ارزیابی اثر فرسایش خاک بر عملکرد گندم دیم با استفاده از مدل SWAT

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار/گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 استاد/گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی کرج، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

خاک مهم‌ترین منبع طبیعی به‌ویژه در زیست‌بوم‌های کشاورزی است که بستر رشد گیاهان را فراهم می‌کند. فرسایش خاک از طریق کاهش عمق خاک، آب قابل دسترس گیاه و هدررفت مواد معدنی و آلی باعث افت باروری خاک و در نتیجه تقلیل عملکرد گیاه می‌شود. آگاهی از روابط بین فرسایش و عملکرد محصول برای تعیین فرسایش قابل تحمل و برنامه‌های حفاظت خاک ضروری است. محسوس نبودن اثر فرسایش بر رشد گیاه در کوتاه مدت یکی از چالش‌های اصلی در تعیین رابطۀ بین فرسایش و عملکرد محصول است. بنابراین، پایش مستقیم اثرات فرسایش بر عملکرد محصول تقریباً غیرممکن است. به همین دلیل روش‌های غیرمستقیم برای این منظور پیشنهاد شده است. مدل‌سازی یکی از روش‌های سریع و ارزان برای ارزیابی اثر فرسایش بر تولید محصول است. در این پژوهش از مدل ارزیابی آب و خاک (SWAT) برای شبیه‌سازی اثر فرسایش بر عملکرد گندم دیم استفاده شد. برای این کار پس از واسنجی و اعتبارسنجی مدل، سناریوهای مختلفی در خصوص عمق خاک تعریف شد و با کاهش تدریجی ضخامت افق A در پرونده مربوط به داده‌های خاک میانگین عملکرد گندم دیم شبیه‌سازی شد. بر این اساس ارتباط بین میزان فرسایش خاک سطحی و عملکرد گندم برقرار شد. رابطۀ رگرسیونی نشان داد که به ازای هر سانتی‌متر فرسایش خاک، عملکرد گندم دیم به مقدار 15 کیلوگرم در هکتار معادل 5/0 درصد کاهش یافت. نتایج مدل نشان داد که میانگین فرسایش ویژه در اراضی کشاورزی منطقه حدود 10 تن در هکتار در سال (معادل 77/0 میلی‌متر در سال) است. با فرض ثابت بودن میزان فرسایش در طول 100 سال، حدود 77 میلی‌متر خاک از بین می‌رود، که معادل هدررفت 116 کیلوگرم در هکتار یا 8/3 درصد  از عملکرد گندم دیم است. با در نظر گرفتن سطح زیر کشت گندم (حدود 50000 هکتار) در حوضۀ مورد مطالعه، برآورد می‌شود که سالانه 580 تن گندم در اثر فرسایش از بین می‌رود. استفاده از این روش در مناطق مختلف و برای سایر محصولات و هم‌چنین اعتبارسنجی نتایج با آزمایش‌های مزرعه‌ای پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها


بهتری‌نژاد، ب. (1390). تخمین میزان فرسایش و رسوب و هدرروی عناصر غذایی در اثر فرسایش در حوضۀ گرگان‌رود با استفاده از مدل  SWAT. پایان­ نامۀ کارشناسی ارشد، دانشکدۀ علوم کشاورزی، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
 
Abbaspour, K.C., Johnson, C.A., & van Genuchten, M. T. (2004). Estimating uncertain flow and transport parameters using a sequential uncertainty fitting procedure. Vadose Zone Journal, 3(4), 1340e1352.
Abbaspour, K.C. (2015). User Manual for SWAT-CUP, SWAT Calibration and Uncer- tainty Analysis Programs. Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Eawag, Duebendorf, Switzerland
Arnold, J.G., Kiniry, J.R., Srinivasan, R., Williams, J.R., Haney, E.B., & Neitsch, S.L. (2011). SWAT Input/Output File Documentation, Version 2009. Grassland Soil and Water Research Laboratory, Temple, Texas, USA.
Bakker, M.M., Govers, G., & Rounsevell, M.D.A. (2004). The crop productivity–erosion relationship: an analysis based on experimental work. Catena, 57(1), 55–76.
Bakker, M.M., Govers, G., Jones, R., & Rounsevell, M. (2005). The effect of soil erosion on agricultural productivity. Geophysical Research Abstracts, 7, 695.
Behtarinezhad, B. (2011). Estimation of erosion, sedimentation and nutrients loss due to erosion in Gorganrood basin by SWAT model. M.Sc. Thesis, Faculty of Agricultral Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources (in Persian).
Biggelaar, C., Lal, R., Wiebe, K., & Breneman, V. (2004). The global impact of soil erosion on productivity I: absolute and relative erosion-induced yield losses. Advance in Agronomy, 81, 1–48.
Du, S., Chen, A., & Liu, G. (2013). Determination of purple soil loss tolerance based on soil productivity in southwest China. Journal of Soil and Water Conservation. 68(2), 146–152.
Eswaran, H., Lal, R., & Reich, P.F. (2001). Land degradation: an overview, In Response to Land Degradation, Bridges EM, Hannam ID, Oldeman LR, Penning De Vries FWT, Scherr JS, Sombatpanit S (Eds) Science Publishers, Enfield, NH, USA
Gao, X., Xie, Y., Liu, G., Liu, B., & Duan, X. (2015). Effects of soil erosion on soybean yield as estimated by simulating gradually eroded soil profiles. Soil and Tillage Research, 145, 126-134.
Ghafari, H., Gorji, M., Arabkhedri, M., Roshani, G.A., Heidari, A., & Akhavan, S. (2017). Identification and prioritization of critical erosion areas based on onsite and offsite effect. Catena, 156, 1-9.
Khormali, F., Ajami, M., Ayoubi, S., Srinivasarao, C., & Wani, S.P. (2009). Role of deforestation and hillslope position on soil quality attributes of loess-derived soils in Golestan Province. Iran. Agriculture, Ecosystem and Environment, 134, 178–189.
Kosmas, C., Gerontidis, S., Marathianou, M., Detsis, B., Zafiriou, T., Muysen, W.V., Govers, G., Quine, T., & Vanoost, K. (2001). The effects of tillage displaced soil on soil properties and wheat biomass. Soil and Tillage Research, 58, 31–44.
Lal, R. (1998). Soil erosion impact on agronomic productivity and environment quality. Critical. Review in Plant Science, 4, 319-464.
Lal, R. (2001). Soil degradation by erosion. Land Degradation and Development, 12: 519-539.
Larney, F.J., Janzen, H.H., Olson, B.M., & Olson, A. F. (2009). Erosion–productivity–soil amendment relationships for wheat over 16 years. Soil and Tillage Research, 103, 73-83.
Larney, F.J., Olson, B.M., Janzen, H.H., & Lindwall, C.W. (2000). Early impacts of topsoil removal and soil amendments on crop productivity. Agronomy Journal, 92, 948–956.
Li, L., Du, S., Wu, L., Liu, G. (2009). An overview of soil loss tolerance. Catena, 78, 93–99.
Mehdizadeh, B., Asadi1, H., Shabanpour, M. & Ghadiri, H. (2013). Impact of Erosion and Tillage on the Productivity and Quality of Selected Semiarid Soils of Iran. International Agrophys, 27: 291–297.
Moriasi, D.N., Arnold, J.G., Van Liew, M.W., Bingner, R.L., Harmel, R.D., & Veith, T.L. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transaction of the ASABE, 50, 885–900.
Neitsch, S.L., Arnold, J.G., Kiniry, J.R., & Williams, J.R. (2011). Soil and water assessment tool. Theoretical documentation, version 2009. Texas Water Resources Institute Technical Report N°406.
Olson, K.R., Lal, R., & Norton, L.D. (1994). Evaluation of methods to study soil erosion–productivity relationships. Journal of Soil and Water Conservation, 49 (6), 586–590.
Pimentel, D., & Burgess, M. (2013). Soil Erosion Threatens Food Production. Agriculture, 3, 443-463.
Santhi, C., Arnold, J.G., Williams, J.R., Dugas, W.A., Srinivasan, R., & Hauck, L.M. (2001). Validation of the SWAT model on a large river basin with point and nonpoint sources. Jornal of the American Water Resources Association, 37, 1169-1188.
Schaub, D., Meier-Zielinski, S., & Goetz, R.U. (1998). Simulating long-term erosion effects on soil pro- ductivity for Central Switzerland using the EPIC model. In Modelling Soil Erosion, Sediment Transport and Closely Related Hydrological Processes. Edited by W. Summer, E. Klaghofer, and W. Zhang. IAHS Publication No. 249. Wallingford, UK: International Association of Hydrological Sciences.
Schumacher, T. E., Lindstrom, M. J., Mokma, D. L., and & Nelson, W.W. (1994). Corn yield: erosion relationships of representative loess and till soils in the North Central United States. Journal of Soil and Water Conservation, 49(1), 77–81.
Tolson, B.A., & Shoemaker, C.A. (2007). Cannonsville reservoir watershed SWAT2000 model development, calibration and validation. Journal of Hydrology, 337 (1e2), 68-86.
Vagen, T.G., Shepherd, K.D., & Walsh, M.G., (2006). Sensing landscape level change in soil fertility following deforestation and conversion in the highlands of Madagascar using Vis-NIR spectroscopy. Goederma, 133, 281–294.
Verity, G.E., & Anderson, D.W. (1990). Soil erosion effects on soil quality and yield. Canadian Journal of Soil Science, 70, 471–484.
Weesies, G.A., Livingston, S.J., Hosteter, W.D., & Schertz, D.L. (1994). Effect of soil erosion on crop yield in Indiana: Results of a 10 year study. Journal of Soil and Water Conservation, 49(6), 597–600.
Wei, H., Nearing, M.A., Stone, J.J., Guertin, D.P., Spaeth, K.E., Pierson, F.B., Nichols, M.H., & Moffet, C.A. (2009). A new splash and sheet erosion equation for rangelands. Soil Science Society of America, 73, 1386–1392.