بخشی از مقاله
مقدمه
افزایش غلظت دی اکسید کربن اتمسفر و در نتیجه افزایش میانگین دمای جهانی سبب ایجاد نگرانیهای جدی شده است . - IPCC, 2001 - این نگرانیها سبب توجه ویژه به نگهداشت کربن اتمسفری در اکوسیستمهای زمینی شده است. برای بررسی نگهداشت کربن خاک از طریق جذب دی اکسید کربن اتمسفر نیاز به تعریف دقیقی از کربن نگهداشته شده توسط ماده آلی خاک در کشتزار یا در سطح حوضه میباشد. تغییرات اندوخته کربن در شرایط کشتزار یا حوضه آهسته و دراز مدت است. افزون بر این آزمایشات دراز مدت مزرعهای شامل اندازه-گیریهای کربن، کم و نادر است. بنابراین مدلسازی، ابزاری کاربردی برای ایجاد پژوهشها در بیشتر کشورهای توسعه یافته میباشد - پاولسون و همکاران . - 1981
با مدلسازی پویایی کربن آلی خاک میتوان هزینهها و زمان را کاهش و مناطقی با مقیاس بزرگ را پوشش داد. مدلسازی میتواند به شناخت مناطقی با پتانسیل بالا برای افزایش نگهداشت کربن آلی خاک و پیشبینی و فهمیدن تغییرات آینده در اثر تغییر اقلیم، تغییر کاربری زمینها و کارهای مدیریتی کمک کند - آردو و السن، - 2003 و به کمک این پیشبینیها میتوان برای آینده در سطح کلان سیاستگذارای کنیم.مدلها جانشینی برای اندازهگیریهای مستقیم نیستند بلکه کامل کننده روشهای مستقیم هستند. مدلها اجازه میدهند تا فاکتورهای گوناگون کنترل کننده پویایی کربن آلی خاک، در کنار یکدیگر قرار گیرند.
مدلها ویژگی-های شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی ماده آلی خاک را ساده سازی میکنند. مدلهای شبیهسازی در مقیاسهای مزرعهای - جنکینسون و همکاران، - 1987، منطقهای - پارتن و همکاران، - 1993 و جهانی - کینگ و همکاران، 1996 ، کائو و ودوارد ، - 1998 بکار برده شدهاند.در پژوهشهای مدلسازی کربن از مدلهای گوناگونی مانند RothC، CENTURY و EPIC بهرهگیری شده است. در این پژوهش از مدل APEX به دلیل ویژگیهای منحصربه فرد و شرایط محیطی خاص منطقه استفاده شد.مدل APEX به دلیل وجود خلاءهای موجود در دو مدل EPIC و SWAT که قادر به شبیه سازی فرآیندهای مختلف در حوضههای کوچک نبودند توسط مرکز توسعه و تحقیقات بلک لند توسعه داده شد. مدل APEX ابزاری پویا، منعطف و توانمند در شبیهسازی فرآیندهای گوناگون در حوضههای کوچک و کشتزارها میباشد.
عملکرد APEX روزانه بوده و قادر به شبیهسازی پیوسته برای دراز مدت - از 1 تا 4000 سال - میباشد. از مدل APEX میتوان برای شبیهسازی کارهای مدیریتی گوناگون مانند مواد مغذی، کارهای شخم، کارهای حفاظتی، رواناب و رسوب، مدیریت دام و چرا و چرخه کربن بهرهگیری کرد - گاسمن و همکاران، . - 2010 همچنین مدل APEX توانایی مدلسازی استراتژیهای جدید مدیریتی مانند کشت گراس در آبراههها، بهرهگیری از کودهای دامی جامد و مایع و غیره را دارد.هدف این پژوهش ارزیابی مدل APEX در شبیهسازی پویایی کربن آلی در چراگاه تحت مدیریت چرای تاخیری میباشد.
مواد و روشها
دادههای مورد نیاز مدل
اطلاعات هواشناسی: کمینه و بیشینه دما و بارندگی روزانه اطلاعات هواشناسی مورد نیاز مدل APEX برای شبیهسازی پویایی کربن آلی خاک میباشد. اطلاعات ایستگاه هواشناسی حوضه از سال 2005 تا 2012 با فرمت - .DLY - به مدل APEX معرفی شد.
دادههای مکانی
الف- مدل ارتفاع رقومی : - DEM - مدل APEX از مدل ارتفاع رقومی برای طراحی شبکه جریان و مرزهای حوضه به کمک توابع اولیه رستری توسط ویژگی Spatial Analyst در نرم افزار ARCGIS استفاده میکنند. اطلاعات مدل اتفاع رقومی با دقت متوسط ارتفاعی 20 متر از نقشه توپوگرافی منطقه آماده شده است.
ب- نقشه اطلاعات خاک: برای تهیه نقشه خاک از نقشه جهت شیب و ژئومورفولوژی بهرهگیری شد. ابتدا نقشه جهت شیب آماده شد. با توجه به شیبهای اصلی حوضه تعداد 6 نیمرخ در حوضه شاهد و 7 نیمرخ در حوضه نمونه در نظر گرفته شد. هر نیمرخ در جهت شیب مورد نظر حفر و ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آن اندازه-گیری شد و در پایان نقشه خاک بر پایه جهت شیب و جایگاه نیمرخها آماده و به مدل داده شد.
ج- اطلاعات کاربری و پوشش گیاهی: نقشه پوشش گیاهی بر پایه گزارش پوشش گیاهی سال 1390 اداره منابع طبیعی استان همدان تهیه شد. پلیگونها بر پایه گونههای غالب از هم جدا شدهاند. هر پلیگون با کد چهار حرفی به مدل معرفی شده است.
نتایج و بحث
کربن آلی خاک در یک دوره 5 ساله - 2007-2011 - توسط مدل شبیهسازی شد. مدل در ابتدا با حد آستانه تعریف شده، حوضه شاهد و نمونه را به ترتیب به 27 و 25 واحد پاسخ هیدرولوژیک تقسیم کرد. هر یک از این واحدها دارای پوشش گیاهی، خاک و شیب یکسان میباشند. سپس کربن آلی خاک برای هر واحد در سالهای 2007 تا 2011 شبیهسازی شد.شکل 1 مقادیر میانگین کربن آلی - kg/ha - در حوضه - نمونه+شاهد - را نشان میدهد. در دوره شبیهسازی مقادیر کربن افزایش یافته است اما مقادیر افزایش یافته در سالهای مختلف متفاوت میباشد. کمترین افزایش کربن آلی خاک مربوط به سال 2010 میباشد.
با استفاده از مقادیر کربن آلی شبیهسازی شده نقشه پویایی کربن آلی برای سالهای 2007 تا 2011 رسم شد - شکل . - 2 مقادیر کربن آلی در حوضه نمونه نسبت به شاهد بیشتر است. مقادیر شبیهسازی شده کربن آلی خاک هر واحد در سالهای مختلف با توجه به شرایط آب و هوایی ناهمانند است و برای یک واحد در سالهای مختلف ممکن است مقادیر کربن آلی افزایش یا کاهش یافته باشد. برخی از واحدها 29 - ، 30، 31 و - 32 دارای خاک یکسان میباشند اما مقادیر پیش بینی شده کربن آلی آنها متفاوت است. این تفاوت نشان میدهد که مدل افزون بر ورودی کربن عوامل دیگری - بارندگی، دما، پوشش گیاهی و شیب - را در شبیهسازی خود اثر میدهد.
