تحلیل ارتباط سهم کاربری‌های اراضی در تولید رسوب با سنجه‌های سیمای سرزمین و عوامل مؤثر بر فرسایش خاک در حوزه آبخیز کسیلیان

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

3 استاد گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

4 استاد گروه جفرافیای طبیعی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

اجرای برنامه‌های مؤثر در حفاظت از منابع آب‌ و خاک و کنترل رسوب، نیازمند درک دقیق از منابع رسوب و سهم نسبی آن‌ها در فرآیندهای تولید رسوب است؛ چرا که این اطلاعات در شناسایی مناطق بحرانی و هدایت اقدامات مدیریتی نقش اساسی ایفا می‌کنند. پژوهش حاضر با هدف تحلیل ارتباط سهم کاربری‌های مختلف اراضی در تولید رسوب معلق با سنجه‌های سیمای سرزمین و سایر عوامل مؤثر بر فرسایش خاک است. در حوزة آبخیز کسیلیان استان مازندران انجام شد. بدین منظور 59 ردیاب ژئوشیمی در 36 نمونة منابع رسوب شامل کاربری‌های جنگل طبیعی، کشاورزی، مرتع و جنگل دست کاشت و 8 نمونة رسوب معلق اندازه‌گیری شد. با بهره‌گیری از آزمون‌های آماری دامنه، کروسکال-والیس و تحلیل تابع تفکیک در بستة نرم‌افزاری FingerPro در محیط R، ردیاب‌های بهینه برای منشأیابی رسوبات معلق تعیین شدند؛ به‌طوری‌که عناصر پتاسیم (K)، سدیم (Na) و سرب (Pb) به‌عنوان ردیاب‌های مؤثر انتخاب شدند. تحلیل سنجه‌های سیمای سرزمین با استفاده از نرم‌افزار FRAGSTATS انجام شد. نتایج حاصل از منشأیابی رسوبات معلق نشان داد که سهم نسبی کاربری‌های مرتع، جنگل طبیعی، کشاورزی و جنگل دست‌کاشت در تولید رسوب به‌ترتیب 76، 9، 6 و 6 درصد است. هم‌چنین نتایج نشان داد که سهم بالای کاربری مرتع در تولید رسوب، با توجه به مقادیر بالای ضریب پوشش گیاهی (33/0C=)، فرسایش‌پذیری خاک (03/0K=)، عامل توپوگرافی (58/25LS=)، و شاخص پراکندگی لکه‌ها (3/575ENN-MN=)، قابل‌تبیین است. این نتایج می‌تواند پایه‌ای علمی برای شناسایی مناطق بحرانی، اولویت‌بندی اقدامات حفاظتی، و تدوین راهبردهای مؤثر در مدیریت جامع منابع آب و خاک باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
حبشی، خلیل، محمدی، شاهین، کریم‌زاده، حمیدرضا، و پورمنافی، سعید (1397). ارزیابی خطر فرسایش خاک در دشت کوهپایه - سگزی با استفاده از مدل تجدید نظر شده جهانی فرسایش خاک (RUSLE). مخاطرات محیط طبیعی، 7(15)، 163-180. doi: 10.22111/jneh.2017.3216
دهقانی، نوید، وفاخواه، مهدی، و بهره مند، عبدالرضا. (1392). شبیه سازی جریان رودخانه با استفاده از مدل هیدورلوژیکی – توزیعی WetSpa حوزه آبخیز کسیلیان. پژوهش های حفاظت آب و خاک، 20(6)، 253-261.
شریفی، احمد، شیرانی، حمید، بسالت‌پور، علیرضا و اسفندیارپور بروجنی، علی (۱۳۹۹). ارزیابی اثر کاربری جنگل و مرتع بر فرسایش بین‌شیاری و برخی ویژگی‌های فیزیکی خاک در جنوب شرقی ایران. آب و خاک، ۳۴(۲)، ۴۵۵-۴۶۹. doi:10.22067/jsw. v34i2.83911
عرب‌خدری، محمود. (1393). بررسی عوامل عمده فرسایش آبی در ایران. مجله مدیریت اراضی، ۲(۱)، ۱۷–۲۶. doi: 10.22092/lmj.2014.100081
غلامی، بهرام، گنبد، محمد، عضدی، محمد و جوکار، علیرضا (۱۳۸۸). بررسی اثر تغییرات کاربری اراضی در ایجاد رواناب و خطر سیلاب حوزه‌ی آبخیز کسیلیان. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، ۳(۹)، ۵۵–۵۷. dor:20.1001.1.20089554.1388.3.9.8.0
قربانی، اردوان، حزباوی، مصطفی‌زاده، رئوف و علائی، نازیلا (۱۳۹۹). تحلیل ارتباط بین سنجه‌های سیمای سرزمین و فرسایش خاک حوزه آبخیز کوزه تپراقی، استان اردبیل. جغرافیا و مخاطرات محیطی، ۳۶(۹)، ۶۵–۹۰. doi:10.22067/geoeh.2021.67020.0
کریمی، نبیه، غلامی، لیلا، کاویان، علی و خالدی درویشان، عبدالواحد (۱۴۰۱). تعیین سهم ویژه منابع رسوب معلق در آبخیز واز با استفاده از ویژگی‌های ژئوشیمیایی. اکوهیدرولوژی، ۹(۴)، ۷۰۵-۷۱۸. doi:10.22059/ije.2023.344381.1649
کمری یکدانگی، فائزه، سارونه، فاطمه، خالدی درویشان، عبدالواحد، موسوی، وحید، آقابیگی امین، سهیلا (1402). کارایی روش های مختلف تهیۀ نقشۀ کاربری/پوشش اراضی در حوضۀ آبخیز معرف کسیلیان. اکوهیدرولوژی، 10(3)، 321-334. doi:10.22059/ije.2023.361471.1743
معتمدی، راضیه، آذری، محمود و منصفی، رضا. (1398). ارتباط الگوی سیمای سرزمین و رسوب در برخی از زیرحوزه‌های آبخیز استان گلستان. مهندسی و مدیریت آبخیز, 11(4), 955-971. doi: 10.22092/ijwmse.2018.120525.1456
مصفایی، جمال، اختصاصی، محمدرضا و صالح پورجم، امین. (1397). مقایسه عملکرد روش انگشت‌نگاری و اندازه-گیری صحرایی فرسایش در منشایابی رسوبات آبی. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 12(۴۰)، ۱-۹. dor:20.1001.1.20089554.1397.12.40.2.9
نصرتی، کاظم، و جلالی، سعیده. (1396). بررسی تولید رسوب معلق در حوضه زهکشی زیارت گرگان در فصول مختلف با استفاده از تکنیک منشایابی رسوب. اکوهیدرولوژی، ۴(۳)، ۸95–887. doi: 10.22059/ije.2017.62646
 
 
References
Adnan, S., Aldefae, A. H., & Humaish, W. H. (2021). Soil erosion and the influenced factors: A review article. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering1058(1): 012041. doi: 10.1088/1757899X/1058/1/012041
Arabkhedri, M. (2014). A review on major water erosion factors in Iran. Land Management Journal, 2(1), 17–26. doi: 10.22092/lmj.2014.100081[In Persian]
Astorga, R., Garcias, T., Borgatello, G., Velasco, H., Padilla, R., Dercon, G., & Mabit, L. (2020). Use of geochemical fingerprints to trace sediment sources in an agricultural catchment of Argentina. International Soil and Water Conservation Research, 8(4), 410–417. doi: 10.1016/j.iswcr.2020.10.006
Collins, A. L. (2020). Sediment source fingerprinting: Benchmarking recent outputs, remaining challenges and emerging themes. Journal of Soils and Sediments, 20(12), 4160–4193. doi: 10.1007/s11368-020-02755-4
Collins, A. L., Walling, D. E., Sichingabula, H. M., & Leeks, G. J. L. (2002). Suspended sediment source fingerprinting in a small tropical catchment and some management implications. Applied Geography, 21(4), 387–412. doi: 10.1016/S0143-6228(01)00013-3
Dehghani, N., Vafakhah, M., & Bahremand, A. (2013). Simulation of river flow using the distributed hydrological model WetSpa in the Kesilian watershed. Journal of Water and Soil Conservation Research, 20(6), 253–261[In Persian]
Fan, S., & Wang, X. (2017). Analysis and assessment of heavy metals pollution in soils around a Pb and Zn smelter in Baoji City, Northwest China. Human and Ecological Risk Assessment, 23(5), 1099–1120. doi: 10.1080/10807039.2017.1300857
Gholami, B., Gonbad, M., Ozodi, M., & Jokar, A. (2009). Evaluation of the effect of land use changes on runoff and flood risk in the Kasilian watershed. Journal of Watershed Science and Engineering of Iran, 3(9), 55–57. dor: 20.1001.1.20089554.1388.3.9.8.0 [In Persian]
Ghorbani, A., Hezbavi-Mostafazadeh, M., Raouf, A., & Nazila (2020). Analysis of the relationship between landscape metrics and soil erosion in the Kozeh Tapraghi watershed, Ardabil province. Geography and Environmental Hazards, 36(9), 65–90. doi: 10.22067/geoeh.2021.67020.0 [In Persian]
Habashi, K., Mohammadi, Sh., Karimzadeh, H., & Pourmanafi, S (2018). Assessment soil erotion risk in kohpayeh - segzi plain using Revised Universal Soil Loss Equation (RSLE). Journal of Natural Environmental Hazards, 7(15), 163-180. doi: 10.22111/jneh.2017.3216 [In Persian]
Kamari Yekdangi, F., Khaledi Darvishan, A., & Aghabeigi Amin, S. (2025). Prioritization of factors affecting annual soil erosion and sediment yield using combined G2-GeoDetector approach. Modeling Earth Systems and Environment, 11(4), 1–17. doi: 10.1007/s40808-025-02484-y
Kamari Yekdangi, F., Sarouneh, F., Khaledi Darvishan, A., Mousavi, V., & Aghabeigi Amin, S. (2023). Efficiency of different methods for preparing land use/land cover maps in the representative watershed of Kaselian. Ecohydrology, 10(3), 321–334. doi: 10.22059/ije.2023.344381.1649 [In Persian]
Karimi, N., Gholami, L., Kavian, A., & Khaledi Darvishan, A. (2022). Determination of the relative contribution of suspended sediment sources in the Vaz watershed using geochemical characteristics. Ecohydrology, 9(4), 705–718. doi: 10.22059/ije.2023.344381.1649 [In Persian]
Liu, X., & Zhang, Y. (2022). Landscape analysis of runoff and sedimentation based on land use/cover change in two typical watersheds on the Loess Plateau, China. Life, 12(11), 1688. doi: 10.3390/life12111688
Lizaga, I., Latorre, B., Gaspar, L., & Navas, A. (2020). FingerPro: An R package for tracking the provenance of sediment. Water Resources Management, 34(12), 3879–3894. doi: 10.1007/s11269-020-02650-0
Lizaga, I., Quijano, L., Gaspar, L., Ramos, M. C., & Navas, A. (2019). Linking land use changes to variation in soil properties in a Mediterranean mountain agroecosystem. Catena, 172, 516–527. doi: 10.1016/j.catena.2018.09.019
Masfai Jamal, M., Ekhtesasi, M. R., & Salehpourjam, A. (2018). Comparison of sediment fingerprinting and field measurement methods for sediment source apportionment. Journal of Watershed Science and Engineering of Iran, 12(40), 1–9. dor: 20.1001.1.20089554.1397.12.40.2.9 [In Persian]
McGarigal, K. (2002). Landscape metrics for categorical map patterns.
Mohammadi, M., Khaledi Darvishan, A., & Bahramifar, N. (2019). Spatial distribution and source identification of heavy metals (As, Cr, Cu and Ni) at sub-watershed scale using geographically weighted regression. International Soil and Water Conservation Research, 7(3), 308–315. doi: 10.1016/j.iswcr.2019.01.005
Motamedi, R., Azari, M. and Monsefi, R. (2019). Relationship between landscape metrics and sediment yield in some watersheds of Golestan Province. Watershed Engineering and Management, 11(4), 955-971. doi: 10.22092/ijwmse.2018.120525.1456 [In Persian]
Nahib, I., Wahyudin, Y., Amhar, F., Ambarwulan, W., Nugroho, N. P., Pranoto, B., ... & Karolinoerita, V. (2024). Analysis of factors influencing spatial distribution of soil erosion under diverse subwatershed based on geospatial perspective: A Case Study at Citarum Watershed, West Java, Indonesia. Scientifica 2024, 1–20 doi: 10.1155/2024/7251691
Nosrati, K., & Jalali, S. (2017). Investigating suspended sediment yield in Ziarat Drainage Basin, Gorgan in different seasons using sediment fingerprinting technique. Ecohydrology, 4(3), 887–895. doi: 10.22059/ije.2017.62646 [In Persian].
Nosrati, K., Collins, A. L., & Madankan, M. (2018). Fingerprinting sub-basin spatial sediment sources using different multivariate statistical techniques and the Modified MixSIR model. Catena, 164, 32–43. doi: 10.1016/j.catena.2018.01.003
Owens, P. N., Blake, W. H., Gaspar, L., Gateuille, D., Koiter, A. J., Lobb, D. A., Petticrew, E. L., Reiffarth, D. G., Smith, H. G., & Woodward, J. C. (2016). Fingerprinting and tracing the sources of soils and sediments: Earth and ocean science, geoarchaeological, forensic, and human health applications. Earth-Science Reviews, 162, 1–23. doi: 10.1016/j.earscirev.2016.08.012.
Palazón, L., & Navas, A. (2017). Variability in source sediment contributions by applying different statistic test for a Pyrenean catchment. Journal of Environmental Management, 194, 42–53. doi: 10.1016/j.jenvman.2016.07.058
Pulley, S., Foster, I., & Antunes, P. (2015). The uncertainties associated with sediment fingerprinting suspended and recently deposited fluvial sediment in the Nene River basin. Geomorphology, 228, 303–319. doi: 10.1016/j.geomorph.2014.09.016
Ramos, M. C., Gaspar, L., Lizaga, I., Catalá, A., & Navas, A. (2025). Geochemical composition of suspended sediments generated after erosive rainfall events in nested agroforestry catchments with Mediterranean climate. Journal of Hydrology, 650, 132486. doi: 10.1016/j.jhydrol.2024.132486.
Sharifi, A., Shirani, H., Basaltpour, A., & Esfandiyarpour Boroujeni, A. (2020). Assessment of the effects of forest and rangeland land use on interrill erosion and some physical soil properties in southeastern Iran. Soil and Water, 34(2), 455–469. doi: 10.22067/jsw.v34i2.83911 [In Persian]
Thakuriah G. (2023). GIS‑based revised universal soil loss equation for estimating annual soil erosion: a case of lower Kulsi basin, India. SN Applied Sciences. 5(3):1–13. doi: 10.1007/s42452-023-05303-0.
Tiecher, T., Minella, J. P. G., Evrard, O., Caner, L., Merten, G. H., Capoane, V., & dos Santos, D. R. (2018). Fingerprinting sediment sources in a large agricultural catchment under no‐tillage in Southern Brazil (Conceição River). Land Degradation & Development, 29(4), 939–951. doi: 10.1002/ldr.2917
Vale, S., Swales, A., Smith, H. G., Olsen, G., & Woodward, B. (2022). Impacts of tracer type, tracer selection and source dominance on source apportionment with sediment fingerprinting. Science of The Total Environment, 831, 154832. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.154832
Vercruysse, K., Grabowski, R. C., & Rickson, R. J. (2017). Suspended sediment transport dynamics in rivers: Multi-scale drivers of temporal variation. Earth-Science Reviews, 166, 38–52. doi:10.1002/esp.4682
Walling, D. E. (2005). Tracing suspended sediment sources in catchments and river systems. Science of the Total Environment, 344(1-3), 159–184. doi: 10.1016/j.scitotenv.2005.02.011
Walling, D. E., Collins, A. L., & Stroud, R. (2008). Tracing suspended sediment and particulate phosphorus sources in catchments. Journal of Hydrology, 350(1-2), 274–289. doi: 10.1016/j.jhydrol.2007.10.047
Xu, Y., Tang, H., Wang, B., & Chen, J. (2017). Effects of landscape patterns on soil erosion processes in a mountain–basin system in North China. Natural Hazards, 87(3), 1567–1585. doi: 10.1007/s11069-017-2810-3
Zakeri, E., Mousavi, S. A., & Karimzadeh, H. (2020). Scenario-based modelling of soil conservation function by rangeland vegetation cover in northeastern Iran. Environmental Earth Sciences, 79(5), 107. doi: 10.1007/s12665-020-08703-3
Zhang, Y., Bi, Z., Zhang, X., & Yu, Y. (2019). Influence of Landscape Pattern Changes on Runoff and Sediment in the Dali River Watershed on the Loess Plateau of China. Land, 8(12), 180. doi: 10.3390/land8120180
Zhao, C., Li, P., & Yan, Z. (2024). Effects of landscape pattern on water quality at multi-spatial scales in Wuding River Basin, China. Environmental Science and Pollution Research, 31, 19699–19714. doi: 10.1007/s11356-024-32429-