دانشگاه ایلام مدیریت جامع حوزه های آبخیز 2783-4581 6 1 2026 05 22 Evaluating the effects of land use change on soil conservation with the InVEST model ارزیابی اثرات تغییر کاربری اراضی بر نگهداشت خاک با استفاده از مدل InVEST 147 163 729081 10.22034/iwm.2025.2064577.1235 FA محمد رحمتی گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، ایران. سیامک دخانی گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، ایران. رضا قضاوی گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، ایران. علیرضا دانشی گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گرگان، ایران. حمید نوری گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ایران. Journal Article 2025 07 02 Extended Abstract Introduction: Ecosystem services, the direct and indirect benefits provided by natural systems, play an essential role in maintaining ecological balance, environmental sustainability, and effective natural resource management. Among these services, sediment retention is considered a crucial regulating function. It helps reduce soil loss, sustain agricultural productivity, protect water quality, extend the operational lifespan of reservoirs, and mitigate flood risks. However, land use change, driven by human activities such as urbanization, agricultural expansion, industrial development, and deforestation, has increasingly disrupted this service. In recent decades, factors like population growth, climate variability, and increasing demand for land and water have caused significant transformations in land cover, particularly in mountainous and erosion-prone watersheds. These changes have altered sediment production and transport processes, often resulting in increased erosion and downstream sedimentation. To assess and address these impacts, spatially explicit and process-based models have become essential tools. One such tool is the InVEST model, which allows for spatially distributed estimation of ecosystem services under different land use scenarios. This study aims to evaluate the effects of land use change on sediment retention in the Bazoft watershed, located in the upstream area of the Karun-4 Dam in southwestern Iran, using the sediment delivery ratio (SDR) module of the InVEST model. The results can offer useful insights into sediment dynamics and inform integrated watershed management and sustainable land use strategies. Materials and Methods: The study was conducted in the Bazoft watershed, which is located in the upper part of the Northern Karun Basin and drains into the Karun-4 Dam. The area is mountainous, with steep slopes averaging around 45%, a cold and semi-humid climate, and annual precipitation of about 766 mm. The average annual discharge is approximately 57.8 m³/s. The natural land cover consists mainly of forests and rangelands, while cultivated and residential areas represent the dominant human-induced land uses. In this study, land use and land cover (LULC) maps were generated for the years 2001 and 2021 using Landsat satellite imagery (ETM+ and OLI sensors, respectively), classified using the Maximum Likelihood algorithm in ENVI and ArcGIS software. Future land use for the year 2041 was simulated using the Scenario Generator tool, incorporating land suitability analysis and expert knowledge. The InVEST SDR model was used to estimate soil loss, sediment export, and sediment retention capacity based on inputs including LULC maps, a 30-meter resolution DEM, rainfall erosivity (R), soil erodibility (K), slope length and steepness (LS), vegetation cover factor (C), and support practice factor (P). Additional ecological inputs such as NDVI and hydrological connectivity parameters were included. Results and Discussion: The results of this study indicated that human land uses such as rainfed agriculture, irrigated agriculture, and residential areas have shown an increasing trend, while natural covers like dense forests and dense rangelands have declined. The greatest increases during the 2001–2021 period were observed in rainfed agriculture (25.9%) and residential areas (63.07%). These trends are projected to continue, with increases of 21.7% and 20.91% respectively for the 2021–2041 period. The most significant decreases were related to dense forests and dense rangelands, by −7.53% and −9.07%, respectively, in the 2001–2021 period. According to the results of the SDR (Sediment Delivery Ratio) model in the InVEST software, the potential soil loss, sediment export, and sediment deposition are expected to increase by 0.56%, 1.01%, and 0.16%, respectively, compared to the current conditions of the watershed due to land use changes. These findings suggest that the continued expansion of human land uses could lead to a long-term decline in the ecosystem’s capacity to control erosion and sedimentation. The results are consistent with similar studies and highlight the importance of sustainable land use management. Conclusion: This study demonstrates that land use changes significantly reduce the sediment retention service in the Bazoft watershed. Continued expansion of agriculture at the expense of natural vegetation exacerbates soil erosion and sediment delivery, undermining watershed sustainability. The findings reinforce the necessity of conserving forests and rangelands, and support the use of scenario-based tools like InVEST for guiding land use planning and environmental policy in fragile mountainous ecosystems. چکیده مبسوط مقدمه: خدمات بوم‌سازگان به عنوان منافع مستقیم و غیرمستقیم حاصل از طبیعت، نقش بسیار مهمی در پایداری محیط‌زیست و مدیریت منابع طبیعی ایفا می‌کنند. یکی از این خدمات حیاتی، نگهداشت رسوب است که در فرآیند کاهش فرسایش خاک، حفظ حاصلخیزی، افزایش عمر مفید سدها و کنترل سیلاب‌ها اهمیت بالایی دارد. تغییر کاربری اراضی، به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل انسانی مؤثر بر بومسازگانها، می‌تواند تأثیرات چشم‌گیری بر این خدمت بگذارد. در دهه‌های اخیر، به دلیل عواملی نظیر رشد جمعیت، تغییرات اقلیمی، افزایش تقاضا برای غذا و انرژی، گسترش شهرنشینی و توسعه کشاورزی و صنعت، تغییرات قابل‌توجهی در الگوی کاربری اراضی در بسیاری از مناطق رخ داده است. این تغییرات منجر به برهم خوردن تعادل عملکردهای بوم‌سازگان و تشدید فرسایش و رسوب در حوزه‌های آبخیز شده‌اند. در این راستا، استفاده از مدل‌های مکانی و فرآیندمحور مانند مدل InVEST، با توانایی شبیه‌سازی ساده، اما مؤثر خدمات بومسازگان و طراحی سناریوهای مختلف مدیریتی، رویکردی کاربردی به شمار می‌رود. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر تغییرات کاربری اراضی بر خدمت بوم‌سازگان نگهداشت رسوب، برای نخستین‌بار در حوزه آبخیز بازفت، واقع در بالادست سد کارون ۴، و با بهره‌گیری از ماژول نسبت تحویل رسوب (SDR) مدل InVEST انجام شد. مواد و روش‌ها: محدوده مورد مطالعه، حوزه آبخیز بازفت واقع در بخش بالادست حوزه کارون شمالی است که با ویژگی‌هایی نظیر اقلیم کوهستانی، شیب متوسط ۴۵ درصد و بارندگی سالانه حدود ۷۶۶ میلی‌متر شناخته می‌شود. برای تحلیل تغییرات کاربری اراضی، تصاویر ماهواره‌ای لندست مربوط به سال‌های ۲۰۰۱ و ۲۰۲۱ با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال و نرم‌افزارهای ENVI و ArcGIS طبقه‌بندی شدند. برای پیش‌بینی تغییرات آتی در افق ۱۴۲۰، از ابزار Scenario Generator بهره‌گیری شد که بر پایه تحلیل تناسب اراضی و با مشارکت کارشناسان محلی، سناریوهای تغییر کاربری را مدل‌سازی می‌کند. در ادامه، مدل SDR برای برآورد نسبت تحویل رسوب پیاده‌سازی گردید. ورودی‌های مدل شامل نقشه‌های کاربری اراضی، ارتفاع، فاکتورهای R، K، LS، C و P و همچنین پارامترهای مربوط به واسنجی مدل بودند. برای محاسبه فاکتورهای اکولوژیکی از روش‌هایی نظیر شاخص NDVI و ماتریس‌های AHP استفاده شد. نتایج مدل‌سازی شامل نقشه‌های هدررفت خاک، انتقال رسوب، توان نگهداشت خاک و تحلیل فضایی خدمات بومسازگانی بود که به‌صورت مکانی در سطح پیکسل در کل حوزه تهیه شد. نتایج و بحث: نتایج نشان داد که کاربری‌های انسانی مانند کشاورزی دیم، کشاورزی آبی و مناطق مسکونی روند افزایشی داشته‌اند، در حالی‌که پوشش‌های طبیعی نظیر جنگل‌های متراکم و مراتع متراکم کاهش یافته‌اند. بیشترین افزایش مربوط به کشاورزی دیم و مناطق مسکونی به مقدار 9/25 و07/63 درصد در سالهای 1400-1380 و در ادامه به مقدار 21.7 و 20.91 درصد برای دوره 1400 تا 1420 پیشبینی گردید. بیشترین کاهش مربوط به جنگل‌های متراکم و مراتع متراکم به ترتیب53/7- و 07/9- درصد در سال 1380-1400 بوده است. نتایج مدل SDR نشان داد مقادیر پتانسیل هدررفت خاک، صادرات رسوب و رسوب تهنشین شده تحت اثر تغییر کاربری اراضی به ترتیب 0.56، 1.01 و 0.16 درصد نسبت به شرایط فعلی حوزه افزایش خواهد یافت. این نتایج حاکی از آن است که ادامه روند گسترش کاربری‌های انسانی می‌تواند در بلندمدت منجر به کاهش توان بومسازگان در کنترل فرسایش و رسوب شود. یافته‌های مطالعه با نتایج پژوهش‌های مشابه همخوانی دارد و اهمیت مدیریت پایدار کاربری اراضی را برجسته می‌سازد. نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که کاهش پوشش‌های گیاهی، به‌ویژه جنگل‌ها و مراتع، عملکرد خدمات بومسازگانی در تنظیم فرسایش و رسوب را تضعیف می‌کند. تحلیل مبتنی بر مدل SDR در چارچوب InVEST بیانگر آن است که تغییرات کاربری زمین نقشی تعیین‌کننده در افزایش یا کاهش کارایی تنظیمی بوم‌سازگان دارند؛ بنابراین، اتخاذ سیاست‌های مبتنی‌بر حفاظت از پوشش‌های طبیعی و بهره‌گیری از ابزارهای مدل‌سازی فضایی برای برنامه‌ریزی مدیریت پایدار منابع طبیعی، ضرورتی اجتناب‌ناپذیر است.

https://iwm.ilam.ac.ir/article_729081_9e68148589cac94d96fab8a2c1e53d13.pdf