علوم آب و خاک

آگاهی از توزیع مکانی ویژگی‌های خاک به‌عنوان عامل اساسی برای برنامه‌ریزی کشاورزی پایدار در نظر گرفته می‌شود. روش‌های زمین‌آماری به‌طور گسترده‌ای به‌منظور تعیین تغییرپذیری مکانی ویژگی‌های خاک در نقاط ناشناخته استفاده می‌شود. این پژوهش به‌منظور ارزیابی روش‌های زمین‌آماری به‌منظور پهنه‌بندی برخی ویژگی‌های حاصل‌خیزی منطقه دارنگان با کاربری‌های مختلف (زراعی- باغی و مرتعی) در جنوب غرب شیراز انجام شد. 134 نمونه‌ خاک سطحی با الگوی شبکه‌ای، از کاربری‌های مختلف برداشت و ویژگی‌های حاصل‌خیزی آن‌ها اندازه‌گیری شدند. نتایج نشان داد که بهترین مدل با بیشترین دقت، برای فسفر، نمایی ساده، پتاسیم و آهن، J-Bessel، کلسیم و منگنز، مدل Stable، نیتروژن و منیزیم، چندوجهی کروی و روی مدل گوسی و مس، مدل منطقی درجه دوم بوده‌اند. ساختار مکانی برای روی، ضعیف، برای نیتروژن، پتاسیم و منگنز متوسط و برای سایر متغیرها قوی برآورد شد. بر اساس نقشه‌های پهنه‌بندی، 96، 28 و24 درصد از اراضی مورد مطالعه به‌ترتیب با کمبود نیتروژن، فسفر و پتاسیم مواجه هستند. در ارتباط با عناصر ریزمغذی نیز 78 و 63 درصد از اراضی به‌ترتیب دارای کمبود آهن و روی هستند. مقایسه آماری ویژگی‌های مطالعه‌شده بیانگر تفاوت معنی‌دار مقادیر فسفر، پتاسیم، آهن، منگنز، کلسیم، منیزیم و ظرفیت تبادل کاتیونی در کاربری‌های مختلف است.

منابع آب زیرزمینی یکی از بخش‌‌های متأثر از شرایط بلند‌مدت خشکسالی هستند که متأسفانه کمتر از سایر بخش‌ها مورد توجه قرار گرفته‌اند. پژوهش حاضر با هدف بررسی و پهنه‌بندی نوسانات کمی آب زیرزمینی و نیز تحلیل زمانی خشکسالی آب زیرزمینی با استفاده از شاخص GRI در محدوده مطالعاتی شیراز در حوزه آبخیز مهارلو - بختگان انجام شده است. بدین منظور با استفاده از آمار ۱۵ساله (1382-1397) منابع آب زیرزمینی و تقسیم آن به سه دوره زمانی پنج‌ساله، پهنه‌بندی تغییرات سطح و تراز آب زیرزمینی در محیط ArcGIS انجام و آبنمود معرف آبخوان تهیه شد. همچنین خشکسالی منابع آب زیرزمینی دشت مورد مطالعه با استفاده از شاخص GRI بررسی شد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، بیشترین تراز سطح آب زیرزمینی مربوط به ناحیه شمال غرب آبخوان و حدود 1810 متر در مهرماه سال 1387 و کمترین مقدار نیز مربوط به نواحی جنوبی آبخوان با میزان 1423 متر در مهرماه 1397 است. همچنین نتایج نشان داد که سطح آب زیرزمینی در طول دوره ۱۵ساله مورد مطالعه با افتی برابر شش متر و متوسط افت سالانه 0/5 متر روبرو بوده است. بررسی تغییرات حجم مخزن نیز حاکی از این نکته بود که در سال‌های گذشته علاوه‌بر مصرف کل ذخیره تجدیدشونده، بخش زیادی از ذخیره ثابت نیز بهره‌برداری شده است. روند نزولی شاخص خشکسالی منابع آب زیرزمینی (GRI) و شدت‌گرفتن آن در سال‌های پایانی بازه زمانی مورد مطالعه، از مهم‌ترین نتایج این پژوهش بوده که در پی افزایش جمعیت و سطح زیرکشت، کاهش نزولات جوی و تغییر اقلیم رخ داده است.

در مطالعه حاضر از مدل تحویل رسوب جاده (SEDMODL) و سامانه اطلاعات جغرافیایی برای تخمین میزان و درصد رسوب‌دهی متوسط سالانه ناشی از شبکه جاده‌های جنگلی در جنگل‌های بلوط غرب کشور در استان چهارمحال‌وبختیاری (جاده جنگلی نازی به طول 5171 متر) برای اولین بار در کشور استفاده شد. بر اساس سه عامل پایه در مدل، رسوب‌دهی ناشی از شبکه جاده جنگلی مطالعاتی برآورد شد. همچنین در این پژوهش به‌منظور اندازه‌‌گیری میدانی میزان فرسایش و رسوب در فواصل مختلف از جاده و در قسمت‌های مختلف جاده مطالعاتی، 30 میخ فرسایشی نصب و در طول یک سال میزان تغییرات آن‌ها اندازه‌‌گیری شد. نتایج نشان داد میانگین فرسایش خاک در فواصل مختلف از جاده نازی بر اساس میخ‌های فرسایشی 5/7 میلی‌متر در سال است. همچنین بر اساس مدل SEDMODL، برآورد میزان فرسایش و رسوب‌دهی کل شبکه جاده مطالعاتی به‌ترتیب 2875 و 570 تن در سال در کیلومتر است. ارزیابی مدل با استفاده از میخ‌های فرسایشی نشان داد که SEDMODL مدلی مناسب برای برآورد فرسایش خاک در جاده‌های جنگلی غرب کشور است (0/78=R2 و 0/73=RMSE). گفتنی است که تحلیل آماری لکه‌های داغ فرسایش نشان داد، 39 درصد از جاده‌های جنگلی نازی دارای تولید فرسایش بسیار زیاد هستند. بنابراین باتوجه به نتایج به‌دست‌آمده در پژوهش حاضر پیشنهاد می‌شود اقدامات اصلاحی، حفاظتی و مراقبت از جاده در مناطق با خطر زیاد فرسایش در اولویت تصمیم‌گیران قرار گرفته شود.

هدررفت خاک و تخریب فراوان ناشی از فرسایش خندقی همواره خسارات فراوانی به همراه داشته است. به دلیل اینکه اندازه گیری مستقیم میدانی و پایش فرسایش خندقی امری هزینه بر و زمان بر است، امکان تعیین میزان هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی بسیار مشکل است. این پژوهش با هدف محاسبه حجم خاک ازدست‌رفته ناشی از فرسایش خندقی با استفاده از مدل های یادگیری ماشین در حوزه آبخیز آبگندی استان کهگیلویه و بویراحمد بر اساس مطالعات میدانی، انجام شده است. مدل های یادگیری ماشین عبارت‌اند از: جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی. ازاین‌رو، موقعیت 68 خندق در منطقه ثبت و به منظور مدل سازی هدررفت خاک ناشی از خندق ها، لایه های رقومی عوامل تأثیرگذار بر گسترش خندق ها از جمله عوامل توپوگرافی، خاک شناسی، سنگ شناسی و هیدرولوژیک به عنوان متغیرهای مستقل تهیه شد. سپس حجم خاک ازدست‌رفته ناشی از فرسایش خندقی منطقه در تعدادی خندق معرف به صورت مستقیم به عنوان متغیر وابسته در عرصه اندازه گیری شد. خندق های اندازه گیری‌شده، به صورت تصادفی به دو گروه آموزش و اعتبارسنجی تقسیم شدند. نتایج مدل ها با استفاده از خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) و شاخص R2 ارزیابی شده و مدل ها با یکدیگر مقایسه شدند. بر اساس نتایج این مطالعه، فرسایش خندقی در حوضه آبگندی استان کهگیلویه و بویراحمد هر ساله رو به افزایش است و در شرایطی که میزان بارندگی و همچنین فراوانی بارش‌های سنگین (بیشتر از مقدار پنج میلی‌متر یا بیشتر) و دارای شدت زیادی باشد، میزان فرسایش و هدررفت خاک به طور مستقیم افزایش چشمگیر خواهد داشت. از میان مدل‌های یادگیری ماشین مورد استفاده در این پژوهش، مدل جنگل تصادفی به عنوان مدل برتر در زمینه پیش‌بینی هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی انتخاب شد.