شبیه‌سازی سناریوهای عملیات بیولوژیکی حفاظت خاک بر تغییرات فرسایش با استفاده از مدل rusle (حوزه آبخیز مرگاو- بخش فریم استان مازندران)

مقدمههدررفت خاک پدیده ای است که موجب تخریب اراضی شده و به دلیل بهره‌وری پایین کشاورزی نه تنها بر منابع طبیعی بلکه بر معیشت مردم نیز تاثیر منفی می‌گذارد. خاک از منظر اقتصادی یکی از منابع طبیعی است که بر قدرت ملی یک کشور موثر است و به عنوان یک محور اصلی در قدرت اقتصادی ارزیابی می شود. فرسایش فرایندی است که باعث تخریب لایه‌های سطح خاک و جابه جایی مواد تشکیل‌دهنده آن شده و یکی از شایع‌ترین علل تخریب اراضی در سراسر جهان و تهدیدی جدی برای جامعه انسانی و محیط زیست است. متوسط سالانه فرسایش خاک در ایران حدود 24 تن در هکتار در سال است. این رقم بسیار قابل‌توجه بوده و ارزش اقتصادی بیش از صدها میلیارد ریال را در بر می‌گیرد. تنش‌های اقتصادی، اجتماعی و سیاسی به ویژه تنش‌های ناشی از مهاجرت نیز تا حد زیادی به این موضوع مربوط می‌شود. از سوی دیگر، رشد روزافزون جمعیت در ایران و به دنبال آن مصرف بیشتر مواد غذایی، کشاورزان را مجبور به استفاده از اراضی شیب‌دار حساس به فرسایش کرده است که یکی از دلایل اصلی تخریب منابع طبیعی است. بنابراین، پیش از هر اقدامی پیش‌بینی شدت فرسایش خاک به برنامه‌ریزی در تعیین کاربری اراضی، بررسی خطرات فرسایش و ارزیابی اثرات تغییرات کاربری‌ها حائز اهمیت است. تغییر پوشش و کاربری زمین بر بسیاری از فرایندهای طبیعی نظیر فرسایش خاک و تولید رسوب، سیلاب و خصوصیات فیزیکی شیمیایی خاک اثر می‌گذارد. هدف پژوهش حاضر بررسی سناریوهای مختلف عملیات بیولوژیکی بر میزان هدررفت خاک حوزه آبخیز مرگاو استان مازندران است.مواد و روش‌هاحوزه آبخیز مرگاو در محدوده طول شرقی 6 َ9 °53 الی 41 َ14 °53 و عرض شمالی 25 َ6 °36 الی 34 12 °36 با مساحت 4401.7 هکتار در بالادست سد شهید رجایی ساری و از توابع شهر فریم بخش دودانگه ساری در استان مازندران است. بارندگی متوسط سالانه حوضه معادل 580.1 میلی‌متر بوده که ماه آذر و فصل پاییز به ترتیب پرباران‌ترین ماه و فصل هستند و مرداد و فصل تابستان نیز کم باران‌ترین ماه و فصل سال هستند. دمای متوسط حوزه نیز معادل 11.7 درجه سانتی‌گراد محاسبه شده است. همچنین پارامترهای فیزیوگرافی این حوضه از قبیل حداقل و حداکثر ارتفاع از سطح دریا به ترتیب 779 و 1787 متر و ارتفاع متوسط وزنی1204.2متر و شیب متوسط وزنی 35.79 درصد و زمان تمرکز 2.7 ساعت است. در نهایت اقلیم حوزه نیز به روش آمبرژه و دومارتن به ترتیب مرطوب سرد و نیمه مرطوب بوده است. به منظور اجرای سناریوهای تغییر کاربری فعلی اراضی حوضه به کاربری‌های مرتع و گیاهان دارویی، ابتدا نقشه کاربری فعلی اراضی حوزه آبخیز مرگاو، با استفاده از بازدیدهای میدانی و نرم‌افزار گوگل ارث در محیط gis رسم شد. سپس با استفاده از مدل rusle، فرسایش کل حوضه محاسبه شد. از آنجایی که تغییر کاربری اراضی جنگلی، مسکونی و سد به کاربری دیگر در حوضه، منطقی نبود، از فرایند شبیه‌سازی حذف و بر سایر کاربری‌ها، پیشنهاد سناریو به مساحت 561.54 هکتار صورت گرفت.نتایج و بحث نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد، میانگین میزان هدررفت خاک در اراضی کشاورزی، باغی و مناطق جنگلی تخریب یافته حوزه آبخیز مرگاو با استفاده از مدل rusle، 25.4 تن بر هکتار در سال بود. هم چنین نتایج شبیه‌سازی سناریوهای عملیات بیولوژیکی و حفاظتی خاک با استفاده از مدل rusle نشان داد، سناریوهای مرتعداری (سناریوی اول)، مرتعداری و باغداری (سناریوی دوم) و کشت گیاهان دارویی (سناریوی سوم)، به ترتیب فرسایش خاک را به 18.9، 8.9 و 5.4 تن بر هکتار در سال (کاهش) رساندند. با توجه به نقش فرسایش باران، میزان آن از شمال حوضه به سمت غرب و جنوب غربی حوضه افزایش می‌یابد که این امر مربوط به کاهش بارندگی و توزیع فضایی ناهموار بارندگی در حوضه است. شاخص فرسایش پذیری خاک (k) در استفاده از جنگل‌های تخریب شده و کشاورزی بیشتر از سایر کاربری‌ها بود. مناطق با شیب بیشتر فرسایش بیشتری داشتند که نشان‌دهنده نقش عامل ls در این امر است. به عبارت دیگر، اراضی کشاورزی که برای عامل ls در مقطع متوسط به بالا قرار گرفته‌اند، این بخش را نسبت به فرسایش خاک حساس‌تر می‌کند. با توجه به نقشه عامل پوشش گیاهی بر میزان فرسایش، حساس‌ترین مناطق به فرسایش اراضی جنگلی تخریب شده و سپس کشاورزی مناطقی هستند که با در نظر گرفتن افزایش یا کاهش شیب، میزان فرسایش را افزایش یا کاهش می‌دهند. بنابراین مهمترین عاملی که می‌تواند اثر منفی شیب بر فرسایش حوضه را کاهش دهد پوشش گیاهی است.نتیجه گیریپیامدهای منفی فرسایش کل حوزه آبخیز مرگاو می‌تواند کاهش تدریجی حاصلخیزی خاک سطحی و اراضی زراعی و به خطر افتادن معیشت و امنیت غذایی مردم باشد. در واقع با توجه به نقش موثر پوشش گیاهی بر فرسایش خاک، اجرا و توسعه اراضی باغی و یا کشت گیاهان دارویی بر اساس اصول کشت نواری در اراضی شیب‌دار در این حوضه پیشنهاد می‌شود. در واقع می‌توان در راستای هدف‌گذاری حفاظتی، هدف‌گذاری اقتصادی را در انتخاب نوع پوشش گیاهی و انتخاب گونه گیاهی در نظر گرفت که هم بتواند از فرسایش خاک جلوگیری کند و هم از کشت آن درآمدزایی کند. بنابراین با توجه به دستورالعمل احداث باغ و کشت گیاهان دارویی دیم در اراضی شیب‌دار در سال 1395 و با توجه به جنبه‌های اقتصادی، سه سناریو برای این حوضه پیشنهاد شد که بهترین سناریو تبدیل اراضی کشاورزی به گیاهان دارویی دیم (سناریوی 3) است که باعث کاهش فرسایش از 25.44 تا 5.4 تن در هکتار در سال می‌شود. زیرا کشت گیاهان دارویی نیازی به خاک‌ورزی در سال ندارد و در مقایسه با محصولاتی مانند گندم می‌توان آن را طبق مدل حفاظتی خاک کشت کرد که باعث کاهش فرسایش خاک می‌شود. بنابراین توجه به مسائل اجتماعی و اقتصادی مبتنی بر توسعه پایدار در اجرای عملیات آبخیزداری می‌تواند عامل مهمی در مدیریت بهتر حوزه‌های آبخیز کشور باشد.

scenarios simulation of biological operations of soil conservation on changing erosion using the rusle model (margav watershed - farim section of mazandaran province)

introduction soil loss is a phenomenon that it causes the land degradation and due to the low productivity of agriculture, it has a negative impact not only on natural resources but also on people’s livelihood. from an economic point of view, soil is one of the natural resources that is effective on the national power of a country and is evaluated as a major axis in economic power. the average annual soil erosion in iran is about 24 t.ha-1 year-1. this figure is very significant and includes the economic value of more than hundreds of billions of rials. economic, social and political tensions, especially the tensions resulting from the migrations of villagers and nomads, are also largely related to this issue. on the other hand, the ever-increasing growth of the population in iran, followed by the consumption of more food, has forced the farmers to use sloping lands that are sensitive to erosion, and this is one of the main reasons for the destruction of natural resources. therefore, before any action, it is important to predict the intensity of soil erosion, to plan in determining land use, to examine the risks of erosion and to evaluate the effects of changes in land use. changing land cover and land use affects many natural processes such as soil erosion and sediment production, floods, and physical and chemical properties of soil. the purpose of the present study is the investigating the different scenarios of biological operations on the amount of soil loss in margav watershed of mazandaran province.materials and methods the watershed area of mergav is in the range of east longitude 53° 9′ 6″ to 53° 14′ 41″ and north latitude 36° 6′ 25″ to 36° 12′ 34″, with an area of 4401.7 hectares, upstream of shahid rajaei sari dam and in the functions of the city of frame, dodangeh the average annual rainfall of the basin is equal to 1.580 mm, and december and autumn are the rainiest months and seasons respectively, and august and summer are the least rainy months and seasons. the average temperature is also calculated as 11.7°c. also, the physiographic parameters the minimum and maximum height above the sea level are 779 and 1787 meters respectively, the weighted average height is 1204.2 m, the weighted average slope is 35.79% and the concentration time is 2.7 hours. in the end, the climate of the area has been wet, cold and semi-humid according to amberje and dumartin methods. in order to implement the scenarios of changing the current land use of the basin to the use of pasture and medicinal plants, first, the current land use map of mergao watershed, was drawn using field visits and google earth software in the gis environment. then, using the rusle model, the erosion of the entire basin was calculated. since it was not logical to change the use of forest, residential and dam lands to other uses in the basin, a scenario with an area of 561.54 hectares was proposed to be removed from the simulation process and applied to other uses.results and discussion the obtained results from present study showed that the average soil loss in agricultural lands, gardens and degraded forest areas of margav watershed using the rusle model was the rate of 25.4 t.ha-1.year-1. also, the simulation results of the scenarios of biological operations and soil conservation using the rusle model showed that scenarios pasture (first scenario), pasture and horticulture (second scenario) and cultivation of medicinal plants (third scenario), decreased the soil erosion with rates of 18.9, 8.9, 5.4 t.ha-1.year-1, respectively. according to the role of rain erosion, its amount increases from the north of the basin to the west and southwest of the basin, which is related to the decrease in rainfall and uneven spatial distribution of rainfall in the basin. the index of soil erodibility (k) in the use of destroyed forest and agriculture was more than other uses. areas with higher slopes were more eroded, which shows the role of ls factor in this matter. in other words, the agricultural lands that were placed in the medium to high section for the ls factor make this section more sensitive to soil erosion. according to the map of the vegetation factor on the amount of erosion, the most sensitive areas to the erosion of degraded forest lands and then agriculture are those that increase or decrease the amount of erosion by considering the increase or decrease of the slope. therefore, the most important factor that can reduce the negative effect of slope on erosion in the basin is vegetation.conclusion the negative consequences of the erosion of the entire watershed of mergav can be a gradual decrease in the fertility of the surface soil and arable agricultural lands and endanger people’s livelihood and food security. in fact, considering the effective role of vegetation on soil erosion, the implementation and development of garden lands or the cultivation of medicinal plants according to the principles of strip cultivation in sloping lands in this basin is suggested. in fact, in line with conservation targeting, economic targeting can be considered in choosing the type of vegetation and choosing a plant species that can both prevent soil erosion and generate income from its cultivation. therefore, according to the instructions for building a garden and cultivating rainfed medicinal plants in sloping lands in 2016 and considering the economic aspects, three scenarios were proposed for this basin, the best scenario is the conversion of agricultural lands to rainfed medicinal plants, which reduces erosion from 4 25.4 to 5.4 tons per hectare per year (scenario 3) because the cultivation of medicinal plants does not require tillage every year and compared to crops such as wheat, it can be cultivated according to the soil conservation model, which reduces soil erosion and cultivation costs.therefore, the considering the social and economic issues based on sustainable development in the implementation of watershed operations can be an important factor in the better management of country watersheds.