دانشگاه ایلام مدیریت جامع حوزه های آبخیز 2783-4581 مقالات آماده انتشار 2025 09 19 Spatiotemporal Dynamics of Soil Erosion, Sediment Retention, and Yield within the Ecosystem Services Framework in a Mountainous Region of Northern Iran پویایی زمانی–مکانی هدررفت خاک، نگهداشت و تولید رسوب در چارچوب مدل خدمات اکوسیستمی در یک منطقه کوهستانی شمال ایران 729322 10.22034/iwm.2025.2066256.1237 FA محسن ذبیحی گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران 0000-0001-9843-0831 حمیدرضا مرادی گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران 0000-0002-4601-4702 عبدالواحد خالدی درویشان گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران 0000-0002-5596-5411 مهدی غلامعلی‌فرد گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران 0000-0001-9172-9507 Journal Article 2025 07 20 <strong>Extended Abstract</strong> <strong>Introduction:</strong>Soil loss and sediment yield are among the main challenges in watershed management, especially in mountainous areas, which, in addition to reducing soil fertility and ecosystem functioning, also threaten water quality and the sustainability of hydrological services. In this context, watershed hydrological services, such as sediment retention, are of high importance because they control soil erosion and reduce downstream sediment transport, thereby improving water quality. The topographic, climatic, and human conditions of mountainous regions in northern Iran, especially the Hyrcanian forests, make these areas particularly susceptible to soil degradation, increasing the need for monitoring ecosystem services and analyzing the spatiotemporal dynamics of sediment retention to assess changes in ecosystem functioning and the effectiveness of management measures. In this regard, the InVEST model, with a simple structure, limited input requirements, and high interpretability, is an effective tool for analyzing these services at the watershed scale. This model, using sediment delivery ratio equations and spatial data, allows examination of the spatiotemporal changes in soil erosion, sediment yield, and sediment retention. Given the need for comprehensive studies in Iran, especially in the Hyrcanian forests, the present study aims to investigate the spatiotemporal changes of soil loss, sediment retention, and sediment yield over a 25-year period in the Talar mountainous watershed. Additionally, sensitivity analysis of model input factors was conducted to identify the most influential variables affecting sediment delivery ratio results. <strong>Materials and methods: </strong>The study area is the Talar watershed (Mazandaran Province), spanning over 1,700 km² on the northern slopes of the Alborz mountain range, with an elevation range from 216 to 3,983 meters. The SDR model from the InVEST toolkit was applied to estimate annual soil loss, sediment retention, and sediment yield. Average soil loss was calculated using the InVEST soil erosion equation based on key factors including rainfall erosivity, soil erodibility, vegetation cover, land management, and topography across three study periods. Additional parameters such as the sediment connectivity index, K factor, and maximum sediment delivery ratio were defined based on regional characteristics and expert knowledge. A sensitivity analysis of the model input factors was also conducted to identify the most influential variables affecting the sediment delivery ratio outcomes. <strong>Results and </strong><strong>Discussion:</strong> According to the results, over the 25-year study period, soil loss decreased from 896,535 to 758,981 ton, sediment retention from 1.297 to 0.757 million  ton, and sediment yield from 113,643 to 57,426  ton. The main cause of this reduction was a 28.8 % decrease in rainfall erosivity during the study period. The analysis showed that pasture land had the highest sediment retention capacity (415,978  ton), whereas orchards had the lowest (3,676 t). Meanwhile, the highest sediment yield occurred in rainfed agriculture and pasture, while forests and orchards had the lowest amounts. Sensitivity analysis indicated that rainfall erosivity, with a relative sensitivity coefficient of 0.99, was the most important factor affecting soil loss, sediment retention, and sediment yield, explaining more than 47 % of model output variations. The K parameter also influenced sediment retention and yield, though it had no direct effect on soil loss. Overall, the InVEST model is more sensitive to natural parameters such as rainfall than to management variables, highlighting the necessity of integrating climatic data with human interventions in management<strong>.</strong> <strong>Conclusion: </strong>The findings indicate that the InVEST model, with high spatiotemporal analysis capability, is a suitable tool for assessing watershed hydrological services, especially in mountainous regions. The observed reduction in soil loss, sediment retention, and sediment yield over the study period was mainly due to decreased rainfall erosivity and climatic changes. Dense vegetation cover, such as forests and pastures, played a key role in sediment retention and soil erosion reduction, while human land uses such as agriculture contributed more to sediment yield. Sensitivity analysis emphasized the importance of natural factors, particularly rainfall, in watershed management. The findings can be applied to identify critical areas for conservation, prioritize sensitive land uses, design monitoring systems, and develop future management scenarios. It is recommended that future studies utilize long-term data, complementary models, and scenario-based analyses under climate change to enhance the accuracy of assessments and the applicability of results in ecosystem management decisions. <strong>چکیده</strong><strong> مبسوط</strong> <strong>مقدمه: </strong>هدررفت خاک و تولید رسوب به‌عنوان یکی از چالش‌های اصلی مدیریت آبخیزها، به‌ویژه در مناطق کوهستانی، علاوه بر کاهش حاصلخیزی و عملکرد اکوسیستم، کیفیت منابع آب و پایداری خدمات هیدرولوژیک را نیز تهدید می‌کند. در این میان، خدمات هیدرولوژیک آبخیزها مانند نگهداشت رسوب از اهمیت بالایی برخوردارند، زیرا با کنترل فرسایش خاک و کاهش انتقال رسوب به پایین‌دست، در ارتقای کیفیت منابع آبی مؤثرند. شرایط توپوگرافی، اقلیمی و انسانی مناطق کوهستانی شمال ایران، به‌ویژه جنگل‌های هیرکانی، این نواحی را مستعد تخریب منابع خاکی کرده و ضرورت پایش خدمات اکوسیستمی و تحلیل پویایی زمانی–مکانی نگهداشت رسوب برای ارزیابی تغییرات عملکرد اکوسیستم و اثربخشی اقدامات مدیریتی را افزایش داده است. در این راستا، مدل InVEST با ساختاری ساده، نیاز ورودی محدود و قابلیت تفسیر بالا ابزاری مؤثر برای تحلیل این خدمات در سطح حوزه‌های آبخیز است. این مدل با بهره‌گیری از نسبت تحویل رسوب و داده‌های مکانی، امکان بررسی تغییرات زمانی–مکانی فرسایش، تولید و نگهداشت رسوب را فراهم می‌آورد. با توجه به نیاز به مطالعات جامع در ایران، به‌ویژه جنگل‌های هیرکانی، پژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرات زمانی–مکانی سه مؤلفه هدررفت خاک، نگهداشت و تولید رسوب طی یک دوره ۲۵ ساله در آبخیز کوهستانی تالار انجام شده است. همچنین تحلیل حساسیت عوامل ورودی برای شناسایی مهم‌ترین متغیرهای مؤثر بر نتایج نسبت تحویل رسوب مدنظر قرار گرفته است. <strong>مواد و روش‌ها: </strong>در این پژوهش، مدل SDR از مجموعه ابزارهای InVEST برای محاسبه سالانه هدررفت خاک، نگهداشت رسوب و تولید رسوب به‌کار گرفته شد. میانگین هدررفت خاک با استفاده از معادله برآورد فرسایش خاک در مدل InVEST و بر مبنای عوامل اصلی شامل فرسایندگی باران، فرسایش‌پذیری خاک، پوشش گیاهی، مدیریت اراضی و توپوگرافی در سه دوره مطالعاتی محاسبه شد. سایر پارامترهای موردنیاز مانند شاخص اتصال رسوبی (IC₀)، پارامتر K و حداکثر نسبت تحویل رسوب بر اساس اطلاعات و شناخت از ویژگی‌های منطقه‌ای تعیین شد. در ادامه، به‌منظور شناسایی متغیرهای کلیدی تأثیرگذار بر مدل نسبت تحویل رسوب، تحلیل حساسیت به روش تغییر هر متغیر در هر بار اجرای مدل بر پایه ضریب حساسیت نسبی انجام گرفت. <strong>نتایج و بحث: </strong>براساس نتایج پژوهش، طی دوره ۲۵ ساله، هدررفت خاک از ۸۹۶۵۳۵ به ۷۵۸۹۸۱ تن، نگهداشت رسوب از 297/1 به 757/0 میلیون تن و تولید رسوب از ۱۱۳۶۴۳ به ۵۷۴۲۶ تن کاهش یافته است که عامل اصلی آن، افت ۲۸٫۸ درصدی فرسایندگی باران بوده است. بیشترین ظرفیت نگهداشت رسوب در کاربری‌های اراضی مربوط به مرتع (۴۱۵۹۷۸ تن) و کمترین مربوط به باغ (۳۶۷۶ تن) است. بیشترین تولید رسوب در کشاورزی دیم و مرتع و کمترین در جنگل و باغ مشاهده شد. نتایج تحلیل حساسیت نشان داد فرسایندگی باران با ضریب حساسیت نسبی 99/0، مهم‌ترین پارامتر مدل و مسئول بیش از ۴۷ درصد تغییرات خروجی است، براساس نتایج، در حالی‌که پارامتر K بر نگهداشت و تولید رسوب اثر دارد ولی بر هدررفت خاک تأثیر مستقیم ندارد. مدل InVEST نسبت به عوامل طبیعی مانند بارش حساس‌تر از متغیرهای مدیریتی است، که ضرورت تلفیق اطلاعات اقلیمی و مداخلات انسانی را در مدیریت نشان می‌دهد. <strong>نتیجه‌گیری:</strong>یافته‌های پژوهش حاضر نشان می‌دهد مدل InVEST با قابلیت تحلیل مکانی و زمانی بالا، ابزاری مناسب برای ارزیابی خدمات هیدرولوژیک آبخیزها، به‌ویژه در مناطق کوهستانی است. کاهش هدررفت خاک، نگهداشت و تولید رسوب طی دوره مطالعه عمدتاً ناشی از کاهش فرسایندگی باران و تغییرات اقلیمی بوده است. پوشش گیاهی متراکم مانند جنگل و مرتع نقش کلیدی در حفظ رسوبات و کاهش فرسایش داشته، در حالی‌که کاربری‌های انسانی مانند کشاورزی سهم بیشتری در تولید رسوب دارند. تحلیل حساسیت مدل نشان داد توجه به عوامل طبیعی، به‌ویژه بارندگی، در مدیریت حوضه ضروری است. یافته‌ها می‌توانند برای شناسایی مناطق بحرانی، اولویت‌بندی کاربری‌های حساس، طراحی نظام پایش و تدوین سناریوهای مدیریت منابع خاک کاربرد داشته باشند. پیشنهاد می‌شود پژوهش‌های آتی با داده‌های بلندمدت، مدل‌های مکمل و تحلیل سناریویی در چارچوب تغییر اقلیم انجام شود.