شبیه‌سازی و ارزیابی اثر سناریوهای مختلف درصد پوشش گیاهی بر فرسایش خاک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک، اراک، ایران

2 بخش حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبییعی خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

چکیده

فرسایش در مقیاس دامنه به‌عنوان نقطه آغازین فرسایش خاک در آبخیز محسوب شده و در مناطق نیمه­خشک از مهم‌ترین فازهای فرسایش خاک می‌باشد. در این راستا بررسی عوامل موثر بر فرسایش از جمله میزان پوشش گیاهی می‌تواند اطلاعات مفیدی به‌منظور مدیریت کارآمد آبخیز در اختیار قرار دهد. با این حال پژوهش‌های اندکی در زمینه شبیه‌سازی اثر نقش پوشش گیاهی بر فرآیندهای هیدرولوژی در مقیاس دامنه گزارش شده است. بنابراین پژوهش حاضر با هدف شبیه‌سازی و سپس ارزیابی اثرپذیری فرسایش خاک از سناریوهای پوشش گیاهی در مقیاس دامنه طرح‌ریزی شده است. برای این منظور از مدل فرسایش دامنه‌ای (HEM) برای تخمین رسوب 16 رگبار در مراتع ایستگاه تحقیقات منابع طبیعی یونسی در استان مرکزی استفاده شد. نتایج نشان داد با واسنجی عامل فرسایش­پذیری کارایی مدل فرسایش دامنه‌ای در تخمین مقدار فرسایش، با خطای تخمین و ضریب کارایی به‌ترتیب 44 و 88 درصد قابل قبول می‌باشد. هم‌چنین نتایج نشان داد کاهش 10%، 20% و 30% پوشش گیاهی به‌ترتیب باعث افزایش 21%، 45% و 82% فرسایش خاک در منطقه خواهد شد. در نهایت نتایج دلالت بر اثر مهم درصد پوشش گیاهی بر تولید رسوب در مقیاس دامنه داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation and Evaluation of Different Vegetation Cover Scenarios Effects on Soil Erosion

نویسندگان [English]

  • Somayeh Fazli 1
  • Hamzeh Noor 2
1 Young Researchers and Elites Club., Arak Branch., Islamic Azad University., Arak, Iran
2 Soil Conservation and Watershed Management Department, Agricultural and Natural Resources Research Center of Khorasan Razavi., AREEO., Mashhad., Iran
چکیده [English]

The hillslope erosion is known as the first phase of soil erosion at watershed and the most important in semiarid region. Therefore, assessing effective factors on soil erosion and sediment yield such as land cover at hillslope scale can provide new information leading to more effective decision-making. However, very limited studies have been reported to assess the role of land cover on hydrology at hillslope scale using simulation model. The present study aimed to simulation and then analysis the affectability of soil erosion and sediment yield from land cover percentage scenarios at hillslope scale. For this purpose, Hillslope Erosion Model (HEM) was used for prediction of 16 storm related sediment yield in rangeland of Younesi research center, Markazi Providence. The results showed that HEM could successfully predict the soil erosion rate in study area by calibrating soil erodibility parameter with estimate error and CE of 44 and 88 percent, respectively. Then, effects of 3 scenarios i.e. 10%, 20% and 30% decreasing in rangeland cover were simulated using HEM after calibration and validation of the model. The results, also, showed that soil erosion increased about 21%, 45% and 82% in scenario 10%, 20% and 30% reduction of cover, respectively. Finally, results showed that vegetation cover density had significant effect on sediment yield at hillslope scale.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hillslope Erosion
  • Sediment Delivery
  • Soil erosion
  • Watershed Management
آقارضی،ح.ا. 1376. گزارش طرح تحقیقاتی اندازه­گیری فرسایش و رواناب در کرت­های استاندارد به­منظور ارزیابی فرمول جهانی فرسایش­خاک، مرکز تحقیقات منابع طبیعی و امور دام استان مرکزی، 54 ص.

آقارضی،ح.ا. 1384. اندازه­گیری فرسایش خاک و برآورد آن با USLE در دیم­زارها، سومین همایش ملی فرسایش و رسوب، تهران، 6-9 شهریور: 473-475.

بای،م.، سعدالدین،ا.، سلمان­ماهینی،ع. 1392. پیش‌بینی اثرات اجرای سناریوهای مدیریت پوشش گیاهی و فعالیت‌های مدیریتی بر ساختار اکولوژیک سیمای سرزمین در آبخیز چهل‌چای استان گلستان. فضای جغرافیایی، 44، 19-45.

پیشداد سلیمان­آباد،ل.، نجفی­نژاد،ع.، سلمان ماهینی،ع.ا.ر.، خالدیان،ح. 1387. بررسی اثرات تغییر کاربری اراضی بر فرسایش خاک در حوضه آبخیز چراغ ویس با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS).‎ طبیعی منابع و کشاورزی. 15.1: 149-142.

حسینی،س.ص.، قربانی،م. 1384. اقتصاد فرسایش خاک. انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، چاپ اول، 126ص.

خزایی،م.، صادقی،س.ح.ر.، میرنیا،س.خ. 1390. آثار هیدرولوژیکی تخریب سطح جنگل (مطالعه موردی: جنگل آموزشی دانشگاه تربیت مدرس، مازندران).‎ مجله جنگل ایران . 3.2: 155-145.

سعدالدین،ا.، مصطفی‌زاده،ر.، خلیلی،م. 1386. پیش‌بینی اثرات سناریوهای مدیریت بیولوژیک روی ویژگی‌های سیل و فرسایش آبی در آبخیز رامیان- استان گلستان. دومین همایش مقابله با سوانح طبیعی، 4 و 5 دی ماه 1386 دانشکده فنی تهران.

عرب‌خدری،م. 1393. مروری بر عوامل موثر بر فرسایش آبی خاک در ایران، مدیریت اراضی. 2.1: 26-17.

کاویانپور،ا.م.، جعفریان،ز.، اسمعلی،م.، کاویان،ع. 1394. اثر پوشش گیاهی بر کاهش رواناب و هدر رفت خاک با استفاده از شبیه­سازی باران در مراتع نشو استان مازندران، جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی. 58.2: 190-179.

گندمکار،ع.ا. 1375. گزارش طرح تحقیقاتی ایستگاه خسبیجان، استان مرکزی: 31-36.

نجفیان،ل کاویان،ع.ا.، قربانی پاشاکلایی،ج تمرتاش،ر. 1389. اثر فرم رویشی و مقدار پوشش گیاهی بر تولید رواناب و رسوب اراضی مرتعی منطقه سوادکوه مازندران. مرتع. 4 .2: 347-334.

الوار،م.، سعدالدین،ا.، بارانی،ح.، محبوبی،م.ر. 1392. پی­ بینی پذیرش مردمی سناریوهای مدیریت پوشش گیاهی در حوزه آبخیز چهل ­ای- استان گلستان. پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 20 .2: 209-219.

یوسفی فرد،م.، جلالیان،ا.، خادمی،ح. 1386. تخمین هدر رفت خاک و عناصر غذایی در اثر تغییر کاربری اراضی مرتعی با استفاده از باران‌ساز مصنوعی. مجله علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی). 11 40: 107-93.

Aghabeigi,A,S., Moradi,H.R., Fattahi,B. 2014. Sediment and runoff measurement in different rangeland vegetation types using rainfall simulator. Ecopersia. 2.2: 525-538.‏

Blanco H., Lal R. 2008. Principles of Soil Conservation and Management. Springer Science. 617 p.

Cogle,A.L., Lane,L.J and Basher,L. 2003. Testing the hill slope erosion model for application in India, New Zealand and Australia. Environmental Modelling and Software. 18.8:825-830.

Eshghizadeh,M., Talebi,A., Dastorani,M.T., Azimzadeh,H.R. 2016. Effect of natural land covers on runoff and soil loss at the hill slope scale. Global Journal of Environmental Science and Management. 2.2: 125-134.

Fazli,S., Noor,H. 2013. Storm-wise sediment yield prediction using hill slope erosion model in semi-arid abundant lands.Soil and Water Research. 8: 42–48.

Kaini,P., Artita,K., Nicklow,J.W. 2012. Optimizing structural best management practices using swat and genetic algorithm to improve water quality goals. Water Resources Management. 26:1827–1845.

Lane,L.J., Nichols,H.M., Paige,G.B. 1995a. Modelling erosion on Hill slopes: Concepts, Theory and Data. In: Proceedings of the International Congress on Modelling and Simulation (MODSIM’9), Binning P, Bridgman H, Williams B (Eds), Perth, Australia, July. 1: 1–7.

Lane,L.J., Nichols,H.M., Simanton,J.R. 1995b: Spatial Variability of Cover Affecting Erosion and Sediment Yield in Overland Flow, In: Effects of Scale on Interpretation and Management of Sediment and Water Quality. IAHS. 226:147-152.

Lane,L.J., Shirley,E.D., Singh,V.P. 1988: Modelling erosion on Hill slopes. In: Modelling Geomorphological Systems, Anderson MG (Ed.), Wiley Chichester: 287–308.

Martínez,R.A.; Durán.Z.V.H., Francia,F.R. 2006. Soil erosion and runoff response to plant cover strips on semiarid slopes (SE Spain), Land Degradation and Development. 17: 1-11

Naylor,L.A., Viles,H.A., Carter,N.E.A. 2002. Bio geomorphology revisited looking towards the future, Geomorphology. 47: 3–14.

Pizarro,R., Araya,S., Jordán,C., Farı,C., Flores,J.P., Bro,P.B. 2006. The effects of changes in vegetative cover on river flows in the Purapel river basin of central Chile. Journal of Hydrology. 327.1: 249-257.

Rocha,E.O., Calijuri,M.L., Santiago,A.F., Assis,L.C., Alves,L.G.S. 2012. The contribution of conservation practices in reducing runoff, soil loss, and transport of nutrients at the watershed level. Water Resources Management. 26: 3831-3852.

Sadeghi,S.H.R., Azari,M., GhaderiVangah,B. 2008: Field Evaluation of the Hill slope Erosion Model (HEM) in Iran, Biosystems Engineering. 99: 304–311.

Sadoddin,A., Sheikh,V., Mostafazadeh,R., Halili,M.Gh. 2010. Analysis of vegetation-based management scenarios using MCDM in the Ramian watershed, Golestan, Iran. International Journal of Plant Production. 4 .1: 51-62.

Seppelt,R., Lautenbach,S., Volk,M. 2013. Identifying trade-offs between ecosystem services, land use, and biodiversity: a plea for combining scenario analysis and optimization on different spatial scales. Current Opinion in Environmental Sustainability. 5.5: 458–463.

Shirley,E.D., Lane,L.J. 1978. A Sediment Yield Equation from an Erosion Simulation Model, Hydrology and Water Resources in Arizona and the Southwest. 8: 90–96.

Singh,V.P. 1992. Elimentary hydrology. Eastern Economy Edition, New Delhi, India.pp 973.

Sun,W., Shao,Q., Liu,J. 2013. Soil erosion and its response to the changes of precipitation and vegetation cover on the Loess Plateau. Journal of Geographical Sciences. 23.6: 1091-1106.

Toy,T.J., Foster,G.R., Renard,K.G. 2002. Soil erosion: processes, prediction, measurement, and control. John Wiley and Sons. pp 352.

Vafakhah,M., Mohseni Saravi,M. 2011. Optimizing management of soil erosion in Orazan sub-basin, Iran. Journal of Agricultural Science and Technology (JAST). 13: 717-726.

Wilcox,B.P., Dowhower,S.L., Teague,W.R., Thurow,T.L. 2006. Long-term water balance in a semiarid shrubland. Rangeland Ecology and Management. 59.6: 600-606.

Wildhaber,Y.S., Banninger,D., Burri,K., Alewell,C. 2012. Evaluation and application of a portable rainfall simulator on subalpine grassland. Catena. 91:56-62.

Wilson,C.J., Cary,J.W., Beeson,P.C., Grad,M.O., Lane,L.J. 2001. A GIS-Based Hill slope Erosion and Sediment Delivery Model and its Application in the Cerro Grande Burn Area, Hydrological Processes. 15: 2995-3010.

Yang,Q., Meng,F.R., Zhao,Z., Chow,T.L., Benoy,G., Rees,H.W., Bourque,C. 2009. Assessing the impacts of flow diversion terraces on stream water yields and sediment yields at a watershed level using SWAT model. Agriculture, Ecosystem and Environment. 132: 23–31.

Zhang,G.H., Guo-Bin,L.I.U., Guo-Liang,W.A.N.G. 2010. Effects of Caragana Korshinskii Kom cover on runoff, sediment yield and nitrogen loss. International Journal of Sediment Research. 25.3: 245-257.

Zhang,Z., Sheng,L., Yang,J., Chen,X.A., Kong,L., Wagan,B. 2015. Effects of Land Use and Slope Gradient on Soil Erosion in a Red Soil Hilly Watershed of Southern China. Sustainability. 7.10: 14309-14325.

Zuazo,V.D., Martínez,J.F., Pleguezuelo,C.R., Raya,A.M., Rodríguez,B.C. 2006. Soil-erosion and runoff prevention by plant covers in a mountainous area (SE Spain): implications for sustainable agriculture. Environmentalist. 26.4: 309-319.

Zuazo,V.D., Martínez,J.F., Raya,A.M. 2004. Impact of vegetative cover on runoff and soil erosion at hill slope scale in Lanjaron, Spain. The environmentalist. 24.1: 39-48.

Zuazo,V.H.D., Pleguezuelo,C.R.R. 2008. Soil-erosion and runoff prevention by plant covers. A review. Agronomy for sustainable development. 28.1: 65-86.