Analysis the Relationship between Landscape Metrics and Soil Erosion of KoozehTopraghi Watershed, Ardabil Province

Document Type : Research Article

Authors

• Ardavan Ghorbani ¹
• Zeinab Hazbavi ²
• Raoof Mostafazadeh ²
• Nazila Alaei ³

¹ Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

² Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.

³ M.Sc. Student, Watershed Management Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.

10.22067/geoeh.2021.67020.0

Abstract

The process of soil erosion as the central focus of soil and water conservation studies in sustainable ecosystems is influenced by various natural and human disturbances. Besides, the overall structure and composition of an ecosystem are affected by changes in its landscape. Therefore, the present study was planned to investigate the relationship between landscape metrics and soil erosion patterns in the KoozehTopraghi Watershed located in Ardabil Province. In this regard, the 14 landscape metrics including Patch Density (PD), Largest Patch Index (LPI), Total Edge (TE), Edge Density (ED), Landscape Shape Index (LSI), Mean Patch Area (AREA-MN),  Mean Euclidean Nearest Neighbor Distance (END-MN), Landscape Division Index (DIVISION), Mean Patch Shape Index (SHAPE-MN), Splitting Index (SPLIT), Patch Cohesion Index (COHESION ), Effective Mesh Size (MESH), Aggregation Index (AI) and Percentage of Landscape (PLAND) were calculated using Fragstats 4.2.1 Software. Then, the severity of soil erosion in the study area was estimated using the Erosion Potential Method (EPM), which its performance has been confirmed by previous studies around the study area. Then, the results of landscape metrics and soil erosion calculation were interred to IBM SPSS Statistics software platform, and the established regression models were determined. The results indicate an inverse relationship between DIVISION, ED, and LPI landscape metrics with the specific soil erosion and a direct relationship between SHAPE-MN and AREA-MN with specific soil erosion of the KoozehTopraghi Watershed. The results of the present study confirm the different behavioral patterns of land features as a result of land degradation processes. These results can be used in effective and sound planning of land use management at watershed and landscape scales.
 

Keywords

• Change Pattern
• Landscape Dynamic
• Resource Management
• Soil Loss

20.1001.1.23221682.1399.9.4.4.8

---

References

 اسمعلی، اباذر؛ عبداللهی، خدایار؛ 1390. آبخیزداری و حفاظت خاک. انتشارات محقق اردبیلی. ص 574.

جاپلقی، محسن؛ غلامعلی‌فرد، مهدی؛ شایسته، کامران؛ 1396. پایش و تحلیل الگوی سیمای سرزمین استان لرستان و فرآیند تغییر آندر محیط GIS. محیط‌زیست طبیعی، مجله منابع طبیعی ایران. 70(1): 15-35.

حزباوی، زینب؛ پرچمی، ناهیده؛ علائی، نازیلا؛ بابایی، لیلا؛ 1399. ارزیابی و تحلیل وضعیت سلامت آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. حفاظت منابع آب‌وخاک. 9(3): 140-121.

زارع چاهوکی، محمدعلی؛ 1389. روش‌های تحلیل چندمتغیره در نرم‌افزار SPSS. ص 36.

صادقی، سیدحمیدرضا؛ مصطفی‌زاده، رئوف؛ سعدالدین، امیر؛ 1392. پاسخ رسوب‌نمود و حلقه‌های سنجه رسوب به نوع و توزیع مکانی کاربری اراضی. مهندسی و مدیریت آبخیز. 7(1): 26-15.

علائی، نازیلا. مصطفی‌زاده، رئوف؛ اسمعلی‌عوری، اباذر؛ شرری، معراج؛ حزباوی، زینب؛ 1398. ارزیابی و مقایسه میزان شاخص‌های یکپارچگی آبخیز در واحدهای هیدرولوژیکی حوزه آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری. دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی. دانشگاه محقق اردبیلی، 125 ص.

علائی، نازیلا؛ مصطفی‌زاده، رئوف؛ اسمعلی‌عوری، اباذر؛ شرری، معراج؛ حزباوی، زینب؛ 1398. ارزیابی و مقایسه پیوستگی سیمای سرزمین در حوزه آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. بوم‌شناسی کاربردی. 8(4): 34-19.

کرمی، آرش؛ فقهی، جهانگیر؛ 1390. بررسی کمی‌کردن سنجه‌های سیمای سرزمین در حفاظت از الگوی کاربری اراضی پایدار (مطالعه موردی: استان کهگیلویه و بویراحمد). محیط‌شناسی، 37 (60): 88-79.

کیانی، واحد؛ فقهی، جهانگیر؛ 1394. بررسی ساختار پوشش/کاربری حوزه آبخیز سفیدرود با استفاده از سنجه‌های بوم‌شناسی سیمای سرزمین. علوم و تکنولوژی محیط‌زیست. ۱۷(6): ۱۴۱-۱۳۱.

مصطفی‌زاده، رئوف؛ جعفری، انیس؛ کیوان‌بهجو، فرشاد؛ 1397. مقایسه ساختار اراضی مرتعی و میزان تخریب پیوستگی سیمای سرزمین در زیرحوزه‌های آبخیز ایریل، استان اردبیل. بوم‌شناسی کاربردی. 7 (1): 41-53.

معتمدی، راضیه؛ آذری، محمود؛ منصفی، رضا؛ 1398. ارتباط الگوی سیمای سرزمین و رسوب در برخی از زیرحوزه‌های آبخیز استان گلستان. مهندسی و مدیریت آبخیز. 11(4): 371-399.

میرزایی، محسن؛ ریاحی بختیاری، علیرضا؛ سلمان ماهینی، عبدالرسول؛ غلامعلی‌فرد، مهدی؛ 1391. بررسی تغییرات پوشش اراضی استان مازندران با استفاده از سنجه‌های سیمای سرزمین بین سال‌های ۱۳89- ۱۳63. اکولوژی کاربردی. 2 (4): 54-37.

نجفی‌نژاد، علی؛ پیشدادسلیمان‌آباد، لیلا؛ سلمان‌ماهینی، عبدالرسول؛ 1392. مقایسه کارآیی دو روش سیستمی و تخصیص سرزمین چندفاکتوره در فرآیند آمایش سرزمین با استفاده از سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی. مجله کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی. 4(1):1-11.

 

Abdolalizadeh, Z., Ebrahimi, A., Mostafazadeh, R., 2019. Landscape pattern change in Marakan protected area, Iran. Regional Environmental Change, 19: 1683–1699

Ahmadi Mirghaed F, Souri B, Mohammadzadeh M, Salmanmahiny AR, Mirkarimi SH., 2018. Evaluation of the relationship between soil erosion and landscape metrics across Gorgan Watershed in northern Iran. Environ Monit Assess 190, 643. https:// doi. org/ 10. 1007/s10661-018-7040-5

Aneseyee AB, Elias E, Soromess T, Feyisa GL., 2020. Land use/land cover change effect on soil erosion and sediment delivery in the Winike watershed, Omo Gibe Basin, Ethiopia. Science of the Total Environment 728, 138776. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138776

Bautista S, Mayor AG, Bourakhouadar J, Bellot J., 2007. Plant spatial pattern predicts hillslope runoff and erosion in a Semiarid Mediterranean landscape. Ecosystems, 10, 987–998.

Carey RO, Migliaccio KW, Li Y, Schaffer B, Kiker GA, Brown MT., 2011. Land use disturbance indicators and water quality variability in the Biscayne Bay Watershed. Florida. Ecological Indicators, 11(5), 1093–1104.

De Montis A, Martin B, Ortega E, Ledda A., 2017. Landscape fragmentation in Mediterranean Europe: A comparative approach. Land Use Policy 64: 83–94.

Fiener P, Auerswald K, Van Oost K., 2011. Spatio-temporal patterns in land use and management affecting surface runoff response of agricultural catchments-A review. Earth-Science Reviews, 106, 92–104.

Gellis AC., 2013. Factors influencing storm-generated suspended-sediment concentrations and loads in four basins of contrasting land use, humid-tropical Puerto Rico. Catena, 104: 39–57.

Liu Z, He C, Wu J., 2016. The Relationship between Habitat Loss and Fragmentation during Urbanization: An Empirical Evaluation from 16 World Cities. Habitat Loss and Fragmentation during Urbanization, 28: 1-17.

Marco da Silva A, Huang CH, Francesconi W, Saintil T, Villegas J., 2015. Using landscape metrics to analyze micro-scale soil erosion processes, Ecological Indicators, 56, 184-193.

McGarigal K, Cushman SA, Neel EN., 2002. FRAGSTATS: Spatial pattern analysis program for categorical maps. Computer software program produced by the authors at the University of Massachusetts, 691-703.

McGarigal K, Ene E., 2013. FRAGSTATS: Spatial Pattern Analysis Program for Categorical Maps. Computer software program produced by the authors at the University of Massachusetts, Amherst. Available at the following web site: http:// www. umass. edu/ landeco/research/fragstats/fragstats.html

McGarigal K. 2001. Landscape Metrics for Categorical Map Patterns, http:// www. umass. edu/landeco/teaching/landscape_ecology/schedule/chapter9_metrics.pdf

Ouyang W, Skidmore AK, Hao F, Wang T., 2010. Soil erosion dynamics response to landscape pattern, Science of The Total Environment, 408(6), 1358-1366.

Rakhmawati H., 2017. A Spatial Ecological Assessment of Fragmentation and Disturbance Effects of Infrastructure Construction and Land Conversion in Gunung Halimun Salak National Park, Indonesia. Lincoln University Digital Thesis, 1-177.

Sadoddin A, Sheikh VB, Mostafazadeh R, Halili Gh. 2010. Analysis of vegetation-based management scenarios using MCDM in the Ramian watershed, Golestan, Iran. International Journal of Plant Production, 4(1), 51–62.

Uuemaa E, Roosaare J, Oja T, Mander U., 2011. Analysing the spatial structure of the Estonian landscapes: which landscape metrics are the most suitable for comparing different landscapes?. Estonian Journal of Ecology 60, 70-80

Vatandaşlar C, Yavuz M, Leuchner M., 2020. Erosion Control Service of Forest Ecosystems: A Case Study from Northeastern Turkey. In: Nedkov S. et al. (eds) Smart Geography. Key Challenges in Geography (EUROGEO Book Series). Springer, Cham. pp 443-455.

Wang X, Blanchet GB, Koper N., 2014. Measuring habitat fragmentation: An evaluation of landscape pattern metrics. Methods in Ecology and Evolution, 5: 634–646.

Webb NP, Kachergis E, Miller SW, McCord SE, Bestelmeyer BT, Brown JR, Chappe A, Edwards BL, Herrick JE, Kar JW, Leys JF, Metz LJ, Smarik S, Tatarko J, Van Zee JW, Zwicke G., 2020. Indicators and benchmarks for wind erosion monitoring, assessment and management, Ecological Indicators, 110, 105881.

Wynants M, Solomon H, Ndakidemi P, Blake WH., 2018. Pinpointing areas of increased soil erosion risk following land cover change in the Lake Manyara catchment, Tanzania. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 71: 1-8.

Xu Y, Tang H, Wang B, Chen J., 2017. Effects of landscape patterns on soil erosion processes in a mountain–basin system in the North China. Nat Hazards, 87:1567–1585.

Zuur AF, Ieno EN, Meesters EHWG., 2009. A Beginner’s Guide to R. New York, Springer. 218p.