بخشی از مقاله
چکیده
هدف این پژوهش بررسی میزان تأثیر مدلهای واریوگرام و تبدیل دادهها روی نقشه شوری تهیه شده به روش زمینآماری میباشد. برای این منظور 338 نمونه خاک برداشت و شوری آنها تعیین گردید. عملیات کریجینگ ساده با سه مدل کروی، نمایی و گوسی در دو حالت، بدون تبدیل و با تبدیل لگاریتمی انجام شد.
یافته ها نشان داد مدل بهینه برای متغیر شوری در این منطقه مدل نمایی است؛ لیکن میزان انطباق نقشههای بدست آمده برای مدلهای کروی و گوسی نسبت به مدل نمایی به ترتیبدارای صحت کلّیِ برابر 94/63 و 95/74 درصد برای دادههای بدون تبدیل و 88/20 و 80/59 درصد برای دادههای لگاریتمی است.
بنابراین میتوان نتیجه گرفت در این پژوهش، نقشه شوری به نوع مدل واریوگرام وابستگی ندارد. همچنین، نقشههای حاصل از دادههای اصلی - غیرنرمال - دارای دقت بیشتری نسبت به دادههای تبدیل شده - لگاریتمی - بود.
مقدمه
نقشههای شوری خاک جایگاه ویژه و اهمیت زیادی برای مدیریت منابع خاک دارند. تهیه این نقشهها به دلیل تأثیر شوری روی رشد گیاهان همواره مورد توجه قرار گرفته و پژوهشهای فراوانی را به خود اختصاص دادهاست - باقری بداغ آبادی و همکاران، . - 1386 در این راستا، روشهای زمینآماری در بسیاری از موارد کاربرد داشتهاند.
محمدی - 1377 - به مطالعه تغییرات مکانی شوری خاک در منطقه رامهرمز با استفاده از زمین آمار پرداخت. در این بررسی تغییرات میزان شوری در سه عمق 0-50 و 50- 100 و 150-100 سانتیمتری انجام شد. نتایج نشان داد که شباهت کلی بین دادههای معیار و نتایج کریجینگ حدود % 40 و برای نقشه شوری حاصل از مساحی آزاد حدود %36 بود. همچنین نقشههای مبتنی بر روش کریجینگ قابلیت اعتماد بیشتری جهت تعیین موقعیت کلاسهای شوریS0 و S1 برخوردار بودند.
باقری بداغآبادی و همکاران - 1386 - نشان دادند روشهای درون یابی ساده هم میتوانند دقت قابل قبولی در مقایسه با روشهای زمین آماری - کریجینگ - داشته باشند. در پژوهش کایدانی و دلبری - 1390 - از دو روش زمین آماری کریجینگ ساده - Ordinary Kriging - و کریجینگ شاخص - Indicator Kriging - برای تهیه نقشه شوری خاک استفاده شد.
ارزیابی دقت این روشها با استفاده از ارزیابی متقاطع و با پارامترهای آماری مجذور میانگین مربعات خطا و میانگین انحراف خطا انجام شد. نتایج نشان داد که هر دو روش زمین آماری از دقت مشابهی در تخمین شوری خاک برخوردار بودند. مقایسه دو روش کریجینگ ساده و لاگ کریجینگ توسط دلبری و همکاران - - 1392 نشان داد که هر دو روش برای برآورد شوری و سدیمی دارای دقت مشابهی هستند.
تقی زاده و همکاران - 1393 - در پژوهشی به پهنه بندی شوری خاک با استفاده از رگرسیون کریجینگ و واریوگرام محلی پرداختند. یافتهها نشان دادند مدل رگرسیون کریجینگ با واریوگرام محلی خطای پیش بینی کمتری نسبت به کوکریجینگ و کریجینگ دارد و بنابراین از کارایی بالاتری برخوردار است.
پژوهش مسعودهاشمی و همکاران - 1394 - در منطقه میانکنگی زابل نشان داد که با در نظر گرفتن پارامتر مجذور میانگین مربعات خطا، روش کوکریجینگ گسسته در زمینه درون یابی مقادیر هدایت الکتریکی، اسیدیته خاک و درصد رس نسبت به کریجینگ ساده عملکرد بهتری دارد. سواری و همکاران - 1395 - سه روش زمین آماری کریجینگ ساده، لاگ نرمال کریجینگ وکریجینگ شاخص را برای تهیه نقشه شوری
خاک مقایسه کردند. ارزیابی دقت این روشها با استفاده از پارامترهای آماری مجذور میانگین مربعات خطا و ضریب تبیین انجام شد. نتایج نشان داد که روش لاگ کریجینگ با داشتن کمترین مجذور میانگین مربعات خطا و بیشترین ضریب تبیین مدل مناسب و دقیقتر برای ارزیابی شوری خاک است.
نظری و همکاران - 1396 - تغییرات شوری بخشی از اراضی ترکمن صحرا را با بهره گیری از روشهای میانیابی مورد بررسی قرار دادند. در این پژوهش دو روش زمینآماری - کریجینگ ساده و کوکریجینگ - و چهار روش جبری - عکس فاصله، تابع شعاعی، تخمین گر عام و تخمین گر موضعی - در برآورد مقدار شوری در اعماق 0-50، 50-100 و 100- 150 سانتی متری استفاده گردید.
براساس نتایج کریجینگ ساده مناسب ترین روش انتخاب شد. نتایج پژوهش الدیاری و گارسیا - 2011 - نشان داد که روش کریجینگ شاخص میتواند برای تهیه نقشههای شوری خاک استفاده شود. در این روش میتوان منطقه را براساس آستانه شوری برای هر محصول، به بخشهای با پتانسیلهای مختلف تقسیمبندی کرد. حسینی و همکاران - 2013 - اقدام به مقایسه روشهای کریجینگ در برآورد و پهنهبندی برخی از ویژگیهای خاک از جمله شوری نمودند. این پژوهش نشان داد دقت هر روش با توجه به نوع ویژگی مورد نظر متفاوت است.
از طرفی برای انتخاب بهترین روش تنها نباید به پارامتری مانند مجذور میانگین مربعات خطا یا RMSE بسنده نمود چراکه تنها با در نظر گرفتن RMES روش کریجینگ ساده بهترین روش بود لیکن با در نظر گرفتن پارامترهای دیگر مانند میانگین خطاها و Q-Q پلات روش رگرسیون کریجینگ مناسب تشخیص داده شد.
براساس پیشینه پژوهش جامان شده، تقریباً در تمام تحقیقات بین روشهای مختلف زمین آماری - مانند کریجینگ ساده، رگرسیون کریجینگ و غیره - و دقت آنها در تهیه نقشه شوری مقایسه صورت گرفته است. در این راستا، روش و مدل واریوگرامی که معیار ارزیابی برآوردهای کوچکتری داشته باشد - مانند مجذور میانگین مربعات خطا یا - RMSE به عنوان روش و مدل واریوگرام بهینه انتخاب میشود.
لیکن این موضوع که نقشه شوری حاصل از یک روش کریجینگ - مانند کریجینگ ساده - چقدر تحت تأثیر مدلهای مختلف واریوگرام و یا تبدیل دادهها میباشد چندان مورد توجه قرار نگرفته است. بنابراین پژوهش کنونی به بررسی تأثیر مدلهای مختلف واریوگرام - شامل مدلهای کروی، نمایی و گوسی - و تبدیل دادهها - بدون تبدیل و با تبدیل لگاریتمی - در تهیه نقشه شوری با روش کریجینگ ساده میپردازد.
مواد و روشها
منطقهی مطالعاتی به مساحت تقریبی 184000 هکتار از شمال اهواز شروع و تا شهرستان شوشتر - استان خوزستان - ادامه دارد حد شرقی منطقه مورد مطالعه رودخانه گرگر و حد غربی رودخانه دز میباشد و در طول شرقی 48/30 تا 49/0 و عرض شمالی 32/ 00 تا 32/151 واقع شده است - شکل - 1 و متوسط ارتفاع حدود 35 متر از سطح دریا میباشد.
بطور کلی این منطقه دارای زمستانهای معتدل وتابستانهای گرم و خشک بوده و جزء اقلیم نیم بیابانی شدید میباشد و در آن ایستگاههای اهواز، ملاثانی و شوشتر وجود دارد. مقدار بارندگی از جنوب به شمال افزایش یافته و مقدار آن در اهواز 179 میلیمتر و در شوشتر 232 میلیمتر است. رژیمهای حرارتی و رطوبتی منطقه به ترتیب Hyperthermic و Ustic است.
سازندهای زمین شناسی نیز شامل رشته کوههای زاگرس است که از سنگهای آهکی، مارنی، دولومتی سیل و دیگر سنگهای رسوبات دورانهای اول و دوم پالئوژن و نئوژن - سازند فارس - است و قسمتی از آن مخازن نفت را تشکیل میدهد. خاکهای منطقه از سازندهای بالا بوسیله رودخانههای دز و گرگر منشا گرفته و در تراسهای مختلف رسوبگذاری شده است. این خاکها عموماً فاقد تکامل و یا دارای کمی تکامل میباشند و در دو رده Aridisols و Entisols قرار دارند.
در این پژوهش 338 نمونه خاک به فواصل 800 تا 2000 متر و از عمق 0 تا 50 سانتیمتری جمع آوری گردید - شکل . - 1 نمونهها پس از هوا خشک شدن از الک 2 میلی متر عبور داده شدند و عصاره اشباع آنها تهیه گردید و شوری هر نمونه تعیین شد.
آمارههای توصیفی شامل مقادیر کمینه و بیشینه، میانگین ،چولگی، کشیدگی و انحراف معیار متغیر شوری با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 22 محاسبه شدند . برای تجزیه و تحلیل ساختار فضایی متغیر شوری از تابع واریوگرام و عملیات واریوگرافی در نرم افزار GS+ نسخه 9 استفاده گردید. عملیات کریجینگ ساده در ArcGIS نسخه 10.4.1 انجام شد. همه محاسبات و عملیات در دو حالت، یک بار بدون انجام تبدیل و یک بار با انجام تبدیل لگاریتمی صورت گرفت. به منظور ارزیابی برازش مدلها از معیارهای سهم ساختار فضایی، مجموع مربعات باقیماندهها - Residual Sum of Square: RSS - ضریب تبیین - R2 - و برای ارزیابی برآوردها از ارزیابی متقاطع - Cross Validation - و معیارهای میانگین خطا - Mean Error: ME - ، مجذور میانگین مربعات خطا و مربع مطلق خطا استفاده شد. در برازش مدلها هرچه سهم ساختار فضایی قویتر، RSS کوچکتر و R2 بزرگتر باشد نشان دهنده برازش بهتر است - رابینسون و مترنیچ، . - 2006 در ارزیابی برآوردها نیز هرچه معیارهای گفته شده کوچکتر باشند نشان دهنده برآوردهای بهتر و دقیقتر است.
نقشههای شوری به طبقات استاندارد S0 تا S4 طبقهبندی شدند. برای تعیین میزان انطباق نقشههای حاصل با یکدیگر از روی هماندازی لایهها - Map Overlay - و شاخص صحت کل - Overall Accuracy: OA - مطابق فرمول 1 استفاده شد:
که در آن:
ASi مساحت مشترک طبقه i ام شوری براساس مدل واریوگرام بهینه - نقشه مبنا - با طبقه iام شوری براساس دیگر مدلهای واریوگرام و Atot مساحت کل منطقه میباشند.
شکل :1 منطقه مورد مطالعه و مکان نقاط نمونه برداری
نتایج و بحث
جدول 1 مقادیر آمارههای توصیفی دادههای شوری را نشان میدهد. مقادیر زیاد چولگی - - 3/13 و افراشتگی یا کشیدگی - 13/93 - نشان دهنده نرمال نبودن دادهها است. لیکن با انجام تبدیل لگاریتمی به توزیع نرمال نزدیک شدهاند.
جدول :1 مقادیر آمارههای توصیفی دادهها در دو حالت بدون تبدیل و همراه با تبدیل لگاریتمی
