استفاده از ژئوتکنولوژی برای تخمین میزان تلفات سالانه خاک در سرادوی برزیل

                 

 

فرسایش خاک یک مشکل جدی زیست محیطی است که از طریق کاهش بهره وری زمین و در  دسترس بودن آب بر تولید مواد غذایی در جهان تأثیر نامطلوب گذاشته   است. مطالعه حاضر نرخ تلفات سالانه خاک و توزیع فضایی آن را در مهمترین منطقه کشاورزی برزیل، سرادو برزیل، با استفاده از مدل معادله تلفات خاک اصلاح شده (RUSLE) در چارچوب سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) برآورد کرد. برای این منظور، نرخ سالانه فرسایش خاک بر اساس عوامل مدل RUSLE تعیین شد: فرسایش بارندگی (R)، فرسایش پذیری خاک (K)، توپوگرافی (LS)، مدیریت محصول (C) و اقدامات حفاظتی حمایتی (P). همه عوامل از ادبیات به دست آمد. آنها پردازش و در یک GIS ادغام شدند، که منجر به یک نقشه از میزان تلفات سالانه خاک شد. روش بکار گرفته شده دقت قابل قبولی را نشان داد و امکان شناسایی مستعدترین مناطق در برابر فرسایش آبی وجود داشت. متوسط ​​نرخ تخمینی از دست دادن خاک برای کل سرادو 12.8 تن بود• ha −1 • سال −1 . بخش بزرگی از سرادو در زیر زون کم تلفات خاک قرار دارد که مربوط به 91/79 درصد از سطح کل است، در حالی که 70/15 درصد، 74/3 درصد و 66/0 درصد به ترتیب در محدوده متوسط، زیاد و بسیار زیاد قرار دارند. متوسط ​​نرخ تخمینی از دست دادن خاک در مناطق مورد استفاده برای جنگل کاری 52.1 تن • هکتار در هکتار • سال در سال بود . در محصولات نیمه چند ساله، چند ساله و سالانه به ترتیب 29.3، 23.9، و 9.8 تن • هکتار در سال • سال -1 بود، در حالی که در مرتع 13.3 تن • هکتار در سال • سال -1 بود .. به جز محصولات یکساله، تمام مناطق مزرعه و جنگلکاری میانگین افت خاک از متوسط ​​تا زیاد را نشان دادند. این نتایج نشان می‌دهد که اجرای تکنیک‌های مدیریت مؤثرتر و شیوه‌های حفاظتی برای سرادو برای حفظ و بهبود بهره‌وری زمین با اطمینان از نیازهای غذایی ملی و بین‌المللی ضروری است.

کلید واژه ها

فرسایش ، حفاظت خاک ، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) ، ساوانای گرمسیری ، MATOPIBA

1. مقدمه

فرسایش خاک یک مشکل جدی زیست محیطی است که از طریق کاهش بهره وری زمین و در دسترس بودن آب بر تولید مواد غذایی جهان تأثیر منفی گذاشته است [ 1 ]. فرسایش یک فرآیند ژئومورفیک طبیعی ناشی از حذف خاک سطحی توسط باد و آب است [ 2 ] و می تواند تحت تأثیر عوامل متعددی مانند متغیرهای آب و هوا، شیب شیب، پارامترهای فیزیکی خاک، پوشش گیاهی و الگوهای کاربری زمین قرار گیرد [ 3 ]. علاوه بر این، فرآیند فرسایش را می توان با دخالت انسان از طریق کاربری نامناسب زمین و تغییر پوشش زمین تشدید کرد. در این زمینه، فرسایش شدید خاک در مناطق عمده کشاورزی جهان رخ داده است و این مشکل با تشدید فعالیت های کشاورزی در مناطق حاشیه جنگلی افزایش یافته است [ 1 ].

گسترش و تشدید کشاورزی بدون در نظر گرفتن ظرفیت باربری خاک، فرآیندهای فرسایش را در برخی از مناطق گرمسیری تسریع کرده است [ 4 ]. این مناطق در سناریوی کشاورزی جهانی اهمیت ویژه ای دارند زیرا پیش بینی های غذایی جهان، مناطق گرمسیری را به عنوان منبع بالقوه گسترش زمین های کشاورزی برای تضمین امنیت غذایی 2.3 میلیارد نفر دیگر تا سال 2050 معرفی کرده است [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]. با این حال، بسیاری از این مناطق به دلیل فرآیند فرسایش آبی به عنوان کانون تخریب زمین طبقه بندی شده اند [ 8 ].

برزیل به دومین صادرکننده بزرگ محصولات کشاورزی در جهان تبدیل شده است، به ویژه به دلیل گسترش تولید در خاک های ساوانای گرمسیری که به نام سرادو نیز شناخته می شود [ 5 ]. در سال‌های 2009-2010، سرادو 70 درصد از تولید غذای برزیل را به خود اختصاص داد [ 9 ] که حدود 95 درصد پنبه، 54 درصد سویا، 55 درصد گوشت و 43 درصد نیشکر تولید شده در برزیل بود [ 10 ] [ 11 ]. مهم ترین منطقه کشاورزی کشور است و به عنوان یکی از سبدهای نان بزرگ جهان به شمار می رود [ 12 ] . با این حال، سرادو به دلیل شکنندگی چشم‌انداز و ویژگی‌های اقلیمی آن بسیار مستعد فرسایش آبی است [ 13 ].] . گسترش کشاورزی ممکن است منجر به فرسایش شدید زمین های زراعی شود که باعث مشکلات مختلف زیست محیطی و از دست دادن تنوع زیستی می شود [ 8 ]. بنابراین، ارزیابی فرسایش خاک در سرادو نیاز به توجه زیادی دارد زیرا انتظار می‌رود برزیل تا سال 2050 به 40 درصد از تقاضای جهانی غذا کمک کند [ 14 ].

با این حال، برای ارزیابی فرسایش موفق در داخل یک چشم‌انداز شکننده، داشتن داده‌های کمی فرسایش خاک و توزیع فضایی آن ضروری است. از این داده‌ها، می‌توان کنترل فرسایش مناسب را طراحی و اجرا کرد که اقدامات حفاظتی تأثیر زیادی بر کاهش هدررفت خاک و حفظ آب خواهد داشت [ 15 ]. روشهای مختلفی برای ارزیابی فرسایش کمی خاک وجود دارد [ 16 ]. معادله جهانی از دست دادن خاک (USLE) [ 17 ] و معادله تجدید نظر شده جهانی از دست دادن خاک (RUSLE) [ 18 ] بیشترین استفاده را دارند. از مزایای این روش‌ها می‌توان به سادگی، اثربخشی معادلات و موفقیت در پیش‌بینی بلندمدت میانگین تلفات سالانه خاک با دقت قابل قبولی اشاره کرد [ 19 ].

این مدل ها در اصل برای برنامه ریزی حفاظت محلی استفاده می شدند و عوامل آنها معمولاً از اندازه گیری های میدانی تخمین زده یا محاسبه می شدند [ 17 ]. کمی کردن تلفات خاک بر اساس قطعات فرسایش نمی تواند توزیع فضایی فرسایش خاک را در مناطق بزرگ و با دسترسی دشوار، مانند چندین منطقه برزیل، به دلیل محدودیت ها از نظر هزینه، نمایندگی و قابلیت اطمینان داده های نتایج فراهم کند [ 20 ] [ 21 ]. ] . با این حال، زمانی که ارزیابی فرسایش خاک با یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) ادغام می‌شود، می‌توان فرسایش خاک و توزیع مکانی آن را با کاهش زمان، هزینه و نیروی کار معقول برآورد کرد و دقت را در مناطق وسیع بهبود بخشید [ 20 ].] . این ادغام به طور گسترده ای به خصوص در کشورهای در حال توسعه مانند برزیل، هند و ترکیه استفاده شده است [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]. بنابراین، هدف اصلی این مطالعه برآورد توزیع فضایی نرخ تلفات سالانه خاک با استفاده از مدل RUSLE ادغام شده در یک GIS، و بررسی رابطه بین کاربری‌های کشاورزی و جنگل‌داری با از دست دادن خاک برای سرادو برزیل، مهم‌ترین منطقه کشاورزی در برزیل است. . به طور کلی، مطالعات میزان تلفات سالانه خاک را در مناطق کوچک برآورد می کنند [ 22 ] [ 25 ] [ 26 ]. در اینجا، ما توزیع فضایی نرخ از دست دادن خاک سالانه را برای کل سرادو برزیل ارائه می‌کنیم.

2. مواد و روشها

2.1. منطقه مطالعه

سرادو برزیل ( شکل 1 ) یکی از غنی‌ترین و متنوع‌ترین ساوانای استوایی در جهان است [ 27 ] که تقریباً 2 میلیون کیلومتر مربع از فلات مرکزی برزیل (24٪ از کل مساحت کشور) را پوشش می‌دهد. این منطقه دارای فصول مرطوب و خشک استوایی بارز با بارندگی سالانه از 800 تا 1800 میلی متر است [ 28 ]. میانگین دمای سالانه از 20 درجه سانتیگراد تا 26 درجه سانتیگراد متغیر است [ 29 ]. انواع خاک غالب در ناحیه سرادو بر اساس طبقه بندی FAO [ 31 ] Ferralsols (~41%)، Arenosols (~15%)، Acrisols (~12%) و Plinthosols (~10%) [ 30 ] است. منطقه نسبتاً مسطح با برجستگی کم و شیب‌های مسطح تا ملایم است. [ 32] . چهار نوع پوشش گیاهی اصلی عبارتند از: علفزار (campo limpo)، علفزار

با درختان پراکنده (campo sujo)، ساوانا (سرادو به معنای دقیق)، و جنگل (cerradão) [ 28 ] [ 33 ]. منطقه سرادو به دلیل گسترش کشاورزی به عنوان یکی از مهم ترین و در معرض خطرترین اکوسیستم های جهان [ 34 ] در نظر گرفته می شود و مربوط به یک نقطه داغ تخریب زمین است که در آن مناطق وسیعی تحت تأثیر فرآیند فرسایش قرار می گیرند [ 8 ]. علاوه بر این، منطقه سرادو محل مرز کشاورزی جدید برزیل است که معمولاً «MATOPIBA» نامیده می شود که مخفف آن از دو حرف اول چهار ایالت برزیل است: Maranhão (MA)، Tocantins (TO)، Piauí (PI) و باهیا (BA). این منطقه با تغییرات سریع در پوشش زمین و کاربری اراضی برای مرتع و زمین های زراعی مشخص شده است [ 35 ]] .

2.2. اکتساب و پردازش داده ها

در این مطالعه، تمام داده های ورودی برای مدل RUSLE ذخیره، تجزیه و تحلیل و در محیط ArcGIS® (نسخه 10.3) مشاهده شد. پایگاه داده GIS با استفاده از طرح جهانی Polyconic و SAD 69 (South American Datum 1969) ارجاع داده شد. پایگاه داده کامل (فرمت های برداری و شطرنجی) شامل موارد زیر است:

1) نقشه فرسایش (مقیاس تقریبی 1:5000000) به دست آمده از [ 36 ];

2) نقشه خاک از EMBRAPA (شرکت تحقیقات کشاورزی برزیل) در مقیاس 1:5,000,000 [ 30 ].

3) مدل دیجیتال ارتفاع (DEM) تولید شده از پایگاه داده TOPODATA ارائه شده توسط INPE (موسسه تحقیقات فضایی برزیل) با وضوح فضایی 30 متر از داده های SRTM تولید شده توسط ناسا در ابتدا [ 32 ].

4) نقشه کاربری و پوشش زمین 2010 تهیه شده توسط IBGE (موسسه جغرافیا و آمار برزیل) در مقیاس 1:5,000,000 [ 37 ]. این نقشه دارای 14 واحد کاربری و پوشش اراضی مختلف است که به منظور نمایش طبقات مورد نظر به شرح زیر طبقه بندی شدند:

الف) طبقه کشاورزی – مناطق کشاورزی، موزاییک مناطق کشاورزی با جنگل باقیمانده، موزاییک پوشش گیاهی جنگلی با مناطق کشاورزی، و موزاییک علفزارها با مناطق کشاورزی؛

ب) مرتع – مرتع کاشته شده و مدیریت شده (مانند دامداری).

ج) جنگل‌کاری – جنگل‌های کاشته‌شده و مدیریت‌شده با گونه‌های عجیب و غریب (مانند اکالیپتوس، کاج).

د) پوشش گیاهی طبیعی – شامل پوشش گیاهی طبیعی در مراحل مختلف توالی اکولوژیکی (مانند پوشش گیاهی جنگلی، مرتع، تالاب) است.

ه) سایر مناطق مصنوعی (مانند مناطق شهری، سیستم‌های جاده‌ای، سیستم‌های غیرکشاورزی)، آب‌های قاره‌ای، آب‌های ساحلی، و زمین‌های بدون پوشش (مانند رخنمون‌های سنگ‌ها و تپه‌های شنی).

واحد کشاورزی با هدف جداسازی مناطق کشاورزی از پوشش گیاهی جنگلی و علفزار به سه طبقه تقسیم شد: یکساله (غلات)، نیمه دائمی (نیشکر)، و چند ساله (قهوه و مرکبات). برای آن، واحد کشاورزی با داده‌های صریح فضایی غلات [ 38 ]، نیشکر [ 39 ]، قهوه [ 40 ] و مرکبات [ 40 ] ضرب شد. در نتیجه واحدهای کشاورزی یکساله، نیمه چند ساله و چندساله به دست آمد و بقایای گیاهی به عنوان پوشش گیاهی طبیعی طبقه بندی شدند. بنابراین، نقشه حاصل شامل هفت واحد کاربری اراضی مرتعی، پوشش گیاهی طبیعی، جنگلداری، محصولات یکساله، محصولات نیمه چند ساله، محصولات چند ساله و غیره است.

3. روش ها

3.1. مدل RUSLE

برآورد تلفات خاک و توزیع مکانی آن با استفاده از مدل RUSLE ادغام شده در یک GIS به دست آمد. RUSLE یک مدل ریاضی تجربی است که برای تخمین آب فرسایش خاک توسعه یافته است [ 18 ]. تکامل و پیشرفت نسبت به USLE منجر به برنامه کامپیوتری RUSLE شد. همانند مدل قبلی خود، این مدل رسوب رسوب را در شیب تخمین نمی زند [ 41 ]، بلکه تنها تخمینی از میانگین تلفات سالانه خاک ناشی از فرسایش شیارها و بین شیارها را ایجاد می کند [ 42 ]. در نتیجه، مدل RUSLE نرخ‌های بالقوه از دست دادن خاک را تخمین می‌زند که شدت فرآیندهای فرسایش را نشان می‌دهد. بر اساس رابطه (1) مدل حاصل از پنج عامل است:

(1)

3.2. ضریب فرسایش بارندگی-رواناب (R)

ضریب فرسایش (R) نشان دهنده قدرت فرسایشی بارش در یک خاک معین، سنگ سنگ یا سایر مواد هوازده است. بارش نیروی محرکه فرسایش است و تأثیر مستقیمی بر مراحل مختلف فرآیندهای فرسایشی از جمله جدا شدن ذرات خاک، تجزیه سنگدانه ها و انتقال مواد فرسایش یافته توسط رواناب دارد. ضریب R انرژی جنبشی قطرات باران است که بر روی زمین می ریزد و تحت تأثیر شدت بارندگی و اندازه قطرات باران است [ 17 ]. شکل 3 نقشه عامل فرسایش بارندگی-رواناب را نشان می دهد.

3.3. عامل فرسایش پذیری (K)

عامل فرسایش پذیری خاک (K) خاصیتی است که به دو عامل بستگی دارد. اولین مورد ظرفیت نفوذ برای مقاومت در برابر جدا شدن و حمل و نقل توسط بارندگی و دومی فرآیند رواناب است [ 43 ]. بنابراین، مقادیر K منعکس کننده نرخ از دست دادن خاک به ازای شاخص فرسایش بارندگی-رواناب (R) برای یک خاک خاص است [ 18 ]. ضریب K از صفر تا یک متغیر است، که در آن صفر به خاک هایی اشاره دارد که حساسیت کمتری به فرسایش آبی دارند در حالی که یک به خاک هایی اشاره دارد که حساس تر هستند [ 44 ]. نقشه ضریب K بر اساس نقشه خاک و مقادیر فرسایش پذیری منتشر شده از چندین مطالعه انجام شده در مناطق مختلف برزیل برای انواع خاک یکسان تهیه شده است. مقادیر K برای هر نوع خاک سرادوی برزیلی را می توان در جدول 1 مشاهده کرد.

a آب، سنگ ها و تپه های شنی.

3.4. فاکتور توپوگرافی (LS)

عامل توپوگرافی نشان دهنده تأثیر نقش برجسته بر روند فرسایش است [ 18 ]. ضریب LS به عوامل شیب شیب (S) و طول شیب (L) بستگی دارد که شیب ها را به عنوان پروفیل های یکنواخت در نظر می گیرند. به طور کلی، فرسایش خاک با افزایش شیب شیب به دلیل افزایش سرعت جریان رواناب افزایش می یابد. همچنین، فرسایش خاک با افزایش طول شیب به دلیل افزایش تجمع رواناب در شیب پایین افزایش می یابد [ 17 ] [ 44 ]. حداکثر طول شیب به ندرت بیشتر از 600 فوت یا کوتاهتر از 15-20 فوت است [ 52 ]. هر دو از مدل رقومی ارتفاع (DEM) با در نظر گرفتن رویکردها و روش های مختلف [ 22 ] [ 53 ] به دست آمده اند. این مطالعه بر اساس [ 53] که ضریب L را با استفاده از ناحیه کمک کننده شیب هر سلول طبق رابطه (2) به عنوان مرجع محاسبه کرد:

(2)

که در آن L i,j ضریب طول شیب برای سلول شبکه با مختصات ( i,j ) است. A i,j- in ناحیه کمک کننده در ورودی سلول شبکه با مختصات ( i,j ) ( m2 ) است. D اندازه سلول شبکه (m) است. m یک توان بی بعد است که به شیب شیب (S) بستگی دارد. x i,j مقدار جهت جریان برای سلول شبکه با مختصات ( i,j ) است. توان m با توجه به [ 17 ] محاسبه شد که S <1٪، m = 0.2. 1% ≤ S ≤ 3%, m = 0.3; 3% <S ≤ 5%، m = 0.4; و S > 5٪، m = 0.5.

ضریب S بر اساس معادلات (3) و (4) بر اساس [ 54 ] محاسبه شد:

(3)

(4)

جایی که θ زاویه شیب (˚) است. شیب شیب بر اساس [ 55 ] همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است به شش دسته تقسیم شد .

3.5. ضریب پوشش و مدیریت (C)

فاکتور پوشش و مدیریت (C) نشان دهنده ادغام چندین عامل موثر بر فرسایش است، از جمله پوشش رویشی، بستر گیاهی، سطح خاک و مدیریت زمین [ 17 ] [ 18 ] [ 52 ]. این دومین عامل مهم در RUSLE است، تنها پس از توپوگرافی، زیرا شرایطی را نشان می‌دهد که به راحتی می‌توان آن را تغییر داد تا جریان زمینی و فرسایش خاک را کاهش داد [ 22 ] [ 44 ]. اگرچه به عنوان یک متغیر مستقل در معادله در نظر گرفته می شود، اما این عامل به عوامل دیگری بستگی دارد. ضریب C از نزدیک به صفر (برای محافظت در برابر فرسایش خوب) تا یک (برای محافظت در برابر فرسایش ضعیف) متغیر است [ 56] . همانطور که قبلا ذکر شد، در این کار هفت طبقه کاربری اراضی برای سرادو برزیل در نظر گرفته شد: مرتع، پوشش گیاهی طبیعی، جنگلکاری، محصولات یکساله، محصولات نیمه چند ساله، محصولات چند ساله و غیره. مقادیر فاکتور C استخراج شده از ادبیات و درصد مساحت هر کاربری در جدول 3 ارائه شده است.

3.6. عامل تمرین حمایتی (P)

اثر عمل کنترل فرسایش (P) نشان دهنده رابطه بین از دست دادن خاک با یک عمل حمایتی خاص و تلفات مربوطه با کشت شیب بالا [ 64 ] است. فاکتور P با توجه به شیوه های حفاظت از خاک متفاوت است و بنابراین، تأثیر زیادی بر از دست دادن خاک دارد [ 22 ]. روش هایی که با P مشخص می شود شامل کشت نواری و تراس است و برای اکثر مناطق جنگلی قابل اجرا نیست. از آنجایی که شیوه های حفاظت از خاک برای هر سیستم را نمی توان برای کل سرادو برزیل، که در آن حدود 880000 کیلومتر مربع توسط زمین های کشاورزی اشغال شده است، شناخته نشد ، مقادیر برای ضریب P با توجه به [ 65 ] تعیین شد.] که این ضریب را بر اساس زاویه شیب (α) محاسبه کرد. بنابراین، P 0.6 برای 0 ≤ α ≤ 5٪، 0.69947 – 0.08991 α + 0.01184 α2 – 0.00035 α 3 برای 5 ٪ <α ≤ 20٪ و 1.0 برای α> 20٪ بود.

4. نتایج و بحث

توزیع فضایی تمام فاکتورهای RUSLE (K، C، LS و P) را می توان به ترتیب در شکل های 4-7 مشاهده کرد. تنوع انواع خاک یک تنوع فضایی زیادی ایجاد کرد ( شکل 4 ) که در آن 56.35% از کل مساحت دارای ضریب K بالاتر از 0.03 t∙h∙MJ -1 ∙mm -1 است ( جدول 1 ). این نتایج نشان می دهد که بیش از نیمی از خاک های سرادو حساسیت بالایی به فرسایش آبی نشان می دهند [ 22 ]. آرنوسول‌ها، آکریسول‌ها، پلینتوسول‌ها، کامبیسول‌ها و لپتوسول‌ها نشان‌دهنده خاک‌هایی با پتانسیل بالاتر برای فرسایش با مقدار زیادی ذرات (شن و سیلت) هستند که به راحتی جدا شده و منتقل می‌شوند. از سوی دیگر، خاک های با حساسیت کم را شامل می شود

43.09 درصد از کل مساحت. این خاک ها به صورت فرالسول، گلی سول، چرنوسول و نیتیسول هستند که به دلیل محتوای نسبی بالاتر رس و مواد آلی، فرسایش پذیری کمتری دارند. علیرغم تنوع فضایی زیاد عامل K، می توان مشاهده کرد که مناطق مستعدتر به فرسایش بسیار سریع در کجا متمرکز شده اند. آنها شامل ایالت های Maranhão (MA)، Piauí (PI)، Bahia (BA) و بخشی از Tocantins (TO) هستند ( شکل 3 ). شکنندگی فرسایش خاک در این بخش‌های سرادو نشان می‌دهد که شیوه‌های مؤثر مدیریت زمین چقدر مهم هستند. این نکته بسیار مهمی است زیرا بزرگترین تغییرات برزیلی ها در کاربری و پوشش زمین دقیقاً در این منطقه (MATOPIBA) رخ داده است که در آن خاک های مستعد نرخ فرسایش بالاتر غالب هستند.

فاکتور LS در RUSLE بسیار مهم است زیرا توپوگرافی بر خصوصیات رواناب و انتقال رسوب تأثیر می گذارد [ 64 ]. جدول 4 توزیع مساحت هر بازه فاکتور LS را نشان می دهد. حدود 93 درصد از کل مساحت سرادو دارای مقادیر LS بالای 5 است که به آسیب پذیری متوسط ​​در برابر فرسایش آبی اشاره دارد [ 22 ]، در حالی که تنها 2.69 درصد از کل مساحت آن دارای ضریب LS بیشتر از 10 است که نشان دهنده آسیب پذیری بالا در برابر فرسایش آبی است. 22 ] . شکل 5 توزیع فضایی عامل LS را نشان می دهد. بالاترین مقادیر در مناطقی با توپوگرافی موجدار و شدیداً موجی متمرکز است که در آن سرعت جریان رواناب بالاتر است، به ویژه در ایالت های گویا (GO)، میناس گرایس (MG)، و ماتو گروسو (MT).

ضریب C مربوط به فاکتور محصول/گیاه و مدیریت از 0.001 تا 0.3066 بود ( شکل 6 ). همانطور که قبلا ذکر شد، مقادیر نزدیک به

صفر نشان دهنده خاکهای بسیار خوب حفاظت شده است. در مقابل، مقادیر نزدیک به یک نشان دهنده حفاظت بسیار ضعیف [ 53 ] است. بالاترین مقادیر فاکتور C (~0.30) برای سرادوی برزیلی مربوط به محصولات نیمه چند ساله و جنگلکاری بود. این سیستم ها به ویژه در ایالت های سائوپائولو (SP)، میناس گرایس (MG)، ماتو گروسو دو سول (MS) و گویاس (GO) قرار دارند ( شکل 6 ). مناطقی با ضریب C 0.10 نیز در میناس گرایس و سائوپائولو مشاهده می شود که توسط محصولات چند ساله اشغال شده است. به طور کلی، خاک ورزی معمولی، با شخم زدن و دیسک کردن، در اکثر سیستم های کشاورزی در برزیل به کار گرفته می شود که به نفع فرآیندهای فرسایش است [ 66 ]. در بسیاری از سیستم‌های جنگل‌کاری، خاک‌ورزی معمولی نیز استفاده می‌شود [ 60] . علاوه بر این، بسته به مرحله توسعه جنگل کاری، پوشش خاک از صفر تا نود درصد متغیر است. مقادیر فاکتور C 0.90 به فاز کاشت (0٪ خاک پوششی)، 0.28 به فاز میانی (60٪ خاک پوششی)، و 0.05 به فاز نهایی (90٪ خاک پوششی) نسبت داده می شود [ 67 ]. با در نظر گرفتن اینکه فاز توسعه جنگل‌کاری را نمی‌توان برای کل منطقه سرادو برزیل شناخت، ما ضریب C را 0.30 اتخاذ کردیم. محصولات سالانه دارای مقدار فاکتور C پایین تری هستند (0.08) زیرا بیش از 50 درصد از مساحت آن با استفاده از روش های خاک ورزی حفاظتی مدیریت می شود که به طور قابل توجهی تلفات خاک را کاهش می دهد [ 68 ]. با توجه به مرتع، از داده‌های تجربی، مقادیر فاکتور C 0.061 و 0.007 به ترتیب برای مراتع بسیار تخریب‌شده و غیر تخریب‌شده برای Cerrado برآورد شد.57 ] . با توجه به اینکه تقریباً 80 درصد از مراتع در سرادو قبلاً دارای درجه‌ای از تخریب است [ 58 ]، ما یک مقدار فاکتور C 0.05 را برای همه مناطق مرتع اتخاذ کردیم. مناطق وسیعی با ضریب C بین 0.08 و 0.05 عملاً در تمام ایالت های تحت پوشش Cerrado قرار دارند ( شکل 6 ). پوشش گیاهی طبیعی کمترین مقدار فاکتور C را دارد که نشان دهنده حفاظت بسیار خوب خاک است. بیشتر این اراضی در منطقه MATOPIBA که در شمال بیوم سرادو قرار دارد، قرار دارند.

فاکتور P با توجه به اقدامات حفاظتی خاک متفاوت است. در این مطالعه ضریب P بر اساس مقادیر شیب برای تعریف اقدامات حفاظتی بود و مقادیر از 0.6 تا 1 متغیر بود ( شکل 7 ). مقادیر نزدیک به 0.6 کارآمدترین شیوه های حفاظتی را نشان می دهد، در حالی که مقادیر نزدیکتر به 1 نشان دهنده شیوه های حفاظتی کمتر مناسب است. به طور کلی، ضریب P در بیشتر نواحی شیب دار به 1 نزدیک تر بود (تسکین موج دار و مواج شدید).

معادله جهانی تجدید نظر شده از دست دادن خاک در ابتدا برای تخمین میانگین تلفات سالانه خاک بر اساس داده های قطعه نمونه استفاده شد [ 17 ] [ 20 ]] . با این حال، ادغام RUSLE و GIS امکان کمی سازی میزان تلفات خاک را در یک رویکرد صریح فضایی فراهم می کند که نقشه های تفسیری و نقشه نهایی میانگین تلفات سالانه خاک برای سرادوی برزیل را بر اساس نقشه کاربری زمین در سال 2010 تهیه می کند. استفاده از GIS امکان مدیریت و تجزیه و تحلیل داده‌ها را از فرمت‌ها، کیفیت‌ها، پیش‌بینی‌ها و وضوح‌های فضایی مختلف می‌دهد. با این حال، عدم قطعیت در مورد منابع داده‌ها را می‌توان در برآوردهای فرسایش خاک معرفی کرد، و همراه با مجموعه داده‌های با وضوح پایین، می‌تواند برآوردهای بهتر فرسایش را دشوار کند. رزولوشن 2822 متر برای محاسبه تمام عوامل RUSLE استفاده شد که ممکن است مقادیر این پارامترها را دست کم بگیرد. بنابراین، داده هایی با وضوح بهتر در صورت موجود بودن ارجحیت دارند. متأسفانه در برزیل، ضریب R با وضوح بالا برای مناطق بزرگ کمیاب است.

به طور خلاصه، این مطالعه تخمین بالقوه از دست دادن خاک در سرادوی برزیل را بر اساس ترکیب RUSLE و GIS ارائه می‌کند و این نتایج می‌تواند برای ایجاد طرح حفاظت از محیط‌زیست که در آن مزارع زراعی و عملیات جنگل‌کاری ممکن است به عوامل فعال فرسایش خاک تبدیل شوند، پشتیبانی کند.

به طور کلی، متوسط ​​نرخ تخمینی از دست دادن خاک برای سرادو 12.8 تن در هکتار -1 ∙yr -1 بود، که ممکن است به عنوان از دست دادن متوسط ​​خاک در نظر گرفته شود [ 69 ]. مقادیر برآورد شده در تجزیه و تحلیل ما با مقادیر مشاهده شده توسط [ 26 ] سازگار است، که میانگین نرخ از دست دادن خاک را 12.5 تن در هکتار -1 ∙yr -1 برای یک حوزه آبخیز با کاربری های مختلف زمین (محصولات زراعی، مرتع، و پوشش گیاهی طبیعی ) تخمین زده است. ) در منطقه سرادو. شکل 8نقشه میانگین تلفات خاک را با در نظر گرفتن سال 2010 به عنوان سال مرجع نشان می دهد که آسیب پذیرترین مناطق در برابر نرخ بالای فرسایش خاک را شناسایی می کند. این مناطق عمدتاً در ایالت های سائوپائولو (SP)، میناس گرایس (MG)، گویاس (GO)، ماتو گروسو دو سول (MS) و ماتو گروسو (MT) رخ می دهند. همانطور که انتظار می رود، مناطق با بسیار بالا

تلفات سالانه خاک (> 50 تن در هکتار -1 ∙yr -1 ) در مناطقی با شیب های تند و برخی مناطق با غلبه مرتع، محصولات زراعی و جنگلداری متمرکز است.

جدول 5توزیع فضایی طبقات مختلف فرسایش را نشان می دهد. بخش عمده ای از Cerradois توسط خاک با منطقه کاهش فرسایش از دست دادن منطقه تشکیل شده است که مناطق بزرگ (47.84٪) را پوشش می دهد. این به ویژه با پوشش گیاهی طبیعی، که حفاظت خوبی از خاک را فراهم می کند، و ضریب LS کم (69.73٪) مربوط به تسکین صاف و به آرامی موج دار است. به ترتیب 7/15 و 74/3 درصد از مساحت سرادو را می‌توان تحت زون هدررفت خاک متوسط ​​و زون هدر رفت خاک زیاد در نظر گرفت. مورد دوم در مناطقی هستند که شیب های تندتر رخ می دهد. علاوه بر این، می توان از دست دادن قابل توجه خاک در ارتباط با زمین های کشاورزی و جنگلی مشاهده کرد. بحرانی ترین واحدهای کاربری و پوشش اراضی، جنگلکاری و محصولات نیمه چند ساله و چند ساله است که همراه با عمل خاکورزی متعارف، خاک هایی با تلفات بسیار زیاد را امکان پذیر می کند. از نظر کمی،-1 ∙yr -1 به ترتیب برای محصولات جنگلی، نیمه چند ساله و چند ساله. کمترین مقادیر برای محصولات یکساله با 9.8 تن در هکتار در 1 ∙yr -1 عمدتاً به دلیل عدم انجام خاک‌ورزی و به دنبال آن مرتع با 13.3 تن در هکتار در ∙yr -1 به دست آمد. جدول 6 مقادیر تلفات خاک مقایسه ای به دست آمده از این مطالعه و سایر مطالعات انجام شده در مناطق مختلف در سرادو برزیل را نشان می دهد. تغییرات مقادیر از دست دادن خاک را می توان به تفاوت های روش شناختی با توجه به نحوه به دست آوردن فاکتور مدل ها و تفاوت بین عامل C اتخاذ شده برای هر دسته از کاربری نسبت داد.

این نتایج می‌تواند برنامه‌ریزی منطقه‌ای را برای حفاظت از خاک و مدیریت محیط‌زیست، و همچنین در انتخاب شیوه‌های کنترلی که بهترین مناسب برای هر سیستم کاربری زمین است، راهنمایی کند. به استثنای مناطق زراعی یکساله، تمام مناطق مزرعه و زمین های جنگلی میانگین افت خاک را از مقادیر متوسط ​​تا بالا نشان دادند. علاوه بر این، گسترش کشاورزی با هزینه‌های پوشش گیاهی طبیعی و تشدید کشاورزی به سمت خاک‌های شکننده‌تر می‌تواند منجر به افزایش تلفات فرسایش خاک در سرادوی برزیل در طول زمان شود، زیرا بخش بزرگی از خاک‌ها به شدت مستعد فرسایش هستند. این در ناحیه شمالی مربوط به MATOPIBA است که در آن نرخ جنگل زدایی بسیار بالا بوده و خاک بسیار شنی و با پتانسیل فرسایش بالا است [ 73 ].

5. نتیجه گیری ها

روش بکار رفته برای تخمین تلفات سالانه خاک و توزیع فضایی آن (RUSLE ادغام شده در چارچوب GIS) در سرادوی برزیل، دقت خوبی را نشان داد و امکان شناسایی مستعدترین مناطق به فرسایش آبی وجود داشت. این برنامه برای تعریف برنامه‌های بازیابی و حفاظت که در آن کشاورزی و جنگل‌کاری ممکن است به عوامل فرسایش خاک تبدیل شوند، پشتیبانی می‌کند. علی‌رغم نتایج خوب به‌دست‌آمده، تفکیک فضایی 2822 متری مورد استفاده در این مطالعه می‌تواند تلفات خاک را به‌ویژه در مناطقی که فرسایش خندقی غالب است، دست کم بگیرد. متأسفانه داده های ورودی با وضوح بهتر برای مناطق وسیعی در قلمرو برزیل به ویژه مربوط به فرسایش خاک در دسترس نیست.

متوسط ​​نرخ تخمینی از دست دادن خاک متوسط ​​با 12.8 تن در هکتار در ∙yr -1 با در نظر گرفتن کل منطقه سرادو بود. مناطقی که بیشتر در برابر فرسایش آسیب پذیر هستند به ویژه در مناطق شیب تندتر همراه با کاربری های اراضی مرتع، محصولات زراعی و جنگل کاری هستند. بخش بزرگی از کل مساحت سرادو در زیر زون کم هدررفت خاک قرار دارد که معادل 79.91 درصد است، در حالی که 15.70 درصد، 3.74 درصد و 0.66 درصد به ترتیب در زیر زون های هدر رفت خاک متوسط، زیاد و بسیار زیاد قرار دارند.

متوسط ​​نرخ تخمینی از دست دادن خاک در مناطق دارای عملیات جنگلکاری 52.1 تن در هکتار -1 ∙yr -1 بود. در مناطقی با غالب کشت محصولات نیمه چند ساله، چند ساله و یکساله مقادیر به دست آمده به ترتیب 29.3، 23.9 و 9.8 تن در هکتار -1 ∙yr -1 بود، در حالی که در مرتع 13.3 تن در هکتار در 1 ∙yr بود. -1. به جز محصولات یکساله، تمام مناطق مزرعه و جنگلکاری میانگین افت خاک از متوسط ​​تا زیاد را نشان دادند. بنابراین، شیوه‌های مدیریت خوب محصول در مناطقی با خاک‌های شکننده، مانند خاک‌ورزی، تراس، کودهای سبز و اجتناب از حذف لایه بستر از پوشش خاک، از عوامل مهم برای کاهش روند هدررفت خاک در سرادوی برزیلی و حفظ و نگهداری هستند. بهبود بهره وری زمین با اطمینان از نیازهای غذایی ملی و بین المللی.