بخشی از مقاله
مقدمه
تغییر پذیری مکانی خصوصیات هیدرولیکی خاک تحت تاثیر اثرات متقابل بین فاکتورهای خاک سازی و برخی از خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و مینرالوژی ایجاد می شوند. روش های زمین آماری به وفور برای توصیف تغییر پذیری مکانی خصوصیات هیدرولیکی خاک مورد استفاده قرار گرفته اند. مطالعات مختلف نشان دادهاند که خصوصیاتی از خاک که با زمان ثابت هستند - مانند توزیع اندازه ذرات خاک، و جرم ویژه ذرات خاک - و همچنین خصوصیات متغیر با زمان که تحت تاثیر مدیریت قرار می گیرند - مانند مواد آلی خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی - ، ممکن است که دارای تغییر پذیری مکانی بالایی باشند.
همچنین مطالعات متعدد نشان داده که برخی از خصوصیات دینامیکی خاک از قبیل رطوبت خاک، جرم ویژه ظاهری خاک ، تخلخل خاک، زیست توده میکروبی و غیر دارای تغیر پذیری مکانی بسیار وسیعی هستند. تکنیک های زمین آماری روش هایی هستند که برای مدل سازی مکانی و تولید دادهها در مکان هایی که نمونه برداری از آنها صورت نگرفته است مفید می باشند. اما استفاده از روش های زمین آمار با محدودیتهایی نیز همراه می باشد به عنوان مثال نرمال و ایستا بودن داده های اندازهگیری شده از این موارد می باشد. لذا روشهای زمین آمار در داده ای غیر ایستا و غیر نرمال نتایج قابل قبولی را نشان نمی دهند - وبستر و الیور . - 2000 روش های آنالیز مقیاس از قبیل فرکتال و مالتی فرکتال، به وفور برای توصیف تغییر پذیری مکانی خصوصیات خاک در مقیاس های بزرگ مورد استفاده قرار گرفته است.
هر دو روش فرکتال و مالتی فرکتال یک توزیع مرتبهای جرم را در فضا فرض می کنند. در روش تک فرکتالی1 یک توان - بعد فرکتال - برای توصیف رفتار مقیاس2 یک متغیر کافی است به عبارت دیگر می توان با استفاده از یک توان تغییرات یک متغیر را در مقیاس های مختلف توصیف کرد. در حالی که روش های مالتی فرکتال دارای توان های مختلفی هستند که مربوط به درجه مختلف اختلالات داده های اندازه گیری می باشند. بنابراین مالتی فرکتال ها بسیا پیچیدهتر از تک فراکتال ها می باشند.
محققین مختلف سعی کردند که تغییر پذیر مکانی خصوصیات خاک را با استفاده از یک توان - تک فرکتال - توصیف کنند در تمامی این مطالعات سعی شده است که بعد فرکتال متغیر مورد نظر را با استفاده از نیم تغیر نما محاسبه نمایند. اما مطالعات اخیر نشان داده است که مالتی فرکتال روش مناسبی برای توصیف تغییرات یک متغیر در یک ترنسکت3 میباشد. آنالیز مالتی فرکتالی به نسبت نیم تغییرنما اطلاعات بیشتری را از ساختار درونی تغییرات مکانی داده ها در اختیار قرار می دهد. لذا هدف از مطالعه حاضر بررسی رفتار مالتی فرکتالی برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک ها در یک ترنسکت می باشد. همچنین بررسی و مقایسه مالتی فرکتالیتی این خصوصیات از دیگر اهداف این مطالعه می باشد.
مواد و روش ها
الف - منطقه مورد مطالعه
منطقهای با وسعت 20000 هکتار واقع در استان کردستان در نظر گرفته شد. منطقه از لحاظ سنگشناسی شامل تراورتن، مارن، کنگلومرا، سنگ آهک رسی، شیل، سنگهای حاوی آهن زیاد، گل سنگ، سنگ آهک حاوی فسیل، تراسهای قدیمی، رسوبات آبرفتی و گابرو بوده و دارای دو کاربری کشاورزی دیم و مرتع میباشد. رژیم رطوبتی و حرارتی خاک در منطقه به ترتیب زریک و مزیک بوده و میانگین بارندگی سالانه 333/4 میلیمتر و میانگین دمای سالیانه 10/48 میباشد. در منطقه مورد مطالعه نمونه برداری بر روی یک ترنسکت انجام شد. فواصل بین نمونه برداری منظم و برابر با 100 متر انتخاب شد. سپس آزمایشهای توزیع اندازه ذرات خاک، درصد کربن آلی و مقدار آهن قابل تبادل با استفاده از روشهای معمول انجام شد.
ب - محاسبه ابعاد فرکتال
به طور معمول آنالیز مالتی فرکتال در مقیاسهای - - 4 مختلف انجام می گیرد. لذا برای تعیین این مقیاسها میتوان طول یک راستا - L - را به قسمتهای مختلف که به صورت اعداد دوتایی میباشند، بر اساس معادله زیر تقسیم نمود.
