برآورد فرسایش‌پذیری خاک در ایران با استفاده از پایگاه‌های داده‌مکانی soilgrids و hwsd

ایران از جمله کشورهایی است که فرسایش خاک در حال تبدیل‌شدن به یکی از مشکل‌های حاد زیست‌محیطی است و هر سال میلیون‌ها تن از خاک غنی و حاصلخیز به علت‌نبودن مدیریت درست و مناسب از کشور خارج و غیرقابل ‌استفاده می‌شود. به‌منظور حفاظت موثر و جلوگیری از آثار نامطلوب فرسایش خاک نیاز است که عامل‌های تاثیرگذار در فرسایش خاک شناسایی و برآورد مناسبی از مقدار آن‌ها در سطح کشور گزارش شود. در این راستا پژوهش حاضر باهدف برآورد فرسایش‌پذیری خاک (عامل k) برای ژرفای صفر تا 30 سانتی‌متری خاک در سطح کشور ایران انجام گرفت.مواد و روش‌هابرای این منظور از دو گروه داده شامل پایگاه‌ داده هماهنگ خاک جهان (hwsd) و اطلاعات خاک جهانی شبکه‌بندی شده (soilgrids) و همچنین نرم‌افزارهای rstudio و arcgis استفاده شد. برای محاسبه‌ی فرسایش‌پذیری خاک، ابتدا داده‌های جهانی خاک soilgrids در چهار ژرفای صفر، پنج، 15 و 30 سانتی‌متری تهیه گردید و میانگین‌گیری انجام شد. از طرف دیگر پایگاه‌ داده hwsd به‌صورت تصویربرداری برای ژرفای صفر تا 30 سانتی‌متری به‌صورت یک ‌لایه‌ یکپارچه دریافت شد. سپس براساس مقدار کربن آلی، رس، شن و لای خاک از این داده‌ها با استفاده از معادله‌ی epic برای برآورد عامل فرسایش‌پذیری استفاده گردید و در نهایت برای ارزیابی اندازه‌ی اختلاف این دو پایگاه‌ داده در برآورد عامل فرسایش‌پذیری، از شاخص‌های مجذور خطای نسبی (re)، میانگین مطلق خطا (mad) و جذر میانگین مربعات خطا (rmse) استفاده شد.نتایج و بحثنتایج نشان داد که مقدار متوسط درصد ذرات رس در سطح زیر آبخیزهای ایران بین 15 تا 32 % متغیر و میانگین آن برای کل کشور 23 % است که در بین زیر آبخیزها، زیر آبخیزهای کرخه و کویر لوت به‌ترتیب بیش‌ترین و کم‌ترین درصد رس را دارند. مقدار متوسط درصد ذرات لای در سطح زیر آبخیزهای ایران بین 19 تا 45 % متغیر و میانگین آن برای کل کشور 32% است که در زیر آبخیزهای قره‌سو-گرگان رود و کویر لوت به‌ترتیب بیشینه و کمینه‌ی درصد ذرات لای گزارش شد. متوسط درصد ذرات شن در سطح زیر آبخیزهای ایران بین 28 تا 65 متغیر میانگین آن برای کل کشور 44 % است که زیر آبخیز کرخه و زیر آبخیز کویر لوت به‌ترتیب دارای کمینه‌ی و بیشینه‌ی درصد ذرات شن می‌باشند. علت پایین‌بودن عامل فرسایش‌پذیری خاک در آبخیزهای گاوخونی و کویر لوت، بالا‌بودن درصد شن است، این در حالی است که درصد شن در آبخیزهای کویر لوت و گاوخونی به‌ترتیب 65 و 47 % از کل ذرات خاک را شامل می‌شود. متوسط درصد کربن آلی در سطح آبخیزهای ایران بین 0/3 تا 3/9 متغیر است که به‌ترتیب این اندازه‌ها مربوط به زیر آبخیزهای هامون-هیرمند و رودخانه‌های بین سفیدرود و هراز می‌باشد، بنابراین، می‌توان بیان کرد که غالب آبخیزهای کشور از نظر درصد ماده آلی در شرایط نامناسبی قرار دارند. نتایج نشان داد که بخش‌های جنوب‌غربی، غرب و شمال‌شرقی کشور دارای بیشینه‌ی مقدار عامل فرسایش‌پذیری خاک بود و مناطق ایران مرکزی و بخش‌های بیابانی و کویری ایران به‌واسطه‌ی دارابودن درصد بیشتری از ذرات شن، فرسایش‌پذیری کمتری را دارند. در سطح آبخیز با استفاده از داده‌های soilgrids، کم‌ترین اندازه‌ی متوسط فرسایش‌پذیری خاک 0/033 تن ساعت بر مگاژول میلی‌متر، مربوط به کویر لوت و بیش‌ترین مقدار آن 0/045 تن ساعت بر مگاژول میلی‌متر مربوط به زیر آبخیز حله بود. در زیر آبخیزهای درجه‎‌ی‌ دو ایران، بیشینه و کمینه‌ی میانگین شاخص فرسایش‌پذیری خاک با داده‌های hwsd به‌ترتیب مربوط به آبخیزهای مند و گاوخونی با مقدار 0/042 و 0/033 تن ساعت بر مگاژول میلی‌متر بود. همچنین نتایج نشان داد که میانگین عامل فرسایش‌پذیری خاک در ایران با استفاده از دو پایگاه‌ داده‌مکانی hwsd و soilgrids به‌ترتیب 0/036 و 0/038 تن ساعت بر مگاژول میلی‌متر است.نتیجه­گیری و پیشنهادهابررسی فرسایش‌پذیری خاک با داده‌های soilgrids و hwsd در سطح زیر آبخیزها نشان داد که بیشینه و کمینه‌ی اندازه‌ی خطای نسبی به‌ترتیب در آبخیزهای اترک و بلوچستان جنوبی با مقدار 21 و یک درصد می‌باشد و مقدار این خطا برای میانگین کشوری حدوداً پنج درصد است؛ بنابراین می‌توان این‌گونه استنباط نمود که اگرچه خطای بین دو پایگاه‌ داده زیاد نیست اما داده‌های soilgrids به‌دلیل پیوستگی و قدرت تفکیک مکانی بهتر، منبع مناسب‌تری برای مدل‌سازی‌های وابسته به منابع خاک و آب می‌باشند. این پایگاه ‌داده با استفاده از نیم‌رخ‌های بیش‌تری مدل‌سازی شده (حدوداً 150 هزار نیم‌رخ خاک در سطح جهان)، بنابراین دارای دقت مناسب می‌باشد. بیان این نکته ضروری است که با هدف بهبود نتایج این پایگاه ‌داده به‌وسیله‌ی داده‌های زمینی در بخش‌های مختلف کشور، بررسی نبودن قطعیت این داده‌ها به پژوهشگران متخصص در این زمینه توصیه می‌شود. قابل‌توجه است که برآورد فرسایش‌پذیری خاک در این پژوهش با استفاده از مدل epic انجام شد، درحالی‌که ارزیابی و مقایسه‌ی آن با دیگر مدل‌های برآورد فرسایش‌پذیری خاک در سطح کشور به دیگر پژوهشگران پیشنهاد می‌شود.

estimation of soil erodibility (k-factor) in iran using soilgrids and hwsd spatial databases

introduction and objective iran is one of the countries that soil erodibility is becoming one of the acute environmental problems and every year millions of tons of fertile soil are left unusable due to lack of proper management.  in order to effectively protect and prevent the adverse effects of soil erosion, it is necessary to identify the factors affecting soil erosion and provide an appropriate estimate of their amount in the country. in this regard, the present study was conducted to estimate soil erodibility (k-factor) for a soil depth of 0-30 cm in iran.materials and methods for this purpose, two database were used, including the harmonized world soil database (hwsd) and global gridded soil information (soilgrids), as well as rstudio and arcgis software. first, soilgrids data was prepared at four depths of 0, 5, 15 and 30 cm and averaging was done. also, the hwsd database was received in vector format for a depth of 0 to 30 cm. finally, these data have been used to estimate the erodibility factor based on the soil content of organic carbon, clay, sand and silt using the epic equation. finally, relative error (re), median absolute deviation (mad) and root mean square error (rmse) were calculated to compare two databases.results and discussion assessments indicate that the average percentage of clay particles in the sub-basins of iran varies between 15 and 32% and the average for the whole country is 23%. on the other hand, the average percentage of silt particles in the sub-basins of iran varies between 19 and 45%, and the average for the whole country is 32%, among which the maximum and minimum percentage of silt particles are in the sub-basins of qarasu-gorganroud and kavir lut, respectively. also, the average percentage of sand particles in the sub-basins of iran varies between 28 and 65, and on the other hand, the average for the whole country is 44%, the minimum of which is related to the sub-basin of karkheh and the maximum is related to the sub-basin of kavir lut. in gavkhouni and kavir lut sub-basins, the reason the low soil erodibility factor is the high percentage of sand in these sub-basins, so that the percentage of sand in the lut and gavkhouni basins is 65 and 47% of the total soil particles, respectively. considering that the average percentage of organic carbon in the sub-basins of iran varies between 0.3 and 3.9, respectively, these values are related to the sub-basins of hamun-e-hirmand and sefidroud-haraz, so it can be said that the majority of the country’s sub-basins are in poor conditions in terms of the percentage of organic matter. the results show that the southwestern, western and northeastern parts of the country have the maximum amount of soil erodibility factor, and the central iran and desert parts of iran have lower erodibility due to having a higher percentage of sand particles. also, the results show that the lowest average amount of soil erodibility at the sub-basin scale using soilgrids data with a value of 0.033 (ton*h/mj*mm) is related to lut desert and also its maximum value is 0.045 (ton*h/ mj*mm) related to it is the sub-basin of haleh. in addition, the maximum and minimum values of the erodibility index with the hwsd data as an average of the basins of iran are corresponding to the mand and gavkhouni sub-basins, respectively, with values of 0.042 and 0.033 (ton*h/ mj*mm). so, the results showed that the average soil erodibility factor in iran using two the hwsd and soilgrids databases was 0.036 and 0.038 (ton*h/ mj*mm) respectively.conclusion and suggestionsthe study of soil erodibility with the data of soilgrids and hwsd at the sub-basins scale showed that the maximum and minimum re in atrak and south balochestan sub-basins are 21 and 1 percent, respectively, and the amount of re is about 5% for the country average; therefore, it can be concluded that although the re between the two databases is not high, soilgrids data is a more suitable source for soil and water resource modeling due to its continuity and better spatial resolution. finally, it should be said that although this database is modeled using a larger number of profiles (about 150,000 soil profiles in the world), so they have appropriate accuracy. however, it is necessary to state that investigating the uncertainty of these data in order to improve the results of this database in order to improve the results of that in different parts of the country is recommended to researchers and researchers. also, it is noteworthy that the epic model was used to estimate soil erodibility in this study, while its evaluation and comparison with other soil erodibility estimation models in the country is suggested to other researchers and experts.