بخشی از مقاله
چکیده
شوری خاک که با معیار قابلیت هدایتالکتریکی سنجیده میشود به روشهای مختلف از جمله افزایش فشار اسمزی و جلوگیری از جذب آب و عناصر غذایی، سمیت یونی و ایجاد اختلال در توازن عناصر بر رشد گیاهان اثر نامطلوب دارد. غلظت املاح محلول - شوری - در نقاط مختلف خاک متفاوت است. بهعبارتی شوری خاک دارای تغییرات مکانی است. بنابراین بهمنظور مدیریت بهینه کشاورزی و منابع طبیعی، آگاهی از تغییرات مکانی شوری خاک ضروری است.
بنابراین این پژوهش با هدف بررسی تغییرات مکانی قابلیت هدایت الکتریکی در بخشی از خاکهای زراعی حوضه میانجنگل فسا و با نمونه برداری از 21 نقطه واقع بر یک شبکه نمونهبرداری نسبتا منظم از خاکهای سطحی انجام شد. پس از آمادهسازی نمونهها و اندازهگیری قابلیت هدایت الکتریکی در عصاره اشباع و پس از بررسی ویژگیهای آماری دادهها، بهمنظور بررسی تغییرات مکانی دادهها واریوگرام محاسبه و مدلسازی شد . با استفاده از نتایج مدلسازی واریوگرام و با روش کریجینگمعمولی قابلیت هدایت الکتریکی در نقاط فاقد اندازه-گیری تخمین زده شد.
دقت تخمینها با روش ارزیابی متقابل تعیین و پهنهبندی با استفاده از مقادیر تخمینی انجام شد. نتایج نشان داد توزیع دادهها به میزان اندکی از توزیع نرمال انحراف داشت. مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی اندازهگیری شده در منطقه دارای وابستگی مکانی قوی - مدل نمایی با نسبت اثر قطعهای به آستانه - 0/24 با شعاع تاثیر واریوگرام حدود 43 متر بود .
دقت تخمینهای انجام شده با روش کریجینگ معمولی نسبتا کم بود - ضریب تبیین 0/02 و خطای استاندارد - 0/59 بنابراین بایستی سایر روش های تخمین نیز آزمون شوند. نقشههای تهیه شده میتواند در مدیریت هوشمند کشاورزی و منابع طبیعی و بهویژه در مصرف کود و نهادههای کشاورزی به کار گرفته شده و با این ترتیب از مصارف بیش از حد کود و سایر نهادهها کشاورزی و در نتیجه از آلودگیهای زیست محیطی - آب و خاک و ... - جلوگیری کرد.
مقدمه
خاک یکی از مهمترین منابع طبیعی و از عوامل اصلی تولید محصولات هر کشور میباشد که از تاثیر اقلیم و موجودات زنده بر مواد مادری حاصل از هوادیدگی سنگهای مادر و تحت تاثیر پستی و بلندی در گذر زمان - عوامل خاکساز - ایجاد میشود. با توجه به اینکه عوامل خاکساز در مناطق مختلف متفاوت می باشند بنابراین در مناطق مختلف، خاکهای با ویژگیهای متفاوت تشکیل میشوند.
ویژگیهای خاک در استفاده از خاک برای کاربریهای مختلف، نوع و میزان رشد و نمو گیاهان و ریزجانداران خاک موثر است و میزان تولید محصول در خاک را تحت تاثیر قرار میدهد. از آنجا که عمده عناصر غذایی مورد نیاز گیاه به صورت کاتیونها و آنیونهای محلول از خاک جذب میشوند بنابراین وجود مقدار کم املاح محلول در خاک برای رشد گیاهان ضروری است. اما چنانچه میزان املاح محلول موجود در خاک از حد معینی تجاوز کند اصطلاحا خاک شور نامیده میشود.
شوری خاک که با معیار قابلیت هدایت الکتریکی سنجیده میشود به روشهای مختلف از جمله افزایش فشار اسمزی محلول خاک و جلوگیری از جذب آب و عناصر غذایی، سمیت یونی و ایجاد اختلال در توازن عناصر غذایی بر رشد و عملکرد گیاهان اثر نامطلوب دارد. غلظت املاح محلول خاک - شوری - در نقاط مختلف خاک و در زمان های مختلف متفاوت است. به عبارتی شوری خاک دارای تغییرات مکانی و زمانی است. بنابراین به منظور مدیریت دقیق و هوشمند کشاورزی و مصرف هدفمند و اقتصادی نهادههای کشاورزی، آگاهی از میزان شوری در نقاط مختلف خاک و بررسی تغییرات مکانی آن ضروری است. در برخی پژوهشها تغییرات مکانی ویژگیهای خاک بررسی و گزارش شده است. به گونهای که کامباردلا و کارلن - 1999 - بیان کردند که ویژگیهای خاک دارای تغییرات مکانی در مقیاسهای مزرعهای تا مقیاسهای منطقهای می-باشند که متاثر از عوامل ذاتی - فرایندهای خاکسازی - و عوامل غیرذاتی - فعالیتهای مدیریتی، کوددهی و تناوب گیاهی - میباشد.
موسوی و سپاسخواه - 2012 - گزارش کردند قابلیت هدایت الکتریکی خاک سنگریزهای سری کوی اساتید در منطقه باجگاه دارای کلاس وابستگی مکانی قوی بوده و مدل کروی بهترتیب با مقادیر شعاع تاثیر، سقف و اثر قطعه ای 37 متر، 0/0252 و 0/00494 مناسبترین مدل برازش داده شده به نیم تغییرنمای این ویژگی بود.
ایوبی و همکاران - 2007 - نیز کلاس وابستگی مکانی قابلیت هدایت الکتریکی در خاکهای مورد مطالعه را متوسط گزارش کرد. آنان همچنین بیان کردند مدل گوسی به ترتیب با مقادیر شعاع تاثیر، سقف و اثر قطعه ای 57 متر، 0/0043 و 0/0048 مناسبترین مدل برازش داده شده به نیم تغییرنمای این ویژگی بود. برخی از پژوهشگران دیگر نیز به طور موفقیت آمیزی از روشهای زمین آماری برای تخمین تغییرات مکانی ویژگی های خاک استفاده نموده اند
با توجه به اهمیت شوری خاک و عدم وجود تحقیقاتی در ارتباط با تغییرات مکانی این ویژگی در خاکهای زراعی آهکی حوضه میان جنگل شهرستان فسا، این پژوهش با هدف بررسی زمین آماری تغییرات مکانی و پهنهبندی شوری در خاک های مذکور انجام شد.
مواد و روشها
برای انجام این پژوهش از 21 نقطه خاک سطحی 0 - تا 15 سانتیمتر - واقع بر شبکه نمونهبرداری نسبتاٌ منظم نمونه مرکب برداشته شد - شکل . - 1 منطقه مورد مطالعه در حوضه میان جنگل شهرستان فسا با متوسط بارندگی 296 میلیمتر و میانگین دمای 19 درجه سانتیگراد در محدوده نصف النهارهای متقاطع جهانی 3225980 تا 3226090 شرقی و 736926 تا 737039 شمالی واقع شده است. پس از نمونهبرداری از منطقه مورد مطالعه نمونهها هوا خشک شدند و از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند و پس از انتقال به آزمایشگاه با افزودن آب مقطر به خاک، خمیر اشباع تهیه شد. عصاره خمیر اشباع تهیه شده به تعادل رسیده با قیف بوخنر استخراج شد و قابلیت هدایت الکتریکی عصاره اشباع اسخراج شده با دستگاه هدایت سنج الکتریکی - رودز، - 1996 اندازهگیری شد.
شکل -1 پراکنش نقاط نمونهبرداری شده در منطقه مورد مطالعه
پس از پیش پردازش آماری دادهها و محاسبه آمارههای مرکزی، آمارههای پراکنش و آمارههای شکل توزیع دادههای اندازهگیری شده، بررسی نرمال بودن توزیع دادهها با آزمون کولموگروف-اسمیرنوف و با استفاده از نرم افزار SPSS انجام شد. و از آنجا که توزیع دادهها مقداری از توزیع نرمال انحراف داشت با اعمال تبدیل لگاریتمی روی دادهها توزیع دادهها تا حد امکان به توزیع نرمال نزدیک شد. پس از اطمینان از عدم وجود روند در دادههای اندازهگیری شده، با محاسبه واریوگرام دادهها با استفاده از نرم افزار GS + 5.1 ، تجزیه و تحلیل همبستگی مکانی بین مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی در نقاط اندازهگیری شده انجام شد و ناهمسانگردی موجود در پیوستگی مکانی قابلیت هدایت الکتریکی بررسی شد. سپس با استفاده از رابطه - 1 - واریوگرام آزمایشی - تجربی - محاسبه شد و مدلهای مختلف نظری شامل مدل های کروی، نمایی و گوسی به واریوگرام برازش داده شد و با در نظر گرفتن معیارهای بیشترین ضریب تبیین - R2 - و کمترین مجموع مربعات باقیماندهها - RSS - بهترین مدل انتخاب و ضرایب آن شامل دامنه تاثیر، اثر قطعهای و سقف - آستانه واریوگرام - تعیین شد.
که در آن - h - مقدار نیمتغییرنما در فاصله h، N - h - تعداد جفت نمونه به کار رفته در محاسبه واریوگرام در فاصله h، Z - Xi - و Z - Xi+h - بهترتیب مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی در موقعیتهای نمونهبرداری Xi و Xi+h است.
با استفاده از ضرایب بهترین مدل برازش داده شده به واریوگرام و با استفاده از روش کریجینگمعمولی - معادله - 2 مقدار قابیلت هدایت الکتریکی در نقاط نمونهبرداری نشده تخمین زده شد
که در آن Z - Xi - مقدار قابلیت هدایت الکتریکی اندازهگیری شده در موقعیت Xi، Z* - x0 - مقدار قابلیت هدایت الکتریکی در موقعیت نمونهبرداری نشده x0، i وزن اختصاص یافته به مقدار قابلیت هدایت الکتریکی در موقعیت Xi و n تعداد کل نمونهها میباشد.
به منظور بررسی دقت نتایج تخمین از روش ارزیابی جکنایف استفاده شد به این ترتیب که در هر مرحله یک نقطه مشاهدهای حذف و با استفاده از مقادیر سایر نقاط، قابلیت هدایت الکتریکی در آن نقطه برآورد شد. سپس این نقطه به مجموعه نقاط برگردانده و عملیات گفته شده برای تمام نقاط مشاهدهای تکرار شد به گونهای که در انتها به تعداد نقاط مشاهدهای، نقطه تخمین زده شده وجود داشت. در پایان با داشتن مقادیر اندازهگیری شده و تخمین زده شده و رسم آنا در مقابل یکدیگر در یک دستگاه مختصات، میزان خطای روش تخمین استفاده شده با محاسبه شاخصهای آماری ضریب تبیین - R2 - و خطای استاندارد - SE - تعیین شد - شکل - 3 و نقشه-های هممقدار با استفاده از نتایج تخمین ترسیم شد
نتایج و بحث
نتایج خلاصه آماری مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی اندازه گیری شده در منطقه مورد مطالعه نشان داد به طور کلی مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی در خاک مورد مطالعه کمتر از 4 دسی زیمنس بر متر است و بنابراین خاک جز خاکهای معمو.لی و غیرشور طبقه-بندی میشود. همچنین با توجه به اینکه ضریب تغییرات قابلیت هدایت الکتریکی در منطقه مورد مطالعه کم 14/57 - درصد - و کمتر از 15 درصد است. بنابراین قابلیت هدایت الکتریکی در منطقه مورد مطالعه با در نظر گرفتن معیار ارائه شده به وسیله کامباردلا و همکاران - 1994 - در کلاس تغییرپذیری کم قرار میگیرد که حاکی از یکنواختی نسبی قابلیت هدایت الکتریکی در منطقه مورد مطالعه است که احتمالا به دلیل مواد مادری و تشکیلات زمینشناسی و همچنین شرایط اقلیمی و رطوبتی و شرایط مدیریتی نسبتا یکسان و استفاده از آبهای با کیفیت نسبتا یکسان در خاکهای منطقه مورد مطالعه میباشد.
موسوی و سپاسخواه - 2012 - ضریب تغییرات قابلیت هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک سنگریزه ای مورد مطالعه را 18/84 بیان نموده و در نتیجه این ویژگی را در کلاس تغییرپذیری متوسط گزارش کردند. کلیک و همکاران - 2012 - نیز در بررسی قابلیت هدایت الکتریکی اندازهگیری شده در کاربریهای مختلف گزارش کردند در بین ویژگی های مورد مطالعه در اغلب کاربری ها بیشترین میزان تغییرپذیری مربوط به قابلیت هدایت الکتریکی می باشد. آنان مقدار ضریب تغییرات قابلیت هدایت الکتریکی را بین 26/95 تا 45/99 درصد گزارش کردند.
بررسی توزیع آماری مقادیر پهاش اندازهگیری شده در نقاط مختلف منطقه مورد مطالعه نشان داد که توزیع دادهها با مقادیر ضریب چولگی 0/88 و افراشتگی 0/46 به مقدار نسبتا اندکی از توزیع نرمال که لازمه تحلیلهای زمینآماری است انحراف دارد بنابراین برای انجام دقیق تر تحلیل زمینآماری، با اعمال تبدیل لگاریتمی توزیع دادهها تا حد امکان به توزیع نرمال نزدیک شد.
نتایج محاسبه و مدلسازی واریوگرام - تغییرنما - نشان داد مدل کروی با اثر قطعهای 0/0012، حد آستانه - سقف - 0/0049 و شعاع تاثیر حدود 42/3 متر بهترین مدل نظری برازش داده شده به تغییرنمای تجری محاسبه شده برای قابلیت هدایت الکتریکی در منطقه مورد نظر است - جدول 1 و شکل . - 2 شعاع - دامنه - تاثیر در واقع فاصلهای است که در آن تغییرنما به حداکثر مقدار ممکن - سقف - رسیده و ثابت می شود. نتایج نشان داد از نظر وسعت وابستگی مکانی، مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی در محدوده حدود 42 متر دارای وابستگی مکانی بوده و میتوان در این فاصله از روشهای زمینآماری برای تخمین قابلیت هدایت الکتریکی در نقاط اندازهگیری نشده استفاده نمود.
شی و همکاران - 2005 - با بررسی تغییرات مکانی قابلیت هدایت الکتریکی مزارع ساحلی شور در استان جیجیانگ چین مدل-های کروی با شعاع تاثیر 134 تا 169 متر را به عنوان مدل مناسب واریوگرام قابلیت هدایت الکتریکی گزارش کردند. بیشتر بودن شعاع تاثیر واریوگرام در تحقیق شی و همکاران - - 2005 در مقایسه با نتایج این تحقیق حاکی از وجود وابستگی مکانی قابلیت هدایت الکتریکی در وسعت بیشتر در مقایسه با تحقیق حاضر است که احتمالا به دلیل طبیعت ساحلی اراضی مورد مطالعه شی و همکاران - 2005 - مرتبط می باشد.
شکل -2 نیم تغییرنمای محاسبه شده و مدل کروی برازش داده شده به آن برای قابلیت هدایت الکتریکی در منطقه مورد مطالعه.
اثر قطعهای کمترین مقدار نیمتغییرنما - و نشاندهنده ناپیوستگی نیمتغییرنما در نزدیکی مبدا مختصات - و سقف - آستانه - حداکثر مقدار نیمتغییرنما میباشد. نتایج نشان داد حدود 24 درصد از تغییرات قابلیت هدایت الکتریکی در منطقه مورد مطالعه تصادفی و بدون ساختار مکانی است درحالی که حدود 76 درصد تغییرات دارای ساختکار مکانی می باشند. بنابراین بر اساس معیار ارائه شده توسط کامباردلا و همکاران - 1994 - نسبت اثر قطعه ای به سقف تغییرنما حدود 0/24 است که نشان می دهد بر اساس این معیار قابلیت هدایت الکتریکی در کلاس وابستگی مکانی قوی قرار می گیرد.
نتایج ارزیابی متقابل نشان داد روش کریجینگ معمولی با دقت نسبتا اندکی قادر است مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی را در نقاط اندازه-گیری نشده برآورد کند. به گونهای که مقادیر ضریب تبیین و خطای استاندارد حاصل از ترسیم مقادیر اندازهگیری شده در برابر مقادیر برآورد شده به ترتیب برابر با 0/02 و 0/59 می باشد
شکل -3 نتایج ارزیابی متقابل انجام شده جهت ارزیابی دقت مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی تخمین زده شده با روش کریجینگ معمولی در منطقه مورد مطالعه.
نقشه ترسیم شده با استفاده از مقادیر تخمین زده شده با روش کریجینگ معمولی در شکل 4 نشان داده شده است. همانگونه که نتایج نشان میدهد عمده تغییرات قابلیت هدایت الکتریکی در بخش شمال غربی و شرق منطقه مورد مطالعه مشاهده می شود و تغییرات در سایر مناطق تقریبا ناچیز و مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی یکسان می باشد.
