تاثير كاربري اراضي بر خصوصيات نفوذ آب در برخي خاك‌هاي استان اردبيل و زنجان

The effect of land use on water infiltration characteristics in some soils of Ardabil and Zanjan province

سابقه و هدف: مطالعه شاخص‌هاي كيفيت خاك، ابزاري مناسب در مديريت نوع كاربري اراضي به‌شمار مي‌رود. تغيير كاربري اراضي بر روي فرآيندهاي هيدرولوژيكي خاك تاثير مي‌گذارد كه فرآيند نفوذ آب به خاك يكي از آن‌ها است. تغييرات مكاني نفوذپذيري خاك نقشي بسيار مهم در فرآيندهاي هيدرولوژيك ايفا مي كند. تغيير پذيري اين فرآيند متاثر از ويژگي‌هاي ذاتي و غير‌ذاتي اراضي مي باشد. بهمنظور جلوگيري از تخريب اراضي و آلودگي خاك و آب، شناخت فرآيندهـاي مربوطه و كمي نمودن روابط بين آنها امري اجتنابناپذير ميباشد. فرآيند نفوذ آب به خاك يكي از مهمترين اجـزاي چرخه هيدرولوژي است. از سوي ديگر، اندازهگيري آن دشوار، زمانبـر و پرهزينـه مـيباشـد. با توجه به تغييرات زياد رطوبت خاك، ارايه مدلي مناسب جهت تخمين صحيح نفوذ داراي اهميت مي باشد. هدف از اين پژوهش بررسي خصوصيات نفوذ آب به خاك در اثر تغيير كاربري اراضي و تعيين بهترين معادله نفوذ است. مواد و روش‌ها: بنابراين نفوذ آب به خاك در هفت منطقه از استان زنجان و يك نقطه از استان اردبيل در سه كاربري باير، زراعي و باغي اندازه گيري شد. اندازه گيري نفوذ در هر كاربري به روش استوانه مضاعف با سه تكرار و در زمان‌هاي 16/0، 33/0، 5/0، 66/0، 83/0، 1، 2، 3، 4، 5، 7، 10، 15، 20، 25، 30، 35، 40، 45، 50، 55، 60، 70، 80، 90، 100، 110، 120، 135، 150، 165، 180، 195 و 210 دقيقه انجام شد. هم‌چنين مدل‌هاي كوستياكوف، كوستياكوف- لوييس، هورتون، سازمان حفاظت خاك آمريكا براي تخمين نفوذ آب در خاك به‌كار گرفته شد. جهت انتخاب مدل مناسب معيارهاي سنجش خطا شامل RMSE (ريشه ميانگين مربعات خطا) و R2 (ضريب تبيين) براي هر مدل تعيين شد. نفوذ تجمعي و سرعت نفوذ نهايي در هر كاربري تعيين شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه در هر سه كاربري، همه مدل هاي مورد استفاده در اين پژوهش توانستند نفوذ تجمعي آب در خاك را با دقت قابل‌قبولي برآورد نمايند و داراي RMSE پايين و R2 بالايي بودند. پس توصيه تخمين نفوذ با استفاده از مدل‌ها و تفسير آن‌ها براي همه مناطق مطالعاتي منطقي مي‌باشد. هم‌چنين نتايج نشان داد كه در برآورد نفوذ تجمعي در كاربري باير مدل هورتون داراي بيش‌ترين R2 بود (999/0). ولي در كاربري زراعي و باغي مدل كوستياكوف- لوييس R2 بيش‌تري داشت (997/0). بر اساس نتايج نفوذ تجمعي و سرعت نفوذ نهايي در كاربري زراعي و باغي بيش‌تر از كاربري باير بود. دليل اين امر ناشي از انجام عمليات كاشت بوده كه موجب به‌هم‌خوردگي بيش‌تر لايه سطحي خاك شده، در نتيجه نفوذپذيري خاك در كاربري زراعي و باغي بيش‌تر از كاربري باير (كه در آن‌ها تاثير عوامل انساني كم‌تر بوده) است. نتيجه‌گيري: به‌طور‌كلي نتايج اين پژوهش نشان داد كه ميانگين نفوذ تجمعي در كاربري زراعي و باغي بيش‌تر از كاربري باير بود. هم‌چنين توصيه تخمين نفوذ با استفاده از مدل‌ها و تفسير آن‌ها براي همه مناطق مطالعاتي منطقي مي‌باشد و مدل هورتون نسبت به بقيه مدل‌ها داراي دقت بالايي بود.

Background and Objectives: Study of soil quality indicators are considered as a useful method in the land use management. Changing the land use affect soil hydrological processes such as water infiltration process. Spatial variation of water infiltration in soil plays a very important role in hydrologic processes. Variability of this process is affected by the inherent and non-inherent characters of the lands. In order to prevent land degradation and soil and water pollution, realizing the respective processes and quantifying their relationships is unavoidable. Infiltration process is one of the most important components of the hydrological cycle. Due to high changes in soil moisture, providing a suitable model for the accurate estimation of infiltration is important. The aim of this study is to evaluate the infiltration characteristics due to land use changes and to determine the best water infiltration model. Materials and Methods: Therefore, water infiltration into soil was measured in seven areas of Zanjan province and one area of Ardabil province at three agricultural, horticultural and bare land uses. Measurement of the water infiltration rate in each land use was conducted by double ring method with three replications and at times 0.16, 0.33, 0.5, 0.66, 0.83, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 135, 150, 165, 180, 195 and 210 minute. Also Kostiakov, Kostiakov-Lewis, Horton and Soil Conservation Service of America models were used to estimate soil water infiltration rate. In order to choose a suitable model, RMSE (root mean square error) and R2 (determination coefficient) criteria were determined for each model. Cumulative infiltration and final infiltration rate were determined for each land use. Results: The results showed that in all three users, all models used in this study could estimate cumulative infiltration water in the soil with acceptable accuracy and low RMSE and high R2. This study suggests estimation of infiltration using models and interpretation of them as logical for all areas study. Also the results showed that the estimated cumulative infiltration of the bare land use by Horton model had maximum R2 (0.999). But in cultivated and horticultural land use by Kostiakov-Lewis model maximum R2 (0.997) was achieved .According to results the cumulative infiltration and final infiltration rate in cultivated and horticultural land use were higher than those of bare lands. This was mainly due to role of plant, causing more disturbance of the soil surface layer, thus infiltration in the cultivated and horticultural land use is higher than bare lands (in which human factors were less effective). Conclusion: Generally the results of this study showed that cumulative infiltration means in cultivated and horticultural land use were higher than those of bare lands. Also estimation of infiltration using models and interpretation of them is suggested to be logical for all study areas and Horton model to the rest of the models with high accuracy.