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

نوع مقاله : مقاله کامل علمی 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
1
2
3
4
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

مراجع

1.Abdinejad, P., Feiznia, S., Pyrowan, H.R., Fayazi, F., and Tbakh Shabani, A. 2011. Assessing the effect of soil texture and slope on sediment yield of Marl units using a portable rainfall simulator. J. Am. Sci. 7: 10. 617-624.
2.Aghabeigi Amin, S., Moradi, H.R., and Fattahi, B. 2014. Sediment and Runoff Measurement in Different Rangeland Vegetation Types using Rainfall Simulator. ECOPERSIA. 2: 2. 525-538.
3.Ajami, M. 2007. Soil quality attributes micropedology and clay mineralogy as affected by land use change and geomorphic position on some loess-derived soils in eastern Golestan Province, Agh-Su wastershed. GorganUniversity of Agricultural Sciences and Natural Resources. 191p.
4.Ajami, M., Khormali, F., Ayoubi, S., and Omrani, R.A. 2006. Changes in soil quality attributes by conversion of land use on a loess hillslope in Golestan province, Iran. 18th International Soil Meeting (ISM) on Soil Sustaining Life on Earth, Maintaining Soil and Technology Proceedings, Soil Science Society of Turkey, Pp: 501-504.
5.Akbarimehr, M., and Naghdi, R. 2014. Assessing the relationship of slope and runoff volume on skid trails (Case study: Nav 3 district). J. For. Sci. 58: 8. 357-362.
6.Ayoubi, S., Khormali, F., Sahrawat, K.L., and Rodrigues de Lima, A.C. 2011. Assessing impacts of land use change on soil quality indicators in a loessial soil in Golestan Province, Iran. J. Agric. Sci. Technol. 13: 5. 727-742.
7.Azmoudeh, A., Kavian, A., Soleymani, K., and Vahabzadeh, G. 2010. Comparing runoff
and soil erosion in forest, dry farming and garden land uses soils using rainfall simulator.
J. Water Soil. 24: 3. 490-500.
8.Bahrami, A., Emadodin, I., Ranjbar Atashi, M., and Bork, H.R. 2010. Land-use change and soil degradation: A case study, North of Iran. Agric. Biol. J. North Amer. 1: 4. 600-605.
9.Boumabad, E.C. 2010. Chenarli watershed management studies. Golestan natural resources office Press. 120p.
10.Bower, C.A., Reitemeier, R.F., and Fireman, M. 1952. Exchangeable Cation Analysis of saline and alkali soils. Soil Science. 73: 4. 251-262.
11.Catt, J.A. 2001. The agricultural importance of loess. Earth-Science Reviews. 54: 1. 213-229.
12.Defersha, M.B., and Melesse, A.M. 2012. Effect of rainfall intensity, slope and antecedent moisture content on sediment concentration and sediment enrichment ratio. Catena. 90: 47-52.
13.Duiker, S.W., Flanagan, D.C., and Lal, R. 2001. Erodibility and infiltration characteristics of five major soils of southwest Spain. Catena. 45: 2. 103-121.
14.Ekwue, E.I., Bharat, C., and Samaroo, K. 2009. Effect of soil type, peat and farmyard manure addition, slope and their interactions on wash erosion by overland flow of some Trinidadian soils. Biosystems engineering. 102: 2. 236-243.
15.Feyznia, S., Ghayoumian, J., and Khadjeh, M. 2005. The study of the effect of
physical, chemical, and climate factors on surface erosion sediment yield of loess soils
(Case study: Golestan province). PAJOUHESH-VA-SAZANDEGI. 17: 1. 14-24.
16.Ghahraman, B., and Abkhezr, H. 2004. Improvement in intensity-duration-frequency relationships of rainfall in Iran. JWSS-IsfahanUniversity of Technology. 8: 2. 1-14.
17.Gholami Gohareh, R., Sadeghi, S.H.R., Mirnia, S.K., and Soleyman Khani, Z. 2012.
Effects of mild Fire on infiltration, runoff and sediment in kodir rangeland. J. Iran-Water. Manage. Sci. Engin. 5: 17. 23-32.
18.Ghorbani, Z., Jafari, S., and Moghadam, B.K. 2013. The effect of soil physicochemical properties under different land use on aggregate stability in some part of Khuzestan province. J. Soil Manage. Sust. Prod. 3: 2. 29-51.
19.Izquierdo, A.E., and Grau, H.R. 2009. Agriculture adjustment, land-use transition and protected areas in Northwestern Argentina. J. Environ. Manage. 90: 2. 858-865.
20.Jaiyeoba, I.A. 2003. Changes in soil properties due to continuous cultivation in Nigerian semiarid Savannah. Soil and Tillage Research. 70: 1. 91-98.
21.Javadi, M.R., Zehtabian, G.R., Ahmadi, H., Ayoubi, S., and Jafari, M. 2013. Comparison and estimate of run off and sediment production potential in different Work units using rainfall simulator (Case study: Nomeh Rood Watershed). J. Sci. Techniq. Natur. Resour.
6: 2. 1-14.
22.Karamian, M., and Hosseini, V. 2014. Effect of altitude, slope and canopy on absorbable phosphorus, carbon and total nitrogen in forest soils (Case study: The forest of Ilam province, Dalab). J. For. Sust. Dev. 1: 1. 57-71.
23.Kavian, A., Asgariyan, R., Jeloudar, Z.J., and Bahmanyar, M.A. 2014. Effect of Soil Properties on Runoff and Sediment Yield in Farm Scale (Case study: a part of Sari town,s neighboring Croplands). Water and Soil Science. 23: 4. 45-57.
 
24.Kavian, A., Azmoodeh, A., and Solaimani, K. 2013. Deforestation effects on soil properties, runoff and erosion in northern Iran. Arab. J. Geosci. 7: 5. 1941-1950.
25.Mohajeri, P., Alamdari, P., and Golchin, A. 2015. The impact of different positions of slope and soil depth on the land and soil physicochemical properties of soils located on a Toposekans in DeylamanGilanProvince. J. Soil Water. 30: 1. 162-171.
26.Mu, W., Yu, F., Li, C., Xie, Y., Tian, J., Liu, J., and Zhao, N. 2015. Effects of Rainfall Intensity and Slope Gradient on Runoff and Soil Moisture Content on Different Growing Stages of Spring Maize. Water. 7: 6. 2990-3008.
27.Noor, H., Mirnia, S.K., Fazli, S., Raisi, M.b., and Vafakhah, M. 2010. Application of MUSLE for the prediction of phosphorus losses. Water Science and Technology. 62: 4. 809-815.
28.Parkinson, J.A., and Allen, S.E. 1975. A wet oxidation procedure suitable for the determination of nitrogen and mineral nutrients in biological material. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 6: 1. 1-11.
29.PourHemmat, J., Abbasi, A.A., and KhoshBazm, E. 2014. Investigating the relationship between runoff coefficient and rainfall intensity on pasture land (Case study: Sanganeh Kalat). J. Rainwater Catch. Syst. 2: 1. 23-33.
30.Sadeghi, S.H.R., Hazbavi, Z., Younesi, H., and Behzadfar, M. 2013. Trend of soil loss and sediment concentration changeability due to application of polyacrylamide. J. Water Soil Resour. Cons. 2: 4. 53-67.
31.Salehi, A., Mohammadi, A., and Safari, A. 2011. Investigation and comparison of physical and chemical soil properties and quantitative characteristics of trees in less-damaged and damaged area of Zagross forests (Case study: Poldokhtar, Lorestan province). Iran. J. For.
3: 1. 89-90.
32.Sheykh, R.M., Feiz, N.S., and Peyrovan, H.R. 2011. Study runoff and soil Lose in map units of Hiv watershed, measurements and comparision at the rainfall simulator scale. GeoSiences. 20: 80. 57-63.
33.Siegrist, S., Schaub, D., Pfiffner, L., and Mader, P. 1998. Does organic agriculture reduce soil erodibility? The results of a long-term field study on loess in Switzerland. Agriculture, ecosystems and environment. 69: 3. 253-264.
34.Soleyman Khani, Z., Sadeghi, S.H.R., Mirnia, S.K., and Gholami Gohareh, R. 2014. Comparison of intra and inter variations of runoff and sediment in plots installed in range and reclaimed forest land uses. Iran Water Res. J. 2: 13. 11-19.
35.Tajari, S., Barani, M., Khormali, F., and Kiani, F. 2013. The effect of land use changes
on soil in organic phosphorus in loess area in Toshan, Golestan province. J. Water Soil.
29: 2. 453-465.
36.Tejada, M., and Gonzalez, J.L. 2008. Influence of two organic amendments on the
soil physical properties, soil losses, sediments and runoff water quality. Geoderma.
145: 3. 325-334.
37.Yousefifard, M., Jalalian, A., and Khademi, H. 2007. Estimating Nutrient and Soil Loss from PastureLand Use Change Using Rainfall Simulator. J. Water Soil Sci. 11: 40. 93-107.
38.Zare, K.M., Najafinejad, A., Noura, N., and Kavian, A. 2012. Effects of slope and soil properties on runoff and soil loss using rainfall simulator, Chehel-chai watershed, Golestan province. Water and Soil Conservation. 19: 2. 165-178.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 23، شماره 3
مرداد 1395
صفحه 91-109

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار