسات متعددة الزمن كطريقة فعالة لمراقبة هذه التغييرات مع مرور الوقت، حيث توفر بيانات متسقة ومعيارية لاكتشاف الانتقالات التدريجية والاضطرابات العرضية. إن آثار تغييرات LULC عميقة، تؤثر على العمليات الهيدرولوجية من خلال تقليل التسلل، وزيادة الأسطح غير المنفذة، وتغيير هيكل التربة، مما يمكن أن يؤدي إلى زيادة الجريان السطحي وزيادة قابلية الفيضانات. تهدف هذه الدراسة إلى سد الفجوة في تقييمات LULC لحوض ريجوسو، مقدمة رؤى حول مسارات الانتقال السائدة وآثارها البيئية، وبالتالي إبلاغ سياسات استخدام الأراضي المستدامة في المناطق النامية بسرعة.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام خمس مشاهد لاندسات متعددة الزمن، تتكون من صور لاندسات 7 (ETM+) من 2005 و2011 و2015، إلى جانب صور لاندسات 8 (OLI/TIRS) من 2020 و2024، جميعها تتميز بدقة مكانية تبلغ 30 م. تم الحصول على المشاهد المختارة (المسار/الصف 118/65) من USGS EarthExplorer، مع ضمان تغطية سحابية تقل عن 5% (Adhikari et al., 2025; Groeneveld et al., 2024).
شملت المنهجية معالجة شاملة للصور، والتي تضمنت تصحيحات إشعاعية وجوية عبر طريقة طرح الكائنات المظلمة (DOS) (Chavez وآخرون، 1996)، وتصحيح هندسي، وإعادة إسقاط إلى منطقة UTM 49S (WGS-84). بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء قناع سحابي للحفاظ على الاتساق الزمني عبر مجموعات البيانات. تم بعد ذلك قص الصور المعالجة إلى حدود الحوض وتنظيمها في تركيبات طيفية متعددة النطاقات، مما يسهل المعالجة المتزامنة للمعلومات الطيفية وتقليل الارتباك في الفئات في المناظر الطبيعية غير المتجانسة (Yang et al., 2021).
نتائج
شهد حوض ريجوسو تغييرات كبيرة في استخدام الأراضي وتغطية الأراضي (LULC) من 2005 إلى 2024، حيث تميز بانخفاض ملحوظ في غطاء النبات، الذي انخفض من 54.72% (197.11 كم²) في 2005 إلى أدنى مستوى 38.06% (137.09 كم²) في 2020. كان هذا الانخفاض ناتجًا بشكل أساسي عن تحويل المناطق المزروعة إلى أراض زراعية، التي توسعت من 32.14% (115.77 كم²) في 2005 إلى ذروتها 52.28% (188.32 كم²) في 2020. ومع ذلك، بحلول 2024، أظهر غطاء النبات علامات انتعاش، حيث زاد إلى 41.28% (148.70 كم²)، بينما انخفضت الأراضي الزراعية إلى 46.96% (169.14 كم²)، مما يشير إلى إعادة توزيع المناطق الزراعية إلى أراض بوار ومناطق نمو طبيعي.
يكشف التحليل أن نمو المناطق المبنية ظل متواضعًا طوال فترة الدراسة، حيث زاد من 4.14% (14.90 كم²) في 2005 إلى 7.54% (27.16 كم²) في 2024، مما لعب دورًا ثانويًا في التغييرات العامة في تغطية الأراضي. أظهرت الأراضي المفتوحة اتجاهًا غير خطي، مع انكماش كبير خلال ذروة توسع الزراعة، تلاه انتعاش طفيف في 2024. تشير هذه النتائج إلى نمط دوري لديناميات استخدام الأراضي في حوض ريجوسو، حيث يتبع التوسع الزراعي المكثف فترات من التخلي والنمو النباتي اللاحق، مما يعكس الاتجاهات الأوسع التي لوحظت في الأحواض الاستوائية.
مناقشة
تدرس الدراسة تغييرات استخدام الأراضي وتغطية الأراضي (LULC) في حوض ريجوسو، شرق جاوة، من 2005 إلى 2024، باستخدام نهج تصنيف هجيني يدمج تجميع ISODATA غير المراقب والتفسير البصري لتحقيق دقة تصنيف عالية (تتراوح الدقة العامة من 75.00% إلى 95.83% ومعاملات كابا بين 0.75 و0.96). تكشف النتائج الرئيسية عن زيادة كبيرة في الأراضي الزراعية من 32.14% إلى 46.96%، إلى جانب انخفاض في غطاء النبات من 54.72% إلى 41.28%. من الجدير بالذكر أن هناك عكسًا قصير الأجل في أنماط استخدام الأراضي حدث بعد 2020، حيث شهد حوالي 3% من الحوض انتعاش الغطاء النباتي، مما يشير إلى مسار ديناميكي وقابل للعكس لاستخدام الأراضي.
تسلط الأبحاث الضوء على الآثار البيئية والهيدرولوجية لهذه التحولات، بما في ذلك تقليل قدرة التسلل وزيادة الجريان السطحي بسبب فقدان الغطاء النباتي وتكثيف الزراعة. تؤكد النتائج على ضرورة وجود استراتيجيات إدارة استخدام الأراضي المتكاملة التي تعطي الأولوية لاستعادة الغطاء النباتي في المنبع والممارسات الزراعية المستدامة، إلى جانب تنظيمات زون أكثر صرامة في المناطق السفلية لتخفيف المخاطر الهيدرولوجية. تسهم هذه الدراسة في فهم التفاعل المعقد بين تغييرات استخدام الأراضي والديناميات الهيدرولوجية في الأحواض الاستوائية النامية بسرعة، داعية إلى سياسات تعزز مرونة الأحواض في ظل التحولات المستمرة.
DOI: https://doi.org/10.29303/jppipa.v12i1.13639
Publication Date: 2026-01-31
Author(s): Alyavara Mayang Ferynandari et al.
Primary Topic: Remote Sensing and Land Use
Overview
The study investigates land-use and land-cover (LULC) changes in the Rejoso Watershed, East Java, Indonesia, from 2005 to 2024, utilizing multi-temporal Landsat imagery. A hybrid classification method, combining ISODATA clustering and visual interpretation, was validated with high accuracy (95.83%; κ=0.96). Findings reveal a significant decline in vegetation from 54.72% (197.11 km²) in 2005 to a low of 38.06% (137.09 km²) in 2020, followed by a recovery to 41.28% (148.70 km²) in 2024. Agricultural land expanded from 32.14% (115.77 km²) to a peak of 52.28% (188.32 km²) in 2020, before decreasing to 46.96% (169.14 km²) in 2024. Built-up areas increased steadily, while open land fluctuated and water bodies remained minimal.
The research highlights a notable post-2020 trend reversal, with approximately 3% of the watershed experiencing vegetation recovery within four years, contrasting with the typical monotonic decline observed in rapidly developing tropical regions. This dynamic suggests the potential for reversible land-use trajectories in the Rejoso Watershed. The study emphasizes the need for integrated watershed management strategies that focus on upstream vegetation restoration, sustainable agricultural practices, and stringent spatial planning to enhance ecological and hydrological resilience in the face of ongoing urbanization pressures.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant changes in land use and land cover (LULC) across Indonesia and Southeast Asia, primarily driven by urbanization, agricultural intensification, and infrastructure development. These transformations often lead to the conversion of vegetated areas into cropland or settlements, resulting in fragmented landscapes that exert pressure on ecosystem services. In specific Indonesian contexts, such as the Plumbon and Biyonga Watersheds, demographic growth and peri-urban development have been linked to vegetation degradation and intensified land use, which collectively diminish the landscape’s capacity for water retention and soil stabilization. Despite the recognition of these trends, the Rejoso Watershed has not been systematically studied, prompting this research to analyze LULC dynamics from 2005 to 2024 using multi-temporal Landsat imagery.
The study identifies key drivers of LULC change, including population growth and the rural-to-urban transition, which create competition between agricultural and urban land uses. The use of multi-temporal Landsat imagery is emphasized as an effective method for monitoring these changes over time, as it provides consistent and standardized data to detect gradual transitions and episodic disturbances. The implications of LULC changes are profound, affecting hydrological processes by reducing infiltration, increasing impervious surfaces, and altering soil structure, which can lead to intensified runoff and increased flood susceptibility. This research aims to fill the gap in LULC assessments for the Rejoso Watershed, offering insights into dominant transition pathways and their environmental impacts, thereby informing sustainable land-use policies in rapidly developing regions.
Methods
In this study, five multi-temporal Landsat scenes were utilized, comprising Landsat 7 (ETM+) imagery from 2005, 2011, and 2015, alongside Landsat 8 (OLI/TIRS) imagery from 2020 and 2024, all featuring a spatial resolution of 30 m. The selected scenes (Path/Row 118/65) were sourced from USGS EarthExplorer, ensuring a cloud cover of less than 5% (Adhikari et al., 2025; Groeneveld et al., 2024).
The methodology involved comprehensive image pre-processing, which included radiometric and atmospheric corrections via the Dark Object Subtraction (DOS) method (Chavez & others, 1996), geometric correction, and reprojection to UTM Zone 49S (WGS-84). Additionally, cloud masking was performed to maintain temporal consistency across the datasets. The processed images were subsequently clipped to the watershed boundary and organized into multi-band spectral composites, facilitating the simultaneous processing of spectral information and minimizing class confusion in heterogeneous landscapes (Yang et al., 2021).
Results
The Rejoso Watershed underwent significant land use and land cover (LULC) changes from 2005 to 2024, characterized by a marked decline in vegetation cover, which decreased from 54.72% (197.11 km²) in 2005 to a low of 38.06% (137.09 km²) in 2020. This decline was primarily due to the conversion of vegetated areas to agricultural land, which expanded from 32.14% (115.77 km²) in 2005 to a peak of 52.28% (188.32 km²) in 2020. However, by 2024, vegetation cover showed signs of recovery, increasing to 41.28% (148.70 km²), while agricultural land decreased to 46.96% (169.14 km²), indicating a redistribution of agricultural areas into fallow land and zones of natural regrowth.
The analysis reveals that the growth of built-up areas remained modest throughout the study period, increasing from 4.14% (14.90 km²) in 2005 to 7.54% (27.16 km²) in 2024, thus playing a secondary role in overall land-cover changes. Open land exhibited a non-linear trend, with a significant contraction during the peak agricultural expansion phase, followed by a slight recovery in 2024. These findings suggest a cyclical pattern of land-use dynamics in the Rejoso Watershed, where intense agricultural expansion is followed by periods of abandonment and subsequent vegetation regrowth, reflecting broader trends observed in tropical watersheds.
Discussion
The study investigates land-use and land-cover (LULC) changes in the Rejoso Watershed, East Java, from 2005 to 2024, employing a hybrid classification approach that integrates unsupervised ISODATA clustering and visual interpretation to achieve high classification accuracy (overall accuracy ranging from 75.00% to 95.83% and Kappa coefficients between 0.75 and 0.96). Key findings reveal a significant increase in agricultural land from 32.14% to 46.96%, alongside a decline in vegetation cover from 54.72% to 41.28%. Notably, a short-term reversal in land-use patterns occurred post-2020, with approximately 3% of the watershed experiencing vegetation recovery, indicating a dynamic and potentially reversible land-use trajectory.
The research highlights the environmental and hydrological implications of these transitions, including reduced infiltration capacity and increased runoff due to vegetation loss and agricultural intensification. The findings underscore the necessity for integrated land-use management strategies that prioritize upstream vegetation restoration and sustainable agricultural practices, alongside stricter zoning regulations in downstream areas to mitigate hydrological risks. This study contributes to understanding the complex interplay between land-use changes and hydrological dynamics in rapidly developing tropical watersheds, advocating for policies that enhance watershed resilience amidst ongoing transformations.