بخشی از مقاله
چکیده
بررسی وضعیت پوشش گیاهی در مطالعات هیدرولوژیکی و خاکشناسی، از اهمیت چشمگیری برخوردار است. در این مطالعه به برآورد میزان تأثیرگذاری فاکتور پوشش گیاهی بر فرسایش حوضه آبخیز بابلرود پرداخته شده است. ابتدا به تهیه نقشه تراکم و طبقه بندی پوشش گیاهی حوزه پرداخته شد که با استفاده از تصاویر ماهوارهای LANDSAT منطقه شکل گرفته است.
سپس با استفاده از معادلهی جهانی اصلاح شده فرسایش خاک RUSLE میزان هدر رفت خاک در حوضه آبخیز بابلرود برآورد شده است و در نهایت به بررسی شاخص پوشش گیاهی و تاثیر آن بر میزان فرسایش پرداخته شده است طبق نتایج به دست آمده 316705 تن در هکتار در سال فرسایش خاک داشته که طبقه خاک صفر تا 10 تن هکتار در سال بیشترین مساحت منطقه را داشته است و با توجه به نقشه نهایی فرسایش بیش از 40 تن در هکتار در سال در مناطقی قرار دارد که پوشش گیاهی در این مناطق بسیار کم و فاقد پوشش گیاهی است.
مقدمه
معضل فرسایش با کاهش حاصلخیزی خاک باعث تخریب اکوسیستمهای طبیعی نظیر مراتع و جنگلها و اکوسیستم های کشاورزی میگردد. عوامل تأثیرگذار در فرسایش دو دسته هستند :عوامل طبیعی و انسانی در میان عوامل طبیعی، مشخصههای خاک و شیب، نتایج جنبشهای زمین شناسی هستند و آشکار کردن تأثیرات آنها دشوار است با این حال پوشش گیاهی و بارش تأثیرات خود را در بازههای زمانی کوتاه مدت نمایان میسازند.[11] مطالعات متعددی نشان داده که در میان عوامل مسبب فرسایش خاک، پوشش زمین از اهمیت بیشتری نسبت به سایر عوامل برخوردار است.
پوشش گیاهی به عنوان یک عامل کلیدی در تعیین کمیت و کیفیت فرسایش خاک و نیز پاسخهای هیدرولوژیکی سطحی زمین می باشد.
در مناطق پوشیده از گیاه، خواص فیزیکی خاک، مانند گسترش نفوذ و مواد آلی در مقایسه با فضاهای عاری از پوشش بیشتر است
در این میان پوشش گیاهی نقش مهمی در تنظیم فرآیندهای هیدرولوژیکی و تغییر در خواص خاک، به دلیل مهار نیروهای مخرب بارندگی که باعث سله بستن خاک لخت و فرسایش خاک میشود، دارد و باعث بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی خاک میشود که این امر باعث کاهش فرسایش خواهد شد .
بر اساس مطالعات، تکنیکهای حفاظتی بر روی سطح خاک میتواند از دست رفتن خاک را به طور مؤثری کاهش دهد.[16]بنابراین پیش از هر اقدامی پیش بینی شدت فرسایش خاک به منظور برنامه ریزی در تعیین کاربری اراضی، بررسی خطرات فرسایش و ارزیابی اثرات تغییرات کاربری ها حائز اهمیت است.[6] این تحقیق تلاشی است در راستای برآورد میزان تأثیرگذاری فاکتور پوشش گیاهی بر میزان فرسایش حوضه آبخیز بابلرود.
فن شلت و همکاران - 2009 - مقایسه ای بین شاخص گیاهی NDVI حاصل از SPOT VGTو MODIS Terra ،AVHRR GIMMS با داده های مشاهداتی انجام دادند . با توجه به عملکرد بالای هر سه ماهواره در مقایسه با داده های مشاهداتی، تنها تفاوت آنها در روند تغییراتی شاخص NDVI در مناطق مرطوب و خشک بود.
نمانی و همکاران - 1992 - با بررسی ارتباط بین شاخص NDVI و دمای سطح زمین به همبستگی منفی بین این دو متغیر پی بردند . از نتایج تحقیق آنها با استفاده از ماهواره NOAA می توان به تاثیر قوی کسر پوشش گیاهی در تغییرات مکانی دمای سطح زمین اشاره کرد.[14]گیو و همکاران - 2007 - با استفاده از شاخص های NDDI، NDWI وNDVI حاصل از تصاویر ماهواره ای MODIS به ارزیابی خشکسالی در جلگه های مرکزی ایالات متحده پرداختند . شاخص NDDI در مقایسه با تفاضل شاخص های NDWI وNDVI از حساسیت بیشتری نسبت به شرایط خشکسالی تابستان برخوردار بود
مواد و روشها
حوضه آبخیز بابلرود بین 52 درجه و 38 دقیقه تا 52 درجه و 55 دقیقه طول شرقی و 36 درجه و×ٍ×دقیقه تا 36 درجه و 22 دقیقه عرض شمالی و در جنوب استان مازندران واقع شده است و از نظر تقسیمات سیاسی جزء شهرستان بابل میباشد. در این حوزه تعداد 573روستا واقع است که عموماً در منطقه دشتی حوزه واقعاند. وسعت حوزه آبخیز بابلرود برابر 149/29 و محیط آن نیز برابر با 195/79 کیلومتر است. متوسط بارندگی سالانه حوضه نیز 821/8 میلیمتر است. موقعیت منطقه مورد مطالعه در ایران و استان در شکل1نشان دادهشده است.
شکل 1 موقعیت منطقه مورد مطالعه در ایران و استان
برای بررسی پوشش منطقه از پردازش تصاویر ماهوارهای TM لندست سال 2014 در غالب 7 باند در محیط ArcGIS10.3 استفاده شده و طبقه بندی پوشش گیاهی منطقه شکل گرفته است. برای بررسی فرسایش منطقه از مدل RUSLE استفاده شده است و پس از محاسبه هر یک از فاکتورها نقشه نهایی فرسایش در محیط ArcGIS10.3 تهیه شد و به بررسی تاثیر پوشش گیاهی بر میزان فرسایش حوضه آبخیز بابلرود پرداخته شد.
مدل RUSLE
از معادله اصلاح شده جهانی فرسایش خاک - RUSLE - ، در محیط GIS برای برآورد میانگین هدر رفت سالانه و توزیع مکانی و زمانی آن در منطقه مورد مطالعه بهرهگیری شد. معادله RUSLE هدر رفت خاک را توسط 6 فاکتور که مقادیر آن در نواحی مشخص میتواند بهصورت عددی بیان شود، برآورد میکند .[8] در مدل RUSLE، نرخ هدر رفت خاک توسط رابطه ذیل محاسبه میشود:
:A مقدار رسوب سالانه بر حسب تن در هکتار در سال، :R عامل فرسایندگی باران، :K عامل فرسایشپذیری خاک، :L عامل طول شیب، :S عامل درجه شیب زمین، :C عامل مدیریت پوشش اراضی، :P عامل عملیات حفاظتی.
در این پژوهش فاکتورهای مختلف مدل RUSLE به فرمت رستری و اندازه سلول 25×25 متر و سیستم مختصات یکسان تبدیل گردید. فاکتور مدیریت پوشش گیاهی C از فاکتورهای تغییر پذیر در طی زمان بوده و جهت برآورد تغییرات دینامیک فرسایش خاک از طریق تصاویر ماهوارهای مربوطه تهیه شده و در سایر فاکتورهای مدل که نسبتا استاتیک میباشند، به کمک دستور Raster Calculator در الحاقیه Spatial Analyst برنامه ArcGIS در همدیگر ضرب شده و مقادیر هدر رفت سالانه خاک - A - - تن در هکتار در سال - بر اساس سلول به سلول به دست آمد
مدیریت پوشش اراضی
فاکتور مدیریت پوشش گیاهی - C - ، نشان دهنده تأثیر کاشت در مدیریت کشاورزی و اثر پوششهای درختی، درختچهای، علفی و زمینی بر کاهش فرسایش خاک میباشد. با افزایش پوشش گیاهی، فرسایش خاک کاهش مییابد. بنکوبی و همکاران - 1994 - و بیسمن و همکاران - 2000 - گزارش نمودند، فاکتور پوشش گیاهی به همراه درجه شیب و طول شیب در فرسایش خاک و تولید رسوب حساسیت بیشتری دارند. در مدل RUSLE، فاکتور پوشش گیاهی - - ،C معمولاً بر اساس معادلات تجربی تعیین میگردد.[7] اما پرکاربردترین معیار رویش پوشش گیاهی، شاخص تفاضل پوشش گیاهی نرمال شده است که با استفاده از فنآوری سنجش از دور به دست میآید:
این شاخص معرف انعکاس انرژی خورشیدی از سطح زمین است که انواع شرایط پوشش گیاهی را نشان میدهد. مقادیر NDVI بین -1 و +1 در نوسان است. زمانی که پاسخ طیفی اندازهگیری شده از سطح زمین برای هر دو باند خیلی مشابه باشد، مقادیر NDVI به صفر نزدیک میشود. پوشش گیاهی سالم - دارای فعالیت فتوسنتزی - در بخش طیفی مادون قرمز - IR - - باند 4 لندست - در مقایسه با بخش طیفی مرئی قرمز - R - - باند 3 لندست - انعکاس بیشتری دارد. بنایراین مقادیر NDVI برای پوشش گیاهی سبز مثبت خواهد شد. مناطق با پوشش گیاهی کم یا بدون پوشش گیاهی مانند مناطق شهری و اراضی بایر معمولاً مقادیر NDVI بین -1 و +1 را نشان میدهند. ابرها و منابع آبی مقادیر منفی یا صفر را نشان میدهند.
شاخص تفاضل پوشش گیاهی نرمال شده - NDVI - برای محاسبه دادههای طیفی زمینی استفاده شده و نتایج آن نشان داده که این شاخص، همبستگی بالایی با زیستتوده سطح زمین دارد .[13] بعد از انجام تبدیل خطی معکوس از نمونههای تعلیمی، رابطه بین C و NDVI میتواند به صورت زیر ایجاد گرد:
در نتیجه مقدار C در هر سلول میتواند مورد محاسبه قرار گیرد. از آنجایی که مقادیر فاکتور C، بین صفر و یک میباشد، مقدار صفر به پیکسلهای با مقادیر منفی و عدد یک به پیکسلهایی با مقدار بیشتر از یک اختصاص خواهد یافت. در این پژوهش، نقشه فاکتور C بر اساس NDVI تهیه گردید.
پیشپردازش دادهها
تصاویر موجود با کنترل بصری و استفاده از کنترل هیستوگرام اعداد رقومی از نظر رادیومتریک مورد بازنگری قرار گرفتند. جهت این کار ابتدا با افزایش دامنه هیستوگرام طیفی، میزان کنتراست تصاویر را افزایش داده و سپس وجود خطاهای رادیومتریک از قبیل راه راهشدگی و ناهنجاریهای جوی نظیر ابر مورد بررسی قرار گرفت. همچنین با بررسی هیستوگرام تمام باندها و بررسی پارامترهای آماری میانگین و انحراف معیار، توزیع نرمال در دادهها تشخیص داده شد.
