تعریف فرسایش خاک : واژه (اروژن) Erosion
در زبان انگلیسی یا اروزیون در زبان فرانسه به معنی فرسایش می‌باشد و دارای منشأ لاتین و معنی تحت الفظی آن به معنی ساییدگی و خوردگی است .
فرسایش ، کاهش ضخامت لایه سطحی خاک به وسیله رواناب یا باد است . فرسایش فرآیندی است که در آن ذرات خاک توسط عوامل فرساینده از بستر اصلی خود جدا شده و توسط یکی از عوامل انتقال دهنده به مکان دیگری حمل می‌شود . چنانچه عامل جدا کننده ذرات باد و یخچال باشد به ترتیب فرسایش بادی و یخچالی گویند . فرسایش آبی به دلیل مدیریت نامناسب زمین ، تخریب پوشش گیاهی ، عدم کنترل جریان آب ، صورت می‌گیرد و منجر به رواناب سطحی و انتقال خاک می‌شود ، که از اثرات خارجی این پدیده می‌توان رسوب در سرها و آبراهه‌ها ، سیل و آلودگی آب را نام برد .
فرسایش آبی در ایران
ایران کشوری است که در جنوب غربی آسیا واقع شده است . وسعت کل آن 1648000 کیلومتر مربع می‌باشد که 11% این وسعت تحت کشاورزی ، 50% چراگاههای دائمی ، 9% جنگل‌ها و بیشه‌زارها و 30% را اراضی دیگر در بر گرفته است .
متوسط بارندگی در ایران 240 میلی‌متر که کمتر از یک سوم متوسط بارندگی جهان است . در حال حاضر نزدیک به 125 میلیون هکتار از 165 میلیون هکتار اراضی کشور در معرض فرسایش قرار دارند .
طبق گزارش سازمان خواربار جهانی در حدود 36% از کل زمین‌ها و 60% از خاکهای کشاورزی در ایران در معرض فرسایش می‌باشند . از عمده‌ترین دلایل فرسایش شدید در ایران ، از بین بردن پوشش گیاهی می‌باشند . این مسئله در مورد مراتع و بسیاری از اراضی جنگلی سواحل دریای خزر صادق است. تقریباً کلیه مراتع ، مورد چرای بی‌رویه بوده و تراکم دام در آنها 2 تا 6 برابر ظرفیت چرا موجود است .
یکی دیگر از عوامل فرسایش آبی در ایران ، کشت بر روی اراضی شیبدار است . همانطور که می‌دانیم ایران کشوری کوهستانی است و شیب زمین‌ها عمدتاً بالا است . با افزایش شیب مقدار آب نفوذی کاهش می‌یابد . بنابراین وجود رواناب قطعی است . در حوزههای فلات مرکزی و مشرق ایران سواحل دریای عمان و قسمت عمده‌ای از سواحل خلیج فارس که میزان بارندگی سالانه بسیار ناچیز است نیز انتظار فرسایش بادی را داریم .
میزان فرسایش در مناطق مختلف
فرسایش خاک ( ton ha-1 y-1 ) منطقه
40-30 آسیا ، آفریقا ، آمریکای جنوبی
17-13 آمریکا ، اروپا
32-30 ایران
میانگین فرسایش در ایران در حدود 3/4 برابر متوسط فرسایش در جهان می‌باشد . اولین گزارش نسبتاً کامل در مورد فرسایش خاک و لزوم حفاظت آب و خاک در ایران در سال 1327 توسط دوان و ریبن dowan and rieben دو کارشناس از فائو منتشر شد . کارشناسان پس از مطالعه خاکهای ایران وجود سازمانی برای حفاظت در ایران ضروری داشتند . در همان سال کمیته حفاظت خاک در سازمان جنگل‌ها تأسیس شد . در سال 1339 در قسمتی از حوزه آبخیز سد کرج در منطقه یداچال مطالعات حفاظت خاک صورت گرفت . در سال 1346 بخش حفاظت خاک و آب در موسسه خاکشناسی دایر شد .
پروسه‌های ایجاد فرسایش آبی : همانطور که ذکر شد چنانچه عامل جدا کننده و انتقال دهنده ذرات خاک ، آب باشد این نوع فرسایش را فرسایش آبی گویند . ( فوستر) (1982) ، پدیده فرسایش آبی را شامل فرآیند جدا شدن و حمل ذرات خاک و رسوبات توسط عوامل فرساینده ، باران و عامل انتقال ، یعنی رواناب می‌داند . جدا شدن ذرات از توده خاک هنگامی روی می‌دهد که نیروی برشی قطرات باران و یا رواناب بیشتر از مقاومت برشی خاک (s) باشد به عبارتی اگر ضریب اطمینان بیشتر از یک باشد ، گسیختگی صورت می‌گیرد.
بنابراین فرسایش دارای چند مرحله است :
الف) جدا شدن ، ذرات خاک را از توده ایجاد کننده رسوب جدا می‌کند .
ب) انتقال : ذرات جدا شده را از نقطه اصلی خود حرکت می‌دهد .
چنانچه از جداشدن ذرات ، نیرویی برای انتقال وجود نداشته باشد یا نیرو کاهش یابد ، فاز سومی به نام رسوبگذاری صورت می‌گیرد .
الف) جدا شدن : مکانیزم اصلی جدا شدن ، شامل خرد شدن خاکدانها در اثر ترک خوردن ، فروپاشی و خرد شدن در اثر برخورد مستقیم قطره باران و رواناب ( بارتس و همکاران 2001) و تخریب به علت فشار هوای محبوس در درون خاکدانه‌هایی که به سرعت خیس شده‌اند می‌باشد .
ترک برداشتن در نتیجه اختلاف ضریب انبساط و انقباض قسمت‌های مختلف خاک ، پراکندگی در نتیجه کاهش نیروی همدوسی بین ذرات کلوئیدی خیس شده می‌باشد . عمل جدا شدن ذرات به دو صورت روی می‌دهد :
1- در اثر برخورد مستقیم قطره باران .
2- در اثر رواناب : به این صورت که رواناب ایجاد شده یک نیروی برشی ایجاد کرده و باعث جدایی ذرات می‌شود .
ب) انتقال ذرات : دو عامل در انقال ذرات موثر می‌باشد .
1- برخورد قطرات باران ( پاشمان ) .
2- جریان رواناب که خود شامل دو حالت می‌باشد .
الف) جریان رواناب نازک سطحی
ب) جریان تمرکز یافته
شدت فرسایش آبی به مقدار موادی که از محل جدا می‌شود و مقداری که انتقال می‌یابد ، بستگی دارد. هنگامیکه آثار فرسایش را در منطقه‌ای می‌بینیم بایستی به دنبال محدود کننده باشیم . ممکن است در منطقه‌ای عمل جدا شدن صورت گیرد ولی انتقال ذرات صورت نگیرد . به عبارتی اگر مقدار مواد جدا شده از بستر ، بیشتر از مقدار مواد انتقالی باشد ، فرسایش از لحاظ انتقال دارای محدودیت است . اما چنانچه در محلی مقدار مواد جدا شده زیاد نباشد اما عامل انتقال دهنده توان بالایی داشته باشد در این صورت فرسایش از جنبه جدا شدن ذرات دارای محدودیت است .
مدلهای فرسایش خاک :
ساده سازی واقعیت‌ها را مدل گویند . مدلهای فرسایش به عنوان ابزارهای پیش‌بینی برای فرسایش و فرآیندها و اثرات آنها می‌باشد . مدلهای فرسایش به سه دسته تقسیم می‌شوند . تمایز بین این مدلها ذهنی است و هیچ اختلاف واضح و روشنی بین آنها وجود ندارد .
1- مدلهای تجربی یا آماری
2- مدلهای مفهومی ( نظری)
3- مدلهای فیزیکی
1- مدلهای تجربی : مدلهای تجربی اساساً بر روی مشاهدات پایه گذاری شده‌اند و معمولاً آماری هستند . این مدلها بیشتر برای پیش‌بینی متوسط فرسایش به کار می‌روند ، اگر چه برخی وقتها برای پیش‌بینی رسوب هم استفاده می‌شوند .
این مدلها تایید پذیر نیستند و فرآیند بارش 0 رواناب در حوزههای مدل شده ، نادیده گرفته می‌شود . در هر حال مدلهای تجربی به عنوان ابزاری برای پیش‌بینی فرسایش در موقعیت‌های با اطلاعات محدود شناخته شده‌اند . کار با این مدلها ساده‌‌تر است و معمولاً برای شناسایی منبع رسوب و عناصر غذایی مفید هستند .
در بین این مدلها می‌توان به مدل جهانی فرسایش خاک VSLE و مدل RUSLE و مدل تخمین هدر رفت خاک برای آفریقا SLEMS اشاره کرد .
2- مدلهای مفهومی : این مدلها بر اساس معادلات پیوستگی آب و رسوب پایه گذاری شده‌اند . این مدلها بدون توجه به جزئیات شرح کلی از فرآیندهای حوزه را فراهم می‌کنند . این مدلها به عنوان واسطه‌ای بین مدلهای تجربی و مدلهای فیزیکی عمل می‌کنند . از جمله این مدلها می‌توان به (AGNPS) ، ( ACRU ) ، ( HSPF ) و ( SWRRB ) اشاره کرد .
3- مدلهای فیزیکی : این مدلها بر اساس معادلات فیزیکی پایه‌گذاری شده‌اند . این مدلها به منظور بررسی توزیع مکانی رواناب و رسوب در طی دوره بارندگی و همچنین برای پیش‌بینی کل رواناب و اتلاف خاک توسعه داده‌شده‌‌اند .
از انواع مدلهای فیزیکی که در مطالعات فرسایش و کیفیت آب استفاده می‌شوند می‌توان به (ANSWERES) و ( WEPP ) اشاره کرد .
انتخاب مدلها برای استفاده در مطالعات : مناسبترین مدل برای مطالعات به نحوه استفاده از مدل و خصوصیات حوزه ، همچنین نیازهای اطلاعاتی ( شامل تغییرات مکانی و زمانی ورودی‌ها و خروجی‌های مدل ) صحت و اعتبار مدل بستگی دارد . در این میان ، مدلهای تجربی ( SLEMSA ، USLE به علت سادگی آنها و نیاز اطلاعاتی پایین مورد توجه می‌باشند .
فاکتورهای موثر در فرسایش خاک :
الف) عامل انرژی : شدت بارندگی ، حجم رواناب ، نیروی باد ، زاویه شیب ، طول شیب .
ب) عامل مقاومت : فرسایش پذیری خاک ، ظرفیت نفوذ ، مدیریت خاک .
ج) عامل حفاظت : تراکم جمعیت ، پوشش گیاه ، مدیریت زمین .
عامل انرژی
اثر شیب بر رواناب و فرسایش :
درجه شیب ، شکل شیب ، طول شیب ، جهت و موقعیت شیب از مهمترین ویژگی های شیب هستند که روی فرسایش خاک توسط آب اثر می‌گذارند .
درجه شیب : زمانیکه شیب تندتر می‌شود ، شدت رواناب افزایش می‌یابد در نتیجه توانایی آب برای جدا کردن و انتقال ذرات افزایش می‌یابد . در صورتیکه شدت جریان کم باشد ، جدا شدن و انتقال ذرات خاک از لایه سطحی تنها به جدا شدن توسط بارندگی مربوط می‌شود .
اثرات فرسایش :
فرسایش تشدیدی خاک فشارهایی را که به یک خاک برای تولید محصول وارد می‌شود ، افزایش می‌دهد . فشارهای وارده می‌تواند فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی می‌باشد .
اثرات فرسایش بر خصوصیات فیزیکی :
1- کاهش عمق ریشه دهی .
2- کاهش ظرفیت ذخیره آب و خاک .
3- سله بستن و تراکم و سخت شدن خاک .
4- خارج شدن ذرات کلوئیدی و رسی از سطح خاک .
فرسایش باعث توسعه شیارها و گالیها می‌شود و همین امر عملیات زراعی را مشکل می‌کند .
اثر فرسایش بر خصوصیات شیمیایی :
فرسایش حاصل‌خیزی را کاهش می‌دهد از جمله اختلالات شیمیایی و تعذیه‌ای مربوط به فرسایش می‌توان کاهش CEC کمبود عناصر غذایی NPK و عناصر میکرو را نام برد .
اثر فرسایش بر عملکرد محصول :
کمی کردن اثر فرسایش خاک بر عملکرد محصول ، کار پیچیده‌ای است . به این دلیل که باید ارزیابی دقیقی از اثرات متقابل بین خصوصیات خاک ، مشخصات محصول و اقلیم صورت می‌گیرد . اثرات فرسایش به عملکرد به صورت تجمعی است و حتی مدتها بعد از شروع فرسایش شدید هم قابل مشاهده نمی‌باشد . فرسایش خاک ، عملکرد محصول و از ظریق اتلاف عناصر غذایی ، تخریب ساختمان ، کاهش عمق خاک و ظرفیت نگهداری آب خاک کاهش می‌دهد .
اثرات بیرونی فرسایش خاک :
در بین مهمترین این اثرات می‌توان به رسوب گذاری در مخازن و سدها ، کاهش محصول در مناطق واقع شده در پایین دست به خاطر اثرات سیلاب و آلودگی آبها به وسیله ترکیبات شیمیایی مختلف اشاره کرد . فرسایش خاک به عنوان عامل مهمی در کاهش حاصل خیزی شناخته شده است . حذف خاک از اراضی کشاورزی توسط فرسایش آبی و بادی ، پتانسیل طولانی مدت تولید محصول را کاهش می‌دهد .
نتیجه :
فرسایش از عواملی است که بازده زمین کشاورزی را پایین می‌آورد و در واقع زمین را از بین می‌برد . در نتیجه متخصصان باید تمام تلاش خود را برای جلوگیری از پیدایش فرسایش انجام دهند .
