| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,251 |
| تعداد مقالات | 35,917 |
| تعداد مشاهده مقاله | 54,575,951 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 93,696,670 |
تاثیرپذیری مولفه‌های هیدرولوژیکی و تولید رسوب مناطق خشک از پوسته‌های زیستی مختلف در کرت‌های آزمایشگاهی | ||
| مهندسی و مدیریت آبخیز | ||
| دوره 16، شماره 1، فروردین 1403، صفحه 117-134 اصل مقاله (980.34 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwmse.2023.361926.2015 | ||
| نویسندگان | ||
| آرین مطبوع1؛ واحدبردی شیخ* 2؛ علی محمدیان بهبهانی3؛ آرش زارع گاریزی4 | ||
| 1دانشجوی کارشناسی ارشد علوم و مهندسی آبخیزداری، گروه آموزشی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
| 2استاد، گروه آموزشی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
| 3استادیار، گروه آموزشی مدیریت مناطق بیابانی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
| 4استادیار، گروه آموزشی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه تپه‌ماهورهای پیرامون تالاب‌های بین‌المللی آلماگل و آجی‌گل در استان گلستان، در معرض فرسایش شدید قرار دارد و سالانه حجم زیادی از رسوبات این دامنه‌ها به داخل این تالاب‌ها وارد می‌شود. در حالی که سطح وسیعی از تپه‌ماهورهای مشرف به این تالاب‌ها پوشیده از پوسته‌های زیستی بوده است که به علت عدم آگاهی کافی از ارزش، حساسیت و کارکرد اکولوژیکی آنها، مورد غفلت و تخریب قرار گرفته‌اند. بهبود خصوصیات خاک، جلوگیری از برخورد مستقیم قطرات باران با سطح خاک، همگی حاکی از نقش مهم پوسته‌های زیستی در فرایندهای هیدرولوژیکی و کنترل هدررفت خاک هستند. مواد و روش‌ها در پژوهش حاضر، با استفاده از سامانه شبیه‌ساز باران نقش پوسته‌های زیستی در فرایندهای هیدرولوژیکی تپه‌ماهورهای مشرف به تالاب آجی‌گل، بررسی شد. پس از پیمایش میدانی و ارزیابی منطقه، تیمارهای مختلف شامل پوسته زیستی با پوشش غالب گلسنگ، پوسته زیستی با پوشش غالب خزه، عرصه دارای پوشش گیاهان آوندی (درمنه)، عرصه فاقد پوشش و عرصه‌هایی پوشیده از ترکیب خزه-گلسنگ برای اجرای شبیه سازی باران و مقایسه اثر آنها بر فرایندهای هیدرولوژیکی منطقه انتخاب شد. شبیه‌سازی باران در کرت‌هایی به ابعاد یک در دو متر به 30 دقیقه و شدت 82 میلیمتر در ساعت انجام شد. زمان آغاز رواناب و حجم رواناب تولیدی در خروجی پلات اندازه گیری و ثبت شد. همچنین، در فواصل زمانی پنج دقیقه‌ای از آغاز فرایند شبیه‌سازی برای برآورد غلظت و جرم رسوب، نمونه‌‌های رواناب به حجم 500 میلی‌لیتر جمع‌آوری و برای انجام آزمایش‌ها به آزمایشگاه انتقال داده شد. به‌‌علاوه، عمق جبهه رطوبتی ناشی از نفوذ باران در ابتدا، وسط و انتهای پلات‌ها اندازه گیری شد. نتایج و بحث نتایج شبیه‌سازی بارش-رواناب (پنج تیمار مختلف از پوشش‌های غالب منطقه در کرت‌های آزمایشی دو متر مربعی و سه تکرار برای هر تیمار)، با شدت بارش 82 میلیمتر در ساعت و تداوم 30 دقیقه‌ای نشان داد که متوسط میزان جرم رسوبات خروجی از کرت‌های با پوشش غالب خزه (104 گرم)، گلسنگ (91 گرم)، ترکیب گلسنگ-خزه (176 گرم) و بوته (99 گرم) به‌طور چشمگیری نسبت به خاک لخت (1133 گرم) کمتر است. بنابراین، در صورت تخریب پوسته‌های زیستی موجود و تشکیل مناطق فاقد پوشش، میزات رسوبدهی نسبت به تیمارهای گلسنگ، خزه و درمنه در حدود 10 برابر و نسبت به کرت‌های با پوشش ترکیب گلسنگ-خزه در حدود پنج برابر افزایش پیدا خواهد کرد. کاهش معنی‌دار میزان نفوذ آب در خاک در اثر حضور پوسته‌های زیستی (P < 0.05)، باعث افزایش معنی‌دار30 تا 40 درصد تولید رواناب نسبت به تیمار پوشیده از بوته و افزایش معنی‌دار هشت تا 18 درصد نسبت به تیمار خاک لخت می‌شود (P < 0.01). نتیجه‌گیری پوسته‌های زیستی با کاهش هدررفت خاک و غلظت رسوبات، باعث تولید و انتقال رواناب سطحی باکیفیت به تالاب‌ها و در نتیجه، حفظ کارکرد اکولوژیک و سلامت بوم‌سازگان تالاب‌های منطقه می‌شود. نتایج این پژوهش، تاثیرگذاری مثبت پوسته‌های زیستی در عملکرد هیدرولوژیکی و اکولوژیکی عرصه‌های بیابانی شمال دشت گرگان و حفاظت تالاب‌های منطقه که در کنوانسیون رامسر ثبت شده‌اند را نشان می‌دهد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| تالاب آجی‌گل؛ رواناب؛ شبیه‌ساز باران؛ فرسایش؛ نفوذ | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Effects of biocrusts on the hydrological components and sediment production at experimental plot scale in arid environments | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ariyan Matboo1؛ Vahedberdi Sheikh2؛ Ali Mohammadian Behbahani3؛ Arash Zare Garizi4 | ||
| 1MSc Student of Watershed Science and Engineering, Department of Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran | ||
| 2Professor, Department of Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Department of Arid Zone Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran | ||
| 4Assistant Professor, Department of Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction The hills surrounding the international wetlands of Almagol and Ajigol in the Golestan Province are exposed to severe erosion and every year a large amount of sediments from these hillslopes discharge into these wetlands. Whilst a large extent of these surrounding hills, covered with Biological Soil Crusts (BSC), has been destroyed due to lack of awareness of their values, sensitivity and ecological functions. Improving soil properties, preventing direct contact of raindrops with the soil surface, all indicate the important role of BSC in hydrological processes and soil loss control. Materials and methods In this study, the role of BSC in the hydrological processes of dry areas was investigated using a rain simulator. After a field survey and evaluation of the area, different treatments including biological crust with a dominant lichen cover, biological crust with a dominant moss cover, an area covered with vascular plants, an area without cover and areas covered with a combination of moss and lichen were selected to perform rain simulation and compare their effects on the hydrological processes of the selected region. Rain simulation was done in 2×1 meter plots for 30 minutes and intensity of 82 mm per hour. The start time of runoff and the volume of produced runoff at the outlet of the plot were measured and recorded. Also, at five-minute intervals from the beginning of the simulation process, 500 ml runoff samples were collected and transferred to the laboratory for testing in order to estimate the sediment concentration and mass. In addition, the depth of the wetting front caused by the infiltration of rain was measured at the beginning, middle and end sections of the plots. Results and discussion The results of rainfall-runoff simulations at a 2×1 m2 plot scale with a rainfall intensity of 82 mm.h-1 and a duration of 30 minutes plots, showed that the average mass of sediments from plots with the dominant cover of moss (104 g), lichen (91 g), lichen-moss combination (176 g) and bush (99 g) was significantly higher than bare soil (1133 grams). Therefore, in case of destruction of the existing BSC and the formation of bare lands, the sedimentation rate will increase by more than 5 times. A significant decrease in water infiltration into BSC causes a significant increase of 30-40% in runoff generation compared to the treatment covered with bushes and a significant increase of 8-18% compared to the bare soil treatment. Conclusions by reducing soil loss and sediment concentration, BSC cause the production and transfer of high-quality runoff to the wetlands and as a result maintain the ecological function and health of the region’s wetlands. The results of this research show the positive influence of BSC on the hydrological and ecological performance of arid areas in the north of Gorgan Plain and protection of Ramsar-listed wetlands in the region. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Aji-gol Wetland, Runoff, Rainfall simulation, Soil loss, Infiltration | ||
| مراجع | ||
|
Afra, T. 2020. Evaluation of biological crustseffects on soil erodibility using rain simulator, case study: hillslopes Aji-Gol, Golestan Province. MSc Thesis, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resourves, Gorgan, Iran (in Persian). Alizadeh, A. 2008. Principles of applied hydrology. Imam Reza Publications. 301 pages (in Persian). Barger, N.N., Weber, B., Garcia-Pichel, F., Zaady, E., Belnap, J. 2016. Patterns and controls on nitrogen cycling of biological soil crusts. Springer, Cham. 257-285. Belnap, J. 2006. The potential roles of biological soil crusts in dryland hydrologic cycles. Hydrol. Process. 20, 159-3178. Belnap, J., Wilcox, B.P., Van Scoyoc, M.W., Phillips, S.L. 2013. Successional stage of biological soil crusts: an accurate indicator of ecohydrological condition. Ecohydrol. 6, 474-482. Cantón, Y., Domingo, F., Solé-Benet, A., Puigdefábregas, J. 2001. Hydrological and erosion response of a badlands system in semiarid SE Spain. J. Hydrol. 252, 65-84. Cantón, Y., Román, J.R., Chamizo, S., Rodríguez-Caballero, E., Moro, M.J. 2014. Dynamics of organic carbon losses by water erosion after biocrust removal. J. Hydrol. Hydromech. 62, 258-268. Casermeiro, M.A., Molina, J.A., De la Cruz Caravaca, M.T., Costa, J.H., Massanet, M.H., Moreno, P.S. 2004. Influence of scrubs on runoff and sediment loss in soils of Mediterranean climate. Catena. 57, 91-107. Chamizo, S., Belnap, J., Eldridge, D. J., Cantón, Y., Malam Issa, O. 2016. The role of biocrusts in arid land hydrology. Biological soil crusts: an organizing principle in drylands. In: Weber, B., Budel, B., Belnap, J. (Eds.), Ecological Studies. USGS, 321-346. Chamizo, S., Cantón, Y., Lázaro, R., Solé-Benet, A., Domingo, F. 2012. Crust composition and disturbance drive infiltration through biological soil crusts in semiarid ecosystems. Ecosyst. 15, 148-161. Daneshgar, H., Bagheri, M., Mardani Najafabadi, M., Alijani, F., Yavari, G. 2021. Effects of climate change on hydrological and economic conditions of Bushkan plain farmers. J. Agri. Econom. Res. 13, 259-280 (in Persian). Fick, S.E., Belnap, J., Duniway, M.C. 2020. Grazing-induced changes to biological soil crust cover mediate hillslope erosion in long-term exclosure experiment. Rangel. Ecol. Manage. 73, 61-72. Fischer, T., Veste, M., Wiehe, W., Lange, P. 2010. Water repellency and pore clogging at early successional stages of microbiotic crusts on inland dunes, Brandenburg, NE Germany. Catena. 80, 47-52. Gao, L., Bowker, M.A., Sun, H., Zhao, J., Zhao, Y. 2020. Linkages between biocrust development and water erosion and implications for erosion model implementation. Geoderma 357, 113973. Gaur, M.K., Squires, V.R. 2018. Climate variability impacts on land use and livelihoods in drylands. New York, NY, USA, Springer International Publishing. Gholamhosseinian, A. 2019. Micromorphology, pedogensis and dust capture of bio-crust in alluvial and Aeolian surface. MSc Thesis, Ferdowsy University of Mashhad (in Persian). Guan, H., Liu, X. 2021. Biocrust effects on soil infiltrability in the Mu Us Desert: Soil hydraulic properties analysis and modeling. J. Hydrol. Hydromech. 69, 378-386. Jafarpoor, A., Sadeghi, S.H., Darki, B.Z., Homaee, M. 2022a. Changes in morphologic, hydraulic, and hydrodynamic properties of rill erosion due to surface inoculation of endemic soil cyanobacteria. Catena. 208, 105782. Jafarpoor, A., Sadeghi, S.H., Darki, B.Z., Homaee, M. 2022b. Changes in hydrologic components from a mid-sized plots induced by rill erosion due to cyanobacterization. Intl. Soil Water Cons. Res. 10, 143-148. Kakeh, J., Gorji, M., Mohammadi, M.H., Asadi, H., Khormali, F., Sohrabi, M., Cerdà, A. 2020. Biological soil crusts determine soil properties and salt dynamics under arid climatic condition in Qara Qir, Iran. Sci. Total Environ. 732, 139168. Koutroulis, A.G., Tsanis, I.K., Daliakopoulos, I.N., Jacob, D. 2013. Impact of climate change on water resources status: a case study for Crete Island. Greece. J. Hydrol. 479, 146-158. Luetzenburg, G., Bittner, M.J., Calsamiglia, A., Renschler, C.S., Estrany, J., Poeppl, R. 2020. Climate and land use change effects on soil erosion in two small agricultural catchment systems Fugnitz–Austria, Can Revull–Spain. Sci. Total Environ. 704, 135389. Oliveira, M.F., Maciel-Silva, A.S. 2022. Biological soil crusts and how they might colonize other worlds: insights from these Brazilian ecosystem engineers. J. Exp. Bot. 73, 4362-4379. Pouri, H., Sheikh, V., Yeganeh, H. 2021. Effect of water tankers traffic on soil hydraulic properties in winter rangelands of Aq Qala Plain. J. Rangel. 15(3), 504-521. Rafei, A., Danehkar, A. 2021. An analysis of montreux list wetlands. Zist Sepehr 26-36 (in Persian). Ram, A., Aaron, Y. 2007. Negative and positive effects of topsoil biological crusts on water availability along a rainfall gradient in a sandy arid area. Catena. 70, 437-442. Refahi, H. 2012.Wind erosion and its control. Tehran University Publications (in Persian). Reynolds, W.D., Elrick, D.E. 1991. Determination of hydraulic conductivity using a tension infiltrometer. Soil Sci. Soc. Am. J. 55, 633-639. Rodríguez-Caballero, E., Cantón, Y., Chamizo, S., Lázaro, R., Escudero, A. 2013. Soil loss and runoff in semiarid ecosystems: a complex interaction between biological soil crusts, micro-topography, and hydrological drivers. Ecosyst. 16, 529-546. Sadeghi, S.H., Heydari, M.A., Jafarpoor, A. 2023 A. Inhibitability of soil loss and sediment concentration during consecutive rainfalls from experimental plots treated by endemic microorganisms. Intl. J. Sed. Res. 38, 446-454. Sadeghi, S.H., Jafarpoor, A., Homaee, M., Darki, B.Z. 2023 B. Changeability of rill erosion properties due to microorganism inoculation. Catena. 223, 106956. Seeger, M. 2007. Uncertainty of factors determining runoff and erosion processes as quantified by rainfall simulations. Catena. 71, 56-67. Sheikh, V.B., Shalamzari, M.J., Farajollahi, A. 2017. Sediment-bound soil nutrient loss under simulated rainfall. J. Fac. For. Istanbul Uni. 67, 37-48. Sheikh, V.B., Najafinejad, A. 2013. Design and construction of a portable rainfall simulator. Gorgan University of Agricultural Science and Natural Resources, Research report. 61pages (in Persian). Waziri, F. 1997. Analysis and analysis of volleys in different parts of Iran. Academic Jihad of Khajeh Nasir al-Din Toosi University, Design and Research Unit, 37 pages (in Persian). Wu, Y., Hasi, E., Wu, X. 2012. Characteristics of surface runoff in a sandy area in southern Mu Us sandy land. Chin. Sci. Bull. 57, 270-275. Yang, K., Zhao, Y., Gao, L., Sun, H., Gu, K. 2022. Nonlinear response of hydrodynamic and soil erosive behaviors to biocrust coverage in drylands. Geoderma 405, 115457. Zhang, S.Y., Li, C., Huang, B., Liu, T., Guo, T., Yuan, Z., Li, D. 2020. Flow hydraulic responses to near-soil surface components on vegetated steep red soil colluvial deposits. J. Hydrol. 582, 124527. Zhao, Y., Xu, M. 2013. Runoff and soil loss from revegetated grasslands in the hilly Loess Plateau region, China: influence of biocrust patches and plant canopies. J. Hydrol. Eng. 18, 387-393. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 753 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 381 |
||