ataollah kavian
-
مقدمه
حفاظت از منابع خاک به منظور حفظ امنیت غذایی جهان و بهبود کیفیت محیطی ضروری است. ساختمان خاک از ویژگی های فیزیکی و فعال خاک است که می توان آن را با معیار پایداری ارزیابی نمود. پایداری خاک دانه ها در بحث کیفیت فیزیکی خاک اهمیت داشته و بهبود آن منجر به بهبود عملکرد خاک می شود. استفاده از انواع افزودنی های خاک در شرایطی که امکان مدیریت زیستی وجود نداشته باشد، راه حلی مفید برای حفاظت و اصلاح ساختمان خاک است. افزودنی زغال زیستی از منابع زیستی مختلف تهیه و به عنوان روش حفاظتی غیر سازه ای در سال های اخیر معرفی شده است؛ لذا آگاهی از رفتار ها، واکنش ها و تغییرات کوتاه مدت و بلندمدت آن در خاک از اهمیت زیادی به منظور مدیریت پایدار برخوردار است. تاثیر افزودنی زغال زیستی بر ویژگی های فیزیکی خاک تحت شرایط آزمایشگاهی حاکی از ایجاد تغییرات مثبت در معیارها و شاخص های فیزیکی خاک بوده است. این جنبه از کاربردهای زغال زیستی ضرورت مطالعه و شناسایی هر چه بیشتر آن را در عرصه های منابع طبیعی با محوریت کنترل فرسایش نمایان می سازد. از آنجایی که کاربرد زغال زیستی حاصل از ضایعات و سرشاخه های درخت صنوبر به منظور حفاظت از خاک در عرصه و در شرایط طبیعی آب و هوایی تاکنون گزارش نشده است، بنابراین پژوهش حاضر تاثیر افزودنی زغال زیستی بر ساختمان خاک در شرایط طبیعی را در دامنه ای از دیم زارهای رهاشده و در قالب کرت های استاندارد مدل جهانی تلفات خاک در مدت دو سال متوالی به بررسی گذاشته است.
مواد و روش هادر پژوهش حاضر اثر افزودنی زغال زیستی بر تغییرات ساختمان خاک در محدوده سد نوروزلو، شهرستان میاندوآب استان آذربایجان غربی و در مقیاس شش کرت استاندارد USLE ارزیابی شد. در همین راستا، زغال زیستی در اثر فرایند گرماکافت از سرشاخه های گونه درخت صنوبر تبریزی (Populus nigra) تهیه شد. برای انجام آزمایش، دو تیمار شاهد و زغال زیستی و هر کدام با سه تکرار مدنظر قرار گرفت. پس از تهیه و انتقال زغال زیستی به منطقه، اقدام به اعمال و پخش آن در سطح کرت ها به میزان 5/32 تن بر هکتار شد. جهت بررسی تغییرات ساختمان خاک در اثر اعمال زغال زیستی در چهار زمان متوالی به فواصل شش ماه بعد از اعمال زغال زیستی نمونه برداری از خاک کرت ها انجام شد. در این فواصل زمانی توزیع اندازه ذرات و پایداری خاک دانه ها با استفاده از روش سری الک خشک اندازه گیری شدند. از نتایج الک خشک برای اندازه گیری پایداری خاک دانه ها استفاده شد و برای تعیین اندازه خاک دانه ها و تشخیص سطح پایداری ذرات دو شاخص میانگین وزنی قطر خاک دانه ها و میانگین هندسی قطر خاک دانه ها محاسبه شدند. سپس آزمون همگنی واریانس ها به عنوان یکی از ملزومات اولیه تجزیه و تحلیل داده ها، آزمون GLM برای بررسی تاثیر جداگانه و تعاملی تیمارها و زمان و آزمون T مستقل برای مقایسه میانگین مولفه های مورد بررسی بین تیمارها انجام گرفت.
نتایج و بحثبه منظور بررسی پایداری خاک دانه ها تحت تیمار زغال زیستی در شرایط طبیعی و کرت های استاندارد مولفه های میانگین وزنی قطر خاک دانه (MWD) و میانگین هندسی قطر خاک دانه ها (GMD) برای تیمار شاهد و زغال زیستی در چهار زمان متوالی اندازه گیری شده است. نمایه های MWD وGMD در کرت های شاهد دارای مقادیر میانگین به ترتیب 85/0، 68/0، 64/0 و 81/0 و 8/0، 69/0، 7/0 و 76/0 میلی متر و در کرت های زغال زیستی نیز به ترتیب 86/0، 82/0، 75/0 و 84/0 و 79/0، 78/0، 75/0 و 77/0 میلی متر بود. روند تغییرات متغیرهای D10، D50 و D90 مربوط به توزیع اندازه ذرات در بازه زمانی دوم به ترتیب دارای درصد تغییرات 8/43، 7/26 و 2/15 درصد و در بازه زمانی سوم نیز به ترتیب دارای درصد تغییرات 2/14، 2/14 و 8/16 درصد بوده که نشان دهنده روند تغییرات افزایشی در رقوم تیمار زغال زیستی نسبت به شاهد در بازه های زمانی نام برده است. افزودنی زغال زیستی در ترکیب خاک کرت های USLE بر شاخص های پایداری خاک دانه ها تاثیر داشته است به طوری که اثر جداگانه زغال زیستی و زمان در هر دو شاخص و اثر تعاملی آن ها برای شاخص GMD در سطح اطمینان 95 درصد معنادار بوده است. در مقایسه میانگین مولفه های مورد بررسی بین تیمارها در هر دوره زمانی هر دو متغیر MWD و GMD در بازه زمانی دوم اختلاف معنی داری در سطح پنج درصد نشان داده اند. از این رو می توان گفت زغال زیستی بعد از گذشت یک سال برای بهبود پایداری خاک دانه مفید و موثر است.
نتیجه گیرییافته های این مطالعه حاکی از تاثیر مثبت افزودنی زغال زیستی بر شاخص های پایداری خاک دانه است که افزایش محدودی در میانگین های وزنی و هندسی قطر خاک دانه ها و تغییرات 40 درصدی در مولفه های اندازه ذرات ایجاد کرده است. به طورکلی بررسی شاخص های MWD وGMD در تیمارهای شاهد و زغال زیستی در چهار زمان متوالی به فواصل شش ماه حاکی از معنی داری اثر جداگانه زغال زیستی و زمان در هر دو شاخص و اثر تعاملی زغال زیستی و زمان در شاخص GMD در سطح اطمینان 95 درصد بوده است. بازه زمانی دوم دارای بیش ترین درصد تغییرات در مولفه های توزیع اندازه ذرات بوده است. همچنین بین میانگین های شاهد و زغال زیستی در بازه زمانی دوم در هر دو شاخص اختلاف معنی داری مشاهده شده است، لذا براساس یافته های این آزمایش بهترین عملکرد زغال زیستی در زمینه بهبود پایداری خاک دانه و ساختمان خاک بعد از گذشت یک سال از اعمال آن به خاک بود. مطابق با نتایج این پژوهش پایداری خاک دانه عاملی تاثیرپذیر از گذر زمان و تغییرات آب و هوایی فصلی است. میدانی بودن مقیاس آزمایش و هم چنین قرارگیری کرت ها در معرض آب و هوای طبیعی بر پیچیدگی های حاکم بر چنین فرآیندهایی افزوده و لذا طراحی مطالعات جزئی و در مقیاس زمانی مناسب تر و بازه های زمانی کوچک تر به منظور کسب نتایج دقیق تر ضروری است.
کلید واژگان: افزودنی آلی, پایداری خاک دانه, حفاظت خاک, کرت های فرسایشی استانداردIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:18 Issue: 66, 2024, PP 26 -37IntroductionProtection of soil resources is necessary the maintenance of world food security and the improvement of environmental quality. Soil structure is one of the physical and active characteristics of soil that it can be evaluated with the stability. Aggregate stability is important in the discussion of the physical quality of the soil, and its improvement leads to improvement of soil performance. Usage of different types of soil amendments in conditions where there is not the possiblity of biological management, it is a useful solution to conservation and improvement of soil structure. Biochar amendment is prepared from the various biological sources, and has been introduced as a non-structural conservation method in recent years. Therefore, the knowledge of its behaviors, reactions, and short-term and long-term changes in the soil is very important for sustainable management. The effect of biochar amendment on the physical characteristics of the soil under laboratory conditions has shown the positive changes in the criteria and physical indices of the soil. This aspect of biochar applications shows the study and its identification necessity in the natural resource fields with the focus on erosion control. Since the application of biochar amendment obtained from the Populus nigra branches in order to the soil conservation has not been reported in the field and in natural weather conditions, therefore, the current research has investigated the biochar effect on the soil structure in natural conditions in abandoned rain-fed and USLE plots for two continuous years.
Material and MethodsIn the present study, the effect of biochar amendment on soil structure changes in the area of Noruzlu dam, Miandoab city, West Azarbaijan province was evaluated at the scale of six USLE plots. Biochar is prepared by the pyrolysis process from the branches of Populus nigra species. To the experiment performance, two treatments of control and biochar were considered each with three replications. After preparing and transferring biochar to the region, it was applied and spread on the plots with the rate of 32.5 t ha-1. Plots sample was conducted to changes the investigation of the soil structure due to the biochar application in four continuous times at intervals of six months after the biochar. Particle size distribution and aggregate stability were measured using the dry sieve series method at these time intervals. The results of dry sieving were used to the measurement of the aggregate stability and for the determination of the particles size, and distinction of the stability level of particles were calculated from two indicators of the mean weight diameter (MWD) and the geometric mean diameter (GMD). Then, homogeneity of variances tests as one of the basic requirements of data analysis, the GLM test to investigate the separate and interactive effects of treatments and time, and the independent T-test to averages comparison of the investigated components between treatments were performed.
Results and discussionIn order to investigate the aggregate stability under biochar treatment in natural weather conditions at USLE plots, the mean weight diameter (MWD) and the geometric mean diameter (GMD) were measured for the control and biochar treatments in four continuous times. The MWD and GMD indices in control plots have the average values of 0.85, 0.68, 0.64, and 0.81, and 0.8, 0.69, 0.7, and 0.76 mm, and in biochar plots with rates of 0.86, 0.82, 0.75, and 0.84, and 0.79, 0.78, 0.75, and 0.77 mm, respectively. The changes trend in the variables D10, D50, and D90 related to the distribution particle size in the second time period were the rates of 43.8, 26.7 and 15.2 percent, and in the third time period also were with the rates of 14.2, 14.2, and 16.8 percent, respectively, which showed in the mentioned time periods, the changes trend of these variables increased in biochar treatment compared to the control treatment. Biochar amendment in combination with the soil of USLE plots had an effect on the aggregate stability indicators so that the separate effect of biochar and time and the interactive effect of biochar and time on the GMD index were significant at the level of 95 percent. In comparing the average of the investigated components between the treatments in each time period, both MWD and GMD variables in the second time period showed the significant difference at the level of five percent. Therefore, it can be said that the biochar is the useful and effective for improving soil stability after one year.
ConclusionThe findings of this study indicated the biochar amendment had the positive effect on aggregate stability indicators, which has caused a limited increase in the weight and geometric mean of the aggregate diameter and changes of 40 percent in the particle size components. In general, the examination of MWD and GMD indices in the control and biochar treatments in four continuous times at six-month intervals indicated the separate effect of biochar and time for both indicators and the interactive effect of biochar and time for the GMD index were significance at level of 95 percent. The second period had the maximum percentage of changes in the component of particle size distribution. Also, in the second period in both indicators, there was the significant difference between the averages of control and biochar treatment. Therefore, Therefore, based on the observed results in the current research, it can be stated that the best biochar performance to improve the aggregate stability and soil structure was after one year of biochar application on soil surface. According to the results of this research, the aggregate stability is affected by the time passage and seasonal climate changes., Due to the field scale of the experiment and also the exposure of the plots to the natural weather added to the complexities governing such processes, and in order to obtain more accurate results, it is necessary to design detailed studies with a more appropriate time scale and smaller time intervals.
Keywords: Aggregate Stability, Organic Amendment, Soil Conservation, Standard Erosion Plots -
مقدمه و هدف
خاک، پایه و اساس منابع زیستی و حیات روی کره زمین است. پایداری خاک از شاخص های کلیدی است که به منظور ارزیابی عملکرد ساختمان خاک در برابر فرسایش خاک استفاده می شود. در واقع پایداری خاکدانه های بیانگر مقاومت ساختمان خاک در برابر نیروهای خارجی مانند برخورد قطرات باران و فرسایش پاشمانی است. انرژی قطرات باران، یکی از عامل های اصلی از هم پاشیدگی خاکدانه های خاک در فرسایش آبی است. استفاده از افزودنی های گوناگون در سطح یا در داخل خاک با فرایند های گوناگونی شامل سله بندی سطحی، نفوذ، رواناب، تبخیر و سرانجام فرسایش خاک ارتباط نزدیکی دارد. با توجه به اهمیت پایداری خاکدانه ها در مهار فرسایش خاک، افزایش قطر ذرات در سطح خاک یکی از راه های جلوگیری از حرکت آن ها به وسیله عامل های فرسایشی است. بررسی پژوهش های پیشین نشان داد که افزودن ماده معدنی بنتونیت می تواند نقش موثری در تغییرات پایداری خاکدانه ها به ویژه در خاک های تخریب یافته داشته باشد. بنابراین هدف از این پژوهش استفاده از افزودنی بنتونیت بر تغییرات خاکدانه های سطحی خاک بود.
مواد و روش هادر این پژوهش، ماده معدنی بنتونیت با اندازه های 30،15 و 45% پوشش سطحی خاک و در سه تکرار استفاده شد. ابتدا خاک جمع آوری شده از زمین های مرتعی تا ژرفای 20 سانتی متری به آزمایشگاه انتقال داده شده در معرض هوای آزاد خشک شد و از الک چهار میلی متری عبورداده شد. سپس، خاک در فنجان های پاشمان ریخته شده و تحت شبیه ساز باران با شدت 90 میلی متر بر ساعت و مدت 10 دقیقه قرار گرفت. خاک سطحی قبل و بعد از شبیه سازی باران به ژرفای دو میلی متر و با اندازه 50 گرم از سطح فنجان های پاشمان جمع آوری شد و پایداری خاکدانه ها با استفاده از روش الک تر محاسبه شد. در این روش خاک باقی مانده روی هر الک با روش شستشو به داخل ظروف نشانه گذاری شده منتقل شد و به مدت 24 ساعت به حالت سکون رها شد. پس از تخلیه آب اضافی نمونه ها، رسوب باقی مانده به داخل ظروف مناسب با وزن مشخص منتقل شد. سرانجام به مدت 24 ساعت در کوره حرارتی با دمای c°105 خشک شد. در نهایت اثر کاربرد ماده معدنی بنتونیت بر متغیرهای دانه بندی و پایداری خاکدانه ها با استفاده از نرم افزار SPSS محاسبه شد.
نتایج و بحثبا توجه به عملکرد حفاظتی و میانگین وزنی- قطر خاکدانه های خاک با استفاده از ماده معدنی بنتونیت با سه اندازه 15، 30 و 45% و بر اساس طبقه های قطری >500، 500-250، 250-125، 125-100، 100-53، 53-38 و <38 میکرومتر، نتایج نشان داد که به علت تاثیر ماده معدنی بنتونیت میانگین قطر خاکدانه ها به طور معنی داری تغییر کرد. میانگین جرم خاکدانه ها در قطرهای مزبور در تیمار شاهد به ترتیب 0/82، 1/88، 6/82، 3/37، 9/53، 4/62 و 20/36 گرم بود و با ماده معدنی بنتونیت با اندازه 15% به ترتیب 1/16، 2/63، 8/17، 4/46، 10/81، 4/02 و 17/68 گرم بود و با ماده معدنی بنتونیت با اندازه 30% به ترتیب 0/84، 2/42، 7/93، 4/32، 11/03، 3/46 و 17/38 گرم و با اندازه 45% پوشش سطحی 0/81، 1/96، 6/95، 3/53، 10/01، 3/51 و 19/31 گرم بود. نتایج آزمون GLM نشان داد که تاثیر ماده معدنی بنتونیت بر متغیرهای 10D، 10/D90D و جورشدگی در سطح 95% و بر متغیرهای 50D، 90D، 10D-90D، 25D-75D و چولگی در سطح 99% معنی دار بود. اما اثر بنتونیت بر متغیر 25D/75D و کشیدگی معنی دار نبود. هم چنین با بررسی نتایج آزمون دانکن مشخص شد که ماده معدنی بنتونیت با اندازه 15 و 30% بر پایداری خاکدانه های خاک و افزایش میانگین قطر خاکدانه ها اثر بیشتری داشت.
نتیجه گیری و پیشنهادهانتایج این پژوهش نشان داد که ماده معدنی بنتونیت با ایجاد چسبندگی در سطح خاک آن را در برابر قطرات باران محافظت کرد و فرسایش خاک را کاهش داد. با توجه به نتایج این پژوهش پیشنهاد می شود که ابتدا پژوهش های بیشتری با توجه به شرایط خاک و باران طبیعی انجام شود و سپس اندازه های بهینه بنتونیت در مدیریت فرسایش و رواناب مشخص شود.
کلید واژگان: الک تر, حفاظت خاک و آب, ساختمان خاک, قطر خاکدانه, ماده معدنی غیرآلیIntroduction and GoalSoil is the basis of biological resources and life on the earth. Soil stability is one of the key indicators that it used to performance evaluation of soil structure against soil erosion. In fact, the aggregates stability indicates the resistance of the soil structure against external forces such as the raindrops impact and splash erosion. The raindrops energy is one of the main factors in the disintegration of soil aggregates in water erosion. The usage of different conditioners on the surface or inside soil is closely related to various processes such as surface sealing, infiltration, runoff, evaporation and finally soil erosion. Considering the importance of the aggregates stability soil erosion control, increasing the particles diameter on the soil surface can be one of the ways to prevent their movement and by erosive factors. The literatures review showed that the bentonite conditioner as a mineral conditioner can play the effective role in stability changes of aggregates, especially in degraded soils. Therefore, the purpose of present research is to the usage of bentonite conditioner on the changes of soil surface aggregates.
Materials and MethodsIn the present research, the conditioner of bentonite mineral used in amounts of 30, 15 and 45% of soil surface coverage and in three replications. At the first, collected soil from rangeland land to depth of 20 cm transferred to laboratory and was exposed to air-dry and passed through sieve of 4-mm. Then the soil was poured into the splash cups and placed under rainfall simulator with a rainfall intensity of 90 mm h-1 and a duration of 10 min. Surface soil before and after application of rainfall simulator was collected with depth of 2-mm with amount of about 50 g of the surface of splash cups and the aggregates stability was calculated using the method of wet sieve. In the method of wet sieve, the remaining soil on each sieve was drained into marked containers using washing method and then and was put to rest for 24 h. After draining the excess water of samples, the remaining sediment was transferred the appropriate containers with specific weight. Finally dried for 24 h at oven with temperature of 105˚C. Finally, the application effect of the bentonite conditioner on the variables of aggregation and aggregates stability was calculated using SPSS software.
Results and DiscussionAccording to the conservation function and the average diameter of the soil aggregates using bentonite conditioner in three values of 15, 30 and 45 percent and based on diameter classes >500, 250-500, 125-250, 100-125, 100- 53, 38-53 and <38 micrometer, the results showed that the average diameter of soil aggregates significantly changed under the effect of bentonite conditioner. The average mass of the aggregates in the control treatment was with rates of 0.82, 1.88, 6.82, 3.37, 9.53, 4.62 and 20.36 g respectively, in the mentioned diameters, and with bentonite conditioner in the amount of 15% was with rates of 1.16, 2.63, 8.17, 4.46, 10.81, 4.02 and 17.68 g, respectively. Also, in the conditioner with the amount of 30%, this variable was the rates of 0.84, 2.42, 93. 7, 4.32, 11.03, 3.46 and 17.38 g and in the amount of 45% was the amounts of 0.81, 1.96, 6.95, 3.53, 10.01, 3.51 and 31 It was 19 g, respectively. The results of GLM test showed that the effect of bentonite conditioner on the variables D10, D10/ D90 and sorting was significant in level of 95% and on the variables D50, D90, D90- D10, D75- D25 and skewness was significant in level of 99%. But the bentonite effect was not significant on the variable D75/ D25 and kurtosis. Also, the results of Duncan test showed that the bentonite conditioner with rates of 15 and 30% had the better effects on the stability of soil aggregates and increasing the average aggregates diameter.
Conclusion and SuggestionsThe obtained results from this research showed that bentonite conditioner can act as a protector against the raindrops and reducing soil erosion with creating adhesion on the soil surface. According to the results of the present research, it is suggested that the first, the more researches be conducted due to the soil conditions and natural rainfall and then the optimal values of bentonite be determined by erosion management and runoff.
Keywords: Aggregate Diameter, Inorganic Conditioner, Soil, Water Conservation, Soil Structure, Wet Sieve -
مقدمه و هدف
در کشور اجرای اقدام های آبخیزداری، ارزیابی و بررسی تاثیرات فعالیت های انجام شده ی این طرح ها بر فرآیندهای حاکم بر آبخیز، ضروری است. حال آن که اساسا ارزیابی عملکرد اقدام های آبخیزداری به اندازه ی کافی در کشور انجام نشده است.
مواد و روش هااین پژوهش در استان تهران در آبخیز کن با هدف شبیه سازی تاثیر اقدام های آبخیزداری بر متغیرهای آب شناختی، با استفاده از مدل SWAT انجام شد. از این رو، ابتدا اجرای اولیه مدل انجام شد و سپس واسنجی و اعتبارسنجی شد. در این پژوهش برای بهره گیری از دستورالعمل ها و توابع گوناگون هدف و نیز برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل از نرم افزارSWAT-CUP استفاده شد. به منظور تعیین و مقایسه ی شرایط شبیه سازی با شرایط حاکم بر آبخیز از معیارهای ارزیابی مانند ضریب تبیین و ضریب کارآیی استفاده شد.
نتایج و بحث:
نتایج پژوهش نشان داد که کارایی مدل SWAT برای شبیه سازی آب شناختی آبخیز مطالعه شده قابل قبول بود. بنابراین مقدار ضریب تبیین در مرحله ی واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب 0/69 و 0/86 بود. هم چنین، مقدار شاخص نش-ساتکلیف در مرحله ی واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب 0/85 و 0/93 به دست آمد. سپس اقدام های آبخیزداری در سطح آبخیز مطالعه شده شبیه سازی شد. نتایج این شبیه سازی نشان داد که رواناب سطحی در عملیات آبخیزداری به شکل بند توری سنگی، سنگی ملاتی، بانکت بندی و خشکه چین به ترتیب 25، 23، 21 و 11% کاهش یافت. همچنین، اندازه ی آب در دسترس در عملیات آبخیزداری به شکل بند توری سنگی، سنگی ملاتی، بانکت بندی و خشکه چین به ترتیب در مقایسه با شرایط اجرا نشدن این عملیات ها در سطح آبخیز 19، 21/3، 20/5 و 10/75 % بیشتر بود. بیش ترین اندازه ی تغییر جریان جانبی نیز در شرایط اجرای عملیات سنگی ملاتی بود. هم چنین اندازه ی تبخیر و تعرق با اجرای عملیات آبخیزداری بند توری سنگی، سنگی ملاتی، بانکت بندی و خشکه چین به ترتیب 20/19، 20/86، 19 و 10/87% افزایش یافت.
نتیجه گیری و پیشنهادها:
بر پایه ی نتایج این پژوهش در آبخیز کن می توان با اجرای اقدام های آبخیزداری مزبور، برنامه های مدیریتی و زیستی احتمال رخداد سیل و خسارت های ناشی از آن را تا حد زیادی کاهش داد.
کلید واژگان: اقدام های آبخیزداری, شبیه سازی آب شناختی, فرسایش خاک, مدل مفهومی ارزیابی آب و خاک, مدل آب شناختیIntroduction and Goal:
The implementation of watershed management practices in the country and the evaluation the conducted activities and effects investigation of these projects are essential on the governing processes at watershed. However, such an important approach has to be adequately considered.
Materials and MethodsAccordingly, the present study was planned with the simulation aim of the impact of watershed management practices on hydrological parameters using the SWAT model in the Kan Watershed in Tehran Province, Iran. Therefore, the first of the initial implementation of the model was carried out, and then it was calibrated and validated. In this research, SWAT-CUP software was used to usage of various instructions and objective functions and also to test and the model calibration and validation. In order to determination and comparison of the simulation conditions with the governing conditions on watershed applied the evaluation criteria such as the coefficient of explanation and the coefficient of efficiency.
Results and DiscussionThe research results showed that the model efficiency was acceptable for the hydrological simulation of the studied watershed. So, the explanation coefficient for calibration and validation was with rates of 0.69 and 0.86 respectively. Also, the Nash-Sutcliffe index for the calibration and validation obtained with rates of 0.85 and 0.93, respectively. Then, watershed management practices simulated at the level of studied watershed. The simulated results showed that the surface runoff decreased with the practices of watershed management in the form of gabion, masonry check dam, counter trench and loose- stone check dam with the values of 25, 23, 21, and 11 percent, respectively. Also, the available water was more after the practices of watershed management in the form of gabion, masonry check dam, counter trench and loose- stone check dam with rates of 19.0, 21.3, 20.5 and 10.75 percent, respectively, compared to the absence conditions of these practices at the watershed level. Also, the maximum amount of flow changes observed in the practices conditions of masonry check dams. In addition, the evapotranspiration increased with implementation of gabion. masonry check dams, counter trench and loose- stone check dams with rates of 20.19, 20.86, 19.0 and 10.87 percent, respectively.
Conclusion and Suggestions:
Based on the results of this research in the Kan watershed, the flood possibility and the flood damages can be reduced by practices of the watershed management, management and biological programs.
Keywords: Watershed Practices, Hydrologic Simulation, Soil Erosion, Soil, Water Assessment Tool, Hydrological Model -
زمینه و هدف
تغییرات رطوبت خاک و پایداری خاکدانه ها چه در کوتاه مدت و چه در بلندمدت پس از آتش سوزی به دلیل نقش مهمی که در رشد و تغذیه گیاه و فرسایش خاک دارند از اهمیت بالایی برخوردار است. در همین راستا استفاده از افزودنی ها در حفاظت خاک و آب به منظور استفاده پایدار از منابع آب و خاک ضروری است. حفاظت خاک و آب نیازمند تعیین مقدار بهینه افزودنی های خاک می-باشد تا از آلودگی های آب با کاربرد کودهای شیمیایی جلوگیری گردد. با این وجود، تعیین مقدار بهینه افزودنی های مختلف خاک با هدف کمی سازی اثر آن ها بر مولفه های رواناب و هدررفت اجزای خاک کم تر توجه شده است. پژوهش حاضر به منظور تعیین مقدار بهینه زئولیت در خاک تحت تاثیر آتش سوزی در شرایط آزمایشگاهی انجام شد.
روش پژوهش:
در پژوهش حاضر از افزودنی زئولیت با مقادیر 250، 500 و 750 گرم بر مترمربع در خاک برداشت شده از کاربری مرتع استفاده شد. نتایج اولیه روی خاک نشان داد که بافت خاک، ماده آلی، کربن آلی و pH به ترتیب رسی، 47/0 درصد، 27/0 درصد و 86/7 بود. بعد از آماده سازی خاک و قرارگیری آن در داخل کرت ها (با مقیاس 5/0 مترمربع)، تیمار آتش سوزی روی خاک اعمال شد. برای این منظور مقادیر حدود 250 گرم بقایای گونه های مرتعی هوا خشک در هر مترمربع ریخته شد و سپس آتش سوزی اعمال شد. کرت ها تحت سامانه شبیه ساز باران برای شدت بارش 50 میلی متر بر ساعت قرار گرفت. سپس نمونه های رواناب و رسوب در کرت های شاهد و حفاظت شده با زئولیت در سه تکرار جمع آوری شدند. حجم کل نمونه رواناب و غلظت رسوب آن به مدت 24 ساعت در حالت ثابت نگه داری شد و حجم آب اضافی نمونه ها تخلیه و در نهایت نمونه ها به مدت 24 ساعت در آون با دمای 105 درجه سانتی گراد قرار گرفت.
یافته هانتایج آماری دلالت بر اثر معنی دار افزودنی زئولیت با مقادیر 250، 50 و 750 گرم بر مترمربع در سطح خاک آتش سوزی روی افزایش زمان شروع رواناب (در سطح اعتماد 95 درصد) و کاهش حجم رواناب (در سطح اعتماد 99 درصد)، هدررفت خاک (در سطح اعتماد 99 درصد) و غلظت رسوب (در سطح اعتماد 99 درصد) داشت. هم چنین نتایج نشان داد که درصد حفاظت زمان شروع رواناب در تیمار زئولیت با مقادیر 250، 500 و 750 گرم بر مترمربع به ترتیب 61/1، 30/17 و 04/20 درصد بوده است. درصد تغییرات حجم رواناب در خاک آتش سوزی شده با کاربرد افزدنی زئولیت با مقادیر مختلف به ترتیب 00/8، 66/10 و 66/22 درصد بود. نتایج هدررفت خاک حاکی از آن است که درصد حفاظت افزودنی زئولیت در خاک آتش سوزی شده پس از کاربرد زئولیت با مقادیر استفاده شده به-ترتیب 24/14، 03/32 و 33/38 درصد بود. در نهایت درصد تغییرات افزودنی زئولیت در خاک آتش سوزی شده روی غلظت رسوب نیز به ترتیب 13/21، 90/24 و 41/21 درصد بود.
نتایجپدیده آتش سوزی در تیمار شاهد موجب کاهش تخلخل خاک و ایجاد لایه آبگریزی شده که مقدار نفوذپذیری خاک نیز کاهش یافته و همچنین منجر به خشک شدن خاک به ویژه در لایه سطحی شده و به طور قابل توجهی رواناب و انتقال رسوب را افزایش می دهد. نتایج زیرگروه بندی تیمارهای مختلف زئولیت روی زمان شروع رواناب نشان داد که زئولیت با مقدار 750 گرم بر مترمربع در زیرگروه سوم قرار گرفت که به عنوان مقدار بهینه برای افزایش زمان شروع و کاهش حجم رواناب در شرایط پس از آتش سوزی خاک انتخاب شد. هم چنین، بررسی اثر حفاظتی و گروه بندی مقادیر مختلف زئولیت نشان داد که زئولیت با مقادیر 250 و 500 گرم بر مترمربع به ترتیب روی غلظت رسوب و هدررفت خاک به دلیل اثر یکسان آن با سایر مقادیر و نیز بحث صرفه اقتصادی آن بهتر بودند. بنابراین برای بررسی تغییرات مولفه های غلظت رسوب و هدررفت خاک به عنوان مقدار بهینه و کاربردی پیشنهاد می گردند.
کلید واژگان: اصلاح کننده های خاک, حفاظت خاک و آب, مقدار بهینه زئولیت, مولفه های رواناب و رسوبBackground and AimChanges in soil moisture and aggregates stability both in the short term and in the long term after fire are important because of their important role in plant growth and nutrition and soil erosion. On the other hand, the conditioners usage in soil and water conservation is necessary for the sustainable usage of water and soil resources. The soil and water conservation requires the determining the optimal amount of soil conditioners in order to prevent water pollution with the application of chemical fertilizers. Nevertheless, determining the optimal amount of various soil conditioners less has been note with the quantification aim of their effect on the runoff and soil loss components. The present study was conducted in order to determination of the optimal amount of zeolite in fire soil under laboratory conditions.
MethodIn the current research, zeolite additive with amounts of 250, 500 and 750 g m-2 was used in the collected soil from the rangeland. The preliminary results on the soil showed that the soil texture, organic matter, organic carbon and pH, EC were clay, 0.47 percent, 0.27 percent, 7.86, respectively. After preparing the soil and placing inside plots (with scale of 0.5 m2), fire treatment applied to the soil surface. For this purpose, the remains of air-dried rangeland species with amounts about 250 g m-2 were poured and then fire was applied. The plots were placed under rainfall simulator system for a rainfall intensity of 50 mm h-1. Then, the runoff and sediment samples were collected in control and conserved plots with zeolite in three replicates. The total volume of the runoff sample and its sediment concentration were take constant for 24 h and the excess water volume of the samples was drained and finally the samples were placed in an oven at a temperature of 105˚c for 24 h.
ResultsThe statistical results indicated the zeolite conditioner with rates of 250, 50, and 750 g m-2 on the surface of fire soil had the significant effect on the increasing the time to runoff (in confidence level of 99 percent) and decreasing the runoff volume (in confidence level of 99 percent), soil loss (in confidence level of 99 percent) and sediment concentration (in confidence level of 99 percent). Also, the results showed that the conservation percentage of time to runoff in zeolite treatment with rates of 250, 500 and 750 g s-2 was 1.61, 17.30 and 20.04 percent, respectively. The changes percent of the runoff volume in the fire soil with the zeolite application with different amounts was 8.00, 10.66 and 22.66 percent, respectively. The results of soil loss indicated that the conservation percent of zeolite conditioner in fire soil after the zeolite application with the used amounts was 14.24, 32.03 and 38.33 percent, respectively.Finally, the changes percent of zeolite conditioner in the fire soil on sediment concentration were 21.13, 24.90 and 21.41 percent, respectively.
ConclusionThe fire phenomenon in the control treatment caused the decreasing the soil porosity and the creation of the hydrophobic layer, which also decreased the infiltration amount of soil and also caused to drying of the soil, especially in the surface layer, and significantly increased the runoff and sediment transportation. The subgrouping results of the different zeolite treatments on the time to runoff showed that zeolite with the amount of 750 g m-2 was placed in the third subgroup, which it was selected as the optimal amount to increasing the time to runoff and reducing the runoff volume in the post-fire soil conditions. Also, the investigation of the conservation effect and grouping the different zeolite amounts showed that the zeolite with the amount of 250 and 500 g m-2 were the better for sediment concentration and soil loss, respectively, its same effect with other amounts and also its discussion of the economic efficiency. Therefore, they are suggested as optimal and practical values for changes study of sediment concentration and soil loss components.
Keywords: Runoff, Sediment Variables, Optimal Amount Of Zeolite, Soil Amendments, Soil, Water Conservation -
مقدمه
هدررفت خاک پدیده ای است که موجب تخریب اراضی شده و به دلیل بهره وری پایین کشاورزی نه تنها بر منابع طبیعی بلکه بر معیشت مردم نیز تاثیر منفی می گذارد. خاک از منظر اقتصادی یکی از منابع طبیعی است که بر قدرت ملی یک کشور موثر است و به عنوان یک محور اصلی در قدرت اقتصادی ارزیابی می شود. فرسایش فرایندی است که باعث تخریب لایه های سطح خاک و جابه جایی مواد تشکیل دهنده آن شده و یکی از شایع ترین علل تخریب اراضی در سراسر جهان و تهدیدی جدی برای جامعه انسانی و محیط زیست است. متوسط سالانه فرسایش خاک در ایران حدود 24 تن در هکتار در سال است. این رقم بسیار قابل توجه بوده و ارزش اقتصادی بیش از صدها میلیارد ریال را در بر می گیرد. تنش های اقتصادی، اجتماعی و سیاسی به ویژه تنش های ناشی از مهاجرت نیز تا حد زیادی به این موضوع مربوط می شود. از سوی دیگر، رشد روزافزون جمعیت در ایران و به دنبال آن مصرف بیشتر مواد غذایی، کشاورزان را مجبور به استفاده از اراضی شیب دار حساس به فرسایش کرده است که یکی از دلایل اصلی تخریب منابع طبیعی است. بنابراین، پیش از هر اقدامی پیش بینی شدت فرسایش خاک به برنامه ریزی در تعیین کاربری اراضی، بررسی خطرات فرسایش و ارزیابی اثرات تغییرات کاربری ها حائز اهمیت است. تغییر پوشش و کاربری زمین بر بسیاری از فرایندهای طبیعی نظیر فرسایش خاک و تولید رسوب، سیلاب و خصوصیات فیزیکی شیمیایی خاک اثر می گذارد. هدف پژوهش حاضر بررسی سناریوهای مختلف عملیات بیولوژیکی بر میزان هدررفت خاک حوزه آبخیز مرگاو استان مازندران است.
مواد و روش هاحوزه آبخیز مرگاو در محدوده طول شرقی "6 9 °53 الی "41 14 °53 و عرض شمالی "25 6 °36 الی "34 12 °36 با مساحت 7/4401 هکتار در بالادست سد شهید رجایی ساری و از توابع شهر فریم بخش دودانگه ساری در استان مازندران است. بارندگی متوسط سالانه حوضه معادل 1/580 میلی متر بوده که ماه آذر و فصل پاییز به ترتیب پرباران ترین ماه و فصل هستند و مرداد و فصل تابستان نیز کم باران ترین ماه و فصل سال هستند. دمای متوسط حوزه نیز معادل 7/11 درجه سانتی گراد محاسبه شده است. همچنین پارامترهای فیزیوگرافی این حوضه از قبیل حداقل و حداکثر ارتفاع از سطح دریا به ترتیب 779 و 1787 متر و ارتفاع متوسط وزنی2/1204متر و شیب متوسط وزنی 79/35 درصد و زمان تمرکز 7/2 ساعت است. در نهایت اقلیم حوزه نیز به روش آمبرژه و دومارتن به ترتیب مرطوب سرد و نیمه مرطوب بوده است. به منظور اجرای سناریوهای تغییر کاربری فعلی اراضی حوضه به کاربری های مرتع و گیاهان دارویی، ابتدا نقشه کاربری فعلی اراضی حوزه آبخیز مرگاو، با استفاده از بازدیدهای میدانی و نرم افزار گوگل ارث در محیط GIS رسم شد. سپس با استفاده از مدل RUSLE، فرسایش کل حوضه محاسبه شد. از آنجایی که تغییر کاربری اراضی جنگلی، مسکونی و سد به کاربری دیگر در حوضه، منطقی نبود، از فرایند شبیه سازی حذف و بر سایر کاربری ها، پیشنهاد سناریو به مساحت 54/561 هکتار صورت گرفت.
نتایج و بحث:
نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد، میانگین میزان هدررفت خاک در اراضی کشاورزی، باغی و مناطق جنگلی تخریب یافته حوزه آبخیز مرگاو با استفاده از مدل RUSLE، 4/25 تن بر هکتار در سال بود. هم چنین نتایج شبیه سازی سناریوهای عملیات بیولوژیکی و حفاظتی خاک با استفاده از مدل RUSLE نشان داد، سناریوهای مرتعداری (سناریوی اول)، مرتعداری و باغداری (سناریوی دوم) و کشت گیاهان دارویی (سناریوی سوم)، به ترتیب فرسایش خاک را به 9/18، 9/8 و 4/5 تن بر هکتار در سال (کاهش) رساندند. با توجه به نقش فرسایش باران، میزان آن از شمال حوضه به سمت غرب و جنوب غربی حوضه افزایش می یابد که این امر مربوط به کاهش بارندگی و توزیع فضایی ناهموار بارندگی در حوضه است. شاخص فرسایش پذیری خاک (K) در استفاده از جنگل های تخریب شده و کشاورزی بیشتر از سایر کاربری ها بود. مناطق با شیب بیشتر فرسایش بیشتری داشتند که نشان دهنده نقش عامل LS در این امر است. به عبارت دیگر، اراضی کشاورزی که برای عامل LS در مقطع متوسط به بالا قرار گرفته اند، این بخش را نسبت به فرسایش خاک حساس تر می کند. با توجه به نقشه عامل پوشش گیاهی بر میزان فرسایش، حساس ترین مناطق به فرسایش اراضی جنگلی تخریب شده و سپس کشاورزی مناطقی هستند که با در نظر گرفتن افزایش یا کاهش شیب، میزان فرسایش را افزایش یا کاهش می دهند. بنابراین مهمترین عاملی که می تواند اثر منفی شیب بر فرسایش حوضه را کاهش دهد پوشش گیاهی است.
نتیجه گیریپیامدهای منفی فرسایش کل حوزه آبخیز مرگاو می تواند کاهش تدریجی حاصلخیزی خاک سطحی و اراضی زراعی و به خطر افتادن معیشت و امنیت غذایی مردم باشد. در واقع با توجه به نقش موثر پوشش گیاهی بر فرسایش خاک، اجرا و توسعه اراضی باغی و یا کشت گیاهان دارویی بر اساس اصول کشت نواری در اراضی شیب دار در این حوضه پیشنهاد می شود. در واقع می توان در راستای هدف گذاری حفاظتی، هدف گذاری اقتصادی را در انتخاب نوع پوشش گیاهی و انتخاب گونه گیاهی در نظر گرفت که هم بتواند از فرسایش خاک جلوگیری کند و هم از کشت آن درآمدزایی کند. بنابراین با توجه به دستورالعمل احداث باغ و کشت گیاهان دارویی دیم در اراضی شیب دار در سال 1395 و با توجه به جنبه های اقتصادی، سه سناریو برای این حوضه پیشنهاد شد که بهترین سناریو تبدیل اراضی کشاورزی به گیاهان دارویی دیم (سناریوی 3) است که باعث کاهش فرسایش از 44/25 تا 4/5 تن در هکتار در سال می شود. زیرا کشت گیاهان دارویی نیازی به خاک ورزی در سال ندارد و در مقایسه با محصولاتی مانند گندم می توان آن را طبق مدل حفاظتی خاک کشت کرد که باعث کاهش فرسایش خاک می شود. بنابراین توجه به مسائل اجتماعی و اقتصادی مبتنی بر توسعه پایدار در اجرای عملیات آبخیزداری می تواند عامل مهمی در مدیریت بهتر حوزه های آبخیز کشور باشد.
کلید واژگان: عملیات بیولوژیک, حفاظت خاک, مدل RUSLE, مسائل اقتصادی- اجتماعی, حوزه آبخیز مرگاوIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:18 Issue: 64, 2024, PP 15 -28IntroductionSoil loss is a phenomenon that it causes the land degradation and due to the low productivity of agriculture, it has a negative impact not only on natural resources but also on people's livelihood. From an economic point of view, soil is one of the natural resources that is effective on the national power of a country and is evaluated as a major axis in economic power. The average annual soil erosion in Iran is about 24 t.ha-1 year-1. This figure is very significant and includes the economic value of more than hundreds of billions of Rials. Economic, social and political tensions, especially the tensions resulting from the migrations of villagers and nomads, are also largely related to this issue. On the other hand, the ever-increasing growth of the population in Iran, followed by the consumption of more food, has forced the farmers to use sloping lands that are sensitive to erosion, and this is one of the main reasons for the destruction of natural resources. Therefore, before any action, it is important to predict the intensity of soil erosion, to plan in determining land use, to examine the risks of erosion and to evaluate the effects of changes in land use. Changing land cover and land use affects many natural processes such as soil erosion and sediment production, floods, and physical and chemical properties of soil. The purpose of the present study is the investigating the different scenarios of biological operations on the amount of soil loss in Margav watershed of Mazandaran province.
Materials and MethodsThe watershed area of Mergav is in the range of east longitude 53° 9′ 6″ to 53° 14′ 41″ and north latitude 36° 6′ 25″ to 36° 12′ 34″, with an area of 4401.7 hectares, upstream of Shahid Rajaei Sari Dam and in the functions of the city of Frame, Dodangeh The average annual rainfall of the basin is equal to 1.580 mm, and December and autumn are the rainiest months and seasons respectively, and August and summer are the least rainy months and seasons. The average temperature is also calculated as 11.7°c. Also, the physiographic parameters the minimum and maximum height above the sea level are 779 and 1787 meters respectively, the weighted average height is 1204.2 m, the weighted average slope is 35.79% and the concentration time is 2.7 hours. In the end, the climate of the area has been wet, cold and semi-humid according to Amberje and Dumartin methods. In order to implement the scenarios of changing the current land use of the basin to the use of pasture and medicinal plants, first, the current land use map of Mergao watershed, was drawn using field visits and Google Earth software in the GIS environment. Then, using the RUSLE model, the erosion of the entire basin was calculated. Since it was not logical to change the use of forest, residential and dam lands to other uses in the basin, a scenario with an area of 561.54 hectares was proposed to be removed from the simulation process and applied to other uses.
Results and DiscussionThe obtained results from present study showed that the average soil loss in agricultural lands, gardens and degraded forest areas of Margav watershed using the RUSLE model was the rate of 25.4 t.ha-1.year-1. Also, the simulation results of the scenarios of biological operations and soil conservation using the RUSLE model showed that scenarios Pasture (first scenario), pasture and horticulture (second scenario) and cultivation of medicinal plants (third scenario), decreased the soil erosion with rates of 18.9, 8.9, 5.4 t.ha-1.year-1, respectively. According to the role of rain erosion, its amount increases from the north of the basin to the west and southwest of the basin, which is related to the decrease in rainfall and uneven spatial distribution of rainfall in the basin. The index of soil erodibility (K) in the use of destroyed forest and agriculture was more than other uses. Areas with higher slopes were more eroded, which shows the role of LS factor in this matter. In other words, the agricultural lands that were placed in the medium to high section for the LS factor make this section more sensitive to soil erosion. According to the map of the vegetation factor on the amount of erosion, the most sensitive areas to the erosion of degraded forest lands and then agriculture are those that increase or decrease the amount of erosion by considering the increase or decrease of the slope. Therefore, the most important factor that can reduce the negative effect of slope on erosion in the basin is vegetation.
ConclusionThe negative consequences of the erosion of the entire watershed of Mergav can be a gradual decrease in the fertility of the surface soil and arable agricultural lands and endanger people's livelihood and food security. In fact, considering the effective role of vegetation on soil erosion, the implementation and development of garden lands or the cultivation of medicinal plants according to the principles of strip cultivation in sloping lands in this basin is suggested. In fact, in line with conservation targeting, economic targeting can be considered in choosing the type of vegetation and choosing a plant species that can both prevent soil erosion and generate income from its cultivation. Therefore, according to the instructions for building a garden and cultivating rainfed medicinal plants in sloping lands in 2016 and considering the economic aspects, three scenarios were proposed for this basin, the best scenario is the conversion of agricultural lands to rainfed medicinal plants, which reduces erosion from 4 25.4 to 5.4 tons per hectare per year (scenario 3) because the cultivation of medicinal plants does not require tillage every year and compared to crops such as wheat, it can be cultivated according to the soil conservation model, which reduces soil erosion and cultivation costs.Therefore, the considering the social and economic issues based on sustainable development in the implementation of watershed operations can be an important factor in the better management of country watersheds.
Keywords: Biological Operation, Soil Protection, RUSLE Model, Economic-Social Issues, Margav Watershed -
اقدامات آبخیزداری با انجام عملیات زیستی، زیست مهندسی و مهندسی، نه تنها درصدد حل مشکلات آبخیز است بلکه در راستای توسعه پایدار از طریق بهبود وضعیت اقتصادی و استانداردهای زندگی آبخیزنشینان است. بنابراین پژوهش حاضر با استفاده از داده های دوره زمانی 1395-1376 ایستگاه آب سنجی سولقان، به ارزیابی تاثیر عملیات حفاظت خاک وآب بر رسوب دهی حوزه آبخیز کن در استان تهران پرداخته شد. نتایج اولیه حاصل از شبیه سازی اقدامات با استفاده از مدل SWAT نشان دهنده اختلاف زیاد بین مقادیر شبیه سازی و مشاهداتی بود که پس انجام مراحل تحلیل حساسیت با الگوریتم 2-SUFI با استفاده از SWAT-CUP اقدام به واسنجی و اعتبارسنجی مدل شد. براساس نتایج به دست آمده مقدار ضریب تبیین در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی مدل به ترتیب برابر 74/0 و 86/0 و مقدار شاخص نش-ساتکلیف نیز برای مراحل مذکور به-ترتیب برابر 74/0 و 77/0 به دست آمد که نشان دهنده کارایی بالای مدل در شبیه سازی است. سپس اقدام به شبیه سازی اقدامات آبخیزداری در سطح حوزه آبخیز مورد بررسی شد و نتایج حاکی از کاهش رسوب، در صورت اجرای اقدامات آبخیزداری بود به نحوی که رسوب در آبخیز کن با شبیه سازی اقدامات بانکت بندی، سنگی ملاتی، توری سنگی، خشکه چین، بذرکاری و نهال کاری به ترتیب 65/44، 72/26، 70/26، 03/8، 97/4 و 73/9 درصد کاهش یافت. بر اساس نتایج به دست آمده، مناطقی که در آن عملیات حفاظت خاک وآب شبیه سازی شده بود دارای کم ترین رده رسوب دهی با مقدار 5/1 تن بر هکتار در سال بودند. در همین راستا می توان بیان نمود که استفاده از مدل ها به خصوص مدل SWAT به دلیل کاهش هزینه های عملیات میدانی و هم چنین کاهش زمان مورد نیاز برای تحلیل مسائل مدیریتی
کلید واژگان: حفاظت آب و خاک, فرسایش و رسوب, عملیات آبخیزداری, مدل SWATWatershed management practices by biological, biomechanical and mechanical operations are not only trying to solving watershed problems, but also in line with the sustainable development through improving the economic condition and living standards of stakeholders. Therefore, the present study was conducted to impact evaluation of the soil and water conservation practices on the sediment yield of Kan watershed in Tehran province using the data of the period of 1998-2018. The initial results from the practices simulation using the SWAT model showed that there was the large difference between the simulated and observed values, the model was recalibrated and validated after steps performance of the sensitivity analysis with the 2-SUFI algorithm. Based on the obtained results, the coefficient value of explanation in the calibration and validation stage of model obtained equal to 0.74 and 0.86, respectively, and the Nash-Sutcliffe index value was equal to 0.74 and 0.77, respectively, that these values showed the model had the high efficiency for simulation. Then the simulation of watershed management practices investigated on the watershed level and the results indicated if the management practices implement the sediment values will reduce. In such away that the sediment yield in the watershed reduced using practices simulation of terracing, masonry check dams, gabion check dams, loose stone dams, seeding and planting decreased with rates of 44.65, 26.72, 26.70, 8.03, 4.97 and 9.73 percent, respectively.
Keywords: Water, Soil Conservation, erosion, sediment, Watershed Operation, SWAT model -
پژوهش حاضر با هدف شناسایی مناطق مستعد فرسایش خندقی و زمین لغزش به صورت نقشه ی دو خطره در قالب یک نقشه ی واحد در حوزه آبخیز گرگانرود انجام شد. علاوه برآن، استفاده از دو مدل یادگیری ماشینی RF و SVM برای تعیین ارتباط میان این خطرات و متغیرهای زمین - محیطی و همچنین تهیه نقشه مناطق مستعد وقوع هر خطر به صورت منفرد به عنوان هدف ثانویه مدنظر قرار گرفت. برای اعتبارسنجی نقشه های استعداد وقوع هر خطر، از منحنیROC استفاده شد، و بهترین مدل برای تعیین نقشه حساسیت پذیری هر خطر با بالاترین دقت انتخاب شد. در نهایت با ادغام نقشه حساسیت مربوط به خطرات زمین لغزش و فرسایش خندقی با ترکیب مدل های مختلف و مدل برتر، نقشه حساسیت دو خطره به دست آمد. نتایج نشان داد مدل RF با (9/82= AUC) برای خطر زمین لغزش و (9/96 =AUC) برای فرسایش خندقی نسبت به مدل SVM با مقدار(0/76= AUC) برای خطر زمین لغزش و (9/93= AUC) برای فرسایش خندقی دارای دقت بالاتری است. در نهایت با ادغام نقشه حساسیت مربوط به هر خطر یک نقشه ی واحد و جامع که نشان دهنده ی مناطق مستعد هردو خطر باشد به دست آمد. نقشه نهایی می تواند به عنوان ابزاری باارزش برای برنامه ریزی پایدار برای کاربری اراضی در مناطق مستعد چند خطره مورداستفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: پیش بینی مکانی, مخاطرات طبیعی, نقشه دو خطره, مدل های یادگیری ماشینی, منحنی تشخیص عملکرد نسبیIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:17 Issue: 62, 2023, PP 75 -85The aim of this study is to identify the areas prone to gully erosion and landslide as a two-hazard map in the form of a single map in Gorganrood watershed. In addition, the use of two machine learning models such as RF and SVM to establishing the spatial relationship between these hazards and the GEFs and any hazard susceptibility mapping separately. In addition, the validation of the hazards susceptibility maps was conducted based on the ROC curve method, and the best model was chosen with the highest predictive performances. Finally, by combining the susceptibility landslides and gully maps, the two-hazard probability maps were produced, which were a combination of different models and the best model. The results showed a RF model with (AUC = 82.9) for landslide and (AUC = 96.9) for gully erosion have higher accuracy compared to the SVM model with a value of (AUC = 0.76) for landslide and (AUC = 93.9) for gully erosion. Finally, a single and comprehensive map was obtained by combining of the each hazard susceptibility map for identification the areas prone to both hazards based on both models. The final two-hazard map can be used as a valuable tool for sustainable land use planning in multi-hazard prone areas.
Keywords: Spatial prediction, Natural hazards, two- hazard map, Machine learning models, Relative receiver operating characteristic curve -
افزایش ناگهانی رشد جمعیت و به دنبال آن محدودیت و کمبود در عرضه منابع آب شیرین در سطح جهان باعث فراهم شدن شرایط جدیدی برای کشورهای واقع در کمربند خشک و نیمه خشک شده است. پروژه های متعددی ازجمله آبیاری و زهکشی، کنترل سیلاب و ساخت سد به منظور حفظ، بهبود و بهره برداری بهینه از این منابع باارزش اجراشده است. دراین بین سدها ابزاری بسیار مهمی برای مدیریت آب رودخانه برای توسعه اجتماعی-اقتصادی و هم چنین بهبود وضعیت اکولوژیکی تخریب شده سیستم رودخانه و خدمات آن ها به شمار می رود. سدها بسته به مکان و زمان درزمینه جریان زیست محیطی دارای نقش منفی و مثبتی است که در این میان هزینه های زیست محیطی آن ها قابل توجه می باشد. مطابق نتایج مستندات و گزارش های انجام شده احداث سد دربرگیرنده تغییرات زیست محیطی از جنبه های مختلف هجوم و افزایش گونه های مهاجم تا افزایش دسترسی به زیستگاه های تخم ریزی برای ماهیان مهاجر بوده است. امروزه چالش پیش روی مدیران و دانشمندان درک و مدیریت بهتر عواقب ناشی از حذف سدها می باشد. به همین تقدیر هدف از نوشتار حاضر ارایه رویکردهای حذف سد بر تغییرات اکولوژیکی می باشد. نتایج این پژوهش می تواند اطلاعات باارزشی از تغییر رفتار سدها روی ویژگی های محیط زیست را به کنش گران بخش های مربوطه ارایه دهد.
کلید واژگان: بوم سازگان, تنوع زیستی, زیستگاه, زیست محیطی, مدیریت منابع آبThe sudden increase in population growth, followed by the restriction and scarcity of the world's supply of freshwater resources, has created new conditions for countries in the arid and semi-arid belts. To conserve, enhance and make the best use of these valuable resources, several projects have been implemented, including irrigation and drainage, flood control and dam construction. Meanwhile, dams are a very important tool to manage the river water for socio-economic development and also to improve the deteriorated ecological status of the river system and its services. Depending on place and time, dams play both negative and positive roles in environmental flows, with significant environmental costs. According to the results of the documents and reports, the construction of the dam has brought about environmental changes from various aspects of invasion and increase in invasive species to improving access to spawning habitats for migratory fish. The challenge for managers and scientists today is to better understand and manage the consequences of dam decommissioning. For this reason, the purpose of this study is to present the approaches of removing the dam on ecological changes. The results of this research can provide stakeholders in the responsible departments with valuable information about the changes in the behavior of dams on the environmental properties.
Keywords: Biodiversity, Ecosystems, environment, habitat, water resource management -
مقدمه و هدف
تغییرات کاربری اراضی یکی از عوامل مهم در تغییر وضعیت هیدرولوژیک آبخیز و فرسایش خاک بوده و نوع کاربری اراضی از عوامل مهم و تعیین کننده در تولید رواناب سطحی است. با آگاهی از روند تغییرات کاربری اراضی، می توان اثرات آن را در هیدرولوژی مناطق تحت تاثیر، مدیریت کرده و اکوسیستم های طبیعی را به سمت تعادل هدایت نمود. پژوهش پیش رو با هدف آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از داده های ماهواره ای و تحلیل نقش آن در تغییر وضعیت هیدرولوژی انجام گرفت.
مواد و روش هامنطقه مورد مطالعه، بخش بالادست آبخیز رودخانه سیاهرود واقع در جنوب شهر قایمشهر است. در این تحقیق برای تهیه نقشه های کاربری اراضی از نرم افزار Idrisi Selva، و تکنیک های تلفیقی پیکسل پایه و شی گرا، طبقه بندی نظارت نشده و نظارت شده تصاویر سنجنده TM ماهواره لندست5 مربوط به سال 1377 و 1388و تصاویر سنجندهOLI ماهواره لندست 8 مربوط به سال 1394 و 1398 استفاده گردید. پس از تهیه نقشه های کاربری اراضی برای هر مقطع زمانی، مقادیر CN برای هر کاربری براساس دستورالعمل استاندارد روش SCS تعیین شده و CN متوسط وزنی برای کل منطقه مورد مطالعه برآورد گردید. در نهایت پتانسیل تولید و ارتفاع رواناب حاصل از بارندگی محاسبه می شود.
یافته هاتغییرات کاربری اراضی منطقه مورد مطالعه در بازه زمانی 22 ساله نشان داد که 281 درصد، معادل 657 هکتار به مساحت باغ های مرکبات اضافه شده است. در حدود 5 درصد از سطح جنگل پهن برگ کاسته شده و سطح مناطق مسکونی 57 درصد رشد داشته است. با توجه به تغییرات کاربری اراضی طی این دوره 22 ساله، مقدار متوسط وزنی CN از 63/01 به 62/73 کاهش یافته است. همچنین برآورد میزان رواناب برای بارندگی معادل 59/8 میلی متر (متوسط حداکثر بارش24 ساعته طی دوره 22 ساله) نشان داد که ارتفاع رواناب از 4/83 میلی متر در شرایط سال 1377 به 4/73 میلی متر در شرایط سال 1398، کاهش یافته است
نتیجه گیریبا توجه به تغییرات کاربری اراضی و اثر آن در تولید رواناب حوضه، به نظر می رسد در مجموع طی دوره 22 ساله، این اثرات تعدیل شده و تغییرات کاربری در جهت کاهش تولید رواناب نقش آفرینی نموده است. از اینرو انتظار می رود با ادامه این روند تغییرات کاربری اراضی، تولید رواناب در بالادست آبخیز رودخانه سیاهرود کاهش یابد.
کلید واژگان: آبخیز سیاه رود, تصاویر ماهواره ای لندست, تغییر کاربری, شماره منحنیIntroduction and ObjectiveLand use changes are one of the important factors in changing the hydrological status of the watershed and soil erosion, so the type of land use is one of the important and determining factors in the production of surface runoff. By knowing the process of land use changes, it is possible to manage the effects of land use changes in the hydrology of the affected areas and led the natural ecosystems towards balance. The following research was carried out with the aim of revealing land use changes using satellite data and analyzing its role in changing the hydrological situation.
Material and MethodsThe study area is the upstream part of the Siahroud river basin located in the south of Qaemshahr city. In this research, to extract land use maps of different time periods, integrated pixel-based and object-oriented methods, unsupervised and supervised classification of TM sensor images of Landsat 5 satellite related to 1998 and 2009 and OLI sensor images of Landsat 8 satellite related to 2015 and 2019 were used. After preparing the land use maps for each time period, the CN values for each land use were determined based on the standard instructions of the SCS method and the weighted average CN was estimated for the entire study area. At the end, the amounts of runoff production and depth of runoff resulting from rainfall are calculated.
ResultsThe land use changes of the studied area in the period of 22 years showed that 281%, equivalent to 657 hectares, was added to the area of citrus orchards. About 5% of the area of deciduous forest has decreased and the area of residential areas has increased by 57%. Due to the changes in land use during this 22-year period, the weighted average value of CN has decreased from 63.01 to 62.73. Also, the estimation of the amount of runoff for rainfall equal to 59.8 mm (average maximum rainfall of 24 hours during the period of 22 years) showed that the depth of runoff has decreased from 4.83 mm in the 1988 situation to 4.73 mm in the condition of 2019.
ConclusionConsidering the changes in land use and its effect on watershed runoff production, it seems that these effects have been moderated and land use changes have played a role in reducing runoff production over a period of 22 years. Therefore, it is expected that with the continuation of this process of land use changes, the production of runoff in the upstream of the Siahroud River watershed will decrease.
Keywords: Change Detection, Curve Number, Landsat, Siahroud watershed -
Aim
Landslide classification using a fractal model at the Tajan river basin in northern Iran is the study intended as a new approach based on 142 landslide information data set.
Materials & MethodsThe obtained results were interpreted using the Depth–Number (Dp–N) fractal model and a fairly wide set of information available for each landslide class, consisting of Digital Elevation Model (DEM), rainfall, landuse, geology (lithology and fault) and drainage network data.
FindingsThe log–log plot shows five classes for depth (weakly, moderately, highly, strongly, and extremely magnitude) which shows that the extremely magnitude landslides have depths higher than 19.95 m in the NE, middle, western, and SE parts of the Tajan basin. The strong (5-19.95 m) and high (2.4-5 m) magnitude landslides happened in the northern, NE, western and NW parts. The results, which were matched up to landuse, drainage network, DEM, and fault allocation patterns revealed an affirmative correlation between landslide classes and the particulars in the area. In addition, the coefficient of determination, R2, for each population shows that the classification has been done correctly using the Dp-N fractal model. Amounts of P-value obtained from paired samples t-test and ANOVA showed that the separated categories are in incongruity with each other and are significantly different (sig=0.000).
ConclusionResults show that separating the populations of landslides based on a parameter as magnitude and the difference between the populations’ magnitude of landslides should be considered in landslide susceptibility zonation.
Keywords: Log-log plot, Dp-N fractal model, Landslide populations, Tajan River Basin -
اطلاعات دقیق در مورد منابع رسوب معلق در سامانههای رودخانهای ضروری است، زیرا افزایش عرضه رسوبات ریزدانه به یک سامانه رودخانه ای از طریق فعالیتهای انسانی منجر به بارگذاری بیش از حد رسوب معلق در رودخانهها میشود که بر کیفیت آب و سلامت بومسازگان تاثیر منفی میگذارد. همچنین ،کمیسازی سهم نسبی منابع مختلف رسوبات معلق به منظور تعیین بهترین شیوههای مدیریت کنترل رسوب معلق اهمیت زیادی دارد. بنابراین، نیاز فزایندهای به اطلاعات قابل اعتماد در مورد منشا رسوبات ریزدانه حملشده توسط رودخانهها وجود دارد. هدف از این مطالعه، منشایابی رسوبات معلق با استفاده از ویژگیهای ژیوشیمیایی با استفاده از بسته Fingerpro نرم افزار R در کاربری/ پوششهای مختلف اراضی حوضه آبخیز واز در استان مازندران است. در پژوهش حاضر 30 نمونه خاک از کاربریهای مختلف اراضی شامل جنگل، مرتع، اراضی کشاورزی و همچنین، اراضی کنارههای آبراهه به عنوان منابع تولید رسوب و یک نمونه رسوب معلق در خروجی حوضه برداشت شده و ویژگیهای ژیوشیمیایی نمونههای خاک و رسوب شامل 59 عنصر با استفاده از دستگاه ICP-OES GBC Integra اندازهگیری شد. سپس، ردیابهای پایا و مناسب از بین 59 عنصر، برای منشایابی رسوبات معلق با استفاده آزمونهای آماری دامنه، کروسکال والیس و تحلیل تابع تفکیک، در بسته Fingerpro نرم افزار R شامل K،Li، P، V، Cr، Fe، Cu، Ga، Ge، Rb، Sb، Ba، Nd، Ta و Wانتخاب شد. همچنین، نتایج تفکیک سهم کاربریها/پوششهای اراضی در تولید رسوب معلق با شاخص نکویی برازش 68/80 نشان داد سهم اراضی کشاورزی، مرتع، جنگل و کنارههای آبراهه به ترتیب 18/0، 90/7، 69/5 و 21/86 درصد است. در نهایت، سهم ویژه هر منبع در تولید رسوب معلق به ازای هر هکتار نیز محاسبه شد و نتایج نشان داد کنارههای آبراهه و جنگل با سهم ویژه 513/0 و 0007/0 درصد به ازای هر هکتار بهترتیب بیشترین و کمترین مشارکت را در تولید رسوب معلق در هر هکتار دارند. نتایج همچنین نشان داد سهم ویژه اراضی کنار آبراهه بهترتیب 62/320، 61/394 و 85/732 برابر سهم ویژه کاربریهای کشاورزی، مرتع و جنگل است. نتایج منشایابی با روش ژیوشیمیایی در این بررسی، اطلاعات ارزشمندی درباره سهم منابع تولید رسوب معلق به منظور اجرای برنامههای مدیریتی برای حفاظت خاک و آب در اختیار مدیران و برنامهریزان قرار میدهد.
کلید واژگان: انتقال رسوب, ردیاب بهینه, فرسایش خاک, منشایابی رسوب, FingerProAccurate information about the source of suspended sediment in river systems is necessary because supply enhancement of fine-grained sediments to a river system through human activities leads to overloading of suspended sediment, which affects water quality and the ecosystem. In addition, quantifying the relative contribution of different sources is vital to determine the best methods for suspended sediment control. Therefore, reliable information needs about the origin of transported fine-grained sediments by rivers. The purpose of this study is the fingerprint of suspended sediments using geochemical characteristics using the R software Fingerpro package in various land uses/covers of the Vaz watershed in Mazandaran province. In this research, 30 soil samples were collected from different land use, including forest, rangeland, agricultural land, and the streambank as sources of sediment yield, and one sample of suspended sediment at the outlet watershed. Geochemical characteristics of the soil and 59 sediment samples were measured using the ICP-OES GBC Integra device. Then, suitable tracers were identified for the fingerprint of suspended sediments using range tests, Kruskal-Wallis, and discriminant function analysis, in the Fingerpro package of R software including K, Li, P, V, Cr, Fe, Cu, Ga, Ge, Rb, Sb, Ba, Nd, Ta, and W. The separation results of the land use/covers contribution in the yield of suspended sediment with the GoF index showed with the rate of 80.68 that the contribution of agricultural, rangeland, forest, and streambank was with rates of 0.18, 7.90, 5.69, and 86.21 percent, respectively. Finally, the contribution of each source to the yield of suspended sediment per hectare was calculated. Results showed that the streambanks and forests had the highest and lowest participation in the yield of suspended sediment per hectare with rates of 0.513 and 0.0007 percent, respectively. The results also showed that the special contribution of stream bank lands at land uses for agricultural, rangeland, and the forest was the rates of 320.62, 394.61, and 732.85, respectively. The fingerprint results using the geochemical method for managers and planners provide valuable information about the resource contribution of suspended sediment yield to implement management programs for soil and water conservation.
Keywords: FingerPro, Optimal tracer, Sediment fingerprint, sediment transfer, Soil erosion -
شناسایی منبع های رسوب و آلاینده های متصل به آن و تفکیک سهم کاربری ها/پوشش های زمین در تولید رسوب ابزاری ارزشمند در اولویت بندی مکانی کنش های حفاطت خاک در حوزه های آبخیز است. این پژوهش با هدف منشایابی رسوب بستر با روش زمین شیمیایی در آبخیز واز در استان مازندران انجام شد. سی نمونه ی خاک از پوشش های گوناگون زمین که سرچشمه ی رسوب بود، و یک نمونه ی رسوب بستر از خروجی حوزه برداشته، و 59 عنصر آن با روش ICP-OES اندازه گرفته شد. با ترکیب کردن آزمون های دامنه، کروسکال والیس، و تحلیل تابع تفکیک در بسته ی FingerPro در نرم افزار R، 15 عنصر K،Li ،P ،V ،Cr ،Fe ،Cu ،Ga ،Ge ،Rb ،Sb ،Ba ،Nd ،Ta و W برای ردیابی بهینه انتخاب شد. نتیجه با شاخص نکویی برازش 78/31 نشان داد که سهم زمین های کشاورزی، مرتع، جنگل و کناره های آب راه در تولید رسوب بستر به ترتیب %2/77، %3/61، %12/14 و %73/84 بود. نتیجه ی محاسبه ی سهم نسبی هر منبع در تولید رسوب نشان داد که کناره های آب راه و مرتع با سهم نسبی 0/43 و 0/0008 % به ازای هر هکتار به ترتیب بیش ترین و کم ترین است.
کلید واژگان: آبخیز واز, بسته ی FingerPro, ردیاب فرسایش, سرچشمه ی رسوب, منشایابی رسوبIdentification of sediment resources and their associated pollutants and contribution separation of land uses / land cover in sediment production is a valuable tool in spatial prioritization of soil conservation practices at watersheds. The present study was conducted with aim of bed sediment Fingerprinting using the geochemical method in Vaz watershed in Mazandaran Province. Thirty soil samples from different land covers were collected as sediment sources, and a sample of bed sediment at the basin outlet was measured. The geochemical characteristics including 59 elements were measured using ICP-OES. Then, using the combination of range tests, Kruskal-Valis and DFA test in FingerPro package at R software, 15 elements including K, Li, P, V, Cr, Fe, Cu, Ga, Ge, Rb, Sb, Ba, Nd, Ta, and W were selected as the optimal tracers. The results with a goodness index of fit of 78.31 showed that the contributions of agricultural, rangeland, forest, and stream bank lands in the bed sediment yield were with rates of 2.77, 3.61, 12.14, and 73.84 %, respectively. Finally, the relative contribution of each source in sediment yield for each hectare was calculated and the results showed that stream bank and rangeland with the relative contribution of 0.43 and 0.0008 percent for each hectare have the highest and lowest participation in sediment yield, respectively.
Keywords: Erosion tracer, FingerPro package, Sediment Fingerprinting, sediment sources, Vaz watershed -
ناپایداری های دامنه و زمین لغزش ها از مخاطرات مهمی برای فعالیت های انسانی هستند که اغلب سبب از دست رفتن منابع اقتصادی، خسارات به اموال و تاسیسات می شوند. این مخاطرات در شیب های طبیعی و یا شیب هایی که به دست انسان تغییر یافته اند، اتفاق می افتد. در پژوهش حاضر، به منظور مدل سازی و تهیه نقشه حساسیت پذیری خطر زمین لغزش حوزه آبخیز گرگان رود از مدل بیشینه آنتروپی که یکی از مدل های پیشرفته داده کاوی است، استفاده شده است. در مرحله اول نقشه پراکنش زمین لغزش های منطقه شامل 351 نقطه لغزشی بود تهیه شد. برای مدل سازی بیشینه آنتروپی 18 متغیر مستقل به عنوان عوامل پیش بینی کننده شامل مدل رقومی ارتفاعی، درصد شیب، جهت شیب، بارندگی، فاصله از گسل، فاصله از شبکه زهکشی، فاصله از جاده، کاربری اراضی، تراکم زهکشی، سازند سنگ شناسی، بافت خاک، انحنای طرح، انحنای پروفیل، شاخص رطوبت توپوگرافی، عامل طول شیب، شاخص توان جریان، موقعیت شیب نسبی و شاخص زبری سطح شناسایی و به مدل معرفی شد. سه سری متفاوت از نقاط وقوع زمین لغزش (S1, S2, S3) شامل 70 درصد برای آموزش مدل و 30 درصد برای اعتبارسنجی به صورت تصادفی آماده شد تا قوت یا استحکام مدل مورد ارزیابی قرار بگیرد. دقت مدل بر اساس شاخص ROC مورد ارزیابی قرار گرفت و مدل بیشینه آنتروپی دقت پیش بینی عالی (بالای 80 درصد) از خود نشان داد. همچنین، در این پژوهش درجه اهمیت متغیر ها به وسیله مدل مورد بررسی قرار گرفت و عوامل مدل رقومی ارتفاعی (32.4 درصد اهمیت)، سنگ شناسی (22.9 درصد اهمیت) و فاصله از گسل (14.8 درصد اهمیت) به ترتیب به عنوان مهمترین عوامل پیش بینی کننده در این منطقه شناسایی شدند.کلید واژگان: حوزه آبخیز گرگان رود, شاخص ROC, مدل داده کاوی, ناپایداری, robustnessSlope instability and landslides are important hazards to human activities that often result in the loss of economic resources, property damage and facilities. These hazards occur in the natural or man-made slopes. In the current study, the maximum entropy model was used which is one of the progressive data mining models, in order to modelling landslide susceptibility map for Gorganrood watershed. In the first step, the landslide inventory map was prepared consiste of 351 landslides. 18 geo-environmental factors were selected as predictors, such as: Digital elevation model, slope percent, aspect, distance from fault, distance from river, distance from road, rainfall, landuse, drainage density, lithology, soil texture, plan curvature, profil curvature, lithological formation, Topographic wetness index, LS factor, stream power index, Relative Slope Position and Surface roughness index. Three different sample data sets (S1, S2, and S3) including 70% for training and 30% for validation were randomly prepared to evaluate the robustness of the model. The accuracy of the predictive model was evaluated by drawing receiver operating characteristic (ROC) curves and by calculating the area under the ROC curve (AUC). The ME model performed excellently both in the degree of fitting and in predictive performance (AUC values well above 0.8), which resulted in accurate predictions. Furthermore, In this study the importance of variables was evaluated by the model. Dem (digital elevation model) (32.4% importance), lithology (22.9% importance) and distance from fault (14.8% importance) were identified respectively the main controlling factor among all other variables.Keywords: data mining model, Gorganrood watershed, instability, robustness, ROC curve
-
شاخص های کیفی آب معیاری برای طبقه بندی آب سطحی بر مبنای استفاده از پارامترهای استاندارد بوده و ابزاری ریاضی است که تعداد زیادی از داده های مورداستفاده برای توصیف ویژگی های آب را به یک عدد تبدیل کرده و سطح کیفی آب را بدست می دهد. مطالعه حاضر با هدف ارزیابی و مقایسه حساسیت دو شاخص کیفیت آب NSFWQI و IRWQISC نسبت به پارامترهای کیفی با استفاده از روش های مبتنی بر واریانس، بر روی رودخانه هراز با نمونه برداری ماهانه در سال 1400 در 7 ایستگاه منتخب در بازه پنجاب تا بالادست سد مخزنی هراز در استان مازندران انجام شده است. نتایج پژوهش حاضر نشان داده است که کیفیت آب در ایستگاه های S1 (سراب) و S2-1، در بهترین حالت نسبتا خوب و در بدترین حالت دارای کیفیت بد می باشند. کیفیت آب در ایستگاه های S2، S3، S4، S5-1 و S5(پایاب)، در بهترین حالت متوسط و در بدترین حالت در شهریورماه دارای کیفیت بد می باشند. در تحلیل عدم قطعیت و ارزیابی حساسیت شاخص NSFWQI از روش SRC و برای شاخص IRWQISC از روش FAST و SOBOL استفاده شد. نتایج آنالیز حساسیت بر اساس رویکرد رتبه بندی عوامل (Factor Prioritization) نشان داد در شاخص NSFWQI به ترتیب پارامترهای DO، BOD ، CF، T و P و در شاخص IRWQISC بعد از پارامتر DO پارامترهای BOD، P و N بیشترین تاثیر را برروی خروجی مدل ها داشته اند. در تحلیل عدم قطعیت، نتایج حاصل از به کارگیری روش SOBOL برای ایستگاه های مختلف رودخانه هراز با روش FAST مطابقت داشت اما نتایج آنالیز حساسیت حاصل از این دو روش با یکدیگر متفاوت بودند. باتوجه به نتایج حاصله و علی رغم نزدیکی نتایج حاصل از دو روش، می توان گفت روش SOBOL باتوجه به همگرایی بدون قیدوشرط در این مطالعه موفق تر از متدولوژی FAST عمل نموده است.کلید واژگان: ارزیابی, هراز, شاخص, SOBOL, FASTWater quality indicators are a standard for classifying surface water based on the use of standard parameters and is a mathematical tool that converts a large amount of data used to describe water properties into a number and obtains a water quality level. The aim of this study was to assess and compare the sensitivity of NSFWQI and IRWQISC water quality indicators to quality parameters using variance-based methods on Haraz River with monthly sampling in 2022 in 7 selected stations in the range of Panjab to Haraz reservoir Dam in the province Mazandaran. The results of the present study have shown that the water quality in S1 (upstream) and S2-1 stations are relatively good at best, and bad at worst. Water quality in stations of S2, S3, S4, S5-1 and S5 (downstream), in the best case is moderate and in the worst case in September have poor quality. SRC method was used to analyze the uncertainty and sensitivity of the NSFWQI index and FAST and SOBOL methodologies were used for the IRWQISC index. The results of sensitivity analysis based on Factor Prioritization approach showed that in NSFWQI index, DO, BOD, CF, T and P parameters respectively and in IRWQISC index after DO parameter, BOD, P and N parameters had the most impact on output. In the uncertainty analysis, the results of applying SOBOL methodology for different stations of Haraz River were consistent with FAST method, but the results of sensitivity analysis obtained from these two methods were different from each other. Considering the obtained results and despite the similarity of the results of the two methods, it can be said that SOBOL methodology has been more successful than FAST methodology in this study due to unconditional convergence.Keywords: Assessment, Haraz, Index, SOBOL, FAST
-
مقدمه و هدف
فرسایش خاک امروزه برای اکثر جوامع تهدیدی جدی بوده و موجب از بین رفتن آب و خاک می شود. یکی از مهم ترین عوامل کنترل کننده رواناب و فرسایش خاک، کاربرد افزودنی های خاک می باشد. بنابراین پژوهش حاضر، با هدف ارزیابی عمل کرد جداگانه و ترکیبی از تاثیر بقایای لوبیای روغنی با سه سطح 25، 50 و 75 درصد و پلیمر پلی وینیل استات در سطح سه درصد بر تغییرات رواناب و فرسایش خاک انجام شد.
مواد و روش هاخاک مورد استفاده در این پژوهش، از اراضی مرتعی از عمق 20 سانتی متری خاک جمع آوری شد و پس از انتقال به آزمایشگاه برای پایداری نسبی خاک دانه ها از الک چهار میلی متر عبور داده شد. جهت انجام پژوهش حاضر از تیمارهای بقایای لوبیای روغنی به عنوان یک افزودنی آلی خاک و پلی وینیل استات به عنوان یک افزودنی غیر آلی به صورت جداگانه و ترکیبی استفاده شد. تیمارهای حفاظتی در شرایط آزمایشگاهی و با استفاده از شبیه ساز باران برای بازه های زمانی 24 ساعت، دو و چهار ماه به کار برده شدند.
یافته هانتایج نشان داد بقایای لوبیای روغنی و پلی وینیل استات در سطح های مختلف به صورت جداگانه و ترکیبی در بازه های زمانی به کار برده شده توانست باعث افزایش زمان شروع و خاتمه رواناب و کاهش ضریب رواناب، فرسایش خاک و غلظت رسوب شود. بیش ترین تاثیر بر افزایش زمان شروع رواناب مربوط به تیمار ترکیبی بقایای لوبیای روغنی با سطح 75 درصد + تیمار پلی وینیل استات (3MSP) در بازه زمانی دو ماه (با مقدار 74/68 درصد) بود. هم چنین بیش ترین تغییرات در کاهش فرسایش خاک مربوط به کاربرد بقایای لوبیای روغنی با سطح 75 درصد (3MS) در بازه زمانی دو ماه با مقادیر به ترتیب 67/54 درصد بود. نتایج به دست آمده نشان داد که اثر بقایای لوبیای روغنی و پلی وینیل استات بر مولفه های مورد بررسی در سطح 99 درصد معنی دار بود.
نتیجه گیریدر مجموع می توان اظهار داشت که استفاده از بقایای لوبیای روغنی و پلی وینیل استات به صورت جداگانه و در ترکیب با سایر افزودنی ها با هدف بررسی اثر آنها در حفاظت خاک و آب، می تواند راهکاری مفید باشد. در نهایت استفاده از بقایای لوبیای روغنی و پلی وینیل استات در اراضی در حال فرسایش و یا فرسایش یافته و انجام پژوهش های جدید با دیگر افزودنی های خاک و در شرایط مختلف با هدف حفاظت خاک و آب پیشنهاد می گردد. هم چنین با توجه به عملکرد متفاوت کاربرد جداگانه و ترکیبی لوبیای روغنی و پلی وینیل استات استفاده صحیح از افزودنی ها در مدیریت منابع آب و خاک ضرورت دارد.
کلید واژگان: اصلاح کننده های خاک, افزودنی معدنی, حفاظت خاک, ضریب رواناب, هدررفت خاکIntroduction and ObjectiveNowadays, ths soil erosion is a serious threat for most societies and it causes the loss of water and soil. One of the most important factors of control of runoff and soil erosion is the application of soil conditioners. Therefore, the current research was conducted in order to performance evaluation of individually and combined effect of the bean straw mulch in three levels of 25, 50 and 75 percent and polyvinyl acetate in level of 3 percent on changes of runoff and soil erosion.
Material and Methodsthe used soil at present study collected from rangelands at depth of 20 cm and after transportation to laboratory for relative stability of aggregates passed from sieve of 4 mm. For performance of the present study of the treatments of bean straw mulch as an organic soil conditioner and polyvinyl acetate as an inorganic conditioner used in individually and combined form. The conservation treatments applied at laboratory conditions using rainfall simulator for time priodes of 24 h, 2 and 4 months.
ResultsThe results showed that the bean straw mulch and polyvinyl acetate at individually and combined various levels and applied time intervals could increase the time to runoff and end runoff and also decrease the runoff coefficient, soil erosion and sediemt concentration. The most affect on time to runoff related to combined treatment of bean straw mulch with level of 75 percent + polyvinyl acetate (MSP3) at time interval of 2 month (with rate of 74.68 percent). Also, the maximum changes of reduction of soil erosion related the application of bean straw mulch with level of 75 percent (MS3) at time level of 2 month with rate of 67.54 percent. The results showed that the bean straw mulch and polyvinyl acetate had significant effect on studied variables at level of 99 percent.
ConclusionIn general, it can be stated that the usage of bean straw mulch and polyvinyl acetate with form of individually and combined with other conditioners in order to investigation their effects on soil and water conservation can be a useful method. Finally, the usage of bean straw mulch and polyvinyl acetate in eroding or eroded lands and performance of new researches with other soil conditioners and in different conditions recommended with aim of soil and water conservation. Also Due to the different performance of individually and combined application of bean straw mulch and polyvinyl acetate, the correct usage of conditioners is necessity at the resources management of water and soil.
Keywords: Mineral conditioner, Runoff coefficient, Soil amendments, Soil conservation, Soil loss -
سابقه و هدف
فرسایش پاشمانی اولین مرحله فرآیند فرسایش آبی بوده که در نتیجه جدایش ذرات سطح خاک توسط قطرات باران صورت می گیرد. یکی از روش های کارا در راستای کاهش فرسایش پاشمانی خاک سطحی استفاده از افزودنی های خاک است. حفاظت از خاک در مرحله پاشمان می تواند نقش موثری در کاهش جدایش ذرات خاک، افزایش نفوذپذیری و در نهایت کاهش هدررفت خاک داشته باشد. هدف کلی از پژوهش حاضر بررسی تغییرات پاشمان کل، خالص بالادست و پایین دست با استفاده از افزودنی های کمپوست، زیولیت و نیز ترکیب آن ها بود. در این بین زیولیت با دانه بندی مطلوب موجب بهبود خواص هیدروفیزیکی خاک می گردد. هم چنین کمپوست می تواند موجب بهبود خصوصیات ساختمانی خاک شود. بنابراین برای انجام پژوهش حاضر از دو افزودنی زیولیت و کمپوست با مقادیر به ترتیب 07/0 و 09/0 گرم بر سانتی مترمربع و نیز ترکیب آن ها برای بررسی تغییرات فرسایش پاشمانی کل، خالص، بالادست و پایین دست خاک دارای بافت لومی شنی استفاده شد.
مواد و روش هاخاک مورد استفاده از عمق صفر تا 20 سانتی متری جمع آوری و به آزمایشگاه انتقال داده شد. پژوهش در مقیاس فنجان های پاشمان در شرایط آزمایشگاهی و با استفاده از شبیه ساز باران در شدت 80 میلی متر بر ساعت انجام شد. هم چنین تغییرات دوره های زمانی برای بازه های زمانی 24 ساعت، دو، چهار، هشت، 16 و 32 هفته نیز ارزیابی شد. فرسایش پاشمانی با جمع آوری ذرات پاشمان یافته طی هر باران و سپس خشک کردن آنها در دمای 105 درجه سلسیوس برای مدت 24 ساعت اندازه گیری شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک با استفاده از روش های رایج آزمایشگاهی تعیین شدند. داده های فرسایش پاشمانی با استفاده از نرم افزار SPSS و آزمون دانکن و GLM تجزیه و تحلیل شد.
یافته هاآزمایش ها نشان دادند که کاربرد ترکیب کمپوست و زیولیت بر تغییرات پاشمان خاک بیشتر از اثر آن ها به صورت جداگانه بود. نتایج نشان داد که ترکیب کمپوست و زیولیت با درصد تغییرات پاشمان کل به ترتیب 93/68، 53/15، 51/49، 83/38، 83/38 و 66/77 درصد و پاشمان خالص به ترتیب 27/67، 9/10، 36/56، 72/32، 27/47 و 72/72 در دوره های زمانی 24 ساعت، دو، چهار، هشت، 16 و 32 هفته درصد بود. هم چنین درصد تغییرات فرسایش خاک برای بخش بالادست فنجان پاشمان برای ترکیب کمپوست و زیولیت به ترتیب 83/70، 83/20، 66/41،83/45، 16/29 و 33/83 درصد و برای بخش پایین دست فنجان پاشمان به ترتیب و 35/68، 92/13، 89/51، 70/36، 77/41 و 94/75 درصد مشاهده شد. بررسی تاثیر دوره های زمانی نشان داد که در دوره های زمانی 32 و هشت هفته بیش ترین کاهش در مقدار فرسایش پاشمانی مشاهده شد. نتایج آماری نشان داد که اثر بازه زمانی و تیمار و اثر متقابل آن ها بر کاهش پاشمان کل و پاشمان خالص در سطح 99 درصد معنی دار بود. هم چنین اثر بازه زمانی و اثر متقابل بازه زمانی و تیمار بر کاهش پاشمان بالادست و پایین دست (بجز اثر متقابل بازه زمانی و تیمار بر پاشمان بالادست) در سطح 99 درصد معنی دار بود.
نتیجه گیریاضافه کردن این افزودنی ها به خاک باعث کاهش فرسایش پاشمانی خاک شد. هم چنین اثر گذشت زمان نیز باعث تاثیر بیش تر افزودنی ها برای کاهش مقدار فرسایش پاشمان گردید. در بین افزودنی های مورد استفاده اثر افزودنی کمپوست بر کاهش فرسایش پاشمانی بیش تر بود چرا که این افزودنی با افزایش پایداری و تخلخل خاک می تواند باعث اتصال ذرات خاک شده و در نتیجه مقاومت آن ها را در برابر انرژی باران افزایش دهد. در نهایت می توان بیان نمود که کاربرد افزودنی های به صورت جداگانه و ترکیبی می تواند تغییرات مثبتی بر کاهش پاشمان خاک داشته باشد که خود منجربه کاهش هدررفت خاک در دراز مدت خواهد شد.
کلید واژگان: افزودنی های خاک, دوره های زمانی, پاشمان بالادست و پایین دست, فرسایش پاشمانی, فرسایش خاکBackground and objectivesSplash erosion is the first stage of water erosion process, which results of the particles detachment of soil surface cause by raindrops. One of the efficient methods for reducing splash erosion is the usage of soil conditioners. Soil conservation at splash stage can play an effective role in reducing detachment of soil particles, increasing infiltration and ultimately reducing soil loss. The general purpose of the present study was to changes investigation of the total, net, upstream and downstream splash using conditioners of compost, zeolite and their composition. Zeolite with suitable granolometery cause the improvement of hydrophysical characteristics of soil. In addition, the compost can cause the improvement the structural characteristics of soil. Therefore, in this study used from two conditioners of zeolite and compost with amounts of 5.8 and 7.1 g cm-2, respectively, and their combination for changes investigation of total splash, net splash, upstream and downstream splash with soil texture of loamy-sandy.
Materials and methodsThe used soil was collected from the depth of 0 to 20 cm and was transferred to the laboratory. The study was performed on scale of splash cups and laboratory conditions using the rainfall simulator at rainfall intensity of 80 mm h-1. Also changes of time periods evaluated for durations of 24 h, two, four, eight, 16 and 32 week. Splash erosion measured by collecting the splash particles during each rainfall and then drying at temperature of 105° C. Physical and chemical characteristics of soil determined using current methods of laboratory. Data of splash erosion analyzed using SPSS software, Duncan test and GLM.
ResultsThe experiments showed that the application of the combination of compost and zeolite on changing the soil splash was the more than their separation effects. The results showed that the combination of compost and zeolite of total splash was with rates of 68.93, 15.53, 49.51, 38.83, 38.83 and 77.66%, respectively, and net splash of 67.27, 10.9, 56.36, 32.72, 47.27 and 72.72% at time periods of 24 h, two, four, eight, 16 and 32 week, respectively. Also, the changes percent of splash changes for the composition of compost and zeolite at the upstream of splash cup observed with amounts of 70.83, 20.83, 83.66, 45.41, 29.16 and 83.33%, respectively, and downstream was amounts of 68.35, 13.92, 51.89, 36.70, 41.77 and 75.94% , respectively. The effect study of time periods showed that the time periods of 32 and eight week had the more reduce at the amount of splash erosion. The statistical results showed that the effect of time period and treatment and their interaction on reducing the total splash and net splash was significant at the level of 99%. Also, the effect of time period and the interaction effect of time period and treatment on reducing the upstream and downstream splash was significant at level of 99%.
ConclusionAdding these conditioners to the soil cause the reducing the soil splash erosion. The time effect also caused the more effect of the conditioners for reducing the amount of slash erosion. Among the used conditioners, the effect of compost conditioner was more than two other conditioners on reducing splash erosion, because this conditioner by increasing the stability and porosity of soil can bind the soil particles and thus the resistance of soil particles increase against the rainfall energy. Finally, it can be stated that the conditioners application separately and combination can be have the positive effects on decreasing soil splash that will lead to reducing soil loss at the long term.
Keywords: Soil amendments, Soil erosion, Splash erosion, Time Periods, Up, Down-Direction Splash -
مقدمه و هدف
با توجه به اهمیت خاک و نقش مهم آن در تحول کشورها، روش های فراوانی برای حفظ این سرمایه ملی و مقابله با پیامدهای فرسایش خاک ارایه شده است. در سال های اخیر، ایران نیز همانند سایر کشورها با استفاده از حفاظت کننده های آلی و غیرآلی خاک گامی موثر برای حفاظت خاک برداشته است. در همین راستا هدف مطالعه حاضر، بررسی اثر خاکپوش ذرت بر میزان تغییرات رواناب و رسوب است.
مواد و روش هااین مطالعه در خاک لومی -شنی در مقیاس کرت های کوچک آزمایشگاهی با شیب 20 درصد و با استفاده از شبیه ساز باران با شدت 50 میلی متر بر ساعت با تداوم بارشی 10 دقیقه ای انجام شد. بدین منظور سه سطح پوشش 25، 50 و 75 درصد خاکپوش ذرت و چهار سطح رطوبتی، هوا خشک، 15، 20 و 30 درصد، طی سه تکرار در نظر گرفته شد.
یافته هانتایج این پژوهش نشان داد که اعمال پوشش خاکپوش ذرت تاثیر معنی داری بر کاهش رواناب و رسوب در سطح 99 درصد داشته است. با ثابت در نظرگرفتن سطح های رطوبتی، مقدار رواناب و رسوب تولیدی در کرت های بدون پوشش (شاهد) و پوشش 25، 50 و 75 درصد به ترتیب 4422، 4290، 3943 و 3619 میلی لیتر و 296، 136، 62 و 33 گرم بوده است. نتایج درصد تغییرات رواناب، رسوب و زمان شروع آن ها نیز نشان داد که خاکپوش در سطح های پوشش حفاظتی 25، 50 و 75 درصد و رطوبت های مختلف توانست مقدار رواناب را به ترتیب 3/14، 11/25 و 19/29 درصد، رسوب به ترتیب 62/06، 77/09 و 88/85 درصد نسبت به تیمار شاهد (بدون پوشش حفاظتی) کاهش دهد. درصد تغییرات زمان شروع رواناب و رسوب نیز به ترتیب 32/23، 73/38 و 136/82 درصد نسبت به تیمار شاهد افزایش یافته است.
نتیجه گیریبر اساس تغییرات آب نمود و رسوب نمود مشخص شد که پوشش حفاظتی 75 درصد خاکپوش ذرت در سطح های رطوبتی هواخشک، 15، 20 و 30 درصد به ترتیب با داشتن 645، 452، 215 و 99 ثانیه در افزایش زمان شروع رواناب و رسوب در مقایسه با تیمار شاهد موثرتر از سایر سطح های پوششی به کار برده شده، بوده است. هرچند که دو مقدار دیگر (25 و 50 درصد) نیز بر افزایش زمان شروع رواناب و رسوب تولیدی نیز موثر بودند. علم به روند تغییرات رواناب و رسوب و زمان شروع آن ها با اعمال پوشش حفاظتی می تواند ابزاری مفید و راهکاری کارا برای امر حفاظت خاک و آب پیشنهاد شود.
کلید واژگان: زمان شروع رواناب, سطح های رطوبتی, کرت کوچک آزمایشگاهی, هدررفت خاکIntroduction and ObjectiveGiven the importance of soil and its significant role in the countries evolution, numerous methods are presented to preserve this national capital and to combat the soil erosion consequences. In recent years, Iran like other countries, has taken an effective step to protect soil using organic and inorganic soil preservatives. Therefore, the aim of this study was to investigate the effect of corn mulch on rate and changes runoff and sediment.
Material and MethodsThis study was in loam – sandy soil in scale small plots laboratory and using a rain simulation with an intensity of 50 mm / h with a10-minute duration has been done. For this purpose, three levels of protective cover of 25, 50 and 75% of corn mulch one control treatment (without conservation cover) with four levels of moisture, air dry, 15, 20 and 30% were considered in three replications.
ResultsThe results of this study showed that application of corn mulch has a significant effect on runoff and sediment reduction at 99% level. Considering the moisture levels, the amount of runoff and sediment yield in uncoated (control) and 25, 50 and 75% plots were 4422, 4290, 3943 and 3619 ml and 296, 136, 62 and 33 g, respectively. The results of percentage change of runoff, sediment and start time of them showed that the cover at 25, 50 and 75 percent protective cover and different moisture levels were 3.14, 11.25 and 19.29 percent, respectively. Sediment reduction was 62.06%, 77.09% and 88.85%, respectively, compared to the control treatment (without protective cover). The percentage of changes in runoff and sediment of them increased by 32.23%, 73.38% and 136.82%, respectively.
ConclusionBased on the changes in hydrograph and sediment graph, it was found that 75% corn mulch at 15, 20, and 30% moisture content at 645, 452, 215 and 99 seconds, respectively, was more effective in increasing runoff and sediment time to runoff compared to the control treatment other cover surfaces have been used. However, two more (25 and 50%) were also effective in increasing production time to runoff and sediment. knowledge the trends of runoff and sediment changes and their time by applying conservation cover can be a useful tool and effective solution for soil and water conservation.
Keywords: Corn straw, Moisture levels, Small plots laboratory, Soil loss, Sediment, Time to Runoff -
پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر سن کاربری زراعی و باغی بر پویایی اشکال مختلف کربن آلی خاک، در منطقه چهار دانگه کیاسر استان مازندران انجام گرفت. در این منطقه، رویشگاه های مورد مطالعه، مراتع تبدیل شده به اراضی کشاورزی (جو) و باغی (سیب و گردو) در سه سن مختلف (بیشتر از 30 سال، بیشتر از 20 سال و کمتر از 10 سال) می باشد که در سه روستای ارا، اروست و واوسر قرار دارند. نمونه برداری از خاک در هرکاربری، به صورت تصادفی سیستماتیک از دو عمق 15-0 و 30-15 سانتیمتری انجام گرفت. در مجموع 10 نمونه خاک از هر کاربری، جهت آنالیز کربن آلی، کربن ذره ای، زیست توده کربن خاک، کربن ناپایدار خاک، واکنش (pH) و هدایت الکتریکی خاک به آزمایشگاه انتقال داده شد. نتایج تجزیه واریانس بیانگر آن بود که بیشترین میزان کربن آلی، کربن آلی ذره ای، زیست توده میکروبی کربن و کربن ناپایدار به کاربری باغ با سن بیشتر از 30 سال در عمق 15-0 سانتیمتری اختصاص داشته است، به طوری که در اثر تبدیل مرتع به باغ (دارای سن بیشتر از 30 سال) کربن آلی، کربن آلی ذره ای، زیست توده میکروبی کربن و کربن ناپایدار به میزان 18/86، 42/68، 13/61 و 94/66 درصد افزایش یافت. همچنین بیشترین میزان هدایت الکتریکی نیز در کاربری باغ با سن بیشتر از 30 سال یافت شد. اما واکنش خاک (pH) در کاربری جو با سن بیشتر از 30 سال در عمق 30-15 سانتیمتری بیشترین مقدار را داشت. درکل نتایج این تحقیق نشان داد که تاثیر عوامل مطالعه شده بر اشکال مختلف کربن آلی خاک مستقل از زمان نیست. بنابراین استراتژی های مدیریت کربن آلی خاک باید با توجه به دوره زمانی تنظیم شود.
کلید واژگان: سن کاربری اراضی, کربن آلی, کربن ذره ای, کربن ناپایدار, زیست توده میکروبی کربنThe aim of this study was to investigate the effect of land use age on dynamic of different forms of soil organic carbon in Chahar Dangeh region of Kiasar, Mazandaran province. In this area, the studied habitats include pastures conversion to agricultural lands (barley) and orchards (apples and walnuts) in three different ages (more than 30 years, more than 20 years and less than 10 years) in Era, Erost and Vavsar villages. In each land use, soil sampling was performed systematic- randomly from 0-15 and 15-30 cm depths. In total, ten soil samples from land uses were transferred to the laboratory for analysis of soil organic carbon, particulate organic carbon, microbial biomass carbon, labile organic carbon. The variance analysis results indicated that the higher values of soil organic carbon, particulate organic carbon, microbial biomass carbon, labile organic carbon found in orchard use during 30 years old, which was located at a depth of 0-15 cm. Due to the conversion of rangeland to orchard use (age more than 30 years), soil organic carbon, particulate organic carbon, microbial biomass carbon, labile organic carbon increased in 86.18%, 68.42%, 61.13% and 66.94% respectively. Also, the highest amount of EC was found in orchard use older than 30 years. But pH in barley land use older than 30 years at a depth of 15-30 cm had the highest value. In general, the results of this study indicated that the effects of the studied factors on different forms of soil organic carbon depend on the time. Therefore, soil organic carbon management strategies should be adjusted according to the time period.
Keywords: Land use age, Soil Organic Carbon, particulate organic carbon, Microbial biomass carbon, labile organic carbon -
برنامه ریزی و مدیریت بهینه ی زمین، مستلزم به روز رسانی اطلاعات تغییر کاربری در طول زمان است. کاربرد توانمندی های سنجش از دور و مدل ساز تغییر زمین (ال سی ام) بستر مناسبی برای شبیه سازی تغییر کاربری زمین ایجاد می کند. تغییر کاربری زمین در منطقه ی سرآب آبخیز سیاه رود در بازه ی زمانی 1394-1356 با مدل ساز ارزیابی، و سپس کاربری زمین برای سال 1409 شبیه سازی شد. نقشه های کاربری زمین سال های 1356، 1367، 1377، 1388 و 1394 با روش های طبقه بندی نظارت نشده و نظارت شده ی تصویرهای ماهواره ی لندست تهیه، و مدل ساز تغییر زمین برای سه دوره ی زمانی 1367-1356 و 1377-1367 و 1388-1377 در قالب سه مدل اجرا شد. پس از ارزیابی عمل کرد این مدل ها، مناسب ترین آن برای پیش بینی تغییر کاربری زمین انتخاب، و با کاربرد داده های دوره ی 1394-1388 پیش بینی برای سال 1409 انجام شد. نتیجه ی این پژوهش بیان گر آن است که کاربرد ورودی های مناسب برای مدل ساز تغییر زمین، به کارگیری روش های ترکیبی در طبقه بندی، و بهره گیری از دانش کارشناسی می تواند در بهبود نتیجه ی طبقه بندی تصویرها ماهواره یی و افزایش کارآیی ال سی ام موثر باشد (ضریب کاپای 0/82 تا 0/91). پیش بینی تغییر کاربری زمین در منطقه ی سرآب آبخیز سیاه رود در بازه ی زمانی 1356 تا 1409 بیان گر کاهش 67 % سطح زمین شالیزاری، کاهش 12 % سطح جنگل، 34 برابر شدن وسعت زمین مخلوط زراعت و باغ، و 3 برابر شدن وسعت منطقه های مسکونی است.
کلید واژگان: آشکارسازی تغییر, تحلیل چندزمانه, تصویرهای ماهواره یی, رودخانه ی سیاه رودAn optimized land management and the planning requires updating information on the land use changes over time. The application of remote sensing capabilities and land use change modeler (LCM) may provide a suitable platform for simulating land use changes. The LCM, land use changes in the upstream area of the Siahrud River Basin were evaluated in the 1977-2015 period and simulated for 2030. The land use maps of 1977, 1988, 1998, 2009 and 2015 were prepared, using the unsupervised and supervised classification methods of the Landsat satellite images, and the LCM, for the 1977-1988, 1988-1998 and 1998-2009 periods were implemented in the form of three models. After evaluation the performance of these models, the most appropriate one was selected. Using the data for the 2009-2015 periods a prediction was made for the year 2030. The results indicate that the use of appropriate inputs for the LCM, the application of the combined methods in classification, and utilizing expert knowledge, can be effective in improving the classification results and increasing the efficiency of the LCM. (Kappa coefficient 0.82 to 0.91). Predicting land use changes in the Siahroud River Basin during the 1977 to 2030 period indicates a 67% decrease in paddy fields and 12% decrease in forest area and a 34-fold increase in the extent of the mixed agricultural and orchards, and threefold increase in the extent of the residential areas.
Keywords: Change detection, multi-temporal analysis, satellite images, Siahroud River -
تخریب بستر و فعالیت در حریم رودخانه ها از جمله فعالیت های معدن، ساخت جاده، پل غیر استاندارد و غیره در اغلب موارد منجر به تشدید خطر وقوع سیلاب می شود. با توجه به اهمیت این موضوع، در پژوهش حاضر به بررسی اثر فعالیت های معدنی بر تعیین حریم کمی در بازه ای از رودخانه هراز، سه راهی بلده محل الحاق نوررود تا ابتدای منطقه جنگلی کلرد به طول 40 کیلومتر پرداخته شده است. در این راستا، برای بررسی تغییرات سطوح فعالیت های معدنی رودخانه در طی سال های 1363 تا 1399 از تصاویر ماهواره ای، برای شبیه سازی رفتار هیدرولیکی رودخانه از مدل هیدرولیکی HEC-RAS و برای مقایسه تغییرات حریم رودخانه در بازه زمانی مطالعاتی از مدل DLSRS استفاده شده است. بدین ترتیب، ابتدا تصایر ماهواره ای زمین مرجع و تکنیک تفسیر بصری برای تعیین سطح فعالیت های معدنی به کار گرفته شد. سپس، نقشه توپوگرافی با مقیاس 1:2000 بستر رودخانه در محیط الحاقیه HEC-GeoRAS (GIS) و مدل HEC-RAS برای شبیه سازی رفتار هیدرولیکی رودخانه مورد استفاده قرار گرفت و در نهایت، با برآورد پارامترهای پنج گانه مدل DLSRS، مقادیر حریم کمی رودخانه در فواصل زمانی 10 سال در بازه زمانی 1399-1300 تعیین شد. نتایج تغییرات سطوح فعالیت های معدنی مو ید تغییرات ژیومتری بستر بازه مورد مطالعه از قبیل جابه جایی و تنگ شدگی بوده است. نتایج بررسی عوامل تغییرات حریم نیز نشان داد که افزایش فعالیت های انسانی و تغییر رژیم جریان رودخانه، سبب افزایش حریم کمی رودخانه می شود. نتایج پژوهش نشان داد که طی قرن اخیر هجری شمسی سطح معادن در محدوده مطالعاتی از 3.35 به 13.57 هکتار در سال 1399 افزایش یافته است که بیشینه توسعه آن در دهه1390 هجری شمسی بوده است. در نتیجه، حریم کمی رودخانه از نه متر در سال 1300 به 17 متر در سال 1399 افزایش یافته است.کلید واژگان: سنجش از دور, سیلاب, مدل DLSRS, مدل HEC-RAS, مورفولوژیDestruction of the riverbed and activities in the river area, including mining activities, road construction, non-standard bridges, etc., often increase the risk of floods. Due to importance of this issue in the present study, the effect of mining activities on determination of channel boundary of Haraz River, (Noorrud junction to Kelerd forest area as a given reach) has been investigated with a length of 40 km. In this regard, to study changes in river mineral activity levels during the years 1985 to 2021 from satellite images, to simulate the hydraulic behavior of the river from the HEC-RAS hydraulic model and to compare changes in river area during the study period the DLSRS model were used. Thus, satellite data with visual interpretation techniques were used to determine the level of mining activities. Then, a 1: 2000 scale topographic map of the riverbed in the HEC-GeoRAS (GIS) extension and the HEC-RAS model was used to simulate the hydraulic behavior of the river. Finally, by estimating the five parameters of the DLSRS model, the quantitative values of the river at 10-year intervals were determined in the period 1300-1399. The results of changes in the levels of mining activities indicate geometric changes of the bed of the given reach such as displacement and narrowing process. The results of the study of the factors of channel boundary changes also showed that increasing human activities and changing the river flow regime increase the quantitative boundary of the channel. The results also showed that during the last century, the level of mines in the study area has increased from 3.35 to 13.57 ha in 2021, the maximum development of which has been since 2011. As a result, the quantitative area of the river has increased from 9 m in 1922 to 17 m in 2021.Keywords: DLSRS model, floodwater, HEC-RAS Model, Morphology, Remote Sensing
-
پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر تبدیل اراضی طبیعی به انواع اراضی زراعی در روستای واوسر از توابع شهرستان کیاسر انجام شد. برای این منظور، یک کاربری مرتع به همراه سه کاربری شامل کاربری های کشت عدس، گندم و سیب زمینی به عنوان محدوده مورد مطالعه انتخاب شدند. نمونه برداری از خاک هر کاربری از عمق 30-0 سانتی متری از سطح خاک صورت گرفت. در مجموع 40 نمونه خاک جمع-آوری گردید. سپس فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی خاک شامل بافت خاک، پایداری خاکدانه ها، وزن مخصوص ظاهری، ماده آلی کل، نیتروژن کل، پتاسیم، فسفر قابل جذب، کربنات کلسیم، اسیدیته خاک و هدایت الکتریکی اندازه گیری شدند. نتایج حاصل از تجزیه واریانس نشان داد که تبدیل مرتع به سه کاربری مذکور، روی بافت کلی خاک اثری نداشت و بافت خاک در هر چهار کاربری از نوع لومی بود. اما در بررسی مقایسه میانگین سه فاکتور تشکیل دهنده بافت خاک (سیلت، رس و شن) مشخص شد که بین درصد شن و سیلت اختلاف معنی داری در سطح 05/0 وجود دارد. همچنین نتایج نشان داد، سایر فاکتورها مانند پایداری خاکدانه، ماده آلی کل، نیتروژن کل، کلسیم کربنات در اثر این تبدیل به طور معنی داری کاهش یافتند بطوریکه در کاربری عدس، سیب زمینی و گندم پایداری خاکدانه به ترتیب 95/50، 44/20 و 76/8 درصد، ماده آلی کل به ترتیب 94/41، 73/24 و 04/22 درصد، نیتروژن کل به ترتیب 86/42، 43/21 و 14/7 درصد و میزان میزان کربنات کلسیم به ترتیب 72، 62 و 88 درصد کاهش یافتند. درصورتی که فسفر به ترتیب 91/55، 39/86 و 39/24 و پتاسیم به ترتیب 05/44، 88/71 و 45/8 درصد افزایش یافتند. اما این تبدیل اثر معنی داری بر اسیدیته، هدایت الکتریکی و وزن مخصوص ظاهری، نداشت. نتایج این پژوهش نشان داد که تغییر کاربری می تواند اثرات متفاوتی بر مشخصه های کیفی خاک داشته باشد بنابراین پیشنهاد می گردد نظارت و ارزیابی مداوم از وضعیت حاصلخیزی و کیفیت خاک های اراضی کشت شده صورت گیرد.
کلید واژگان: پایداری خاکدانه, تغییرکاربری اراضی, ماده آلی کل, مرتعThe aim of this study was to investigate the effect of converting natural lands to agricultural lands in Vavsar village of Kiasar city. For this purpose, a rangeland use, along with three other uses, including lentil, wheat, and potato cultivation, were selected as the study area. Soil sampling was performed at a depth of 30-0 cm from each soil surface. A total of 40 soil samples were collected. Then the physical and chemical factors of the soil were measured including soil texture, aggregate stability, bulk density, total organic matter, total nitrogen, potassium, absorbable phosphorus, calcium carbonate, pH and EC. The results of variance analysis showed that the conversion of rangeland to the three mentioned uses had no effect on the overall soil texture and the soil texture in all four uses was Lummi. However, in the comparison of the average of the three factors that make up the soil texture (silt, clay and sand), it was found that there is a significant difference between the percentage of sand and silt at the level of 0.05. The results also showed that other factors such as aggregate stability, total organic matter, total nitrogen, calcium carbonate were significantly reduced as a result of this conversion. So that in the use of lentils, potatoes and wheat, the stability of the soil is 50.95, 20.44 and 8.86 percent, respectively, the total organic matter is 41.94, 24.73 and 22.44 percent, respectively, the total nitrogen is 42.86, respectively. 21.43% and 7.14% and calcium carbonate levels decreased by 72%, 62% and 88%, respectively. While phosphorus increased by 55.91, 86.39 and 24.39, respectively, and potassium increased by 44.05, 71.88 and 8.45%, respectively. But this conversion did not have a significant effect on pH, EC and bulk density. The results of this study showed that land use change can have different effects on soil quality characteristics. Therefore, it is suggested that continuous monitoring and evaluation of the fertility status and quality of the cultivated lands be done.
Keywords: “Aggregate stability”, “Land use changes”, “Rangeland”, “Total organic matter” -
از مهم ترین پیامدهای افزایش واداشت تابشی ناشی از فعالیت های انسانی، گرمایش جهانی می باشد که دگرگونی های متنوع و چالش برانگیزی از جمله تغییرات اقلیمی را بر اکوسیستم های مختلف تحمیل کرده و پیش بینی های مختلف نیز نشان دهنده شدت بیشتر آن در آینده است. با توجه به این که مدل های اقلیمی و روش های تصحیح خطای متنوعی برای شناخت شرایط آینده ارایه شده، انتخاب مدل اقلیمی و روش تصحیح خطا مناسب، یکی از چالش های کلیدی مرتبط با آینده نگری تغییرات اقلیمی در مقیاس محلی و حوزه ای می باشد. در این مطالعه صحت و کارایی مدل های اقلیمی منطقه ای شامل: CanESM2، CSIRO Mk3،C- EARTH ،IPSL ، MIROC51،HadGEM2 ، MPI، NorESM1 و GFDLو روش های آماری تصحیح خطا شامل: LS، DC، DM، LI ،PT و VS با استفاده از آزمون های T و F، دیاگرام تیلور و ده شاخص آماری در دو دوره کنترل (2005-1956) و اعتبارسنجی (2015-2006) در ایستگاه بیرجند مورد ارزیابی قرار گرفته است. یافته های این پژوهش نشان می دهد شاخص متوسط ماهیانه دوره، کارایی مدل ها و روش ها را به صورت اغراق آمیزی افزایش می دهد و مدل برتر متناسب با نوع نمایه آماری و دوره مورد نظر متفاوت است. پیش بینی های روش ریزمقیاس نمایی فاکتور تغییر (CF) در دوره اعتبارسنجی دقت لازم را ندارد و روش ریزمقیاس نمایی خطی و واریانس به ترتیب برای پارامتر بارش و دما مناسب می باشد همچنین متوسط مقادیر شبیه سازی شده دما و بارش همه مدل های مورد استفاده نسبت به یک مدل از دقت بیشتری برخوردار بوده و مقادیر برآوردی مدل های اقلیمی EARTH و MPI دقت بیشتری دارد.
کلید واژگان: ارزیابی, بیرجند, تغییر اقلیم, ریزمقیاس نمایی, متغیرهای اقلیمی, مدل های اقلیمی منطقه ایOne of the most important consequences increased radiative forcing due to anthropogenic activities is global warming, that created varied and challenging changes such as climate change on ecosystems. Predictions show that the increased radiative forcing will continue. Regarding to the existence of several climate models and error correction methods, selection of the right model is one of the key challenges. In this study, the accuracy and efficiency of the fifth report on regional climate models including CanESM2, CSIRO Mk3, EC- EARTH, IPSL, MIROC51, HadGEM2, MPI, NorESM1 and GFDL and statistical downscaling error correction methods including Linear Scaling (LS), Change Factor (CF), Distribution Mapping (DM), Local Intensity Scaling(LI), Power Transformation (PT) and Variance Scaling (VS) Using T and F tests, the Taylor diagram and 10 statistical indices during two control (1956-2005) and validation (2006-2015) periods were assessed in Birjand station. The results show that; comparing the average of monthly period increases the efficiency of models and methods exaggeratedly. The best model is different based on statistical indicators and time series period. CF downscaling method is not accurate in validation period. LS and VS downscaling methods are appropriate selection for precipitation and temperature parameters respectively. Also, average accuracy of all models for both precipitation and temperature parameters is better than a single model. MPI and Earth climate models have good performance in simulating precipitation and temperature data.
Keywords: Birjand, Climate variables, Climate change, Downscaling, Evaluation, Regional climate model -
تغییرات در اندازه کرت می تواند مشخص کننده تاثیرات آن بر تغییرات مولفه های رواناب و هدررفت خاک باشد. از سویی نیز رواناب تولید شده در خاک های فرسایش یافته یکی از مهم ترین موانع و چالش های بشر در حفاظت از منابع آب و خاک بوده و نیز تهدیدی برای رفاه و حیات می باشد. یکی از مهم ترین عوامل کنترل کننده رواناب سطحی و افزایش نفوذ خاک، کاربرد افزودنی ها یا مواد اصلاح کننده به خاک می باشد. اما بایستی توجه داشت که تغییر اندازه کرت نیز می تواند تغییرات رواناب و هدررفت خاک را کنترل نماید. بنابراین پژوهش حاضر به منظور بررسی اثر تغییر اندازه در کرت های آزمایشگاهی در دو اندازه 0/25 × 0/5 و 0/5 × 1 مترمربع با استفاده از کود آلی با مقادیر صفر (تیمار شاهد) 62/5 و 125 (تیمار حفاظتی) گرم بر مترمربع بر تغییرات زمان شروع، ضریب رواناب، هدررفت خاک وغلظت رسوب انجام گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد در کرت هایی با اندازه 0/25× 0/5 مترمربع و کاربرد کود آلی با مقدار 62/5 گرم بر مترمربع تاثیر اندکی بر افزایش زمان شروع رواناب نسبت به تیمار شاهد داشت. اما با افزایش اندازه کرت و هم چنین میزان کود آلی زمان شروع رواناب افزایش یافت. تاثیر اندازه کرت روی مولفه های ضریب رواناب، هدررفت خاک و غلظت رسوب، کود آلی بر مولفه های زمان شروع رواناب، ضریب رواناب و هدررفت خاک و اثر متقابل تغییر اندازه و تیمار کود آلی برای مولفه هدررفت خاک در سطح 99 درصد معنی دار بود. هم چنین در کرت با مساحت 0/5 × 1/0 مترمربع تغییرات مولفه های زمان شروع و ضریب رواناب، هدررفت خاک و غلظت رسوب برای کود آلی با مقدار 125 گرم بر مترمربع نسبت به مقدار 62/5 گرم بر مترمربع به ترتیب 72/83، 53/52، 212/27- و 142/92- درصد بود. درحالی که تغییرات مولفه های بررسی شده برای کرت 0/25 × 0/5 مترمربع به ترتیب 594/24، 212/63-، 4/06 و 13/70 درصد بود.
کلید واژگان: تغییر اندازه کرت, تولید رسوب, حفاظت آب و خاک, خاک فرسایش یافته, مهار فرسایش خاکChanges in plot size can be determine its effects on parameters changes of runoff and soil loss. On the other hand, the generated runoff in eroded soils is one of the most important obstacles and challenges of human in conservation of water and soil resources and it is also a threat to well-being and life. One of the most important of controlled factors of surface runoff and increasing soil infiltration is the application of conditioners or amendment materials on soil. But it should be noted that the size change can also control the runoff and soil loss variations. Therefore, the present study was carried for the effect investigating of size change in laboratory plots in two sizes of 0.5 × 0.25 and 1 × 0.5 m2 using application of organic manure with rates of zero (control treatment) and 62.5 and 125 g m-2 (conservation treatment) on changing time to runoff, runoff coefficient, soil loss and sediment concentration. The obtained results showed that the plots with size of 0.5 × 0.25 m2 and the application of organic manure with rate of 62.5 g m-2 had the little effect on the increasing time to runoff compared to control treatment. But, time to runoff increased with increasing plot size and also rate of organic manure. The effect of plot size on parameters of runoff coefficient, soil loss and sediment concentration, organic manure on parameters of time to runoff, runoff coefficient and soil loss and interaction effect of size change and organic manure on parameter of soil loss was significant at level of 99 percent. Also, in plot with area of 1.0 × 0.5 m2, the changes of time to runoff and runoff coefficient, soil loss and sediment concentration for organic manure with rate of 125 g m-2 toward 62.5 g m-2 were 72.83, 53.52, -212.27 and -142.92 2.12 percent, respectively. While, the changes of studied parameters for plot of 0.5 × 0.25 m2 were 594.24, -212.63, 4.06 and 13.70 percent, respectively.
Keywords: Change of Plot Size, Control of Soil Erosion, Eroded Soil, Sediment Yield, Soil, Water Conservation -
سابقه و هدف
شیو ه های مدیریت از جمله تغییر کاربری اراضی یکی از مولفه های اصلی تغییرات جهانی است که با تغییر در جوامع میکروبی (با توجه به نقشی که در تجزیه مواد آلی و معدنی شدن مواد غذایی دارند) فرآیند، ساختار و عملکرد اکوسیستم را تحت تاثیر قرار می دهند. تغییرات در مشخصه های زیستی خاک ناشی از تغییر کاربری اراضی و شیوه مدیریت ممکن است منجر به تغییرات مهم در پویایی کربن آلی و تنفس میکروبی خاک شود و بر چرخه مواد غذایی و رشد گیاه اثرگذار باشد. بنابراین برای درک بهتر مدیریت انسانی بر چرخه کربن ، درک همبستگی بین ویژگیهای میکروبی خاک در طول تغییرات کاربری زمین ضروری به نظر می رسد.
مواد و روش هاپژوهش حاضر با هدف بررسی پویایی زمانی مشخصه های میکروبی خاک در طی تغییرکاربری مراتع اطراف شهرستان کیاسر چهاردانگه مازندران انجام شد. برای این منظور در این حوضه، رویشگاه های مورد مطالعه شامل روستای اروست دارای مراتع تبدیل شده به اراضی کشاورزی (جو) و باغی (سیب و گردو) با سن بیشتر از 30 سال، با یک مرتع شاهد، روستای واوسر با مراتع تبدیل شده به اراضی کشاورزی (جو) و باغی (سیب و گردو) با سن بیشتر از 20 سال با یک مرتع شاهد و همچنین مراتع تبدیل شده به کاربری باغی (سیب و گردو) کمتر از 10 سال، و روستای ارا با مراتع تبدیل شده به اراضی کشاورزی (جو) با سن کمتر از 10 سال با یک مرتع شاهد بود.. نمونه برداری از خاک در هرکاربری، به صورت تصادفی سیستماتیک از عمق 30-0 سانتیمتری انجام گرفت. در مجموع 10 نمونه خاک از هر کاربری تهیه و جهت تجزیه مشخصه های فیزیکوشیمیایی خاک همانند بافت، وزن مخصوص ظاهری، درصد محتوای رطوبت، کربن آلی، نیتروژن کل، فسفر قابل جذب، اسیدیته و مشخصه های میکروبی شامل تنفس میکروبی، تنفس برانگیخته، کربن، نیتروژن و فسفر زی توده میکروبی خاک، ضریب متابولیکی، شاخص قابلیت دسترسی به کربن و سهم میکروبی به آزمایشگاه انتقال داده شد.
یافته هانتایج نشان داد که بیشترین میزان از مشخصه های فیزیکوشیمیایی (به جز درصد شن و سیلت و وزن مخصوص ظاهری، اسیدیته و نسبت کربن به نیتروژن) و مشخصه های میکروبی خاک (به جز ضریب متابولیکی، شاخص قابلیت دسترسی به کربن، سهم میکروبی و نسبت زی توده کربن به زی توده نیتروژن) متعلق به کاربری های باغی با سنین بالاتر از 20 و 30 ساله بود. تحلیل مولفه های اصلی (PCA) بیانگرآن است که در طول زمان، فعالیت میکروبی و حاصلخیزی بیشتر خاک درکاربری های باغ با سنین بیشتر از 20 و 30 سال بوده و موقعیت مکانی کاملا متفاوتی را نشان می دهند. به طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که تغییرپذیری کربن آلی، نیتروژن کل، اسیدیته و محتوای رطوبت خاک در دراز مدت سبب افزایش در مقدار تنفس میکروبی (تنفس پایه و تنفس برانگیخته) کربن، نیتروژن و فسفر زی توده میکروبی خاک شدند. درصورتی که ضریب متابولیکی در کاربری باغ با سن کمتر از 10 سال و مرتع شاهد برای اراضی با سن بیشتر از 20 سال، همچنین سهم میکروبی در کاربری مرتع شاهد برای اراضی با سن کمتر از ده سال دارای بیشترین مقدار بودند این در حالی است که شاخص قابلیت دسترسی به کربن تفاوت معنی داری را بین کاربری با سنین مختلف را نشان نداد.
نتیجه گیریبه طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که مشخصه های خاکی درکاربری های باغی با سنین بالاتراز وضعیت بهتری برخودار بودند همچنین تغییرپذیری در خواص فیزیکوشیمیایی خاک در طول زمان سبب تغییر مشخصه های میکروبی خاک شد. بنابراین پیشنهاد می شود انجام مطالعات طولانی مدت و اتخاذ استراتژی های مدیریتی جهت کاهش عدم قطعیت و تخمین نرخ ذخیره کربن آلی اکوسیستم ها که بی ارتباط با مشخصه های میکروبی خاک نیست، در طول تغییرکاربری اراضی لازم و ضروری به نظر می رسد.
کلید واژگان: ذخیره کربن, بعد زمانی, تنفس میکروبی, مشخصه میکروبی, تغییر کاربریBackground and ObjectivesManagement practices such as land use change is one of the main components of global change that affects the process, structure and function of ecosystems by changing microbial communities (due to their role in the decomposition of organic matter and food mineralization(.Changes in soil biological characteristics due to land use change and management practices may lead to significant changes in soil organic carbon dynamics, soil microbial respiration and affect nutrient cycle and plant growth. Therefore, to better understand human management on carbon cycle, it seems necessary to understand the correlation between soil microbial properties during land use change.
Materials and MethodsThe aim of this study was to investigate the temporal dynamics of soil microbial characteristics during land use change in rangelands around Kiasar Chahardangeh city of Mazandaran. For this purpose, in this basin, the studied habitats were including Erost village with pastures turned into agricultural lands (barley) and orchards (apples and walnuts) with an age of more than 30 years, with a control pasture, Vavsar village with pastures turned into lands. Agriculture (barley) and orchard (apple and walnut) with an age of more than 20 years and also rangelands converted to garden use (apple and walnut) less than 10 years, with a control rangeland and Ara village with rangelands converted into agricultural land (Barley) less than 10 years old with a pasture. Soil sampling in each land use was done systematically randomly from two depths of 0-15 and 15-30 cm.In total, nine soil samples from landuses were transferred to the laboratory for analysis of soil physico-chemical characteristics including texture, bulk density, moisture content, organic carbon, total nitrogen, pH and microbial characteristics including Basal respiration, Substrate induced respiration, Microbial biomass carbon, Microbial biomass nitrogen and Microbial biomass phosphorus, qCO2, microbial ratio and carbon capability index.
ResultsThe results showed that the highest amount of physicochemical characteristics (except sand and silt percentage and bulk density, pH and C/N) and soil microbial characteristics (qCO2, microbial ratio and carbon capability index and MBC/MBN) at both depths and mean depths belonged to orchard land uses older than 20 and 30 years. Principal Component Analysis (PCA) indicates that over time, higher values of microbial activity and soil fertility in the orchard uses are older than 20 and 30 years with a completely different location on the axis. In general, the results of this study showed that the variability of organic carbon, total nitrogen, acidity and soil moisture content in the long run caused an increase in microbial respiration rate (Basal respiration and Substrate induced respiration), While the qCO2 in the orchard less than 10 years old and control rangeland for lands older than 20 years, also the microbial ratio in the control rangeland for lands less than ten years old had the highest value, while the carbon capability index showed no significant difference between users of different ages.
ConclusionIn general, the results of this study showed that soil characteristics in orchard uses with older ages were in a better condition. Also, variability in soil physicochemical properties changed the microbial characteristics of the soil over time. Therefore, it is suggested that long-term studies and management strategies to reduce uncertainty and estimate the rate of organic carbon pool of ecosystems, which are not unrelated to soil microbial characteristics, are considered necessary during land use change.
Keywords: Carbon pool, temporal dimension, Microbial respiration, Microbial characteristics, Land use -
آب گریزی خاک ها ویژگی موثر بر رشد گیاهان، هیدرولوژی سطحی، زیرسطحی و فرسایش خاک می باشد. کاربرد افزودنی های خاک می تواند تاثیرات متفاوتی روی پدیده آب گریزی داشته باشد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف بررسی تاثیر زیولیت، کمپوست و ترکیب این دو افزونی بر تغییرات آب گریزی خاک در دوره های زمانی مختلف انجام شد. برای بررسی تغییرات آب گریزی خاک از دو نوع افزودنی آلی (کمپوست) و معدنی (زیولیت) و ترکیب کمپوست و زیولیت در شرایط آزمایشگاهی استفاده شد. مقادیر استفاده شده برای کمپوست و زیولیت به ترتیب 7/1 و 5/8 گرم بود و آزمایش ها در قبل و بعد از کاربرد شبیه ساز باران انجام شد. هم چنین بررسی پدیده آب گریزی با استفاده از دوره های زمانی 24 ساعت، دو، چهار، هشت، 16 و 32 هفته انجام شد. نتایج نشان داد که زیولیت به عنوان یک افزودنی آلی بیش ترین تاثیر را بر تغییرات آب گریزی با مقادیر 93/7-، 18/9، 71/72، 57/24، 3/10- و 78/28 درصد (قبل از شبیه سازی باران) و 22/7-، 56/8، 60/9، 54/5، 54/09- و 78/1 درصد (بعد از شبیه سازی باران) داشت. هم چنین اثر جداگانه تیمار حفاظتی، زمان و کاربرد شبیه ساز باران بر تغییرات آب گریزی با استفاده از آزمون مدل خطی عمومی در سطح 99 درصد معنی داری بود. نتایج هم چنین نشان داد که میزان آب گریزی در بعد از کاربرد شبیه ساز نسبت به قبل کاربرد کاهش یافت.
کلید واژگان: افزودنی معدنی و آلی خاک, دوره زمانی, شبیه ساز باران, فنجان پاشمان, نفوذ آبSoil hydrophobicity is an effective characteristic on plants growth, surface and subsurface hydrology and soil erosion. The application of soil conditioners can be have the various effects on hydrophobicity phenomenon. Therefore, the present study was conducted with study aim of effect of zeolite, compost and combination of these two conditioners on changing soil hydrophobicity and different time periods. For study of changing soil hydrophobicity used from two types of organic conditioner (compost) and mineral conditioner (zeolite) in laboratory conditions. The experiments performed at before and after application of rainfall simulator and the applied values for compost and zeolite were with rates of 7.1 and 5.8 g, respectively. Also in the present study, the phenomenon study of hydrophobicity was conducted using time periods of 24 hour, two, four, eight, 16 and 32 weeks. The results showed that the zeolite as an organic conditioner had the maximum effect before and after application of rainfall simulator on hydrophobicity changes with changes percentage -93.7, 18.9, 71.72, 57.24, -3.10 and 78.28% (before rain simulator) and -22.7, 56.8, 60.9, 54.5 , -54.9 and 78.1percent (after rain simulator). Also, the separation effect of conservation treatment, time and rainfall simulator had positive an effect on changing hydrophobicity was significant at level of 99 percent. Also, the results showed that the hydrophobicity rates decreased after simulator application toward before simulator application.
Keywords: : Infiltration, Organic, mineral amendment of soil, Rainfall simulator, Splash cup, Time period
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.