بررسی تغییرات کاربری اراضی و اثر آن بر روند فرسایش خاک در حوضه باغملک با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و مدل RUSLE

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس‌ارشد مهندسی منابع طبیعی- محیط‌زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران (خوزستان)، اهواز، ایران

2 دانشجوی دکتری جغرافیا و برنامه ریزی روستایی، دانشکده علوم جغرافیایی و برنامه‌ریزی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

هدف پژوهش، بررسی تغییرات کاربری و اثر آن بر فرسایش خاک و تولید رسوب در حوضه باغملک است. ابتدا تصاویر ماهواره‌ای با شبکه عصبی مصنوعی طبقه‌بندی شده و تغییرات کاربری در سال‌های ۲۰۰۲-۲۰۱۹ بررسی گردید. سپس فرسایش خاک با مدل RUSLE محاسبه و میزان بار رسوب برآورد شد. نتایج نشان داد که مناطق مسکونی، اراضی بایر و زراعت دیم افزایش مساحت و پهنه‌های آبی، مراتع و زراعت آبی کاهش مساحت داشته‌اند. با لحاظ حد متوسط خاکسازی حدود ۱۵ تن در هکتار در سال، ملاحظه شد که در سال ۲۰۰۲ حدود ۱۹.۶۹ درصد و در سال ۲۰۱۹ حدود ۴۵.۳۶ درصد از مساحت منطقه مقدار فرسایش از حد قابل قبول بیشتر بوده است. نسبت تحویل رسوب بین ۰.۲۹ تا ۰.۵۸ و حداکثر بار رسوب بین ۰.۱۲ تا ۰.۲۳ و رسوب کل بین ۸۱۰۵۱ تا ۳۱۳۲۴۸ برآورد شد. در دوره مورد مطالعه از مساحت طبقات کاربری دارای کلاس فرسایشی کم کاسته شده و به مساحت کلاس‌های فرسایشی زیاد و عمدتاً به کلاس فرسایشی بیش از ۲۰ تن در هکتار در سال افزوده شده است. با توجه به نقشه‌های فرسایش در سال ۲۰۰۲ و ۲۰۱۹، به طور عمده مناطق با بیشترین خطر فرسایش در کاربری‌های مرتعی و زراعت دیم قرار گرفته‌اند.

کلیدواژه‌ها


آذرخشی، م.، الف.، مساعدی، م.، بشیری.، اوجاقلو شهابی. ر. (1396). اثر تغییرات بارش و کاربری اراضی بر تولید رسوب؛ مطالعۀ موردی: حوضۀ آبخیز صنوبر تربت حیدریه. علوم و مهندسی آبخیزداری، 11(37): 25-33.
آرخی، ص.، نیازی، ی. (1389). بررسی کاربرد GIS و RS برای تخمین فرسایش خاک و بار رسوب با استفاده از مدل RUSLE؛ مطالعۀ موردی: حوضۀ بالادست سد ایلام). پژوهش‌‌های حفاظت آب و خاک (علوم کشاورزی و منابع طبیعی)، 11(2): 1-27.
اسفندیاری، م.، معینی، ا.، مقدسی، ر. (1393). بررسی تأثیر کاربری اراضی و پوشش گیاهی بر اشکال فرسایش و میزان تولید رسوب؛ مطالعۀ موردی: حوضۀ آبخیز رود ورس استان قزوین. جغرافیایی سرزمین، 11(42): 51-62.
اسمعیل‌پور، ف.، سرایی، م.ح.، رضایی، م.ر. اسمعیل‌پور، ن. (1397). پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی و تعیین الگوی رشد شهری با استفاده از مدل زنجیره‌ای مارکوف و تصاویر ماهواره‌ای چندزمانه، مورد پژوهی: شهر اراک. کاوش‌های جغرافیایی مناطق بیابانی، 7(1): 113-147.
اصغری‌‌سراسکانرود، ص.، محمدنژاد آروق، و.، امامی، ه. (1398). بررسی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روش‌های پیکسل‌پایه و شیءگرا و تحلیل اثرات تغییر کاربری‌ها بر فرسایش خاک؛ مطالعۀ موردی: شهرستان مراغه. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، 8(1): 160-178.
اصغری‌‌سراسکانرود، ص.، آقایاری، ل.، پیروزی، ا. (1396). بررسی تغییرات کاربری اراضی و تأثیر آن بر فرسایش با استفاده از GIS و RS؛ مطالعۀ موردی: شهرستان نیر. سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 8(4): 49-62.
ایوبی، ش.ا.، خرمالی، ف.، شتایی‌‌جویباری، ش. (1385). استفاده از تکنیک زمین آمار در تعیین مناسب‌ترین ابعاد سلول مدل رقومی زمین برای برآورد مشخصه توپوگرافی مدل برآورد فرسایش RUSLE در منطقه تاش علیا استان گلستان. پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی، 20(77): 122-129.
روستایی، ش.، نیکجو، م.ر.، حبیب زاده، ا. (1389). بررسی فرسایش‌‌پذیری اراضی در حوضۀ آبخیز بجوش چای با استفاده از تئوری فازی و سیستم اطلاعات جغرافیایی. جغرافیا و برنامه‌‌ریزی، 15(33): 147-173.
سفیانیان، ع.، خداکرمی، ل. (1390). تهیه نقشه کاربری اراضی با استفاده از روش طبقه‌بندی فازی؛ مطالعۀ موردی: سه زیر حوضۀ آبخیز کبودر آهنگ، رزن قهاوند و خونجین تلخاب در استان همدان. آمایش سرزمین، 3(4): 95-114.
شایگان، م.، علیمحمدی، ع.، منصوریان، ع. (1391). بهینه‌‌سازی چندهدفه تخصیص کاربری اراضی با استفاده از الگوریتم NSGA-II. سنجش از دور و GIS ایران، 4(2): 1-18.
طاهرپرور، م.، پیرمرادیان، ن.، وظیفه‌‌دوست، م. (1395). مقایسه روش‌های پرکردن پیکسل‌های فاقد داده در تصاویر ماهواره لندست ETM+7 در برآورد نقشه ضریب گیاهی. تحقیقات آب و خاک ایران، 47(4): 665-676.
فیضی زاده، ب. (1396). مدل‌سازی تغییرات کاربری اراضی و اثرات آن بر سیستم فرسایش در حوضۀ سد علویان با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی. هیدروژئومورفولوژی، 4(11): 21-38.
کیانی‌‌هرچگانی، م.، صادقی، ح.ر.، فلاحتکار، س. (1398). تحلیل مقایسه‌ای عامل فرسایش‌پذیری خاک در حوضۀ آبخیز شازند. اکوهیدرولوژی،6(1): 153-163.
محمدی، ش.، کریم‌‌زاده، ح.ر. حبشی، خ. (1396). ارزیابی فرسایش خاک و رسوب حوضۀ آبخیز مندرجان با استفاده از مدل‌های USPED و RUSLE در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی. مهندسی اکوسیستم بیابان، 6(17): 43-56.
Anderson, G. L., Hanson, J. D., & Hass R. H. (1993). Evaluating landsat thematic mapper derived vegetation indices for estimating above-ground biomass on semiarid rangelands. Remote Sensing of the Environment, 45(2), 165-175.
Assis, K. G. O., da Silva, Y. J. A. B., Lopes, J. W. B., Medeiros, J. C., Teixeira, M. P. R., Rimá, F. B., & Singh, V. P. (2021). Soil loss and sediment yield in a perennial catchment in Southwest Piauí, Brazil. Environmental Monitoring and Assessment, 193(1), 1-11.
Babur, E., Uslu, Ö. S., Battaglia, M. L., Diatta, A., Fahad, S., Datta, R., Fahad, S., Datta, R., Hye, M., Hussain, G.S & Danish, S. (2021). Studying soil erosion by evaluating changes in physico-chemical properties of soils under different land-use types. Saudi Society of Agricultural Sciences, 20(3): 190-197.
Borrelli, P., Robinson, D. A., Fleischer, L. R., Lugato, E., Ballabio, C., Alewell, C., Meusburger, K., Modugno, S., Schütt, B., Ferro, V., Bagarello, V., Van Oost, K., Montanarella, L., & Panagos, P. (2017). An assessment of the global impact of 21st century land-use change on soil erosion. Nature Communications, 8(1), 1-13.
Brink, A. B., Bodart, C., Brodsky, L., Defourney, P., Ernst, C., Donney, F., Lupi, A., & Tuckova, K. (2013). Anthropogenic pressure in East Africa monitoring 20 years of land-cover changes by means of medium resolution satellite data. Applied Earth Observation and Geoinformation, 28(1): 60-69.
Brown, L. C., & Foster, G. R. (1987). Storm erosivity using idealized intensity distributions. Transactions of the ASAE, 30(2): 379-0386.
Chen, J., Xiao, H., Li, Z., Liu, C., Wang, D., Wang, L., & Tang, C. (2019). Threshold effects of vegetation coverage on soil erosion control in small watersheds of the red soil hilly region in China. Ecological Engineering, 132, 109-114.
Chi, W., Zhao, Y., Kuang, W., & He, H. (2019). Impacts of anthropogenic land-use/cover changes on soil wind erosion in China. Science of the Total Environment, 668, 204-215.
Da-Silva, V. P. R., Silva M. T., & De Souza, E. P. (2016). Influence of land-use change on sediment yield: A case study of the submiddle of the Sao Francisco river basin. Soil and Water Engineering, 36(6): 1005-1015.
Diwediga, B., Le, Q. B., Agodzo, S. K., Tamene, L. D., & Wala, K. (2018). Modelling soil erosion response to sustainable landscape management scenarios in the Mo River Basin, Togo, West Africa. Science of the Total Environment, 625, 1309-1320.
Foster, G., & Wischmeier, W. (1974). Evaluating irregular slopes for soil loss prediction, Transactions of the ASAE, 17(2): 305-0309.
Han, J., Ge, W., Hei, Z., Cong, C., Ma, C., Xie, M., Liu, B., Feng, W., Wang, F., & Jiao, J. (2020). Agricultural land-use and management weaken the soil erosion induced by extreme rainstorms. Agriculture, Ecosystems & Environment, 301, 107047.
Hancock, G. R., Ovenden, M., Sharma, K., Rowlands, W., Gibson, A., & Wells, T. (2020). Soil erosion: The impact of grazing and regrowth trees. Geoderma, 361, 114102.
Lee, S., Chu, M. L., Guzman, J. A., & Botero-Acosta, A. (2021). A comprehensive modeling framework to evaluate soil erosion by water and tillage. Environmental Management, 279, 111631.
Lillesand, T., Kiefer, R. W., & Chipman, J. (2015). Remote Sensing and Image Interpretation. John Wiley and Sons, 736 p.
Lu, D., & Weng, Q. (2007). A survey of image classification methods and techniques for improving classification performance. Remote Sensing, 28(5): 823–870.
Martínez-Murillo, M. J. F., Lopez Vicente MPoesen, J., & Ruiz Sinoga, J. D. (2011). Modelling the effects of land-use changes on runoff and soil Eerosion in two Mediterranean catchments with active gullies (South of Spain). Landform Analysis, 17(1): 99-104.
Moore, I. D., & Burch, G. J. (1986). Physical basis of the length-slope factor in the Universal Soil Loss Equation, Soil Science Society of America Journal, 50(5): 1294-1298.
Nalina, P., Meenambal, T., Sathyanarayan, S. R. (2014). Land-use land-coer dynamics of nilgiris district, India infered from satelliti imageries. Applied Sciences, 3(11): 455-461.
Ouyang, W., Wu, Y., Hao, Z., Zhang, Q., Bu, Q., & Gao, X. (2018). Combined impacts of land-use and soil property changes on soil erosion in a mollisol area under long-term agricultural development. Science of the total environment, 613, 798-809.
Paul, S. S., Li, J., Li, Y., & Shen, L. (2019). Assessing land-use/land-cover change and soil erosion potential using a combined approach through remote sensing, RUSLE and random forest algorithm. Geocarto International, 36, 1-15.
Petropoulos, G., Kontoes, P., & Keramitsoglou, C. (2011). Burnt area delineation from a unitemporal perspective based on Landsat TM imagery classification using support vector machines. Applied Earth Observation and Geoinformation, 13(1), 70-80.
Pradhan, B., Chaudhari, A., Adinarayana, J., & Buchroithner, M. F. (2012). Soil erosion assessment and its correlation with landslide events using remote sensing data and GIS: Penang Island, Malaysia. Environmental Monitoring and Assessment, 184(2): 715-727.
Renard, K., Foster, G., Weesies, G., McCool, D., Yoder, D. (1997). Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). US Departmentof Agriculture (Ed.), Agricultural Handbook. US Department of   Agriculture, Washington. 703: 1–251.
Ren, Y., Lü, Y., Comber, A., Fu, B., Harris, P., & Wu, L. (2019). Spatially explicit simulation of land-use/land-cover changes: Current coverage and future prospects. Earth Science Reviews, 190, 398-415.
Roose, E. (1996). Land husbandry: components and strategy. FAO Rome.
Santos, J. C. N., Andrade, E. M., Medeiros, P. H. A., & Joao, M. (2017). Land-use impact on soil erosion at different scales in the Brazilian semi-arid. Revista Ciencia Agronomica. 48(2): 251-260.
Singh, S., Agarwal, S., Joshi, P. K., & Roy, P. S. (1999). Biome level classification of vegetation in western India, an application of wide field view sensor (WiFS). In Joint Workshop of ISPRS Working Groups I/1, I/3 and IV/4: Sensors and Mapping from Space, Hanover (Germany) (pp. 27-30).
Singh, S., Bhardwaj, A., & Verma, V. K. (2020). Remote sensing and GIS based analysis of temporal land-use/land-cover and water quality changes in Harike wetland ecosystem, Punjab, India. Environmental Management, 262, 110355.
Thomas, J., Joseph, S., & Thrivikramji, K. P. (2018). Assessment of soil erosion in a tropical mountain river basin of the southern Western Ghats, India using RUSLE and GIS. Geoscience Frontiers, 9(3), 893-906.
Vanacker, V., Ameijeiras-Mariño, Y., Schoonejans, J., Cornélis, J. T., Minella, J. P., Lamouline, F., Vermeire, M. L., Campforts, B., Robinet, J., Van de Broek, M., Delmelle. P., & Opfergelt, S. (2019). Land-use impacts on soil erosion and rejuvenation in Southern Brazil. Catena, 178, 256-266.
Wijaya, A. (2005). Application of multi-stage classification to detect illegal logging with the use of multi-source data. International Institute for Geo-Information Sience and Earth Observation, Enschede, The Netherlands.
Wischmeier, W. H., & Smith, D. D. (1978). Predicting rainfall erosion losses: a guide to conservation planning. Department of Agriculture. Science and Education Administration, No. 537.
Xiao, Yang, Guo, B., Lu, Y., Zhang, R., Zhang, D., Zhen, X., Chen, S., Wu, H., Wei, C., Yang, L., Zhang, Y., Zang, W., Huang, X., Sun, G., & Wang, Z. (2021). Spatial temporal evolution patterns of soil erosion in the Yellow River Basin from 1990 to 2015: impacts of natural factors and land-use change. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 12(1), 103-122
Zare, M., Samani, A. N., Mohammady, M., Salmani, H., & Bazrafshan, J. (2017). Investigating effects of land-use change scenarios on soil erosion using CLUE-s and RUSLE models. environmental science and technology, 14(9), 1905-1918.
Zhang, Y., Zhang, X., Bi, Z., Yu, Y., Shi, P., Ren, L., & Shan, Z. (2020). The impact of land-use changes and erosion process on heavy metal distribution in the hilly area of the Loess Plateau, China. Science of The Total Environment, 718, 137305.
Zhen, L., Ishwaran, N., Luo, Q., Wei, Y., & Zhang, Q. (2020). Role and significance of restoration technologies for vulnerable ecosystems in building an ecological civilization in China. Environmental Development, 34, 100494.