تغییرات رواناب، هدررفت خاک و عناصر غذایی در کاربری‌های گیاهی مختلف در اراضی لسی (مطالعه موردی: آبخیز کچیک استان گلستان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 رئیس دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 عضو هیئت علمی گروه آبخیزداری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

4 عضو هیئت علمی گروه آمار دانشگاه گلستان

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: شناخت عوامل مؤثر بر فرسایش و تعیین پیامدهای منفی آن‌ها لازمه مدیریت صحیح منابع آب ‌و خاک و رسیدن به توسعه پایدار است. نتایج تحقیقات گذشته نشان می‌دهد کاربری زمین و شیب در میزان رواناب، فرسایش خاک و هدررفت عناصر غذایی مهم هستند. دشواری عملیات شبیه‌سازی بارش در سطح کرت با ابعاد بزرگ، سبب شده در غالب مطالعات از کرت‌های کوچک‌ مقیاس استفاده‌ شود لذا در برخی موارد تغییرات شیب در این سطوح نمود نداشته و گویای شرایط طبیعی نبوده‌اند. هدف از تحقیق حاضر، ارزیابی اثرات کاربری زمین، شیب و شدت‌ بارش بر تغییرات رواناب، هدررفت خاک و عناصر غذایی در کرت‌های نسبتاً بزرگ است.
مواد و روش‌ها: منطقه موردمطالعه (آبخیز کچیک) در 25 کیلومتری شرق شهر مراوه‌تپه استان گلستان و در ˝۱۵´۴۲°۳۷ تا ˝۲۵´۴۶°۳۷ عرض شمالی و ˝۱۰´۵۲°۵۵ تا ˝۵۲´۵۷°۵۵ طول ‌شرقی واقع است. این منطقه از نظر لیتولوژی یکنواخت و سازند لسی تقریباً تمام سطح آبخیز را پوشانده است. محل‌های شبیه‌سازی بارش بر اساس طرح آشیانه‌ای سه مرحله‌ای در کاربری‌های جنگل طبیعی، جنگل دست کاشت، مرتع و زراعت هندوانه و زراعت گندم درو شده و طبقات شیب ۱۲-۳، ۱۸-۱۲، ۲۵-۱۸ و ۴۰-۲۵ درصد انتخاب شد. در کاربری‌ها به ترتیب 4، 2، 4، 4 و 2 طبقه شیب انتخاب شد. عملیات شبیه‌سازی بارش با دو دوره بازگشت ۵۰ و ۱۰۰ ساله به‌ترتیب با شدت‌های 90 و 105 میلی‌متر بر ساعت در کرت‌های به ابعاد 1 در 4 متری اجرا شد. با در نظر گرفتن 3 تکرار برای هر شبیه‌سازی 96 کرت انتخاب شد. رواناب و رسوب در هر مرحله جمع‌آوری و غلظت رسوب، ضریب رواناب، عناصر غذایی (فسفر، نیتروژن، ماده آلی) و ظرفیت تبادل کاتیونی در آزمایشگاه اندازه‌گیری شد. تجزیه‌ و تحلیل با استفاده از نرم‌افزارهای SAS، Minitab و SPSS انجام شد.
یافته‌ها: نتایج تجزیه و تحلیل خروجی کرت‌ها نشان داد، در کاربری‌های جنگل طبیعی، جنگل دست کاشت، مرتع، زراعت هندوانه و گندم درو شده به‌ترتیب میزان ماده آلی به‌صورت 1/9، 7/6، 6/3، 2/2 و 8/1 درصد، نیتروژن 6/0، 3/0، 28/0، 17/0 و 15/0 درصد، ظرفیت تبادل کاتیونی 8/15، 2/11، 6/9، 4/6 و 7/7 سانتی مول بر کیلوگرم، فسفر 4/16، 3/11، 4/15، 6/8 و 9/5 میلی‌گرم در کیلوگرم تغییر نمود. هم‌چنین تغییرات ضریب رواناب به‌صورت 1/11، 6/26، 7/16، 1/27 و 5/36 درصد و رسوب در واحد سطح 20، 7/57، 7/29، 3/342 و 5/297 گرم در مترمربع می‌باشد. بر اساس نتایج، عامل شیب اثرات متفاوتی را در مقادیر متغیرهای اندازه‌گیری شده دارد. بیش‌ترین و کم‌ترین اثر تغییر شیب در بین متغیرهای موردمطالعه به‌ترتیب مربوط به میزان رسوب در کاربری زراعت هندوانه با 1/9 برابر اختلاف و میزان نیتروژن در کاربری مرتع با 04/1 برابر اختلاف اندازه‌گیری شد. نتایج تجزیه ‌و تحلیل‌ها در شدت‌های مختلف نشان داد که اختلاف معنی‌داری در میزان متغیرهای اندازه‌گیری شده رخ نداده است. بیش‌ترین همبستگی معنی‌دار و مثبت بین رواناب و رسوب به میزان 93/0 مشاهده شد.
نتیجه‌گیری: اندازه‌گیری متغیرهای شیمیایی و فیزیکی در کاربری‌ها و طبقات شیب مختلف نشان داد که وقتی نوع کاربری به‌تدریج از جنگل به سمت مرتع، زراعت هندوانه و گندم درو شده تغییر می‌کند و شیب نیز افزایش می‌یابد کاهش معنی‌دار در متغیرهای شیمیایی و افزایش معنی‌دار در متغیرهای فیزیکی مشاهده می‌گردد. بنابراین مدیریت صحیح کاربری اراضی زراعی شیب‌دار در منطقه مورد مطالعه می‌تواند نقش مهمی در کاهش رواناب، هدررفت خاک و عناصر غذایی داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Changes in runoff, Soil and nutrient loss in different vegetation cover type in Loess lands (Case study: Kechik watershed, Golestan province)

نویسنده [English]

  • mohammad abbasi 1

چکیده [English]

Abstract
Background and Objectives: Recognition of effective factors on erosion and determines their negative consequences are essential to proper management of soil and water resources and achieve to sustainable development. Previous studies indicate that land use type and slope are important in runoff volume, soil erosion and nutrient loss.
In most researches due to difficulty operation of simulating rainfall in large-scale plots led to use of small plots. In some cases, the slope changes at this level haven't proper representative of natural conditions.
The objective of this study is assessing the effect of different vegetation cover type, slope and rainfall intensity on changes in runoff, soil and nutrient losses in relative large-scale plots.
Materials and Methods: The study area (Kechik watershed) is located in 25 Km east of Maravetapeh city in Golestan province at 55° 57´ 52" to 55° 57´ 10" longitude and 37° 42´ 15" to 37° 46´ 25" latitude. This watershed has a uniform petrology and loess formation almost covered entire watershed. Rainfall simulation sites were selected by three nested design. Five Land use include of forest (Natural forest and Reforestation), rangeland, farmland (Watermelon and Harvested Wheat) and four slope classes include of 3-12, 12-18, 18-25 and 25-40 were considered. In land uses 4, 2, 4, 4 and 2 slope class was selected, relatively. Rainfall simulation using two rainfall intensity of return period 50 and 100 year (90 and 105 mm hr-1 relatively) were accomplished. Under considering of 3 repeat for each plot, 96 plots were selected. Output runoff and sediment of 1*4 meter plots throughout simulation were collected. Sediment concentration, runoff coefficient, nutrient amount (phosphorus, nitrogen, organic matter) and Cation Exchange Capacity were measured at the laboratory. Results using SAS, Minitab and SPSS were analyzed.
Results: Analyzing plots outputs showed, in forest (Natural forest and Reforestation), rangeland and farmlands (Watermelon and Harvested wheat) mean of organic matter (OM) changes 9.1, 6.7, 3.6, 2.2 and 1.8%, mean of N 0.60, 0.30, 0.28, 0.17 and 0.15 %,mean of CEC 15.8, 11.2, 9.6, 6.4 and 7.7 Cmol kg-1, mean of P 16.4, 11.31, 15.4, 8.6 and 5.9 mg kg-1, and runoff coefficient 11.1, 26.6, 16.7, 27,1 and 36.5% and sediment 20, 57.7, 29.7, 342.3 and 297.5 gr m2, respectively. According to results, slope factor had different effects on measured variables. The most and fewest slope effect was observed on sediment of farmland (watermelon) with 9.1 times difference and nitrogen of rangeland with 1.04 times difference. Measured variable didn't show any trend with rainfall intensities. The highest significant positive correlation was found between runoff and sediment (r=0.93**).
Conclusion: Measuring of physical and chemical variables in different land uses and slope classes showed when land use type gradually changes from forest to rangeland and farmlands and also slope increase, significant decrease in chemical variables and significant increase in physical observed. According to results, proper management of steep farmlands can have an important role to decrease the runoff coefficient, soil and nutrient loss.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rainfall simulation
  • sediment
  • Slope
  • Plot
  • Maravetapeh