Comparing Susceptibility of Marl Lands to Erosion Using Rain Simulator in Zanjan Province

Document Type : Research Paper

Authors

1 Scientific Member of Agricultural and Natural Resources Research Center of Zanjan Professor, Tehran University

2 Assistant Professor, Faculty of Soil Conservation and Watershed Management Research Institute

Abstract

Marl formations cover about 4438 km sq. (ca. 20%) of total surface area of Zanjan province. In this research, susceptibility of marl lands to water erosion was studied using a rain simulator. In this regard, by overlying slope, climate, and marl units of geological formation maps, a number of 18 homogeneous units were distinguished using ArcGis 9.3 software. Besides, during field operations, runoff within 1*1 m. plots were recorded within each homogeneous unit by using a rain simulator. A total of 54 plots were tested, and the data collected from field operations were analyzed on the basis of randomized complete block design with factorial treatment structure, General Linear Method (GLM Model) procedure, F Test and Duncan Multiple Range Test. A study on the relationship among the amount of sediment yield, volume and run-off coefficient of marl unit showed a quadratic regression equation to express the variations. Statistical data analyses showed the significant effects of the marl units, slope, and climate on the runoff threshold (p<0.05). Marl units could be classified into four groups based on the amount of sediment yield:, marls of Pliocene (PL) and lower red(OL) in one group, while upper-red (Mu), Qom marl (OM), and Eosen (EM) marl units each  in a separate group. These 4 groups differed significantly from the view point of the amount of sediment yield due to the physico-chemical differences among them. In these units, having more silt content resulted in more sediment production. This is because silt particles do not stick together and break up upon wetting, thereby can be easily transported. This investigation suggests that the combined effects of slope and climate have significant effect on the amount of sediment yield. 

Keywords

References

  1. اسدی ح.، رفاهی ح.ق.، روحی پور ح. و قدیری ح.و. 1385. بررسی فرسایش بین شیاری و ارزیابی چند معادله در شرایط آزمایشگاهی با استفاده ازشبیه سازی باران، علوم کشاورزی ایران، جلد37 (5): ص784-775.
  2. حسن زاده نفوتی، م، فیض‌نیا، س، احمدی، ح، پیروان،ح، غیومیان، ج. 1387. بررسی تأثیر ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی مارن‌ها بر میزان رسوبدهی با استفاده از مدل فیزیکی باران‌ساز. نشریه انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران، بهار 1387، جلد اول، شماره 1، ص 35 تا 48.
  3. حسینی، س، فیض­نیا، س، پیروان، ح و زهتابیان، غ. 1388، بررسی تولید رواناب و رسوب در سازندهای ریزدانه نئوژن با کمک بارانساز (مطالعه موردی: حوزه آبخیز طالقان)، نشریه مرتع و آبخیزداری، مجله منابع طبیعی ایران، دوره ٦٢ ، شماره ٢، تابستان ١٣٨٨ ، ص۲۱۵ تا 229
  4. رحمتی، م، عرب خدری، م و جعفری اردکانی، ع، 1383. تأثیر شدت چرا و شیب بر هدر رفت آب و خاک، فصلنامه پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی طبیعی شماره 62، ص 32 تا 37.
  5. شکل آبادی، م، ح. خادمی، ا . چرخابی. 1382. تولید رواناب و رسوب در خاک‌های با مواد مادری متفاوت در حوزه آبخیز گل آباد، اردستان. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی سال هفتم. شماره دوم. ص 85-100.
  6. صادقی س.ح.ر.، بشری سه قلعه م. و رنگآور ع. 1387. مقایسه تغییرات رسوب با جهت دامنه و طول کرت در برآورد فرسایش خاک ناشی از رگبارها، مجله علوم آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد22(2): ص239-230.
  7. ظریف م.س.، صادقی س.ح.ر. و میرنیا س.خ. 1388. بررسی تغییرات روانآب و رسوب در دو شیب مختلف در حوزة آبخیز جنگلی کجور، پنجمین همایش ملّی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، گرگان، 2 و 3 اردیبهشت 1388،ص 212 .
  8. عبدی نژاد، پرویز ، فیض نیا، سادات، پیروان، حمیدرضا و همکاران، 1390،بررسی خصوصیات فیزیکوشیمایی، مکانیکی و فرسایش پذیری سازندهای مارنی استان زنجان، مرکزتحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان زنجان،ص 256.
  9. فرجی م.، احمدی ح.، مهدوی م.، محمدیان بهبهانی ع. و دادخواه م. 1385. بررسی عوامل مؤثر بر فرسایش و رسوب دهی حوزة آبخیز بابا احمدی خوزستان با استفاده از مدل­های تجربیEPM و MPSIAC.
  10. فیض نیا، س.1374. مقاومت سنگ‌ها درمقابل فرسایش در اقالیم مختلف ایران.مجله منابع طبیعی ایران. شماره 47. ص 95تا186.
  11. فیض­نیا، س. سلاجقه، ع. احمدی، ح. و فضل اللهی آ، ع. 1386، بررسی رابطه خصوصیات فیزیکی خاک و میزان رواناب و رسوب در پادگانه­های آبرفتی با استفاده از باران ساز (منطقه مورد مطالعه: زیر حوضه عباس آباد جاجرود)، مجموعه مقالات دهمین کنگره علوم خاک ایران، کرج.
  12. محمدزاده ع. 1384. بررسی اثر تندی و جهت شیب در فرسایش مارنها با استفاده از بارانساز مصنوعی در حوزة آبخیز گیوی چای در استان اردبیل، سومین همایش ملّی فرسایش و رسوب، تهران،9- 6 شهریور1384، ص673-678.
  13. Agassi M., Shainberg I., and Morin J. 1990. Slope, Aspect and Phosphogypsum Effect on Runoff and Erosion. Soil Science Society of America Journal. 54: 1102-1106.
  14. Areniz, J. 2007. Factors affecting runoff and erosion under simulated rainfall in Mediterranean vineyards. Soil & Tillage Research, 125-132.
  15. Assouline, S., and Ben-Hur, M. 2006. Effects of rainfall intensity and slopegradient on the dynamics of interrill erosion during soil surface sealing. Catena, 66:2211-20.
  16. Benito G.، M. Gutierrez and C. Sancho، 1991. Erosion pattern in rill and interrill areas in badland zones of the middle Ebro Basin (NE-Spain)، soil erosion studies in Spain، 41-54.
  17. Bracken. L.J. 2005. Differences in hillslope runoff and sediment transport rates within two semi-arid catchements in southeast Spain. Geomorphology, 68:183-200.
  18. Bufalo، M. and Nahon, D. ، 1992. Erosional process and Mediterranean badlands: A new erosivity index for predicting sediment yield from gully erosion. Geoderma، 52، :133-147.
  19. Canga, M. R. 1999. Effects of subsequent simulated rainfall on runoff and erosion. Turk. J.  Agriculture  Forestry, 23:659-665.
  20. Cerda, A, (2002). The effect of season and parent material on water erosion on highly eroded soil in eastern Spain. J. of Arid Environoments, 52:319-337.
  21. Chaplot V.A.M., and Bissonnais Y.L. 2003. Runoff Features for interrill erosion at different rainfall intensities, slope length and gradient in an agricultural Loessial hillslope. Soil Science Society of America Journal. 67:844-851.
  22. Cheng Q., Ma W., and Cai Q. 2008. The relative importance of soil crust and slope angle in runoff and soil loss: a case study in the hilly areas of the Loess Plateau, north China. GeoJournal. 71(2-3):117-125.
  23. Ekwue, E.I., Bharat, C., and Samaroo, K. 2009. Effect of soil type, peat and farmyard manure addition, slope and their interactions on wash erosion by overland flow of some Trinidadian soils. Bios. Engine. 102:236-243.
  24. Engelend، G.B. (1971). Runoff processes and slope development in badlands national monument. South Dakota، Journal of Hydrology, 18:55-79.
  25. Gomez, J.A., and Nearing, M.A. 2005. Runoff and sediment losses from rough and smooth soil surfaces in a laboratory experiment. Catena. 59:253-266.
  26. Kamphorst, A. (1987). A small rainfall simulator for the determination of soil erodibility, Netherlands Journal of Agricultural Science, 35.
  27. Kirkby, M. 2001. Modeling the Interactions Between Soil Surface Properties and Water. Elsevier Catena،pp.89-102 (www.elsevier.com/locate/catena).
  28. Levy, G.J., Levin, J., and Shainberg, I. 1994. Seal formation and interrill erosion. Soil Science Society of America Journal, 58:203-209.
  29. Martinez, C,. (2002). Relation between interrill erosion process and sediment particle size disturbation in a semiarid Mediterranean area. Geomorphology, 45:261-275.
  30. Mispolinos, N.D., Silleos, N. G. and Prodromou, K. P., 1998" The influence of exchangeable Mg on certain Physical soil properties in a number of Mg- affected soils" Catena, 15:127-136.
  31. Navas, A. 1993. Soil loses under Simulator Rainfall in Semi-arid Shrublands of the Ebro Valley. Journal of Soil and Water Conservation, 42:211-215.
  32. Rienks.S. M.، Botha.G.A & Hughes. J.C (1999). Some physical and chemical properties of sediments exposed in gully(donga) in northern kwazulu-Natal،South Africa and their relationship to the Erodibility of the colluvial Layers، South Africa، Hughes University of Natal
  33. Sirventij، D.G.، Guticrres، M.S. & Benito، G. (1996). Erosion in badland areas recorded by collectors، erosion pins and profilometer techniques (Ebro basin، Nw- Spain). Geomorphology، 503.
  34. Smaeil Zadeh.hamid. 2002. Marl soils and different types of erosion in Iran. 17th WCSS. Thailand. 22:8
  35. Vahabi, J., and Mahdian, M.H. 2008. Rainfall simulation for the study of the effects of efficient factors on runoff rate. Current Sci. 95:1439-1445.
  36. Victora, C., Kacevas, A. and Fiori, H. 1997. Soil Vulnerability in Uruguay: Potential Effects of an Increase in Erosive Rainfall on Soil Loss. Climate Research, 9: 41-46.
  37. Zheng, FL., Merrill, S.D., Huang, C.H., Tanaka, D.L., Darboux, F. and Liebig, M.A., (2004) Runoff, Soil Erosion and Erodibility of Conservation Reserve Program Land Under Crop and Hay Production, Journal of Soil Science Society of America, 68(4):1332-1341.
Iranian Journal of Soil Research
Volume 28, Issue 2
October 2014
Pages 407-419

Files

Share

How to cite

Statistics