دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران نشریه علمی - پژوهشی مرتع و آبخیزداری 5044-2008 79 1 2026 04 01 Investigating the effects of grazing intensity on soil permeability and the dimensions of plant patches in semi-arid Rangelands of Gomishan بررسی اثرات شدت چرا و میکروتوپوگرافی بر نفوذپذیری خاک و ابعاد لکه‌های گیاهی در مراتع گمیشان 93 104 106400 10.22059/jrwm.2025.400854.1848 FA زهره عزیززاده گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، گنبد کاووس،‌ ایران 0009-0001-5622-9766 مجیدمحمد اسمعیلی گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، گنبد کاووس،‌ ایران علی ستاریان گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه و فنی مهندسی، دانشگاه گنبدکاووس، گنبد کاووس،‌ ایران سیدعلی حسینی گروه پژوهشی مؤسسه تحقیقات منابع طبیعی و کشاورزی استان گلستان،‌ گرگان، ‌ایران بهاره بهمنش گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، گنبد کاووس،‌ ایران Journal Article 2025 08 17 Soil moisture in the upper soil layers plays a vital role in water and soil resource management, directly influencing infiltration, runoff, agricultural productivity, and flood regulation. Its spatial variability is controlled by multiple factors, including climate conditions, topography, vegetation, and soil characteristics. Neglecting these variations often leads to significant errors in hydrological and agricultural modeling. This study investigates the relationship between geomorphometric indices as a proxy of topography and topsoil moisture across five sub-basins of the Simineh and Zarrineh rivers in northwest Iran, using both field observations and satellite data. Soil moisture measurements from 287 points (2015–2017) were compared with Soil Moisture Active Passive (SMAP) satellite estimates to produce high-resolution spatial maps. Several geomorphometric indices were derived, including the Topographic Wetness Index (TWI), Topographic Position Index (TPI), Wind Exposure Index (WEI), flow direction (Flow_D), flow accumulation, and Analytical Hillshading (AH). The Random Forest (RF) model was applied to determine the importance of geomorphometric attributes. Validation results revealed a strong correspondence between SMAP data and field observations, with July showing the highest correlation (r = 0.77, soil moisture = 0.18 cm³·cm⁻³), and May the lowest (r = 0.50). The RF model achieved robust performance (R² > 0.7, RMSE = 0.04%). Among the indices, WEI and TWI exhibited the greatest importance (>16%), followed by AH (13%), while Flow_D had the lowest influence (8.9%). These findings confirm the significant role of topographic and hydrological features in controlling soil moisture distribution. The integration of SMAP data with machine learning and geomorphometric indices provides a reliable framework for soil moisture monitoring, offering valuable insights for agricultural management, hydrological modeling, and environmental planning in similar watersheds. چرای بی‌رویه یکی از مهم‌ترین عوامل تخریب مراتع نیمه‌خشک است که با تغییر ویژگی‌های لکه‌های گیاهی و کاهش نفوذپذیری خاک، فرآیندهای هیدرولوژیکی و پایداری اکوسیستم را مختل می‌کند. اگرچه در مطالعات پیشین اثر چرای دام بر نفوذپذیری یا ساختار لکه‌ها به‌طور جداگانه بررسی شده است، اما ارتباط همزمان این دو مؤلفه، به‌ویژه در شرایط نیمه‌خشک، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف این پژوهش، ارزیابی اثر شدت‌های مختلف چرای دام بر نفوذپذیری خاک و ابعاد لکه‌های گیاهی در مراتع گمیشان است. این آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار و در سه تیمار قرق بلندمدت (۲۴ ساله)، چرای متوسط و چرای شدید انجام شد. در هر تیمار، سه ترانسکت ۵۰ متری در جهت‌های مختلف پیاده‌سازی و طول، عرض و ارتفاع لکه‌های گیاهی و فواصل بین آن‌ها اندازه‌گیری گردید. نفوذپذیری خاک در لکه‌های گیاهی و فضاهای بین لکه‌ای با استفاده از حلقه‌های زوجی سنجیده و با مدل کوستیاکف برآورد شد. نتایج نشان داد که قرق بلندمدت به‌طور معنی‌داری موجب افزایش نفوذپذیری خاک و ابعاد لکه‌های گیاهی می‌شود، در حالی که تفاوت معنی‌داری بین چرای متوسط و شدید مشاهده نشد. همچنین با افزایش شدت چرا، پاسخ لکه‌های گیاهی به میکروتوپوگرافی کاهش یافت و این اثر تنها در برخی شاخص‌ها (مانند طول لکه‌ها) و در دامنه‌های مرتفع‌تر حفظ شد. یافته‌های این تحقیق بر اهمیت قرق‌های بلندمدت در بازسازی پوشش گیاهی و بهبود نفوذپذیری خاک تأکید دارد و می‌تواند به‌عنوان مبنایی برای برنامه‌ریزی مدیریت پایدار چرای دام در مناطق نیمه‌خشک مورد استفاده قرار گیرد. همچنین با اجرای برنامه‌های تناوب چرا، ایجاد قرق‌های دوره‌ای و پایش منظم شاخص‌های فیزیکی خاک می‌توان به کاهش روند تخریب و افزایش کارایی اکوسیستم در این مناطق کمک کرد. https://jrwm.ut.ac.ir/article_106400_79c1f698e01da7c4a5836d3901ca5312.pdf