بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت ویژگی رطوبت ظرفیت زراعی در مسایل مربوط به مدیریت بهینهی آب و خاک، پژوهش حاضر به تخمین این ویژگی در واحدهای نقشهی ژئوفرم بخشی از اراضی منطقهی ساردوئیهی جیرفت با استفاده از اطلاعات روش سنتی نقشهبرداری خاک، روش کریجینگ، و ترکیب این دو شیوه در قالب یک تخمینگر واحد پرداخته است. پس از محاسبهی مقادیر تخمینی و واریانس خطای متغیر مطالعاتی با استفاده از تخمینگرهای مورد نظر، اعتبارسنجی آنها با استفاده از شاخصهای آماری ضریب تبیین - R2 - و جذر میانگین مربعات خطای نسبی - RMSE% - انجام گرفت.
نتایج نشان داد استفاده از نقشههای ژئوفرم - نقشههای سنتی خاک - هنوز بهعنوان یک ابزار کارآمد و مفید در شناسایی الگوی تغییرپذیری خاکها بایستی مد نظر قرار گیرد و هرگز نباید برچسب نوین بودن این روشها موجب رهاسازی شیوههای سنتی مطالعهی خاک گردد.
مقدمه
از آنجا که میزان رطوبت خاک، تابع خصوصیات فیزیکی خاک است که دارای تغییرات پیوستهی مکانی میباشند - Grego - et al., 2006، بنابراین بررسی تغییرات پیوسته و شناخت ساختار تغییرات مکانی این ویژگی در راستای اعمال مدیریت بهینه و برنامهریزی دقیقتر در زمینهی آبیاری، توجه برخی از پژوهشگران را به خود جلب نموده است.
از سوی دیگر، با توجه به مشکلات کمبود آب، راندمان مصرف آب در کشاورزی بهعنوان مهمترین مصرفکنندهی آب شیرین، باید تا حد ممکن افزایش پیدا نماید. بنابراین راهکارهای مدیریتی گوناگونی برای این منظور باید مورد بررسی قرار گیرند. یکی از مهمترین راهکارهای مدیریتی، برنامهریزی آبیاری میباشد. در اکثر روشهای برنامهریزی آبیاری، بررسی وضعیت رطوبت خاک، مهمترین عملی است که انجام میشود؛ زیرا در بازهی رطوبتی خشک تا اشباع، گیاه با حالات مختلفی از رطوبت مواجه است. در این بازه، نقاطی که از نظر کاربردی در برنامهریزی آبیاری اهمیت زیادی دارند، دو نقطهی ظرفیت زراعی و پژمردگی دایم میباشند
ظرفیت زراعی در تعیین میزان آب قابل دسترس گیاه - که از عوامل بسیار مهم در تعیین میزان آب آبیاری، تولید گیاه و مدیریت زراعی است - ، نقش اساسی داشته و همچنین یکی از مهمترین پارامترهای مدلهای آب، خاک، گیاه و اتمسفر میباشد
مفهوم ظرفیت زراعی اولین بار توسط ویشمایر و هندریکسون - 1931 - بهعنوان مقدار آبی معرفی شد که پس از زهکشی آب اضافی و کاهش اساسی حرکت رو به پایین آب، در خاک باقی میماند. با توجه به پیوسته بودن پدیدهی زهکشی، ظرفیت زراعی در تفسیری دقیقتر بر مبنای شار جریان، میزان آبی در نظر گرفته میشود که در آن تغییرات زهکشی ناچیز میشود. مسألهی مهمی که باید در رابطه با ظرفیت زراعی مد نظر گرفته شود این است که این ویژگی با فرایندهای دینامیکی خاک در ارتباط است و در تخمین آن باید این مهم مورد توجه قرار گیرد
در هر حال، تخمین درست مقدار رطوبت ظرفیت زراعی خاک، عامل مهمی در تعیین مقدار تقاضا برای توزیع و مدیریت بهینهی منابع آب در بخش کشاورزی محسوب میشود - مهبد و زند پارسا، - 1390 و میتواند در ارزیابی مناسب بودن یک زمین برای تولید محصول، مد نظر قرار گیرد
بنابراین، پژوهش حاضر به تخمین ظرفیت زراعی خاک در واحدهای نقشهی ژئوفرم - واحدهای ژئوپدولوژیک - بخشی از اراضی منطقهی ساردوئیهی جیرفت با استفاده از اطلاعات روش سنتی نقشهبرداری خاک، روش کریجینگ و ترکیب این دو شیوه در قالب یک تخمینگر واحد پرداخته است و نتایج آنها را با همدیگر مقایسه نموده است.
مواد و روشها
قسمتی از اراضی مرتعی بخش ساردوئیهی شهرستان جیرفت واقع در حد فاصل طولهای جغرافیایی 57 درجه و 17 دقیقه تا 57 درجه و 20 دقیقهی شرقی و عرضهای جغرافیایی 29 درجه و 11 دقیقه تا 29 درجه و 15 دقیقهی شمالی با مساحتی حدود 610 هکتار برای این پژوهش انتخاب گردید. میانگین دما و بارندگی سالیانهی این منطقه، به ترتیب 12/4 درجهی سلسیوس و 261/6 میلیمتر میباشد و سیمای اراضی غالب آن از نوع دامنه با متوسط شیب حدود 8 درصد است.
پس از تهیهی عکسهای هوایی - 1:20000 - ، نقشهی توپوگرافی - 1:25000 - و نقشهی زمینشناسی - 1:100000 - منطقهی مطالعاتی، انواع ژئوفرمهای موجود در منطقه - نقشهی ژئوفرم منطقه - بر اساس راهنمای سلسله مراتبی ارایهشده توسط زینک - - 1989 ترسیم شد. سپس با بهرهگیری از نرمافزار ایلویس، موقعیت 150 نقطهی مشاهداتی - با میانگین فاصلهی 200 متر - در این ژئوفرمها در قالب یک الگوی نمونهبرداری تصادفی طبقهبندیشده طراحی گردید.
پس از آن، موقعیت هر یک از نقاط مشاهداتی با استفاده از سامانهی موقعیتیاب جهانی در صحرا مشخص شد. سپس از خاک سطحی - عمق صفر تا 30 سانتیمتری - هر نقطهی مشاهداتی با استفاده از مته نمونهبرداری انجام گرفت. پس از هواخشک نمودن نمونههای برداشتشده و عبور آنها از الک دو میلیمتری، مقدار نگهداشت آب در حالت ظرفیت مزرعه با استفاده از دستگاه صفحهی فشاری اندازهگیری شد.
مطالعات زمینآماری این پژوهش در قالب دو مرحلهی واریوگرافی - با استفاده از تابع واریوگرام - و تخمین - با کاربرد تخمینگر کریجینگ معمولی - انجام گرفت - Goovaerts, 1999 - و پس از آن، واریانس خطای تخمین محاسبه شد.
فرض اساسی در استفاده از نقشهی ژئوفرم، آن است که این نقشه اقدام به تفکیک خاکهای منطقهی مورد نظر به تعداد محدودی واحد همگن میکند. بنابراین، ارزش عددی یک خصوصیت خاک در یک محدودهی معین، برابر با مقدار میانگین آن خصوصیت در واحد مورد نظر بهعلاوهی مؤلفهی تصادفی باقیماندهها است. در چنین شرایطی، واریانس خطای تخمین نقشهی ژئوفرم از طریق رابطهی زیر محاسبه شد:
که S w و N به ترتیب بیانگر واریانس درونواحدی و تعداد کل نقاط مشاهداتی میباشند.
تخمینهای ترکیبی نقشهی ژئوفرم - کریجینگ، با استفاده از روش وزندهی ارایهشده توسط هاولینک و بیرکنز - - 1992 انجام گرفت. بدین ترتیب، مقدار مورد تخمین - Z* - از ترکیب خطی وزندار شدهی حاصل از تخمین نقشهی ژئوفرم - - Z و تخمین کریجینگ - - Z مطابق معادلهی زیر بهدست آمد:
در این معادلهها، 2 S و 2 K به ترتیب، واریانس خطای تخمین توسط نقشهی ژئوفرم و تخمینگر کریجینگ در محلهای مورد نظر میباشند. SK عبارت از ضریب همبستگی بین خطاهای تخمین بهوسیلهی دو تخمینگر نقشهی ژئوفرم و کریجینگ است. این ضریب همبستگی با استفاده از تفاوت بین مقادیر برآوردشده و واقعی محاسبه میشود.
در نهایت، با توجه به مقادیر مشاهدهشده - واقعی - و مقادیر برآوردشده - تخمینی - و با استفاده از شاخصهای آماری ضریب تبیین - - R و جذر میانگین مربع خطای نسبی - RMSE% - صحت تخمینها محاسبه شد.
نتایج و بحث
مدل برازشیافته بههمراه اجزای مربوط به واریوگرام ظرفیت زراعی - شامل دامنه، حد آستانه و اثر قطعهای - در جدول 1 ارایه شدهاند. توجه به مقادیر واریانس قطعهای، حد آستانه و دامنهی واریوگرامها در این جدول، حاکی از وجود تفاوت در وابستگیهای مکانی ظرفیت زراعی خاک میباشد. با این وجود، شدت و درجهی وابستگی مکانی یک متغیر ناحیهای را میتوان از تقسیم اثر قطعهای به حد آستانهی کل بهدست آورد که گاهی بهصورت درصد بیان میگردد.
اگر نسبت مذکور کمتر از 25 درصد باشد متغیر دارای کلاس وابستگی مکانی قوی و در صورتیکه این نسبت بین 25 تا 75 درصد باشد کلاس وابستگی مکانی متغیر مورد نظر متوسط میباشد. اگر نسبت مزبور بیش از 75 درصد باشد کلاس وابستگی مکانی ضعیف خواهد بود . - Cambardella et al., 1994 - بر این اساس، ساختار مکانی متغیر مورد مطالعه از نوع متوسط بود. بهطور کلی، وابستگی مکانی قوی را میتوان به خصوصیات ذاتی خاک - مانند مادهی مادری - و وابستگی مکانی ضعیف را میتوان به تأثیر عوامل خارجی - مانند مدیریت - نسبت داد
جدول -1 مدل واریوگرامی و ویژگیهای میانیابی متغیر مورد مطالعه
جدول -2 آمارههای اعتبارسنجی روشهای مختلف تخمین متغیر مورد مطالعه
نگاهی به اطلاعات جدول 2 حاکی از این موضوع است که مقدار RMSE% محاسبهشده برای ظرفیت زراعی توسط تخمینگر کریجینگ، بیشتر از تخمینگر نقشهی ژئوفرم است. دلیل احتمالی این موضوع را میتوان در مقدار نسبت همبستگی مکانی محاسبهشده برای این ویژگی - جدول - 1 جستوجو نمود. بنابراین، میتوان اظهار داشت که برخلاف ظهور روشهای نوین - بهویژه در رابطه با تخمین ویژگیهای خاک - ، استفاده از نقشههای ژئوفرم - نقشههای سنتی خاک - هنوز بهعنوان یک ابزار کارآمد و مفید در شناسایی الگوی تغییرپذیری خاکها بایستی مد نظر قرار گیرد و هرگز نباید برچسب نوین بودن این روشها موجب رهاسازی شیوههای سنتی مطالعهی خاک گردد.
کلکلی و همکاران - 1393 - بیان مینمایند که امروزه از دو روش سنتی و نوین - زمینآماری - برای تهیهی نقشههای خاک استفاده میشود که اقبال به سمت روشهای زمینآماری بیشتر از شیوهی سنتی است؛ تا حدی که بسیاری از پژوهشگران، استفاده از تکنیک زمینآمار را حتی با فواصل نمونهبرداری یا مساحتهای زیاد، به روش سنتی ترجیح میدهند . ایشان همچنین اظهار داشتند که نقشههای کریجینگ ویژگیهای خاکهای منطقهی جیرفت اگرچه تغییرات را بهصورت پیوسته و هماهنگ با تغییرات فرآیندهای ژئومرفیک نشان دادند؛ ولی تغییرات بین واحدها که در طبیعت بهسادگی و بهویژه در مرز واحدها قابل تشخیص هستند توسط روش زمینآمار آشکار نشده بودند.
