Gully erosion is a worldwide matter of concern because of the irreversible losses of fertile land, which often have severe environmental, economic and social consequences. While most of the studies on the gullying process have investigated the involved mechanisms (either overland flow incision, seepage or piping erosion), only few have been conducted on the controlling factors of gully wall retreat, an important, if not the dominant, land degradation process and sediment source in river systems. In a representative 4.4 km2 degraded area of the Drakensberg foothills (South Africa) the main objective of this study was to evaluate the relationship between the rate of gully bank retreat (GBR) and parent material, soil types and selected terrain attributes (elevation, specific drainage area, mean slope gradient, slope length factor, stream power index, compound topographic index and slope curvatures). The survey of gully bank retreat was performed during an entire hydrological year, from September 2007 to September 2008, using a network of pins (n = 440 from 110 pits). Both the gully contours and pin coordinates were determined, using a GPS with a 0.5 m horizontal accuracy (n = 20,120). The information on the parent material and the soil types was obtained from field observations complemented by laboratory analysis, while terrain attributes were extracted from a 20 m DEM generated from 5 m interval contour lines. The average GBR value for the 6512 m of gully banks found in the area was 0.049 ± 0.0013 m y− 1, which, considering bank height and soil bulk density, corresponded to an erosion rate of 2.30 ton ha− 1 y− 1. There was no significant difference in GBR between sandstone and dolerite and between Acrisols and Luvisols. Despite a weak one-to-one correlation with the selected terrain attributes (r < 0.2), a principal component analysis (PCA), the first two axes of which explained 68% of the data variability, pointed out that GBR was the highest at hillslope inflexion points (profile and plan slope curvatures close to zero), in the vicinity of the head cuts and for drainage areas up to 500 m2, as both situations experience a high removal rate of the soil material produced from the gully bank collapse and protecting gullies from laterally retreating. These results could be used to digitally map the more active gully banks for the improved implementation of preventive measures of gully growth, if high resolution DEMs are available. There remained, however, a certain amount of unexplained variability in the data, that further research studies on the mechanisms and associated factors of control of GBR could help to address

چکیده

فرسایش خندقی یک نگرانی بزرگ در جهان است زیرا از جمله زیانهاییست که اغلب پیامدهای زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی با خود به همراه می آورد. در حالی که بیشتر مطالعات بر روی فرایندهای شیاری شدن کار کرده اند (برش زمینی، نشت یا فرسایش انحلالی) اما تعداد معدودی از این مطالعات بر روی کنترل عوامل عقب نشینی دیواره شیارها تمرکز کرده اند،این مسئله در صورتی که عدم چیرگی فرایندهای تخریب زمین منبع رسوب گذاری در سیستم های رودخانه، بسیار اهمیت دارد. در یک مساحت 4.4 کیلومتر مربعی تخریب شده در دامنه های دراکنبرگ آفریقای جنوبی هدف اصلی این تحقیق ارزیابی رابطه بین سرعت عقب نشینی دیواره های خندق (GBR) و سنگ بستر، انواع خاک و ویژگیهای زمین (ارتفاع، مساحت زهکشی، متوسط درجه شیب، عامل طول شیب، شاخص توان آبراهه، شاخص ترکیب توپوگرافی و انحنای شیب) است. بررسی میدانی عقب نشینی دیواره های خندق در طول یک سال هیدرولوژیکی از سپتامبر 2007 تا سپتامیر 2008 با استفاده از شبکه ای از پین ها (n=440 از 110 چاله) انجام شد. خطوط خندق و مختصات پین ها با استفاده از یک GPS با دقت افقی 0.5 متری (n=20.120) تعیین شدند. اطلاعات مربوط به مواد بستر و انواع خاک از مشاهدات میدانی با استفاده از آنالیزهای آزمایشگاهی بدست آمده اند، در حالی که ویژگیهای زمینی از DEM20 متری ایجاد شده از فاصله تراز 5 متری استخراج شدند. مقدار متوسط GBR برای 6512 متر از دیوارهای خندقی در مساحت مورد نظر 0.049+0.0013 متر در سال بود که ارتفاع و دانسیته دیواره با توجه به فرسایش 2.30 تن در هکتار در سال در نظر گرفته شدند. هیچ اختلاف معنی داری در GBR بین ماسه سنگ و دلریتی و بین خاکهای لاوسیویل و آکریسویل مشاهده نشد. علی رغم همبستگی ضعیف با ویژگیهای زمین (r<0.2)، یک آنالیز مولفه های اصلی (PCA) انجام شد، در این آنالیز دو محور 68 درصد تغییر داده ها را تشریح می کردند و نشان داده شد که GBR بالاترین نقطه ی عطف در دامنه ی داده ها بود ( شیب پروفیل نزدیک به به صفر بود)، در مجاورت نقطه ی سر و مساحت زهکشی 500 مترمربعی دو وضعیت نرخ برداشت بالای خاک از دیواره خندق و حفاظت خندق ها از عقب نشینی جانبی وجود دارد. این نتایج می تواند برای ترسیم دیجیتالی نقشه دیواره های خندقی فعال برای بهبود عملیاتهای بازدارنده ی توسعه خندق استفاده شود. به هر حال مقدار مشخصی از تنوع غیر قابل توضیح در داده ها هنوز باقی مانده است، مطالعات بیشتری باید بر روی مکانیسم و عوامل کنترل GBR صورت گیرد تا ابهامات برطرف شوند.

-1 مقدمه

فرسایش خاک یک پدیده طبیعی مهم است. به هر حال زمانی که برداشت (کاهش) خاک سریعتر از تشکیل خاک از طریق هوادیدگی بستر صورت گیرد، اغلب توانایی اکوسیستم های زمینی برای انجام کارکردهایشان مانند تولید غذا و بیوماس، ذخیره سازی و پالایش آب کاهش می یابد (FAO. 2008).

سه نوع فرسایش خاک وجود دارد (Smith, 1978 ischmeier and). نوع اول فرسایش پاشمانی ست که به دلیلی بارش قطرات باران روی سطح خاک و جریان حرکت هوا بین ذرات کوچک خاک اتفاق می افتد. نوع دو فرسایش ورقه ایست که طی آن جدا شدن ذرات خاک به وسیله قطرات باران و به وسیله جریان ورقه ای ذرات به پایین انتقال می یابند (Chaplot and Le Bissonnais, 2003; Chaplot et al., 2007). در حالی که نوع سوم فرسایش خطی ست که طی آن مواد خاک جدا شده و به وسیله جریان روزمینی انتقال می یابند (Kinnell, 2004). ایجاد شیار به اشکال کم عمق فرسایش خطی گفته می شود، در حالی که خندق ها با عملیاتهای خاک ورزی کاملا پر نشده اند بنابراین تخریب برگشت ناپذیری در زمین های کشاورزی اتفاق می افتد. در بخش مدیریت اکوسیستم بسیار مهم است که توزیع مکانی خندق ها و خندقی شدن (فرایند تشکیل خندق و تکامل آن) از نظر چشم انداز کشاورزی مورد بررسی قرار گیرد (Poesen et al., 2003).)…