معرفي الگوريتم هاي مختلف جريان، براي تهيه نقشه شاخص خيسي و كربن آلي خاك در بخشي از اراضي لسي، منطقه توشن استان گلستان

Introducing different flow direction algorithms to map topographic wetness index and soil organic carbon in a loess hillslope of Toshan area, Golestan Province, Iran

توپوگرافي يكي از مهم ترين عوامل كنترل كننده الگوي مكاني مناطق اشباع مي باشد كه به نوبه خود كليدي براي فهم و درك بسياري از تغييرات در خاك ها و فرآيندهاي هيدرولوژيكي است. شاخص خيسي كه از تركيب مساحت حوضه بالادست و شيب به دست مي آيد، معمولاً براي كمي كردن تاثير توپوگرافي بر فرآيندهاي هيدرولوژيكي استفاده مي شود. از طرفي اثرات متقابل توپوگرافي با اقليم هر منطقه نيز بر تغييرات مواد آلي خاك، به عنوان يكي از مهم ترين پارامترهاي كيفيت خاك موثر است، كه با شاخص خيسي همبستگي بالايي نشان مي دهد و مي تواند از طريق اين شاخص برآورد شود. اين پژوهش با هدف ارزيابي الگوريتم هاي مختلف شاخص خيسي، انتخاب بهترين الگوريتم براساس خصوصيات منطقه و استفاده از آن براي تهيه نقشه كربن آلي خاك در بخشي از اراضي شيب دار لسي منطقه توشن، استان گلستان انجام شد. شاخص خيسي براساس الگوريتم هاي تك مسيره، دو مسيره و چندمسيره محاسبه شد. به منظور انجام اين مطالعه 135 نمونه خاك به روش سيستماتيك تصادفي از عمق 0 سانتي متري برداشت شد. نتايج نشان داد شاخص خيسي محاسبه شده با الگوريتم هاي دو و چندمسيره نسبت -20 به الگوريتم هاي تك مسيره همبستگي بيش تري با ماده آلي خاك در منطقه دارند. اگرچه در بسياري از مطالعات انجام شده شاخص خيسي از طريق الگوريتم تك مسيره محاسبه مي شود، كه فرض بر اين است كه تمام جريان از يك سلول تنها به يك سلول ديگر انتقال مي يابد، اما اين فرضيه به خصوص در مناطق مسطح با جريان هاي منشعب صحيح نمي باشد. در نهايت توصيه مي شود كه در اين گونه مطالعات براي كسب نتايج دقيق تر، شاخص خيسي با الگوريتم هاي گوناگون محاسبه و بهترين آن ها انتخاب شود. واژه هاي كليدي: الگوريتم هاي مختلف جريان، توپوگرافي، شاخص خيسي، كربن آلي خاك

Topography is one of the major factors controlling the spatial pattern of saturated areas, which in turn is a key to understand much of the variability in soils and hydrological processes. The topographic wetness index (TWI) which combines local upslope contributing area and slope, is commonly used to quantify topographic control on hydrological processes. On the other hand, the interaction of topography with the climate affects the distribution of soil organic matter (SOM) as one of the most effective soil quality parameters that has been shown to correlate with TWI and can be predicted by TWI. The main objective of this study was to evaluate different flow direction algorithms of TWI and to select suitable algorithm for the study area and to map soil organic carbon in a loess hillslope of Toshan area, Golestan Province, Iran. TWI was calculated by single flow direction (SFD), biflow direction (BFD) and multiple flow direction algorithms (MFD). 135 Samples were collected at random systematic method (0-20 cm depth). The results showed D-Infinity (BFD) and MFD algorithms in the study area had stronger correlation with SOM than SFD (D8 and RHO8) algorithms. However TWIs used in most studies are calculated using a SFD algorithm, which assumes that all water from a grid cell flows into only one neighboring cell. But this assumption is not always valid, especially in areas with low relief where movement of water may be divergent. Finally, TWI is suggested to be calculated with different algorithms so that the best method could be selected to obtain accurate results. Keywords: Flow direction algorithms, Soil organic carbon, Topography, Topographic wetness index