بخشی از مقاله
-1 مقدمه:
فلسفه خاک و لزوم حفاظت آن
خاک دارای سرشتی بسیار پیچیده و در عین حال در اوج نظم است. در واقع شناخت عمیق و دقیق این منبع طبیعی، به دلیل پیچیدگی روابط حاکم بر اجزای آن و مکانیسمها و فرآیندهای کنترلکننده رفتار آن، بسیار دشوار است. این پیچیدگی تا آنجاست که این رشته از علم در بین متخصصان، جذابیت و البته پویایی قابل توجهی داشته و همچنان مسائل ناشناخته زیادی در مورد آن وجود دارد .
با وجود این پیچیدگی اما، نظم و قوانین حاکم بر طبیعت هوشمند خاک، شناخت آن را از مسیر علم هموار میسازد. هر چه شناخت انسان از این محیط زنده عمیقتر باشد، بیشتر و بهتر میتواند با آن ارتباط برقرار کند. اهمیت خاک بهعنوان بستر حیات بر کسی پوشیده نیست و با این رویکرد، لزوم حفظ و نگهداری از این منبع ملی تجدیدناپذیر، امری انکارناپذیر است.
فرسایش خاک مهمترین جنبه تخریب اراضی است که پیامدهای نامطلوبی بر سلامت خاک و بقای بشر دارد. در کشور ایران، فرسایش آبی و بادی هر ساله خسارات جانی و مالی هنگفتی بر جای میگذارد. وقوع سیل حاصل از فرسایش آبی و هجوم شنهای روان و گرد و خاک ناشی از فرسایش بادی را میتوان به تهاجم کشوری بیگانه به خاک کشورمان تشبیه کرد که تخریب و ویرانی در پی دارد. هنوز ابعاد زیستمحیطی پدیده گرد و خاک که تهدیدکننده جدی سلامت مردمان این سرزمین است، بطور کامل واکاوی و شناخته نشده است.
گاهاً از کشورهای همسایه که درگیر جنگ و انتشار مواد شیمیایی و رادیواکتیو بودهاند، گرد و غباری وارد کشور میشود که نه تنها باعث ناراحتیهای تنفسی و بیماریهای مرتبط با آن میشود، بلکه حتی ممکن است اثرات جبرانناپذیری در سلامت نسلهای بعد بر جای گذارد. با این نوع نگرش تأملبرانگیز به موضوع، فرسایش خاک اهمیتی ویژه مییابد و احساس مسئولیت در مواجهه با آن، پررنگتر میشود.
زمانی میتوان در زمینه مدیریت و حفاظت خاک قدمهای مثبت و اثرگذاری برداشت که شناخت و درک کافی از پدیده فرسایش خاک و نحوه تعامل با آن وجود داشته باشد. این در حالی است که هنوز آمار دقیق و قابل اعتمادی از شدت فرسایش آبی و بادی در ایران وجود ندارد که این خود بیانگر لزوم نگاه دقیقتر به این پدیده است. اینجاست که اهمیت اندازهگیری دقیق انواع فرسایش خاک در ایران روشن میشود.
-2 لزوم اندازهگیری دقیق فرسایش خاک
بر مبنای اصول روش تحقیق در مطالعه فرسایش آبی و بادی، دو رهیافت اصلی شامل - 1 برآورد شدت فرسایش با استفاده از مدل و - 2 تعیین دقیق شدت فرسایش خاک از طریق اندازهگیری وجود دارد. با استفاده از مدلهای فرسایش که در کشور، کاربرد رو به گستردهای نیز پیدا کردهاند، برآورد شدت فرسایش خاک و یا تخمین پارامترهای مربوط به آن و نه اندازهگیری شدت فرسایش، امکانپذیر است.
به بیان دیگر، تعیین دقیق شدت فرسایش خاک به کمک ابزار و روشهای اندازهگیری و از طریق انجام آزمایش در شرایط مزرعهای، صحرایی و یا آزمایشگاهی و نه با استفاده از مدل میسر میشود. هر چند استفاده صحیح از مدلها بهمنظور پیشبینی فرسایش، باعث صرفهجویی در وقت و هزینه میگردد، ولی حتی کارایی همین مدلها نیز از طریق مقایسه با مقادیر مبنا یعنی مقادیر واقعی - Actual - ، اندازهگیریشده - Measured - و یا مشاهدهای - Observed - مورد ارزیابی قرار میگیرد.
در برخی موارد، از مدلهای مختلف و یا روشهای زمینآماری در محیطهای نرمافزاری برای تهیه نقشههای فرسایش و یا فرسایشپذیری خاک استفاده شده است، بدون اینکه صحت پارامترهای ورودی تأیید و همچنین کارایی مدل بر اساس مقادیر واقعی ارزیابی شود. برای نمونه، میتوان به تهیه نقشه فرسایشپذیری خاکها از طریق نموگراف ویشمایر و با استفاده از نرمافزارهای زمینآماری و یا سامانه اطلاعات جغرافیایی اشاره کرد حال آنکه، به کمک نموگراف ویشمایر تنها میتوان فرسایشپذیری خاک را برآورد نمود و برای تعیین مقدار دقیق آن، روششناسی مشخص دیگری وجود دارد. حتی در برخی موارد، با استفاده از یک مدل در یک حوضه، نتایج متفاوتی از شدت فرسایش و رسوب گزارش شده است. ناگفته نماند، با استفاده از روشهایی که در مقیاس حوزه آبخیز به تحلیل دادههای هیدرومتری و رسوبسنجی پرداخته می شود، بطور معمول تولید رسوب و نه شدت فرسایش خاک تعیین میگردد.
در حال حاضر، ابزار و روشهای متفاوتی برای اندازهگیری فرسایش آبی و بادی در کشور استفاده میشود که در برخی موارد به دلیل نادیده گرفتن مبانی فرسایش و فرآیندهای مرتبط با آن و یا عدم توجه به ملاحظات فنی، علاوه بر صرف وقت و هزینه، دادهها و یافتههای متناقض و گاه غیرمعتبری ارائه میشود
از منظر دیگر، آمار و ارقامی که تاکنون در مورد شدت فرسایش خاک و تولید رسوب در مناطق مختلف کشور گزارش شده، در برخی موارد با واقعیت طبیعی و یا حتی با یکدیگر همخوانی نداشته که از دلایل اصلی آن میتوان به - 1 وجود ایرادها و یا منابع خطا در استفاده از ابزار و روشهای اندازهگیری فرسایش خاک توسط افراد با زمینههای علمی مختلف و - 2 استناد و اکتفای صرف به برآورد مدلها بدون ارزیابی صحیح کارایی آنها، اشاره کرد.
این موضوع باعث عدم وجود آمار دقیق و معتبر از شدت فرسایش خاک کشور شده و از همین رو، اهمیت و لزوم تعیین دقیق و صحیح شدت آن از طریق اندازهگیری روشن میشود. آنچه مسلم است، استفاده از ابزارها و تجهیزات استاندارد متناسب با نوع هدف از یک طرف و تدوین روش - های - استاندارد اندازهگیری در سطح ملی بر مبنای مفاهیم بنیادی فرسایش از طرف دیگر میتواند در راستای دستیابی به پایگاه دادهای کامل و بهروز با صحت و دقت قابل قبول برای سراسر کشور راهگشا باشد. این مقاله کلیدیبه بررسی برخی ایرادها و منابع خطا که در کمّیسازی شدت فرسایش آبی و بادی و پارامترها و متغیرهای مرتبط با آن در کشور وجود دارد، میپردازد.
-3 ابزار و روشهای تعیین شدت فرسایش خاک
بهطور کلی، روشهای اصلی تعیین فرسایش و رسوب شامل - 1 برآورد با استفاده از مدلها، - 2 تعیین رسوبدهی حوزههای آبخیز، - 3 اندازهگیری هدررفت و یا رسوب حاصل از فرسایش آبی و بادی در شرایط مزرعهای و یا صحرایی از طریق احداث کرتهای استاندارد رواناب و ایستگاههای فرسایش بادی و - 4 اندازهگیری شدت فرسایش آبی و بادی با استفاده از روشهای شبیهسازی فرسایش خاک است. روش اول، برآورد - و نه تعیین مقدار دقیق - شدت فرسایش و روش دوم، شدت تولید رسوب - و نه شدت فرسایش - را بدست میدهد.
با توجه به سطح در معرض فرسایش، اندازهگیری فرسایش خاک در دو شرایط - 1 صحرایی و - 2 آزمایشگاهی انجام میشود که استفاده از هر یک، ملاحظات فنی خاص خود را دارد. اندازهگیری شدت فرسایش، هدررفت خاک و یا تولید رسوب در شرایط طبیعی - روش سوم - ، نیاز به صرف هزینه و وقت زیادی دارد. در این شرایط، ویژگیهای عوامل فرساینده باران، رواناب و باد و نیز سطح در معرض فرسایش هرچند واقعی هستند، ولی این شرایط قابل کنترل نبوده و نقش هر یک از عوامل مؤثر بر فرسایش نیز بطور دقیق و مستقل قابل تفکیک نیست.
این موضوع باعث شده که امروزه در دنیا با توجه به نگاه ویژهای که به فرآیندهای فرسایش وجود دارد، اندازهگیری شدت فرسایش خاک با استفاده از شبیهساز باران، فلوم شیبپذیر و تونل باد به یک روش قابل قبول و دقیق در سطح بینالمللی تبدیل شود. در روش شبیهسازی فرسایش خاک - روش چهارم - ، امکان انجام آزمایش در هر دو شرایط آزمایشگاهی و صحرایی وجود دارد و از این رو، به شرط رعایت ملاحظات فنی میتوان شدت فرسایش خاک را بطور دقیق اندازهگیری نمود.
در این روش، بسته به عوامل فرساینده باران، رواناب و باد، انواع مختلفی از روشهای اندازهگیری فرسایش خاک قابل استفاده است. حتی در استفاده از شبیهسازهای فرسایش، میتوان بطور همزمان هر سه عامل فرساینده باد، باران و رواناب را ایجاد نمود. در این روش میتوان برای مناطقی که بارش باران همراه با وزش باد رخ میدهد، شرایط نزدیک به واقعیت را شبیهسازی نمود.
ذکر این مهم ضروری است که تلفیق نتایج حاصل از روشهای شبیهسازی فرسایش خاک با دادههای حاصل از کرتهای رواناب و ایستگاههای فرسایش بادی، بهترین رهیافت تعیین دقیق و صحیح شدت فرسایش خاک برای هر منطقهای است. ناگفته نماند استفاده بهینه از روشهای یادشده، نیاز به در نظر گرفتن ملاحظات فنی و درک اصول تخصصی و مفاهیم بنیادی فرسایش خاک و فرآیندهای آن دارد تا نتایج حاصل، از صحت و دقت قابل قبولی برخوردار باشد.
-4 سطوح منابع خطا در مطالعه فرسایش خاک
در رشته خاکشناسی بطور عام و در گرایش فرسایش و حفاظت خاک بطور خاص، واژگان متعددی در قالب پارامترها و یا متغیرهای قابل کمّیسازی وجود دارد که در یکی از سطوح - 1 ویژگی - Property - ، - 2 فرآیند - Process - و یا - 3 پدیده - Phenomenon - قرار میگیرد.
این سلسلهمراتب بهترتیب از سطح ویژگی تا سطح پدیده، پیچیدهتر و جامعتر میشود. برای نمونه، "پدیده" فرسایش خاک، در برگیرنده "فرآیندهای" جداشدن، انتقال و رسوبگذاری ذرات است که هر یک از این فرآیندها خود، تابع "ویژگیهای" ذرات است. لازم به ذکر است که پارامتر - Parameter - و متغیر - Variable - با یکدیگر متفاوتند. از طرفی، یرادها و یا منابع خطایی که در کمّیسازی شدت فرسایش و تعیین پارامترها و یا متغیرهای مربوط به آن وارد میشود، ممکن است در یکی از سه مرحله - 1 تعریف - Definition - ، - 2 مفهومسازی - Conceptualization - و - 3 اندازه گیری - Measurement - رخ دهد.
لازم به ذکر است که این سه مرحله، با رویکرد اندازهگیری و نه برآورد فرسایش خاک مطرح میشود و لذا با مراحل مربوط به ساخت و ارزیابی مدلها متفاوت است. در مرحله اول، هر چند ممکن است برای هر پارامتر و یا متغیر، "تعریف" مشخص و مورد توافق عمومی وجود داشته باشد، ولی "مفهومی" که از هر تعریف، تصور و برداشت می شود، بین متخصصان و پژوهشگران، یکسان نیست.
نتیجه آنکه در مرحله بعد، عدم شناخت صحیح این مفهومهای بنیادی فرسایش خاک، "اندازهگیری" را با ابهام و یا خطا مواجه میسازد. به عبارتی به دلیل عدم شناخت صحیح اصول و مفاهیم بنیادی، اندازهگیریشدت فرسایش و تعیین مقدار کمّی پارامترها با استفاده از ابزار و یا روشهایی صورت میگیرد که در مواردی، به ارائه گزارش آمار و یا نتایج غیرمنطقی و غیرواقعی منتهی میشود.
برای تبیین سطوح مورد اشاره در بالا، مثالی ارائه میشود. طبق تعریف، قدرت جریان آستانه، حداقل قدرت جریانی است که ذرات از سطح خاک شروع به جداشدن و حرکت میکند. هر چند این تعریف، ممکن است مورد توافق بیشتر متخصصان مربوطه باشد، اما مفهومی که از آن تصور و برداشت میشود، یکسان نیست. اینکه منظور از ذرات، همه ذرات در معرض فرسایش با اندازههای مختلف است و یا فقط ذرات حساس با دامنهای از اندازه، مورد توافق همگان نیست. عدم توافق در این مرحله، باعث تناقض در مرحلهِ اندازهگیری قدرت جریان آستانه با روشهای مرسوم نظیر روش مشاهدهای و یا روش برونیابی میشود.
در روش مشاهدهای، اینکه شروع حرکت برای کدام ذرات در نظر گرفته شود، مورد اشکال است و در روش برونیابی، به دلیل عدم وجود رابطه خطی بین شدت فرسایش و قدرت جریان - در بیشتر موارد - ، تعیین یک نقطه به عنوان آستانه قدرت جریان، با دنیای واقعی همخوانی ندارد.
صرفنظر از تفسیری که برای هر روش و نتیجه حاصل از آن، قابل ارائه است، این تنها یکی از موارد متناقض است و در مورد فقط همین مفهوم قدرت جریان آستانه، موارد متعددی از تفاوت سطح و نوع دیدگاه و تناقضها را میتوان مطرح نمود. این در حالی است که قدرت جریان آستانه، یک مفهوم بنیادی و اندازهگیری مقدار آن در مطالعه فرسایش خاک و انتقال رسوب بسیار مهم است زیرا بهطور معمول، فرسایش در شرایطی رخ میدهد که قدرت جریان بیشتر از قدرت جریان آستانه باشد.
-5 برخی منابع خطا در اندازهگیری فرسایش
در مراحل مختلف اندازهگیری شدت فرسایش آبی و بادیو تعیین مقدار کمّی پارامترها و متغیرهای مرتبط با آن در شرایط آزمایشگاهی و یا صحرایی، موارد متعددی از منابع خطا مشاهده میشود. در استفاده از انواع شبیهسازهای فرسایش خاک و همچنین ابزار و تجهیزات لازم برای اندازهگیری فرسایش در شرایط صحرایی از طریق احداث کرتهای رواناب و یا ایستگاههای فرسایش بادی که هر یک کاراییها و محدودیتهای خاص خود را دارد، لازم است ملاحظات فنی مد نظر قرار بگیرد.
