بخشی از مقاله
چکیده
فرسایش خاک یک مشکل مهم جهانی برای مدیریت اراضی میباشد. ارزیابی دقیق فرسایش آبی خاک با روشهای مختلف نظیر بررسی نقشه زمین، نظارت، مدل سازی و کاربرد ردیاب ها انجام میشود. همه این روش های ذکر شده دارای معایب و نواقصی میباشند که اعتبار این روشها را زیر سوال میبرد. بنابراین نیاز فوری به توسعه روشهایی برای برآورد دقیق مقدار فرسایش خاک وجود دارد که با درک فعلی فرآیندهای فرسایش سازگار باشند.
چنین روشها و رویکردهایی با توجه به پیشرفت در زمینه درک فرآیندهای مختلف فرسایش باید مورد بررسی قرار گیرند. فقط پس از آن بررسی میتوان برآوردهای قابل اعتماد از فرسایش خاک را ارائه کرد که منجر به اخذ تصمیمهای صحیح برای استفاده درست از راضی میشود. هدف از این بررسی مروری بر روش های مختلف تخمین فرسایش خاک و برآورد مقدار هدرررفت خاک می باشد. لذا تا کنون روشها و مدلهای مختلفی ارائه شده است که اکثر آنها با مشکل عدم قطعیت برآورد هدررفت خاک مواجه هستند.
.1 مقدمه
فرسایش خاک یک مشکل بسیار مهم جهانی است. با افزایش جمعیت جهان، نیاز برای تولید بیشتر مواد غذایی روند صعودی داشته، که همین امر موجب افزایش فشار بر اراضی کشاورزی شده است. هرگونه کاهش در سطح زمینهای کشاورزی قابل استفاده و یا کاهش مقدار مواد مغذی خاک روند فرسایش خاک را تشدید میکند. عوامل مختلفی باعث ایجاد فرسایش خاک میشوند، یکی از اصلی ترین آنها آب است. فرسایش آبی خاک توسط طیف وسیعی از فعالیتهای انسانی از قبیل عملیات خاکورزی [25]، فشردگی خاک [5] و کاهش ماده آلی [2] میتواند افزایش یابد. در این راستا Pimentel و همکاران - 1995 - برآورد کردند که فرسایش آبی خاک سالانه هزینههایی بالغ بر 7 میلیارد دلار به ارمغان میآورد.
اگرچه در بعضی موارد دادههای مورد استفاده برای ارزیابی این برآورد مقادیر کمتری را نشان میدهند، باز هم نشان دهنده هزینه اقتصادی بالایی میباشد. یکی از اهداف روشهای مدیریت بهینه اراضی، به حداقل رساندن تاثیر فعالیتهای کشاورزی بر فرسایش خاک میباشد. برای این منظور، اطلاعات دقیق و قابل اطمینان فرسایش خاک در مقیاس حوزههای آبخیز و اراضی جداگانه و مستقل مورد نیاز است.
اگرچه طی 4000 سال برای کمی سازی مقدار فرسایش آبی خاک از نرخ رشد گالی استفاده میشد، اما اخیرا نگرانی در مورد این مسئله سبب شده که تلاشهای بسیاری برای بدست آوردن دادههای گستردهتر در مورد فرسایش آبی خاک، با هدف حفاظت خاک انجام پذیرد. طی سالهای 1877 و - 1981 - Hudson 1895 از کرتهای کوچک استفاده شده توسط Wollny برای اندازهگیری رواناب و فرسایش خاک استفاده کرد. در سال 1907، وزارت کشاورزی ایالات متحده یک سیاست رسمی در زمینه حفاظت خاک را اعلام کرد، که به دنبال آن اولین تحقیقات فرسایش خاک در آن کشور توسط سامپسون و همکارانش از سال 1912در مراتع ایالات یوتا شروع شد.
در مقیاس جهانی مشکل فرسایش خاک متأثر از فعالیتهای انسان اولین بار توسط Jacksو - 1939 - Whyte مورد توجه ویژه قرار گرفت. بسیاری از مراکز و سازمانها در سطح ملی و بین المللی، از روشهای مختلف برای تعیین مقدار فرسایش خاک استفاده کردند. برخی از نرخهای برآورد شده برای فرسایش خاک با بعضی از این روشها از نظر بسیاری از متخصصان و کارشناسان مورد سوال قرار گرفته است.
هدف از این بررسی ارزیابی روشهای اندازهگیری فرسایش آبی است، که شامل ارزیابی نواقص روشها و قابلیت اطمینان برآوردهای آنها، و بررسی نحوه برطرف کردن کاستیها و افزایش قابلیت اطمینان برآوردها در مطالعات آینده برای بهبود تصمیم ها در زمینه حفاظت خاک میباشد. به همین سبب تمرکز این بررسی بیشتر بر - 1 پیشبینی نرخ برای اهداف حفاظت خاک و - 2 کاربرد روشهای سازگار شده به جای نتایج مطالعات جداگانه است. مقیاس بررسیها شامل اراضی جداگانه تا حوضه های آبخیز کوچک میباشند.
.2 متن یا بدنه اصلی مقالات
برای برآورد فرسایش خاک از روشهای مختلفی استفاده شده است: مطالعات کرت، پایش و اندازهگیری، مدل سازی، و استفاده از ردیابها. اگرچه این روشها میتوانند به صورت جداگانه یا ترکیبی با هم استفاده شوند، لذا برای اهداف این بررسی هر روش به طور کاملا جداگانه و مستقل مورد بررسی قرار میگیرد.-مطالعه کرتی اغلب در مطالعههای کرتی، فرسایش را با استفاده از کرتهای مرزبندی شده محاسبه میکنند .[21] در ایالات متحده، از سال 1917 استفاده از کرتهای رواناب برای محاسبه فرسایش آغاز شد. طول این کرتها 72/6 فوت و عرض آنها مضربی از 6 فوت بود تا مناطقی با مساحت حدود 40/47 متر مربع را پوشش دهند. کرتی با این طول به عنوان کرت استاندارد برای توسعه معادله جهانی هدررفت خاک USLE به کاررفت.
[26] اگرچه تا کنون تعداد بسیاری از پژوهشها در جهان با استفاده از همین کرت استاندارد USLE انجام شده است، تنوع بسیار زیادی در اندازه کرتهای بکاررفته دیده شده است. اندازه کرتها از 0/24 مترمربع تا 20000 مترمربع متغییر بوده اند. توصیه و راهنمای کلی برای تنظیم صحیح اندازه کرتهای فرسایشی برای محاسبه رواناب وجود ندارد. به غیر از مسائل عملی مانند خرابی ابزار، قابل اطمینان بودن دادههای حاصل از این کرتهای رواناب مسئله بسیار قابل توجهی است. نکته مهم این انتخاب این است که از شبیه ساز باران یا رخداد باران طبیعی استفاده شود.
برای مثال اگر هدف بررسی اثر تیمارهای مختلف مانند انواع کشت است، استفاده از شبیه ساز باران بسیار کارآمدتر و بهتر است، اما مسئله مهم انتخاب مقدار شدت باران برای شبیه سازی است. به طور کلی، در چنین آزمایشهایی از شدتهای نسبتاً بالایی استفاده میشود، زیرا این شدتها سبب ایجاد فرسایش قابل توجهی میشوند. لذا این موضوع که چنین رخدادی نماینده اصلی شرایط طبیعی محیط مورد نظر باشد، جای سوال فراوان دارد. Schlesinger و همکاران - 1999 - با استفاده از شبیه ساز باران آزمایشهایی را در کرتهای ا2* مترمربع در مناطقی از مکزیک انجام دادند، و ضریب رواناب را برای دو گونه پوشش گیاهی بوته و علفزار حدود 46 و 24 درصد بدست آوردند.
در همان منطقه، Schlesinger و همکاران - 2000 - با استفاده از کرتهایی با مساحت 4 مترمربع و رخداد باران طبیعی طی یک دوره سه ساله، ضرایب رواناب را حدود 18/3 و 3/6 درصد برای دو گونه پوشش گیاهی مختلف بدست آوردند. گرچه نتایج این دو مطالعه ممکن است متأثر از اندازه متفاوت کرتها باشد، اما تفاوت در ضرایب رواناب بدست آمده بسیار زیاد است. البته به سبب تفاوت در مقیاس زمانی آزمایشها، نرخ فرسایش قابلیت مقایسه کمتری دارد.
Nolan و همکاران - 1997 - طی آزمایشی با استفاده از کرتهای رواناب با مساحت 1 مترمربع تحت شرایط شبیه سازی باران سرعت هدررفت خاک را محاسبه کردند. در این آزمایش با شبیه ساز باران از همان R شاخص فرسایندگی باران معادله جهانی هدررفت خاک در رخدادهای طبیعی بارش استفاده شد. به سبب تفاوت در طول کرت و زمان شروع رواناب در باران طبیعی و شبیه سازی شده، تنظیمات بیشتری روی دادهها انجام شد. با توجه به اینکه در این مطالعه تطابق خوبی بین دادههای هدررفت خاک حاصل از شبیه سازی باران و رخداد طبیعی بارش دیده شد، لیکن پژوهشگران تعمیم نتایج شدتهای زیاد بارش را با توجه به اندازه کوچک کرتهای آزمایشی و تکرار فرآیندهای فرسایش برای محاسبه نرخ فرسایش را رد کردند.
مسئله دوم این واقعیت است که در شبیه سازهاب باران به طور معمول از یک نرخ ثابت بارش عمودی استفاده میشود، گرچه ممکن است به طور موردی در برخی شبیه سازها به طور مقطعی پالس زمانی شدت بارندگی متغیر باشد. با این حال، در بارندگی طبیعی هر دو تغییرات زمانی و اثرات باد وجود دارد. Parsons و - 2006 - Stone شدت تولید رواناب و هدررفت خاک را در آزمایشگاه شبیه ساز باران روی سه نوع خاک مقایسه کردند، نتایج بررسی آنها نشان داد که برای بارانهایی با انرژی جنبشی بارش مشابه، تغییرات شدت فرسایش بیشتر از 33 درصد بود. Wang و همکاران - 2017 - بیان کردند که بارانهای با شدت ثابت شبیه سازی شده، شدت فرسایش را کمتر از بارشهای طبیعی با شدتهای مختلف نشان میدهند.
در تعدادی از مطالعهها [4] نشان دادهاند که جهت وزش باد تأثیر قابل توجهی بر تولید رواناب و رسوب دارد. جهت حرکت باد به سمت پایین دست شیب شدت فرسایش را نسبت به زمانی که جهت حرکت باد به سمت بالا باشد بسیار بیشتر میکند. بیشترین مسئله در این زمینه مربوط به مقیاس اندازهگیری شدت فرسایش است. سالها پیش محققین بیان کرد که گزارش این که مقداری خاک که از دو یا سه مترمربع زمین جدا میشود نمیتواند برآورد دقیقی از کل هدررفت خاک از تپه ها و مناطق مختلف منطقه باشد.
با این حال هنوز پژوهشگران مقدار فرسایش خاک را به صورت تن در هکتار، بدون در نظر گرفتن اندازه کرت آزمایشی استفاده شده گزارش میکنند، با این حال در چندین مطالعه نیز وابستگی شدت فرسایش به مقیاس اندازهگیری دادهها نشان داده شده است. Parsons و همکاران - 2004 - استدلال کردند که این وابستگی به مقیاس به دلیل مسافت حمل ذرات فرسایش یافته است. هدررفت خاک در هر محل برابر با شدت جریان رسوب عبور یافته از آن نقطه است. وابستگی شدت جریان رسوب با شیب منطقه وابسته به فاصله حمل ذرات خاک به این منطقه است. از آنجا که فاصله حمل محدود است، لذا شدت جریان با افزایش شیب منطقه به طور خطی افزایش نمییابد. در نتیجه، با تقسیم کردن منطقه به چند بخش نمی توان انتظار داشت که فرسایش هم به همان نسبت تقسیم شود.
