ارزیابی تاثیر اقدامات آبخیزداری بر توزیع اندازه ذرات و مقادیر فسفر و کربن آلی رسوبات (مطالعه موردی: حوزه‌های آبخیز زوجی زیدشت طالقان)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده منابع طبیعی

2 دانشکده کشاورزی

3 دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

4 دانشکده منابع طبیعی دانشگاه آزاد اسلامی واحد بندرعباس

چکیده

سابقه و هدف: فرسایش خاک از جمله عواملی بوده که می‌تواند باعث کاهش نفوذپذیری خاک در حوزه‌های آبخیز و در نتیجه آن افزایش خطر سیل شود. همچنین فرسایش موجب جدا شدن و انتقال خاک حاصل‌خیز سطحی از عرصه‌های طبیعی شده و پتانسیل تولیدات اراضی را از نظر پوشش و تنوع زیستی گیاهی، تضعیف می‌کند. رسوبات حاصل از آن نیز باعث آلودگی آب‌های سطحی و پرشدن مخازن سدها می‌شود. در د‌هه های اخیر اقدامات آبخیزداری مختلفی از جمله احداث بندهای رسوب‌گیر و اقدامات حفاظتی مانند قرق و حفاظت پوشش گیاهی در عرصه‌های آبخیز به منظور کاهش اثرات فرسایش در سراسر کشور صورت گرفته است. پژوهش حاضر به منظور بررسی تاثیر اقدامات آبخیزداری بر پوشش گیاهی، مقدار رسوب و فسفر، کربن آلی و دانه بندی رسوبات در حوزه آبخیز زوجی زیدشت طالقان انجام گرفت.
مواد و روش‌ها: منطقه مورد مطالعه حوزههای آبخیز زوجی زیدشت طالقان واقع در استان البرز است که شامل زیرحوضه شاهد و زیرحوضه نمونه به ترتیب با مساحت 92 و 104 هکتار میباشد. با استفاده از نقشه‌های توپوگرافی 1:25000 و پیمایش میدانی در محدوده‌های مرتعی، نسبت به تشخیص و تفکیک تیپ‌های مرتعی از یکدیگر اقدام شد. همچنین درصد تاج‌پوشش، درصد سنگ و سنگریزه، درصد خار و خاشاک و درصد خاک لخت نیز در 35 پلات موجود در زیرحوزه‌های آبخیز نمونه و شاهد اندازه گیری شده و میانگین هر یک از این عوامل محاسبه شد. مقدار رسوب نیز از طریق اندازه گیری حجم کل رسوبات انباشت شده در مخزن رسوبگیر خروجی هر دو زیرحوضه و وزن مخصوص ظاهری رسوبات اندازه گیری شد. از رسوبات هر یک از مخازن خروجی زیرحوزه آبخیز نیز تعداد 3 نمونه برداشت شد و مقادیر فسفر کل، کربن آلی و توزیع اندازه ذرات با سه تکرار در آنها اندازه گیری شد. مقدار کل فسفر خروجی و کربن آلی خروجی از حوزه نیز با داشتن وزن کل رسوبات و مقادیر فسفرکل و کربن آلی نمونه‌ها محاسبه شد.
یافته‌ها: نتایج ارزیابی پوشش گیاهی نشان داد که درصد پوشش گیاهی در زیرحوضه نمونه (9/53) 7/8 درصد بیشتر از زیرحوضه شاهد (2/45) بوده است. نتایج ارزیابی رسوبات خروجی نشان داد که مقدار رسوب خروجی در زیرحوضه نمونه (520/5 تن) 72 درصد کمتر از زیرحوضه شاهد (06/34 تن) بوده است. به عبارتی سهم زیرحوضه شاهد 05/86 درصد و زیرحوضه نمونه 95/13 درصد از کل رسوبات مخازن در خروجی زیرحوضه‌ها بوده است. نتایج توزیع اندازه ذرات نیز نشان داد که درصد ذرات با قطر کوچکتر از mm5/0 در زیرحوضه نمونه (8/26) به میزان 6/18 درصد بیشتر از زیرحوضه شاهد (2/8) بوده است که نشان دهنده کمتر بودن قدرت جریان رواناب در زیرحوضه نمونه در فرسایش و انتقال رسوب می‌باشد. همچنین مقدار کل کربن آلی ( kg26/40) و کل فسفر (kg44/13) در رسوبات زیرحوضه نمونه به ترتیب 81/11 و 88/70 درصد کمتر از کربن آلی ( kg09/51) و کل فسفر (kg82/78) در رسوبات زیرحوضه شاهد بوده است.
نتیجه‌گیری: اقدامات آبخیزداری از انتقال رسوب و خاک حاصلخیز به پایین دست به خصوص از انباشت آن در مخزن سد طالقان جلوگیری کرده است. با اینکه این عناصر در حوزه آبخیز باعث افزایش حاصلخیزی خاک، بهبود تغذیه گیاه، افزایش نفوذپذیری خاک و ایجاد شرایط تقویتی برای گیاه و خاک می‌شوند، اگر در اثر فرسایش به پایین دست و رودخانه اصلی حوزه آبخیز وارد شوند نقش عکس داشته و باعث آلایندگی و کاهش کیفیت آب خواهند شد که هزینههای جبران آن، در مقایسه با هزینه‌های اندک اجرای اقدامات آبخیزداری، بسیار زیاد خواهد گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of watershed management measures effects on particle size distribution and phosphorus and organic carbon amounts in sediments (Case study: Zidasht Taleghan paired watersheds)

نویسندگان [English]

  • Majid Kazemzadeh 1
  • Mohammad Jahantigh 2
  • Zahra Noori 3
  • Asghar Bayat 3
  • Ali Asghar Elyasi 4
1 دانشگاه تهران
2 دانشگاه تهران
3 Faculty of Natural Resources, University of Tehran
4 Faculty of Natural Resources, Islamic Azad University, Bandar Abbas Branch
چکیده [English]

Background and objectives: Soil erosion is one of the factors that can reduce soil permeability in watersheds and thus increase the risk of floods. Plant biodiversity is weakening and the sediments pollute the surface water and fill dam reservoirs. In recent decades, various watershed management measures have been taken, including the construction of sediment dams and conservation measures such as exclosure in watersheds to reduce the effects of erosion throughout the country. The present study was conducted to investigate the effect of watershed management measures on vegetation, sediment and phosphorus content, organic carbon and sediment granulation in Zidasht Taleghan paired watershed.
Materials and Methods: The study area is Zidasht Taleghan paired watersheds located in Alborz province, which includes control watershed and treated watershed with an area of 92 and 104 hectares, respectively. Using 1: 25000 topographic maps and field survey in rangeland areas, vegetation types were identified and studied. Also, percentage of canopy cover, rocks and, biomass and bare soil percentage were measured in 35 plots in sample and control watersheds and the average of each factor was calculated. The amount of sediment was also measured by measuring the total volume of sediment accumulated in the reservoir tank of both areas. Three samples were taken from the sediments of each outlet of the watershed and the amounts of total phosphorus, organic carbon and particle size distribution were measured in them. The total amount of phosphorus and organic carbon output from the watersheds was also calculated.
Results: The results of vegetation assessment showed that the percentage of vegetation in the treated watershed (53.9) was about 8.7% higher than the control watershed (45.2). The results of evaluation of outflow sediments showed that the amount of outflow sediment in the treated watershed (520.5 tons) was about 72% less than the control watershed (34.06 tons). In other words, the portion of the control watershed was 86.05% and the treated watershed was 13.95% of the total reservoir sediments in the output of the watersheds. The results of particle size distribution also showed that the percentage of particles with a diameter less than 0.5 mm in the treated watershed (26.8) was 18.6% higher than the control watershed (8.2). Also, the amount of total organic carbon (40.26 kg) and total phosphorus (13.44 kg) in the sediments of the treated watershed were 11.81 and 70.88% less than organic carbon (51.9 kg) and total phosphorus (78.82 kg) of control watershed, respectively.
Conclusion: Watershed management measures have prevented the transfer of sediment and fertile soil to downstream, especially in the reservoir of Taleghan Dam. Although these elements in the watershed increase soil fertility, improve plant nutrition, increase soil permeability and create strengthening conditions for plants and soil, if they enter the downstream and the main river due to erosion, they will have the opposite role and cause pollution and reduction. The cost of improving water quality will be compensated with implementing watershed management measures, due to the low cost of implementing watershed management measures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Erosion and sediment
  • Particle size distribution
  • Phosphorus
  • Paired watershed
  • Zidasht Taleghan

مراجع

1.Alizadeh, A. 2008. Relations between Water, Soil and Plant. Astane Ghodse Razavi Press, 484p. (In Persian)
2.ASTM D422-63.e2. 2007. Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils (Withdrawn), ASTM International, West Conshohocken, PA, pp. 1-8.
3.Bahrami, A., Noor, H., and Mirniya, K. H. 2011. Nutrient and organic matter transported by suspended sediment. Natural ecosystems of Iran, 1: 4. 16-21. (In Persian)
4.Dlamini, P., Orchard, C., Jewitt, G., Lorentz, S., Titshall, L., and Chaplot, V. 2011. Controlling factors of sheet erosion under degraded grasslands in thesloping lands of KwaZulu-Natal, SouthAfrica. Agricultural Water Management,98: 11. 1711-1718.
5.Daneshyar, S., Asadi, H., and Moussavi, S. 2013. The Effect of Soil Type and Stream Power on Relative Importance of Flow-Driven Soil Erosion Processes. Iranian Journal of Soil and Water Research. 44: 4. 373-382. (In Persian)
6.Ebling, É.D., Reichert, J.M., Peláez, J.J.Z., Rodrigues, M.F., Valente, M.L., Cavalcante, R.B.L., Reggiani, P., and Srinivasan, R. 2020. Event-based hydrology and sedimentation in paired watersheds under commercial eucalyptus and grasslands in the Brazilian pampa biome. International Soil and Water Conservation Research.
7.Esmali, A., Kavian, A., Jafarian, Z., and Kavianpoor, A. 2015. Effect of vegetation covers on decreasing runoff and soil loss using rainfall simulation in Nesho rangeland, Mazandaran province. Geography and Environmental Planning. 26: 2. 179-190. (In Persian)
8.Eteraf, H., Dorri, M., and Nikkami, D. 2014. The effect of plants on runoff, sediment yield and soil fertility on ‎
sloppy lands of Maraveh-Tapeh. Watershed Engineering and Management. 6: 3. 224-231. (In Persian)
9.Ghoreghi, H.J., and Osati, Kh. 2018. Impacts of enclosure and aspect onrunoff and sediment yields (Case study: Khamsan paired watersheds). Journalof Watershed Management Research.8: 16. 113-122. (In Persian)
10.Hashemi, S.A.A., and Arabkhedri, M. 2008. Evaluation of EPM Model by Sediment Measurement in Reservoirs of Small Dams. Journal of Water and Soil Science. 11: 42. 345-355. (In Persian)
11.Hadley, R.F., and Walling, D.E. (Eds.). 1984. Erosion and sediment yield: some methods of measurement and modelling. Norwich, UK: Geo Books. 218p.
12.Haregeweyn, N., Berhe, A., Tsunekawa, A., Tsubo, M., and Meshesha, D.T. 2012. Integrated watershed management as an effective approach to curb land degradation: a case study of the Enabered watershed in northern Ethiopia. Environmental management. 50: 6. 1219-1233.
13.Hosseinalizadeh, M., and Alinejad, M. 2020. Assessment of WaTEM/SEDEM model for water and tillage induced soil erosion (Case study: Sample sub catchment of Kachik, Golestan Province). Journal of Water and Soil Conservation 27: 2. 163-178. (In Persian)
14.Huang, M., Gallichand, J., and Zhang, P. 2007. Runoff and sediment responses to conservation practices: Loess plateau of China. Journal of the AmericanWater Resources Association (JAWRA).39: 5. 1197-1207.
15.Ide, J.I., Haga, H., Chiwa, M., and Otsuki, K. 2008. Effects of antecedent rain history on particulate phosphorus loss from a small forested watershed of Japanese cypress (Chamaecyparis obtusa). Journal of Hydrology. 352: 3-4. 322-335.
16.Jabale, A., Najafinejad, A., Hosseinalizadeh, M., Mohammadian Behbahani, A., and Golkarian, A. 2018. The role of Vegetation in Production Runoff and Sediment in Loess Deposits, Gorgan. Journal of watershed management research. 9: 17. 182-192. (In Persian)
17.Kazemzadeh, M., Salajegheh, A., Malekian, A., and Liaghat, A. 2020. Assessment the watershed management measures role in evapotranspiration processes in paired watersheds of Taleghan. Watershed Engineering and Management. 12: 3. 643-656. (In Persian)
18.Kazemzadeh, M., 2019. Determining Watershed Management Practice Role in Evapotranspiration Process and Water Balance (Case Study: Zidasht Watershed, Taleghan). PhD thesis. Faculty of Natural resouces, University of Tehran, pp. 1-180. (In Persian)
19.Kuo, S. 1996. Phosphorus. In: D.L. Sparks (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods. Soil Science Society of America and American Society of Agronomy, Madison, WI, USA. pp. 869-919.
20.Lal, R. 2006. Influence of soil erosion on carbon dynamics in the world. CRC Press, USA, pp. 23-36.
21.Mahmodzadeh, A. 1997. Investigating the relationship between production sediment and land use.Journal of
Forests and Rangelands, No. 25: 36-30.(In Persian)
22.Mihara, M., Yamamoto, N., and Ueno, T. 2005. Application of USLE for the prediction of nutrient losses in soil erosion processes. Paddy and Water Environment. 3: 2. 111-119.
23.Moghadamirad, M., Moayeri, M.H., Abdi, E., and Ghorbani Vaghei, H. 2018. Effect of vegetation cover density on runoff and soil loss of interill erosion in forest road cutslope (Case study: Koohmian Forest-Azadshahr). Journal of water and soil conservation (journal of agricultural sciences and natural resources). 25: 2. 219-233. (In Persian)
24.Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1996. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of soil analysis: Part 3 Chemical methods. 5: 961-1010.
25.Padyab, M., Feyznia, S., and Shafie, A. 2013. Assessment of the effects of floodwater spreading on soil fertility (Case study: Gachsaran floodwater spreading station). 20: 1. 161-171.(In Persian)
26.Refahi, H. 2010. Water Erosion and Conservation. University of Tehran Press, 671p. (In Persian)
27.Rees, R.M., Ball, B.C., Campbell, C.D., and Watson, C.A. 2001. Sustaining soil organic matter. In Sustainable management of soil organic matter. CABI Publishing, UK, pp. 413-425.
28.Santos, G., Suzuki, K.O.I.C.H.I., Watanabe, M.A.S.A.H.I.R.O., and Srinivasan, V.S. 1997. Developing a sheet erosion equation for a semiarid region. IAHS Publication. 245: 31-38.
29.Sparling, G.P., Wheeler, D., Vesely, E.T., and Schipper, L.A. 2006. What is soil organic matter worth?. Journal of Environmental Quality. 35: 2. 548-557.
30.Standard, A.A.S.H.T.O. 2010. T88: Standard Method of Test for Particle Size Analysis of Soils. Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing.
31.Walling, D.E. 1994. Measuring sediment yield from river basins. Routledge, United Kingdom, pp. 1-40.
32.Zhang, L., Wang, J., Bai, Z., and Lv, Ch. 2015. Effects of vegetation on runoff and soil erosion on reclaimed land in an opencast coal-mine dump in a loess area. Catena Journal. 128: 44-53.
33.Zhang, X., Xinxiao, Y., Sihong, W., Tianxing, W., and Xuepei, Zh. 2006. Effect of forest vegetation on runoff
and sediment production in sloping lands of Loess area. Front Forest China. 1: 3. 336-342.
34.Zhang, C., Liu, G., Xue, S., and Sun, C. 2013. Soil organic carbon and total nitrogen storage as affected by land use in a small watershed of the Loess Plateau, China. European Journal of Soil Biology. 54: 16-24.
35.Zare Chahouki, M.A., Khojasteh, F.,and Tavili, A. 2012. Distribution of Vegetation Type according 1000 to Edaphic Properties and Topography in Iran. Polish Journal of Environmental Studies. 21: 1001 1071-1077.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 28، شماره 3
مهر 1400
صفحه 93-113

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار