مقایسه تخمین شوری خاک با استفاده از روش‌های طیف سنجی، القاءگر الکترومغناطیس و سنجش از دور

Abstract

سابقه و هدف: شوری خاک یکی از خصوصیات بسیار مهم خاک بوده و بررسی تغییرات مکانی آن، جهت مدیریت زراعی، تخریب اراضی و مطالعات زیست محیطی حائز اهمیت می‌باشد. شوری خاک با استفاده از هدایت الکتریکی (EC) اندازه‌گیری می‌شود و تخمین مقادیر شوری خاک با استفاده از این روش‌های آزمایشگاهی گران و زمان‌بر است. بنابراین، جمع آوری اطلاعات در مورد توزیع مکانی شوری خاک در مناطق گسترده نیاز به تکنیک‌های جدید ارزان دارد. اخیراً تکنیک‌های جدیدی از قبیل طیف‌سنجی مرئی-مادون قرمز نزدیک، القاءگر الکترومغناطیس و سنجش از دور برای اندازه گیری شوری خاک به کاربرده شده است. هدف از این پژوهش تخمین شوری خاک با استفاده از روش‌های طیف‌سنجی مرئی - مادون قرمز نزدیک، القاءگر الکترومغناطیس و سنجش از دور می‌باشد.<br /> مواد و روش‌ها: منطقه مورد مطالعه در 20 کیلومتری شمال شرقی شهرستان قروه در استان کردستان واقع شده و سطحی معادل 26000 هکتار را در بر‌می‌گیرد. 100 نمونه خاک (عمق 30-0 سانتی‌متری) جمع آوری و هدایت الکتریکی خاک در عصاره اشباع اندازه‌گیری شد. متغیرهای کمکی استفاده شده در این مطالعه، داده‌های طیفی خاک در محدوده مرئی - مادون قرمز نزدیک، قرائت‌های روش القاءگر الکترومغناطیس و داده‌های سنجده ETM+ لندست 8 بودند. در 100 مکان نمونه‌برداری، قرائت‌های افقی و عمودی با استفاده از EM38 قرائت شده و شاخص شوری، شاخص NDVI، شاخص روشنایی و باندهای 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7 با استفاده از نرم افزار Arc GIS و داده‌های سنجده ETM+ لندست 8 محاسبه و استخراج شدند. افزون بر این، 100 نمونه خاک با استفاده از طیف‌سنج زمینی (مدل FieldSpec®3, ASD, FR, USA) با طول موج 2500- 350 نانومتر تحت اسکن قرار گرفتند. جهت ارتباط دادن بین شوری خاک و متغیرهای کمکی این سه روش از مدل شبکه عصبی مصنوعی استفاده گردید. در نهایت شوری خاک با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی برآورد شده و با استفاده از روش اعتبارسنجی متقاطع مورد ارزیابی قرار گرفت. <br /> یافته‌ها: مقادیر شوری خاک کم تا زیاد بودند (47/14 -23/0 دسی‌زیمنس بر متر). بیشینه مقادیر شوری خاک در مناطق مرکزی (اراضی پست و بایر) و کمینه مقادیر شوری خاک در اراضی مرتفع و مرتعی مشاهده شد. بر اساس آنالیز حساسیت، مدل شبکه عصبی مصنوعی در روش سنجش از دور، شاخص شوری، شاخص NDVI، باند 7 و باند 3 مهم‌ترین متغیرها برای پیش‌بینی شوری خاک بودند، به طور کلی، این نتایج نشان داد که مهم‌ترین متغیرهای کمکی برای پیش‌بینی شوری خاک به ترتیب داده‌های طیفی خاک در محدوده مرئی - مادون قرمز نزدیک، قرائت عمودی و داده‌های سنجش از دور بودند. روش طیف‌سنجی مرئی - مادون قرمز نزدیک برای پیش‌بینی شوری خاک دارای مقادیر 62/0، 94/0 و 0.28/0 به ترتیب برای ضریب تبیین، میانگین خطا و میانگین ریشه مربعات خطا بود و در مقایسه با القاءگر الکترومغناطیس و سنجش از دور بهتر بود اگر چه تلفیق سه روش (طیف‌سنجی مرئی - مادون قرمز نزدیک، القاءگر الکترومغناطیس و سنجش از دور) با هم بهترین نتایج جهت تخمین شوری خاک را داشت.<br /> نتیجه‌گیری: مهمترین متغیر کمکی برای پیش‌بینی شوری خاک در منطقه داده‌های طیفی خاک در محدوده مرئی - مادون قرمز نزدیک بود. روش القاگر الکترومغناطیس هم متغیر مناسبی جهت پیش‌بینی شوری خاک بوده و می‌تواند به عنوان یک روش ارزان، دقیق و سریع برای پیش‌بینی شوری خاک توصیه شود. تلفیق سه روش (طیف‌سنجی مرئی - مادون قرمز نزدیک، القاءگر الکترومغناطیس و سنجش از دور) با هم بهترین نتایج جهت تخمین شوری خاک را داشت. بنابراین، پیشنهاد می‌شود که مدل شبکه عصبی مصنوعی و داده‌های کمکی همچون داده‌های طیفی روش طیف‌سنجی مرئی - مادون قرمز نزدیک و القاگر الکترومغناطیس در مطالعات آینده استفاده شود.