مطالعاتی که در زمینه ی رابطه تلفات خاک و اقلیم در مقیاس جهانی انجام شده است. نشان می دهند که فرسایش در جاهایی به حداکثر خود می رسد که میانگین بارندگی مؤثر سالیانه ی آن، ۳۰۰میلی متر باشد (مورگان۱۹۹۶). منظور از بارندگی موثر مقدار بارانى است که در شرایط مشخص از درجه حرارت بتواند مقدار معینی رواناب ایجاد کند . در وضعیتی که مقدار بارندگی، کمتر از ۳۰۰میلی متر باشد، با افزوده شدن بارندگی، فرسایش نیز افزایش می یابد. البته افزایش بارندگی باعث بهتر شدن پوشش گیاهی نیز می شود و این خود سطح خاک را بهتر محافظت می کند اما در وضعیتی که مقدار بارندگی سالیانه بیشتر از ۳۰۰میلی متر باشد نقش حفاظتی پوشش گیاهی بر عوامل فرسایش فزونی می گیرد. در نتیجه با افزوده شدن بارندگی، میزان تلفات خاک، کاهش پیدا می کند .
۲-۳-۱-۴- موجودات زنده
بعضی از انواع موجودات زنده (مانند جلبک ها و گلسنگ ها) در عمل موجب شکسته شدن سنگ ها می شوند، ولی اثر عمده این موجودات، ایجاد اختلالاتی است که اثر عوامل دیگر را سرعت می بخشد. حیوانات نیز با پا گذاشتن بر روی سنگ و خاک، موجبات شکستن و خرد شدن آن ها را فراهم می آورند و در نتیجه، حمل آن ها را توسط آب و یا باد تسهیل می کنند، کرم خاکی و موریانه از جمله موجوداتی هستند که موجب به هم خوردن و افزایش هوادیدگی خاک می شوند و به این ترتیب پدیده تبدیل صخره های مقاوم به خاک قابل فرسوده شدن را سرعت می بخشند.
یکی از مهم ترین عوامل فرسایش، انسان می باشد. بشر با دخالت مستقیم و غیر مستقیم خود می تواند اثر تشدیدی و یا تعدیلی بر فرسایش خاک داشته باشد که البته آمارهای ارائه شده، نقش انسان در افزایش میزان فرسایش را بارزتر می سازند. انسان با شخم زدن زمین میلیون ها بار سریع تر از حیوانات حفار، موجب به هم خوردن و هوادیدگی خاک می گردد. با این عمل در حقیقت، تمام پدیده های فیزیکی طبیعت که فرسایش نیز یکی از آن ها است، تشدید می شوند.
مفاهیم و پیشینه تحقیق ۱۱
۲-۳-۱-۵- نیروی ثقل
شرط لازم برای وقوع تمام انواع فرسایش های آبی، گراویته یا نیروی ثقل زمین است، زیرا حرکت تمام آب های جاری در روی سطح زمین در نتیجه تاثیر این نیرو می باشد. تمام آب های جاری در روی سطح کره زمین از نقاط مرتفع و کوهستانی به طرف مناطق پست و کم ارتفاع و در نهایت دریاها و اقیانوس ها در حرکتند، اما در فرسایش بادی این چنین نیست و نیروی ثقل مؤثر نمی باشد. به همین دلیل، ذرات خاک در فرسایش بادی ممکن است از مناطق مرتفع تر به مناطق با ارتفاع کمتر یا برعکس از مناطق کم ارتفاع به مناطق مرتفع تر منتقل گردند.

۲-۳-۲- عامل مقاومت
خصوصیات خاک ها و نحوه ی مدیریت آن ها، بر مقدار فرسایش تاثیرگذار می باشند که این ویژگی ها تحت عنوان عامل مقاومت، مورد بحث قرار می گیرند. به عبارت دیگر، هر خاکی با خصوصیت های معین، دارای شدت فرسایش مشخصی است. به عنوان نمونه، خاک های دارای اجزای سنگی و یا پوسته های بیولوژیکی، در مقابل ضربه ی قطره های باران، مقاومت بیشتری دارند.از طرفی، خاکدانه های پایدار در مقابل ضربه ی قطره های باران مقاومت می کنند و خاک ها را حتی در صورت وقوع روان آب، حفظ می کنند. خاک های رسی خاص موجود در مناطق گرمسیری که دارای اکسیدها و هیدرواکسیدهای آهن و آلومینیوم بالایی هستند، به خاطر دارا بودن خاک دانه های بسیار مقاوم، در مقابل بارش های سیل آسا مقاومت می کنند و از این جنبه، حایز اهمیت می باشند. همان گونه که اشاره گردید، مدیریت خاک نیز یکی دیگر از فاکتور های مؤثر بر فرسایش خاک می باشد. هدف از انجام عملیات مدیریت خاک، حاصلخیز نگهداشتن و حفظ ساختمان خاک است. حاصلخیز بودن خاک، به معنی تولید بیشتر، پوشش گیاهی مناسب تر و به حداقل رساندن اثر مخرب قطره های باران، رواناب و باد می باشد. به طور معمول، خاک های حاصلخیز، دارای ساختمانی پایدار و دانه ای هستند و در اثر عملیات کشاورزی، از نفوذ پذیری آن ها کاسته نمی شود. بنابراین، حاصلخیزی خاک را باید به عنوان کلید حفاظت خاک تلقی نمود.
۲-۳-۳- عامل حفاظت
چگونگی جلوگیری از فرسایش بیشتر خاک، موضوعی است که در قالب حفاظت و فاکتور های موثر بر این عامل، مورد بحث قرار می گیرد. از جمله روش های حفاظت خاک می توان به شخم عمود بر جهت شیب، تراس بندی و ایجاد بانکت اشاره کرد. با این وجود، در رابطه با عامل حفاظت، به دو فاکتور مهم تراکم جمعیت و پوشش گیاهی، اشاره ای مختصر می گردد.
مفاهیم و پیشینه تحقیق ۱۲
۲-۳-۳-۱- تراکم جمعیت
افزایش رشد جمعیت، نیاز های اقتصادی زیادی را به دنبال داشته است، به طوری که کشاورزان مجبور شده اند تولید محصولات غذایی را برای رفع چنین نیاز هایی، به بیش از دو برابر برسانند. در این راستا، بسیاری از افراد، به واسطه ی جنگل تراشی و سوزاندن درختان در شیب های تند و شخم مراتع، اقدام به توسعه ی سطح اراضی زیر کشت نموده اند. همچنین فشار جمعیت، سبب چرای بی رویه ی دام ها در مراتع و استخراج بیش از حد منابع چوب گردیده است. پیامد تمامی این فعالیت ها، تخریب و یا حذف پوشش گیاهی و در معرض قرار گرفتن هر چه بیشتر خاک حساس زیرین این مناطق به فرسایش است. در نتیجه به مرور زمان، کیفیت اراضی کاهش می یابد و نابودی زود هنگام آن ها را باعث می شود.
۲-۳-۳-۲- پوشش گیاهی
فرسایش شدید، زمانی اتفاق می افتد که پوشش گیاهی از بین برود و فضای خالی بین گیاهان، بیشتر گردد. در نتیجه، اثر مخرب قطره های باران بر خاک سطحی، افزایش خواهد یافت و ساختار خاک، دچار اختلال خواهد شد. از طرفی، به دلیل افزایش میزان رواناب، کاهش مواد مغذی خاک را شاهد خواهیم بود. بنابراین، فرسایش و رواناب، به طور قابل ملاحظه ای، به وسیله ی انواع پوشش گیاهی، تحت تاثیر قرار می گیرند. پوشش جنگلی و مرتعی، موثرترین عوامل محافظ خاک در مقابل فرسایش هستند. گیاهان زراعی، اثر محافظتی کمتری دارند؛ ولی این موضوع در گیاهان مختلف، یکسان نیست. گیاهان دانه ریز(گندم و چاودار)، به طور قابل ملاحظه ای نسبت به شست وشوی سطحی خاک، ممانعت به عمل می آورند. گیاهان ردیفی (مانند ذرت، سویا و سیب زمینی) در مراحل رشد اولیه، پوشش زنده ی اندکی دارند و بنابراین خاک، در معرض فرسایش قرار می گیرد، مگر آنکه پسمانده های زراعت قبلی، سطح خاک را پوشش دهند. گیاهان پوششی(مانند گیاهان علوفه ای)می توانند سبب ایجاد پوشش در فاصله ی بین فصول رشد گیاهان یک ساله گردند. گیاهان چند ساله نیز می توانندبه طور دایم، موجب حفاظت خاک در بین ردیف درختان شوند. پژوهش های انجام شده در مناطق مختلف، نشان می دهند که لازم نیست پوشش سطحی خاک چندان ضخیم باشد و یا تمام سطح خاک را به طور کامل پوشش دهد تا سبب حفاظت خاک گردد. در واقع، افزایش اندک در پوشش سطحی می تواند کاهش چشمگیری را در فرسایش خاک فراهم آورد.
مفاهیم و پیشینه تحقیق ۱۳
۲-۴- اثرات فرسایش
فرسایش، علاوه بر ایجاد خسارت در محل اصلی، دارای اثرات نامطلوب در خارج از محل وقوع آن نیز می باشد. بنابراین، اثرات فرسایش را می توان به دو گروه کلی “اثرات درونی” و “اثرات بیرونی” گروه بندی نمود، منظور از اثرات درونی، خسارت های وارده در محل وقوع فرسایش می باشند؛ در حالی که اثرات بیرونی، هزینه های فرسایش در خارج از محیط اصلی آن را شامل می شوند که به طور عمده، مربوط به اثرات رسوب و مواد شیمیایی همراه آن ها در اراضی پایین دست هستند. هر چند ممکن است که هزینه های این دو نوع خسارت، بلافاصله ظاهر نشوند، ولی واقعیت آن است که اینگونه اثرات وجود دارند و در طول زمان آشکار می گردند.
۲-۴-۱- اثرات فرسایش در محل
بدهی است که آشکارترین جنبه ی فرسایش، هدر رفت خود خاک است. این هدررفت می تواند بر روی خصوصیات مختلف(فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی) خاک اثر گذار باشد.از مهم ترین اثرات فرسایش بر خصوصیات فیزیکی خاک می توان به از بین رفتن ساختمان خاک و کاهش نفوذپذیری آن، کاهش ظرفیت ذخیره ی آب در خاک، سله بستن، متراکم شدن و سخت شدن خاک، خارج شدن ذرات کلوییدی و رسی از سطح خاک، کاهش عمق خاک و کاهش سطح زیر کشت اشاره نمود. از جمله اختلال های شیمیایی و تغذیه ای مربوط به فرسایش می توان کاهش ظرفیت تبادل کاتیونی و کمبود عناصر غذایی را نام برد، همچنین فرسایش، خاک سطحی را از بین می برد. این لایه ی سطحی، دارای مقدار زیادی مواد آلی است و به لحاظ بیولوژیکی، بسیار فعال می باشد. درنتیجه، با از دست رفتن خاک سطحی، قابلیت عموم گیاهان برای رشد از بین می رود و یا محدود می گردد که پیامد این موضوع، تغییر پوشش به سمت گیاهان نامناسب و غیردلخواه (مانند علف ها و یا نمونه های بوته ای) می باشد.
۲-۴-۲- اثرات فرسایش در خارج از محل
با جدا سازی رسوبات و عناصر غذایی از خاک اصلی و انتقال آن ها به اراضی پایین دست فشار های جدیدی بر این اراضی وارد می شوند که ناشی از اثرات بیرونی فرسایش خاک می باشند. از مهم ترین این اثرات می توان به رسوب گذاری در مخازن و سد ها، کاهش عملکرد محصول و به خطر افتادن سلامتی انسان اشاره نمود که به توضیح مختصر برخی از این اثرات اشاره شده است.
مفاهیم و پیشینه تحقیق ۱۴
۲-۴-۲-۱- اثرات فرسایش در پر شدن سریع سدها
با تجمع رسوبات فرسایش یافته در درون دریاچه ی سد، ظرفیت آن برای ذخیره آب، نگهداری سیلاب و تولید نیروی برق، به طور مداوم کاهش می یابد، از طرفی، هزینه های لایروبی، تخلیه، تصفیه و فعالیت های ساختمانی برای رفع این مشکلات را نیز باید مد نظر داشت. آمارهای وزارت نیرو نشان می دهد که سالانه حدود۱۸۰ میلیون متر مکعب رسوب درمخازن سد های کشور ترسیب می شود که در خوشبینانه ترین شرایط، هزینه ای بالغ بر ۱۱۴۵میلیارد ریال بر کشور تحمیل می کند (اسمعلی و عبداللهی، ۱۳۸۹). به طور کلی، هر چه خاک های حوضه آبخیز، بیشتر فرسایش یابند؛ به همان نسبت، مواد بیشتری در پشت سد تجمع می یابد و روی هم انباشته می شوند، در نتیجه عمر سد(مدت بهره برداری از آن) کوتاه تر می گردد.
۲-۴-۲-۲- اثرات فرسایش برکاهش حاصلخیزی خاک
فرسایش خاک به عنوان عامل مهمی در کاهش حاصلخیزی شناخته شده است. حذف خاک از اراضی کشور توسط فرسایش، پتانسل طولانی مدت تولید محصول را کاهش می دهد. بر اثر فرسایش، خاک سطحى که از نظر کشاورزی، فعال ترین و حاصلخیزترین قسمت پوسته ی جامد زمین است، فرسوده می شود و در نتیجه، باردهی آن کاهش می یابد. چنانچه فرسایش بسیار شدید باشد موجب می گردد که اراضی به صورت متروکه رها شوند. به طور کلی، می توان اظهار داشت که فرسایش از عوامل پایین آورنده ی بازده زمین های کشاورزی محسوب می شود و در واقع خاک را از بین می برد. حاصلخیزی خاک، نه تنها بر اثر فرسایش کاهش می یابد، بلکه بر اثر تجمع آبرفت های نامرغوب و بادرفت های شور در سطح زمین نیز در معرض خطر قرار می گیرد. اغلب مشاهده شده است که زمین، بسیار حاصلخیز بوده است؛ ولی بر اثر جاری شدن سیلاب های شور و یا بادرفت های شور در سطح آن، حاصلخیز خود را از دست داده است. پیش از این اشاره گردید که فرسایش، موجب کاهش مواد آلی خاک می گردد. حال چنانچه قابلیت نفوذ آب یا هوا در خاک، بر اثر کم شدن یا از بین رفتن ماده ی آلی و تاثیر سایر عوامل کاهش یابد، خاکدانه ها متلاشی و از هم جدا می شوند. در نتیجه، ساختمان خاک متراکم می گردد. در چنین حالتی، در فصل مرطوب، محیط نامساعد و خفه کننده ای در خاک به وجود می آید؛ زیرا آب و هوا نمی توانند در خاک نفوذ کنند و همچنین، خاک قادرنیست که آب را برای فصل خشکی در خود ذخیره کند. در چنین محیطی، به تدریج موجودات کوچک خاکزی(میکروارگانیزم ها) از بین می روند و هوموس خاک تلف می شود. بنابراین، با از بین رفتن هوموس و موجودات زنده، حاصلخیزی خاک به کلی از دست می رود.
مفاهیم و پیشینه تحقیق ۱۵
۲-۴-۲-۳- اثرات فرسایش بر کاهش عملکرد گیاه
کمی کردن اثر فرسایش خاک بر عملکرد محصول، کار پیچیده ای است؛ به این دلیل که باید ارزیابی دقیقی از اثرات متقابل بین خصوصیات خاک، مشخصات محصول و اقلیم صورت گیرد.
اثرات فرسایش بر عملکرد گیاه، به صورت تجمعی است و حتی مدت ها بعد از شروع فرسایش شدید هم قابل مشاهده نمی باشد. به طور کلی، فرسایش خاک، از طریق اتلاف هوموس و عناصر غذایی، تخریب ساختمان، کاهش عمق خاک و نیز کاهش ظرفیت نگهداری آب خاک، عملکرد محصول را کاهش می دهد.
۲-۴-۲-۴- اثرات فرسایش بر سلامتی انسان
ذرات ریزی که در اثر فرسایش(به ویژه فرسایش بادی) انتقال می یابند، خطرات عمده ای را برای سلامتی انسان به بار می آورند. ذراتی که در اندازه ی سیلت می باشند، به طور معمول، توسط موهای بینی تصفیه می شوند و یا در لایه ی کرک دار لوله های تنفسی و نایژه ها رسوب می یابند. این در حالی است که ذرات کوچک تر (در حد و اندازه های رس)، از این اندام های دفاعی عبور می کنند و در کیسه های هوایی شش ها تجمع می یابند. خود این ذرات، موجب ملتهب شدن شش ها می گردند؛ اما ممکن است که حاوی مواد سمی نیز باشند که در این صورت، خسارت های بیشتری را به همراه خواهد داشت. برای مثال، ممکن است که ذرات رس موجود در هوا، دارای رس های ریز و سوزنی شکل از نوع رس های فیبری (مانند سپیولایت) باشند که با ورود آن ها به دستگاه تنفسی، ایجاد خراش هایی بر روی سامانه ی تنفسی انسان می کنند و موجب خونریزهای داخلی می شوند.
۲-۵- حد قابل قبول فرسایش
با توجه به پیامد های ناگوار فرسایش، کارشناسان و متخصصان باید تمام تلاش خود را برای جلوگیری از پیدایش فرسایش انجام دهند. حال، یک پرسش اساسی مطرح می باشد و آن اینکه “حد فرسایشی که ما در آن حد احساس می کنیم دیگر نبایستی فرسایش را تحمل کرد، بلکه بایستی در مورد آن کاری انجام داد کجاست؟”
مفاهیم و پیشینه تحقیق ۱۶
معمولا به این پرسش ، اینطور پاسخ داده می شود که هدف متخصصین حفاظت خاک اطمینان از این موضوع است که از زمین به ترتیبی استفاده شود که این کاربری بتواند به طور مستمر ادامه یابد. یعنی هیچ گونه تخریب تدریجی خاک صورت نپذیرد. این هدف، زمانی تحقق می یابد که سرعت از دست رفتن خاک، بیشتر از سرعت تشکیل آن نباشد. هنگامی میزان فرسایش، کمتر از مقدار تشکیل خاک یا برابر با آن است که خصوصیات خاک (مانند بافت، حاصلخیزی و عمق خاک ) در طول زمان ثابت بمانند. سرعت تشکیل خاک را نمی توان به دقت اندازه گیری کرد؛ ولی در شرایط طبیعی(ثابت بودن خصوصیات خاک با گذشت زمان )، حود ۳۰۰سال طول می کشد تا ۲۵میلی متر خاک سطحی تشکیل شود (بنت،۱۹۳۹). این مدت برای وقتی که بهم خوردگی، هوا دیدگی و شستشوی خاک با عملیات تهیه ی زمین، سرعت می گیرند به حدود ۳۰سال تقلیل می یابد.
در واقع، منظور از فرسایش قابل قبول، عبارت از حداکثر مقدار خاکی است که هر سال می تواند به وسیله فرسایش در یک خاک معین، بدون تاثیر در توان تولید درازمدت آن خاک به هدر رود. مقدار فرسایش قابل قبول، در حال حاظر نه براساس اطلاعات دقیق پژوهشی، بلکه بر مبنای بهترین قضاوت پژوهشگران صاحب نظر استوار می باشد. بایستی توجه داشت که میزان قابل قبول خاک از دست رفته ثابت نمی باشد و به تعدادی از عوامل کیفی و مدیریتی خاک (مانند عمق خاک، مقدار ماده ی آلی خاک و استفاده از عملیات مهار آب) بستگی دارد.
اگر خاک رخی از یک خاک عمیق با حاصلخیزی یکسان در تمام سطوح تشکیل شده باشد از دست دادن ۲۵میلی متر خاک در طول ۳۰سال خطر جدی در بر ندارد. حال آنکه از دست رفتن همین مقدار خاک از خاک رخ تشکیل شده از چند سانتی متر خاک بروی صخره های سخت، فاجعه آمیز است. بدین ترتیب ارقامی که به عنوان حد قابل قبول فرسایش مورد استفاده قرار می گیرند، به ندرت از ۵/۱۲ تن در هکتار در سال بالا ترهستند برای مثال در خاک های آمریکا ارقام بین ۵/۲ تا۵/۱۲ تن در هکتار در سال متداول می باشد. درآفریقا مرکزی رقم ۱۰تن در هکتار درسال برای خاک های شنی و۵/۱۲ تن درهکتار در سال برای خاک های رسی به کار می رود. در هر حال با توجه به حد قابل قبول فرسایش نه تنها می توان به منظور حفظ توان تولید خاک های با خصوصیات مختلف برنامه ریزی و مدیرت نمود؛ بلکه می توان از این ویژگی در ارزیابی و تعیین برنامه های نظارتی متعدد بهره گرفت.
مفاهیم وپیشینه تحقیق ۱۷
۲-۶- مراحل مختلف فرسایش
فرسایش به هر شیوه ای که صورت گیرد دارای سه مرحله ی اساسی می با شد که در زیر به توضیح آن پرداخته شده است.
۲-۶-۱- جدا شدن ذرات از توده های اصلی خاک
در این مرحله، ابتدا خاکدانه ها بر اثر از بین رفتن هوموس و کلویید های خاک، چسبندگی خود را از دست می دهد و از هم می پاشند. در نتیجه، خاک آماده ی فرسایش می شود در چنین وضعی، لایه ی سطح خاک که حاصلخیزترین قسمت آن است، به طور ناگهانی به تدریج توسط آب یا باد از جای خود کنده می شود. پس از فرسایش خاک رویی، لایه های غیر حاصلخیز زیری یا سنگ مادر آن ظاهر می گردد. عواملی مانند انجماد و ذوب متناوب، ضربه ی قطره های باران و جریان آب، اثر جدا کنندگی دارند و مواد را برای شسته شدن آماده می کنند.
۲-۶-۲- انتقال ذرات جدا شده
چون ذرات خاک، چسبندگی خود را از دست داده اند، نمی توانند در مقابل جریان های شدید آب ها یا بادهای تند مقاومت کنند. در نتیجه، از جای خود کنده می شوند و به نقطه ای دیگر منتقل می گردند.
مسافتی را که آب یا باد، مواد را با خود می برند، به عوامل مختلفی بستگی دارد که ازجمله می توان به شدت آب یا باد، شیب زمین، ریزی و درشتی آبرفت ها یا بادرفت ها هم چنین، مسطح و وسیع بودن جلگه ها و دشت ها اشاره نمود.
۲-۶-۳- تجمع و انباشته شدن مواد
آبرفت ها به تدریج که از شدت جریان آب و شیب زمین کاسته می شود، از حرکت باز می مانند و در سطح زمین رسوب می کنند؛ به طوری که ابتدا ذرات درشت تر و سپس ذرات ریزتر بر جای می مانند، در بعضی موارد، تجمع مواد آبرفتی به قدری زیاد است که یک طبقه ی رسوبی قابل توجه را تشکیل می دهند. بادرفت ها نیز هر جا به مانع(مانند گیاه، دیوار، سنگ و غیره)برخورد کنند، روی هم انباشته می شوند. این مواد در شرایط فوق العاده، تشکیل تپه های بزرگ و حتی توده های عظیم ماسه ای را می دهند. توده های عظیم ماسه ای(تلماسه های) جنوب شرق ایران که با ارتفاع حدود۲۰۰متر، مساحتی حدود"۱۶۲×۵۲” کیلومتر را اشغال کرده اند، نمونه ای از این بادرفت ها می باشند
مفاهیم و پیشینه تحقیق ۱۸
۲-۷- مهم ترین مناطق مستعد فرسایش
مناطق نیمه خشک و نیمه مرطوب دنیا (به ویژه چین، هندوستان، غرب آمریکا، روسیه ی مرکزی و نواحی مدیترانه ای)، سخت در معرض فرسایش قرار دارند. مشکل فرسایش خاک در این مناطق، همراه با نیاز شدید به حفاظت آب و موضوع حساس بودن شرایط اکولوژیکی محیط است؛ به طوری که حذف پوشش گیاهی (چه به صورت چرای دام و چه به شکل برداشت محصول)، باعث کاهش سریع مواد آلی می شود که تخریب خاک و خطر کویری شدن آن را در پی خواهد داشت.