برآورد فرسایش و رسوب در حوزه آبخیز زیارت، گرگان با استفاده از سزیم 137

نوع مقاله: مقاله اصلی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه جغرافیا، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه ژئومورفولوژی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 استادیار، گروه فیزیک کاربردی، دانشکده علوم کاربردی، دانشگاه مالک اشتر، اصهان، ایران

4 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

بوم‌سازگان جنگل‌های هیرکانی به‌عنوان یکی از ذخیره‌گاه‌های جانوری و گیاهی در دهه‌های اخیر مورد تغییر کاربری غیراصولی و درنتیجه تخریب شدید واقع‌شده است. استفاده از رادیونوکلوئید ریزشی، به‌خصوص عنصر سزیم137 یکی از روش‌های قابل‌اعتماد در تعیین فرسایش خاک است. هدف از این پژوهش، برآورد نرخ فرسایش خاک در ارتفاعات جنگل‌های هیرکانی با استفاده از عنصر رادیواکتیو سزیم 137 در حوزه آبخیز زیارت است. به این منظور ابتدا میزان موجودی عنصر سزیم137 در سه کاربری جنگل، مرتع و کشاورزی محاسبه شد. سپس با استفاده از مدل توازن جرمی II برای مناطق کشاورزی و مدل انتقال و پخش برای مناطق غیر کشاورزی میزان فرسایش و رسوب هرکدام از کاربری‌ها مشخص شد. هم‌چنین با استفاده از آزمون آماری تحلیل واریانس (ANOVA) تأثیر کاربری اراضی بر نرخ فرسایش و رسوب و ذخیره کربن آلی بررسی شد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، میانگین موجودی سزیم 137 در کاربری‌های جنگل، مرتع و کشاورزی به ترتیب 575، 286 و 258 بکرل بر مترمربع است. اراضی کشاورزی با میزان 8/39 و اراضی جنگلی با 2/5 تن در هکتار در سال، به ترتیب بالاترین و پایین‌ترین میزان نرخ فرسایش را به خود اختصاص دادند. همچنین، همبستگی مثبت بین نرخ فرسایش و رسوب و ذخیره کربن آلی وجود دارد. نتایج این تحقیق می‌تواند در راستای مدیریت پایدار حوزه آبخیز زیارت مورداستفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Estimate of erosion and sediment by using Cs-137

نویسندگان [English]

  • Kazem Nosrati 1
  • Saeede Jalali 2
  • Mohamamd Reza Zare 3
  • Loghman Shirzadi 4
1 Associate Prof., Department of Geography, Faculty of Earth science, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 M.Sc., Department of Geomorphology, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Assist Prof., Department of Applied Physics, Faculty of Applied Sciences, Malek Ashtar University, Esfahan Branch, Esfahan, Iran
4 PhD Scholar, Department of Geomorphology., Faculty of Earth science, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

As one of the fauna and flora reservation sites, hyrcanian forest ecosystems have experienced sever destruction during recent decades because of the improper land uses. Use of fallout radionuclide, particularly Cs137, is one of the trusty methods in soil erosion rate. The purpose of this research was to estimate soil erosion rate in Hyrcanian forest heights in Ziarat catchment using radioactive element Cs137. Therefore, first Cs137 inventory was calculated in three land uses including forest, rangeland, and cultivate lands. After that, the erosion and sedimentation rates for each land use were determined using mass balance II model for cultivate areas and intuition and diffusion model for uncultivated area. The impact of land use on the soil erosion and sedimentation rate and organic carbon storage were investigated using ANOVA. The research found that the annual Cs137 inventory estimated was 575, 286, and 258 Bq/m2 in the forest, rangeland, and cultivate lands respectively. The maximum and minimum erosion rate had occurred in cultivated land by 39.8 and forest land by 5.2 ton/ha/y respectively. In addition, there was a positive correlation between erosion and sediment rate and organic carbon storage. The findings of this research can be used for sustainable management of Ziarat Catchment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural Resources Destruction
  • Hyrcanian forests
  • erosion and sediment
  • Radioactive Material
Afshar F. A., Ayoubi S. and Jalalian A. (2010). Soil redistribution rate and its relationship with soil organic carbon and total nitrogen using 137 Cs technique in a cultivated complex hill slope in western Iran. J. Environ. Radioact., 101(8), 606-614. 

 

Asadi A., Shahoi S., Asadi A. and Shahsavar A. (2010). Using Cs137 for estimation of soil erosion and sediment in soils of Tasran catchment of Cabodarahang. J. Eng. Watershed Manag., 3(2) 94-101 [In Persian].

 

Gellis A. (2010). Agricultural soil erosion rates for the Linganore Creek watershed in the piedmont physiographic province of the Cheaspeake watershed. 2nd Joint Federal Interagency Conference, Las Vegas, NV, June 27- July 1.

 

He Q. and Walling, D. E. (1997). The distribution of fallout 137 Cs and 210 Pb in undisturbed and cultivated soils. J. Appl. Rad. Isotopes, 48(5), 677-690.

 

Khajavi E. Arabkhedri, M. Mahdian, M.H and Shadfar, S. (2015). Investigation of water erosion and soil loss values with using the measured data from Cs-137 method and experimental plots in Iran. J. Watershed Manag., 6(11), 1-11[In Persian].

 

Mabit, L. Benmansour, M. and Walling, D. (2008). Comparative advantages and limitations of the fallout radionuclides 137 Cs, 210 Pb ex and 7 Be for assessing soil erosion and sedimentation. J. Environ. Radioact., 99(12), 1799-1807.

 

Murat. S. M. and Ichedf M, (2015). Application of Cs137 technique for evaluation of erosion and deposition rates within cultivated fields of Salahi region, Western Turkey. J. Rad. Res. Appl. Sci., 8(4) 477-482. 

 

Nosrati K. Haddadchi A. Zare M. R. and Shirzadi, L. (2015). An evaluation of the role of hillslope components and land use in soil erosion using 137 Cs inventory and soil organic carbon stock. Geoderma, 243, 29-40. 

 

Nosrati K. Feiznia S. Van Den Eeckhaut, M. and Duiker S. W. (2011). Assessment of soil erodibility in Taleghan Basin, Iran, using multivariate statistics. J. Phys. Geog., 32(1), 78-96.

 

Pazhohab Shargh. (2000). Report of repose to Ziarat watershed. Available at: http://pazhouhab.com/index.   

 

Ritchie, J. C. and Ritchie, C. A. (2008). Bibliography of publications of 137Cs studies related to erosion and sediment deposition. http://www.ars.usda.gov/Main/docs.htm?docid=17939 

 

Ritchie J.  C. and Mc Carty, G. W. Venteries, E. R and Kaspar, T. C. (2007). Soil and soil organic carbon redistribution on the landscape. J. Geomorphol., 89, 163-171 

 

Ritchie J. C. and McHenry, J. R. (1990). Application of radioactive fallout cesium-137 for measuring soil erosion and sediment accumulation rates and patterns: a review. J. Environ. Qual., 19(2), 47-2425. 

 

Wu R. and Tiessen, H. (2002). Effect of land use on soil degradation in Alpine grassland soil Chine. Soil Sci. Soc.: Am. J., 66, 1648-1655

 

Shirzadi L. (2014). Effect of domans on soil erosion in Nechi catchment, M.Sc. Dissertation, Shahid Beheshti University 86pp. [In Prussian].

 

Skjemstad. J. O., Baldock, J. A. (2008). Total and organic carbon. In: Carter, M. R. Gregorich Group, Boca Raton pp. 225- 237. 

 

Schuller P., Iroumé. A., Walling. D. E., Mancilla H. B., Castillo A. and Trumper, R. E. (2006). Use of Beryllium-7 to Document Soil Redistribution following Forest Harvest Operations. J.     Environ. Qual., 35, 1756-1763. 

 

Wallbrink. P. J., Belyaev. V., Golosov. V. N., Sidorchuk. A. S. and Murray. A.S. (2002). Use of radionuclide, field based and erosion modeling methods for quantifying rates and amounts of soil erosion processes. CIRO land and water consultancy report.

 

Walling D. E. and He Q. (1999). Improved models for estimating soil erosion rates from cesium-137 measure. J. Environ. Qual., 28(2), 611-622.

 

Walling D. E, and Quine, T. A. (1993). Use of Cs-137 as a tracer of erosion and sedimentation. Handbook of the application of Cs-137 technique in the high altitude area of the Qingai-Tibet plateau of Chine. J. Environ. Geol, 53, 1743-1449.

 

Zapata F. (2003). The use of environmental radionuclides as tracers in soil erosion and sedimentation investigations: recent advances and future developments. Soil Tillage Res., 69(1), 3-13.

 

Zapata F. (2002). Handbook for the Assessment of Soil Erosion and Sedimentation Using Environmental Radionuclides. The Netherlands: Kluwer Academic Publishers.