بخشی از مقاله
چکیده
شورهزایی یکی از عوامل مهم تخریب اراضی در مناطق خشک و نیمه خشک است. پایش وضعیت فرآیند شورهزایی به منظور پیشگیری و کاهش تخریب سرزمین در این مناطق بسیار حائز اهمیت میباشد، از طرفی مطالعه در این زمینه با استفاده از روشهای سنتی و عملیات میدانی فرآیندی دشوار و هزینهبر است. در حال حاضر استفاده از دادههای سنجش از دوری امکان ارزیابی دقیقتر و سریعتر فرآیند شورهزایی را فراهم نموده است.
در این راستا شاخصهای سنجش از دوری مختلفی جهت ارزیابی وضعیت شورهزایی ارائه گردیده است. هدف از این مطالعه ارزیابی وضعیت و تغییرات شورهزایی استان خراسان رضوی با استفاده از تکنیکهای سنجش از دوری میباشد.
به این منظور میزان شوری سطح خاک با استفاده از شاخص شوری SI، NDSI و BI برای سال 2013 و شاخص SI برای سال 2001، 2005، 2009 و 2013 برآورد گردید. سپس تغییرات مکانی و زمانی شوری در دورهی آماری 13 ساله مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج مطالعه نشاندهنده کاهش 26 درصدی سطوح تحت تاثیر شوری زیاد و افزایش 9 درصدی و 17 درصدی شوری متوسط و کم در استان خراسان رضوی بوده است.
مقدمه
شورهزایی یکی از عوامل موثر بر روند تخریب خاک و بیابانزایی است که در اثر فرآیندهای طبیعی و انسانی ایجاد شده و بواسطه کاهش پوشش گیاهی، بازده تولیدات کشاورزی و کیفیت آب و خاک موجب فرسایش و تخریب خاک میگردد.
فرآیند شورهزایی از طریق هوازدگی مواد مادری، فرسایش بادی، آبهای زیرزمینی و آبیاری اراضی با آب شور و روشهای نامناسب آبیاری ایجاد میگردد. از آنجاییکه تبخیر و تعرق یکی از فاکتورهای اقلیمی موثر در فرآیند شورهزایی است وقوع این پدیده در اقلیمهای خشک و نیمه خشک مخاطرهای قابل انتظار و پیشبینی است که تاثیرات زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی مهمی بر اکوسیستم خواهد داشت. به منظور مدیریت بهتر خاکهای تحت تاثیر شوری ابتدا بایستی وضعیت شوری خاک مورد ارزیابی و پایش قرار گیرد.
در مانیتورینگ شوری خاک ابتدا مناطق تجمع نمک شناسایی، سپس تغییرات زمانی و مکانی در این مناطق مورد بررسی قرار میگیرد. پایش وضعیت شوری خاک بطور مستقیم با استفاده از دادههای سنجش از دوری بواسطه خصوصیات نمایان در سطح خاک - وجود قشر نمک بر سطح خاک - 1] و [2 و بطور غیر مستقیم از معیارهایی مثل حضور پوشش گیاهی هالوفیت یا محصولات سازگار با شوری [3] امکانپذیر می-باشد
شناسایی و پهنهبندی خاکهای شور غالبا، به دلیل تغییرپذیری زمانی و مکانی آن امری دشوار است که عموما با استفاده از نمونههای خاک برداشت شده از منطقه، تجزیه و تحلیل نمونهها در آزمایشگاه و هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک - 1ECe - قابل ارزیابی است. در حالیکه روشهای سنتی ذکر شده برای ارزیابی وضعیت شوری در مقیاس منطقهای بسیار پیچیده، هزینهبر و زمانبر میباشند، در دو دهه اخیر تصاویر سنجش از دوری بخوبی قابلیت خود را در مانیتور کردن وضعیت شوری خاک در مقیاسهای مختلف نشان دادهاند
اما در صورت بالا بودن میزان رطوبت خاک و یا عدم وجود قشر نمک بر سطح خاک و ترکیب آن با ساختارهای دیگر خاک، دقت استفاده از روشهای سنجش از دوری به علت تاثیر عوامل مذکور در بازتاب طیفی از سطح خاک کاهش مییابد. هدف از مقاله حاضر، بررسی وضعیت شوری خاک با استفاده از سه شاخص شوری - SI2، NDSI3 و - BI4 و پایش تغییرات زمانی و مکانی شوری سطحی خاک با استفاده تصاویر ماهوارهای سنجنده مودیس ماهواره ترا و شاخص سنجش از دوری - SI - ارائه شده توسط خان و همکاران - 2005 - برای یک دورهی آماری 13 ساله - سالهای2001، 2005، 2009 و - 2013 در استان خراسان رضوی میباشد.
تابحال شاخصهای مختلفی برای شناسایی و تهیه نقشه شوری خاک با بکارگیری تصاویر ماهوارهای همانند شاخصهای پوشش گیاهی ارائه گردیده است، تحقیقات متعددی به منظور ارزیابی کارایی شاخصهای سنجش از دوری در پهنهبندی شوری خاک صورت گرفته است:
خان و همکاران - 2001 - معضلات و مشکلات پایش خاکهای شور را با استفاده از دادههای سنجنده LISS-II ماهواره IRS-1B وتوابع GIS-IDRISI در منطقه فیضلآباد - پاکستان - مورد بررسی قرار دادند. در این پژوهش کارایی شاخص های SI، NDSI، BI، 5NDVI و نسبت باند سه به چهار سنجنده LISS-II در پهنهبندی شوری خاک مورد ارزیابی قرار گرفت. کارایی شاخصهای مذکور در تفکیک مناطق تحت تاثیر شوری، به شدت وابسته به فصل مورد بررسی میباشد، بیشترین کارایی مربوط به فصل خشک March- - - April است اما در فصلهای مرطوب یا خیلی خشک - با درجه حرارت زیاد - کارایی این شاخصهای سنجش از دوری در تفکیک اراضی تحت تاثیر شوری نسبت به سایر کاربریها بویژه مناطق مسکونی به شدت کاهش مییابد .
عبدالقادر و بنی - 2010 - با استفاده از تصاویر سنجندههای MSS، TM و ETM+ ماهواره لندست، دادههای شوری اندازهگیری شده در منطقه و شاخصهای BI ، SI و NDSI تغییرات زمانی و مکانی شوری خاک را برای دورهی آماری 1972، 1990 و 2000 در دشت بین النهرین مورد بررسی قرار دادند. نتایج پژوهش ضریب همبستگی بالای میان مقادیر EC و طول موج مادون قرمز نزدیک را نشان داد، با افزایش میزان EC خاک تا بیش از ds.m-1 70 این ضریب همبستگی از 87 درصد به 95 درصد افزایش مییابد. همچنین شاخص BI، SI و NDSI بترتیب بیشترین همبستگی را با طول موج مادون قرمز نزدیک دارند و شاخصهای مناسبی برای شناسایی توزیع مکانی شوری خاک در منطقه مورد مطالعه میباشند
جبار و ژو - 2012 - با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی، تصاویر ماهوارهای سنجنده TM و ETM و شاخصهای سنجش از دوری NDSI، SI و NDVI روند شورهزایی را در استان بصره در یک دوره آماری 13 ساله مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان دهنده افزایش روند شورهزایی بویژه در مناطق زهکشی شده طی دوره آماری مورد بررسی بود
مهتا و همکاران - 2012 - سطوح مختلف شوری خاک و سطوح اشباع از آب را با استفاده از باندهای مرئی و حرارتی سنجنده ETM+ ماهواره لندست 7 و شاخصهای مختلف از جمله BI ، NDSI، SI، NDVI، 6WI ، 7VTCI و 8TVDI پهنهبندی و نقشه تخریب سرزمین منطقه اوتر پراداش هندوستان را با صحت 95 درصد و ضریب کاپا 0/94 تهیه نمودند. نتایج نشان داد که با استفاده از شاخص BI میتوان سطوح اشباع از آب، مناطق مسکونی و سطوح خاکی را از پوشش گیاهی و تودههای آبی جدا نمود و برای جداسازی سطوح اشباع از آب از مناطق مسکونی میتوان از شاخصهای VTCI و TVDI استفاده نمود. همچنین میتوان از شاخص SI و NDSI به ترتیب برای تفکیک مناطقی که تحت تاثیر شوری زیاد و کم هستند، استفاده نمود
آلبد و کومار - 2013 - پس از مروری بر معیارهای شوری به کار گرفته شده برای مانیتورینگ شوری خاک، مهمترین محدویتهای استفاده از تکنیک سنجش از دور را برای تهیه نقشه شوری خاک بویژه در مناطق خشک و نیمه خشک مورد بررسی قرار دادند. در حالیکه دادههای چند طیفی به سبب قدرت تفکیک زمانی و مکانی خود قابلیتهای محدودی در پهنهبندی شوری خاک دارند، تصاویر فراطیفی با تفکیک مکانی و زمانی مناسب خود امکان نقشهبرداری دقیقتر از وضعیت شوری خاک را فراهم میآورند. با توجه به اینکه بازتاب طیفی از سطح خاک تحت تاثیر محتویات رطوبتی، شوری، رنگ و زبری سطح خاک میباشد شاخصهای مختلف عملکرد متفاوتی در ارزیابی وضعیت شوری منطقه داشته بنابراین بایستی با توجه به شرایط منطقه مورد مطالعه مناسبترین شاخص جهت ارزیابی انتخاب گردد
نوروزی و همکاران - 2013 - با استفاده از دادههای هدایت الکتریکی خاک بدست آمده از 236 نقطه در دشت گرمسار اقدام به بررسی رابطهی همبستگی بین مقادیر هدایت الکتریکی با 27 متغیر بدست آمده از تصاویر ماهوارهای لندست - شاخصهای پوشش گیاهی، شوری، باندهای 1 تا 7 ماهواره، شاخص مولفههای اصلی و شاخص انتقال طیفی - نمودند. همه شاخصها همبستگی معنیداری در سطح یک درصد با ضریب هدایت الکتریکی خاک نشان دادند. نتایج بدست آمده نشان داد که کاربرد دادههای ماهوارهای روشی مناسب و کمهزینه برای برآورد شوری خاک سطحی میباشد
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه منطقه مورد مطالعه استان خراسانرضوی با وسعت 117769 کیلومترمربع در شمال شرقی کشور و از نظر موقعیت جغرافیایی بین طولهای 56 درجه و 19 دقیقه تا 61 درجه و 16 دقیقه شرقی و عرضهای 33 درجه و 52 دقیقه تا 37 درجه و 42 دقیقه عرض شمالی قرار گرفته است - شکل . - 1 متوسط بارندگی سالیانه بخش-های شمالی و شمال غربی استان بین 300 تا 400 میلیمتر و متوسط بارندگی مناطق جنوبی، شرقی و مرکزی استان تقریبا معادل 150 میلیمتر میباشد. براساس طبقهبندی اقلیمی دومارتن این استان جزء مناطق خشک و نیمه خشک کشور محسوب میگردد.
تهیه تصاویر ماهوارهای و استخراج شاخص طیفی در این پژوهش به منظور تهیه نقشه شوری سطحی خاک، ابتدا تصاویر ماهوارهای سنجنده مودیس ماهواره ترا - MOD13Q1 - برای ماه آگوست سال 2001، 2005، 2009 و 2013 تهیه گردید. این تصاویر دارای قدرت تفکیک مکانی و زمانی 250 متر و 30 روز و 12 باند طیفی میباشند. پس از تهیه موزاییک و برش تصاویر، با استفاده از نرمافزار ERDAS IMAGIN 2013 لایههای مورد نظر - باند قرمز، مادون قرمز نزدیک و آبی - تفکیک و با استفاده از رابطه 1، [5] 3 و [10] 2 میزان سه شاخص شوری SI، NDSI و BI در منطقه مورد نظر برای سال 2013 محاسبه گردید.
در این روابط BLUE، RED و NIR به ترتیب باند آبی - 6 - ، قرمز - 4 - و مادون قرمز نزدیک - 5 - تصاویر ماهوارهای مودیس می-باشند.
سپس میزان شاخص SI برای سالهای 2001، 2005 ، 2009 و 2013 با استفاده از رابطه 1 محاسبه و براساس طبقهبندی ارائه شده توسط مهتا و همکاران [8] میزان شوری سطحی خاک در سه کلاس شوری کم - <0/17 - ، شوری متوسط - 0/2-0/17 - و شوری زیاد - >0/2 - در محیط نرمافزار IDRISI طبقهبندی و نقشه طبقهبندی شده شوری خاک برای سالهای مذکور تهیه گردید. در مرحله بعد با استفاده از نرمافزار ERDAS IMAGIN 2013، تابع Image - Change Detection - Difference تغییرات مکانی و زمانی شوری خاک در بازهی زمانی 2013-2001 ارزیابی گردید.
نتایج و بحث
در این پژوهش سعی شد وضعیت کنونی و تغییرات زمانی و مکانی شوری سطحی خاک استان خراسان رضوی با استفاده از تصاویر ماهوارهای و تکنیکهای سنجش از دوری طی یک دورهی آماری 13 ساله مورد ارزیابی و بررسی قرار گیرد. در این راستا مقدار سه شاخص شوری SI، NDSI و BI با استفاده از روابط ذکر شده برای سالهای 2013 محاسبه گردید
شکل -2 نقشه شاخصBI استان خراسان رضوی سال 2013
شکل -3 نقشه شاخصSI استان خراسان رضوی سال 2013
