ارزیابی قابلیت گیاهان مؤثر در مهار فرسایش آبکندی (مطالعه موردی: منطقه کنارتخته استان فارس)

محورهای موضوعی : مدیریت بهینه منابع آب و خاک

اکبر فرهادی ¹ , حسن احمدی ² , بهارک معتمدوزیری ³ , ابوالفضل معینی ⁴

1 - دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیز داری گروه جنگل، مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.
2 - استاد گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
3 - استادیار گروه جنگل، مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.
4 - استادیار گروه جنگل، مرتع و آبخیزدرای، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1400/12/25 تاریخ پذیرش : 1401/10/30 تاریخ انتشار : 1402/01/01

کلید واژه: کنارتخته, مهار زیستی, Ziziphus spina-christi, Atriplex canescens, فرسایش آبکندی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: فرسایش آبکندی ازجمله انواع فرسایش آبی و تشدید شونده است که وقوع آن موجب تغییرات بارز در منظر زمین و محیط‌زیست می شـود. گرچه روش های مهندسی برای مهار فرسایش مهم است، اما روش های زیستی از روش های بسیار کارآمد و کم هزینه برای مهار فرسایش خاک است. بنابراین، توجه به ویژگی اندام های گیاه برای مهار فرسایش بسیار مهم است که کمتر موردمطالعه قرارگرفته است. ازاین رو، هدف از مطالعه حاضر ارزیابی قابلیت گیاهان بومی به منظور مهار فرسایش آبکندی در منطقه نیمه‌خشک کنار تخته در استان فارس است.روش پژوهش: بر اساس چهار معیار مقاومت در برابر جریان فرسایشی متمرکز، قابلیت پایدارسازی دیواره ها، آستانه خمیدگی بر اثر جریان آب و توان جذب بار معلق و با کاربست پنج شاخص کمی توان گیاهان به منظور مهار فرسایش آبکندی ارزیابی شد. مقایسه و امتیازدهی گیاهان بر مبنای معیارهای فوق و بر اساس تجزیه‌وتحلیل چند معیاره انجام شد. پس‌ از اندازه گیری شاخص های تراکم ساقه (SD)، پتانسیل جذب رسوب و مواد آلی (SOP)، شاخص سختی ساقه (MEI)، میزان نسبی جدا شدن خاک (RSD) و انسجام ریشه (Cr) هر شاخص با توجه به مقیاس به پنج امتیاز (صفر کم ترین و چهار بالاترین) تقسیم بندی شد. در ادامه، نمره هر شاخص در نمودار ستاره ای نشان داده شد. درنهایت، برای ارزیابی بهتر گونه های مختلف برای مهار فرسایش آبکندی، سطح اشغال شده در نمودار ستاره ای موردبررسی قرار گرفت.یافته ها: نتایج اندازه گیری شاخص های SD، SOP، MEI، RSD و Cr برای گونه Ziziphus spina-christi به ترتیب برابر با 0027/0، 097/0، 108، 398/0 و 34/8 کیلو پاسکال بود که بهترین عملکرد را در مقایسه با سایر گونه ها نشان می دهد. درمجموع با 18 امتیاز، این مناسب ترین گونه برای مهار فرسایش آبکندی است. گونه Atriplex canescens با 13 امتیاز در جایگاه دوم و سایر گونه ها با عملکردی پایین تر در جایگاه های بعدی قرار گرفتند.نتایج: گونه هایی مانند Ziziphus spina-christi و Atriplex canescens به دلیل سازگاری با اقلیم، شرایط خشک منطقه، مقاومت در برابر جریان های متمرکز و نیز تثبیت دیواره آبکندها ممکن است در احیاء و توسعه پوشش گیاهی منطقه سودمند باشند. استفاده از ترکیبی از گونه های گیاهی به دلیل قابلیت متفاوت در مهار فرسایش کمک کننده می باشد. لذا، استفاده از گونه های بومی مقاوم علفی و چندساله برای مبارزه زیستی با فرسایش های تشدید شونده به‌ویژه فرسایش آبکندی در مناطق نیمه خشک توصیه می شود. استفاده از یافته های پژوهش حاضر در سایر مناطق نیمه خشک کشور پیشنهاد می شود.

چکیده انگلیسی:

Background and Aim: Gully erosion is one of the types of water and intensified erosion, which causes a significant change in the landscape and environment. Although engineering methods are important for erosion control, biological methods are very efficient and low-cost methods for soil erosion. Therefore, it is essential to pay attention to the characteristics of plant organs for erosion ability, which has yet to be studied. Thus, the purpose of the study is to evaluate the ability of native plants to slow gully erosion in the semi-arid Konar Takhteh region in Fars province. Method: Based on four criteria of resistance to concentrated erosive flow, the ability to stabilize the walls, the bending threshold due to water flow, and the ability to trap suspended load, and by using five quantitative indices, the power of plants to control gully erosion is evaluated. The comparison and scoring of plants are done based on the above criteria and based on multi-criteria analysis. After measuring the indices of stem density (SD), sediment obstruction  potential (SOP), plant stiffness (MEI), relative soil detachment rate (RSD) and root cohesion (Cr), each index is divided into five grades according to the scale (zero is the lowest and four are the highest). In the following, the score of each index is shown in a radar chart. Finally, in order to evaluate better, different species to control the gully erosion, the occupied surface of radar chart is examined. Results: The measurement results of SD, SOP, MEI, RSD and Cr indices for Ziziphus spina-christi species equal to 0.0027, 0.097, 108, 0.398 and 8.34 kPa, respectively, which demonstrates the best performance in comparison with other species. Overall, with a total of 18 points, it is the most suitable specie to control ditch erosion. Atriplex canescens with 13 points is in the second place and the other species are in the next places with lower performance. Conclusion: Species such as Ziziphus spina-christi and Atriplex canescens may be beneficial in the revitalization and development of vegetation in the region due to their adaptation to the climate, dry conditions of the region, their resistance to concentrated currents as well as the stabilization of the gullies’ wall. The use of a combination of plant species is helpful in controlling erosion due to their different capabilities. Therefore, it is recommended to use perennial and herbaceous resistant indigenous species for biological combat against intensifying erosions, especially gully erosion in semi-arid areas. It is suggested to use the findings of this research in other semi-arid regions of the country.

منابع و مأخذ:

Abernethy, B., & Rutherfurd, I. D. (2001). The distribution and strength of riparian tree roots in relation to riverbank reinforcement. Hydrological Processes, 15(1): 63-79.

Battany, M. C., & Grismer, M. E. (2000). Rainfall runoff and erosion in Napa Valley vineyards: effects of slope, cover and surface roughness. Hydrological Processes, 14(7): 1289-1304.

Bischetti, G. B., Chiaradia, E. A., Simonato, T., Speziali, B., Vitali, B., Vullo, P., & Zocco, A. (2007). Root strength and root area ratio of forest species in Lombardy (Northern Italy). Springer, Dordrecht, In Eco-and ground bio-engineering: The use of vegetation to improve slope stability, 31-41.

Bochet, E., Poesen, J., & Rubio, J. L. (2006). Runoff and soil loss under individual plants of a semi‐arid Mediterranean shrubland: influence of plant morphology and rainfall intensity. Earth Surface Processes and Landforms: The Journal of the British Geomorphological Research Group, 31(5): 536-549.

De Baets, S., Poesen, J., Reubens, B., Muys, B., De Baerdemaeker, J., & Meersmans, J. (2009). Methodological framework to select plant species for controlling rill and gully erosion: application to a Mediterranean ecosystem. Earth Surface Processes and Landforms, 34(10): 1374-1392.

Farhadi, A., Ahmadi, H., Soufi, M., Motamedvaziri, B. and Moeini, A., (2018). Assessment of the potential of semi-arid plants to reduce soil erosion in the Konartakhteh watershed, Iran. Arabian Journal of Geosciences, 11(17): 1-13.

Ghanavati R, Soufi M, Abasizadeh M. (2015). Determining suitable plant species to control gully erosion in Chehel Cheshmeh area of Arjan plain of Fars province. Tehean, 16 March 2015, First International Conference on New Findings in Agricultural Sciences, Natural Resources and Environment. 8 p. [In Persian].

Gray, D.H., & Sotir, R.B. (1996). Biotechnical and Soil Bioengineering Slope Stabilization: A Practical Guide for Erosion Control. John Wiley and Sons, Toronto. 14, 24-39.

Guo M, Wang W, Shi Q, Chen T, Kang H, Li J. (2019). An experimental study on the effects of
grass root density on gully headcut erosion in the gully region of China’s Loess Plateau.
Land Degradation and Development, 30 (17): 2017-2025.

Hassen G, Bantider A. (2020). Assessment of drivers and dynamics of gully erosion in case of Tabota Koromo and Koromo Danshe watersheds, South Central Ethiopia. Geoenvironmental Disasters, 7(5): 1-13.

Igwe, P. U., Chinedu, O. C., Nlem, E. U., Nwezi, C. C., & Ezekwu, J. C. (2018). A review of landscape design as a means of controlling gully erosion. International Journal of Environment, Agriculture and Biotechnology, 3(1): 239-253.

Knapen, A., Poesen, J., & De Baets, S. (2007). Seasonal variations in soil erosion resistance during concentrated flow for a loess-derived soil under two contrasting tillage practices. Soil and Tillage Research, 94(2): 425-440.

Komasi, M., Alami, M., & Nourani, V. (2013). Drought forecasting by SPI index and ANFIS model using fuzzy C-mean clustering. Journal of Water and Wastewater; 24(4): 90-102. [in Persian].

Kouwen, N., Li, R. M., & Simons, D. B. (1981). Flow resistance in vegetated waterways. Transactions of the ASAE, 24(3): 684-0690.

Kouwen, N., & Li, R. M. (1980). Biomechanics of vegetative channel linings. Journal of the Hydraulics Division, 106(6): 1085-1103.

Lateh, H., Avani, N., & Bibalani, G. H. (2015). Tensile strength and root distribution of Acacia mangium and Macaranga tanarius at spatial variation (Case study: East-West highway, Malaysia). International Journal of Bioscience, 6(7): 18-28.

Liu, J., Zhou, Z., Zhu, B., & Su, X. (2022). Quantifying the effects of the plant canopy, plant roots, and biological soil crust on soil detachment by overland flow. Journal of Soils and Sediments, 22(2): 457-469.

Mattia, C., Bischetti, G. B., & Gentile, F. (2005). Biotechnical characteristics of root systems of typical Mediterranean species. Plant and soil, 278(1): 23-32.

Burylo, M., Rey, F., Mathys, N., & Dutoit, T. (2012). Plant root traits affecting the resistance of soils to concentrated flow erosion. Earth Surface Processes and Landforms, 37(14): 1463-1470.

Molina, A., Govers, G., Cisneros, F., & Vanacker, V. (2009). Vegetation and topographic controls on sediment deposition and storage on gully beds in a degraded mountain area. Earth Surface Processes and Landforms, 34(6): 755-767.

Mortezaei, M. (2005). Evaluation of the quantitative effect of environmental variables on the occurrence of ditch erosion [Doctoral dissertation, Islamic Azad University, Tehran Branch of Science and Research]. http://digitalthesis.srbiau.ac.ir/diglib/WebUI/14512/620617. [in Persian].

Pollen‐Bankhead, N., & Simon, A. (2009). Enhanced application of root‐reinforcement algorithms for bank‐stability modeling. Earth Surface Processes and Landforms, 34(4): 471-480.

Quinton, J. N., Morgan, R. P. C., Archer, N. A., Hall, G. M., & Green, A. (2002). Bioengineering principles and desertification mitigation John Wiley and Sons, Chichester, 93-105.

Reubens, B., Poesen, J., Danjon, F., Geudens, G., & Muys, B. (2007). The role of fine and coarse roots in shallow slope stability and soil erosion control with a focus on root system architecture: a review. Trees, 21(4): 385-402.

Sadeghi, S.H.R., Noor, H., Fazli, S., & Raeisi, M.B. (2011). Storm-Wise Sediment Yield Prediction Using Rainfall and Runoff Variables at Educational and Research Watershed of Tarbiat Modares University. Water and Soil Science,21(2): 149-158. [in Persian]

Sadeghi, S. H. R., & Mizuyama, T. (2007). Applicability of the Modified Universal Soil Loss Equation for prediction of sediment yield in Khanmirza watershed, Iran. Hydrological Sciences Journal, 52(5): 1068-1075.

Sadeghi, S. H. R., Khazayi, M., Mirnia, S. K. (2022). Effect of soil surface disturbance on overland flow, sediment yield, and nutrient loss in a hyrcanian deciduous forest stand in Iran. CATENA, 218: 106-126.

Sandercock, P. J., Hooke, J. M., & Mant, J. M. (2007). Vegetation in dryland river channels and its interaction with fluvial processes. Progress in Physical Geography, 31(2): 107-129.

Talaei, R., Shadfar, S., Azimi Motem, F., Rostamikia, Y., & Soufi, M. (2021). Evaluation of Native Plants Potential for Rill and Gully Erosion Control in the North of the Province of Ardabil. Watershed Management Research Journal, 34(2): 134-150. [in Persian].

Vannoppen, W., Vanmaercke, M., De Baets, S., & Poesen, J. (2015). A review of the mechanical effects of plant roots on concentrated flow erosion rates. Earth-Science Reviews, 150, 666-678.

Wainwright, J., Parsons, A. J., & Abrahams, A. D. (2000). Plotscale studies of vegetation, overland flow and erosion interactions: Case studies from Arizona and New Mexico. Hydrological Processes, 14(16-17): 2921-2943.

Walkley, A., & Black, I. A. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil science, 37(1): 29-38.

Zarekia S, Abolghasemi M. (2020). Salsola, capabilities and potentials (Emphasis on rehabilitating destroyed rangelands and providing forage). Journal of Iran nature, 3(5): 79–86. [in Persian].