ارزیابی کارایی طیف‌سنجی انعکاسی برای تخمین مقدار کربن آلی خاک در حوزه آبخیز دریاچه زریبار، استان کردستان

Abstract

سابقه و هدف: کربن آلی، به عنوان یکی از اجزای عمده سازنده ماده آلی خاک، در غالب فرآیند‌های شیمیایی، فیزیکی و شیمیایی خاک نقشی مهم دارد. ماده آلی یا کربن آلی خاک یکی از پارامترهای کلیدی کیفیت خاک و یک شاخص حاصلخیزی خاک است. ماده آلی در تشکیل خاکدانه‌ها و پایداری آن‌ها، جذب آب و عناصر غذایی، ظرفیت نگه‌داشت آب در خاک، نفوذ آب و هوا، هدایت هیدرولیکی خاک، آب‌گریزی و ترسیب کربن نقشی ضروری دارد. پژوهش‌های مختلف نشان داده‌اند که کیفیت و کمیت ماده آلی خاک می‌توانند تحت تأثیر فعالیت‌های انسانی همچون عملیات زراعی و فعالیت‌های توسعه‌ای اقتصادی قرار گیرد. نرخ بالایی از هدر‌رفت ماده آلی خاک بر روی اراضی فرسایش یافته نیز گزارش شده است. از این‌رو پایش تغییرات زمانی و مکانی ماده آلی خاک برای ارزیابی مدیریت بلند‌مدت پتانسیل بالقوه خاک ضروری است. این در حالی است که نمونه‌برداری‌های مرسوم خاک و اندازه-گیری مقدار کربن آلی خاک، به‌ویژه در مقیاس‌های بزرگ جغرافیایی، دشوار، پرهزینه و زمان‌بر است. بنابراین، ارزیابی سریع و دقیق کربن آلی خاک می‌تواند در مدیریت دراز‌مدت خاک سودمند باشد. بنابراین، هدف از این پژوهش بررسی کارایی طیف‌سنجی انعکاسی خاک در محدوده مرئی – مادون قرمز نزدیک برای تخمین مقدار کربن آلی خاک در حوزه آبخیز دریاچه زریبار در شهرستان مریوان در استان کردستان بود. <br /> مواد و روش‌ها: بدین منظور 100 نمونه خاک سطحی از منطقه مورد مطالعه با وسعتی حدود 10718 هکتار جمع‌آوری شد. انعکاس طیفی این نمونه‌ها و برخی از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن‌ها در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی اندازه‌گیری شد. پس از ثبت طیف‌ها، روش‌های مختلف پیش‌پردازش داده‌های طیفی نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس توابع انتقالی خاکی و توابع انتقالی طیفی با استفاده از روش رگرسیون خطی چندگانه گام‌به‌گام برای برآورد کربن آلی خاک پی‌ریزی شدند. اعتبار این توابـع اشـتقاق یافتـه برآوردگر کربن آلی خاک، با استفاده از آماره‌های مختلفی همچون ضریب تبیین (2R)، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال‌شده (NRMSE)، میانگین خطا (ME)، شاخص انطباق (d) و درصد انحراف نسبی (RPD) ارزیابی شدند.<br /> یافته‌ها: با توجه به نتایج، بین کربن آلی خاک با مقادیر انعکاس طیفی خاک در طول موج‌‌های 858 و 1916 نانومتر همبستگی بالا و معنی‌داری (در سطح معنی‌دار 1%)مشاهده گردید. نتایج نشان داد توابع انتقالی خاکی (R2avg=0.83, NRMSE avg=24.55%) در مقایسه با توابع انتقالی طیفی پیشنهادی (R2avg=0.44, NRMSE avg=44.31%)، دارای دقت بیشتری در برآورد کربن آلی خاک می-باشند. هرچند توابع انتقالی طیفی اشتقاق یافته با SMLR نیز، برآوردهای نسبتاً خوبی از کربن آلی خاک ارائه کرد (R2avg=0.52 , RPD=1.44). نتایج همچنین نشان داد مشتق اول + فیلتر ساویتزکی-گلای، به‌دلیل کاهش اثرات نویز‌های تصادفی و بهبود مدل‌های واسنجی، بهترین روش در پیش‌پردازش داده‌های طیفی خاک است.<br /> نتیجه‌گیری: در مجموع نتایج این پژوهش نشان داد اگرچه کارایی توابع انتقالی طیفی در برآورد کربن آلی خاک نسبت به توابع انتقالی خاکی متناظر آن بالا نیست، لیکن در موارد عدم دسترسی به توابع انتقالی خاکی، این رویکرد می‌تواند به‌عنوان یک روش معقول غیر-مستقیم در برآورد کربن آلی خاک مورد استفاده قرار گیرد.