بخشی از مقاله
چکیده
هدف از پژوهش حاضر بررسی و تهیه نقشه تغییرات مکانی برخی ویژگیهای خاک با استفاده از روشهای درونیابی در شرق استان گیلان بود. بدین منظور تعداد 50 نمونه خاک از عمق 30-0 سانتیمتری به طور تصادفی و با استفاده از دستگاه GPS از منطقه مورد مطالعه تهیه گردید. برای تجزیه خاک، نمونههای خاک برداشت شده پس از خشک شدن، از الک 2 میلیمتری عبور داده و پارامترهای مورد نظر اندازهگیری شد. برآورد مقدار متغیرهای مورد اندازهگیری با استفاده از روشهای کریجینگ معمولی، کریجینگ ساده، کریجینگ جهانی و IDW در محیط GIS بررسی شد. برای ارزیابی دقت روشهای فوق از پارامترهای آماری MS و RMSS استفاده گردید. بر اساس نتایج بهدست آمده روش کریجینگ معمولی به عنوان مناسبترین روش درونیابی برای تخمین متغیرهای مورد بررسی انتخاب گردید. همچنین بهترین مدل واریوگرام برازش داده شده برای ماده آلی، هدایت الکتریکی و شن، مدل کروی و برای رس و سیلت، مدل نمایی بود.
واژه های کلیدی: توزیع مکانی، درونیابی، سیستم اطلاعات جغرافیایی، مدل کروی
مقدمه
امروزه با رشد روز افزون جمعیت استفاده بهینه از منابع خاک و آب به منظور تولید مواد غذایی بسیار حائز اهمیت است.از جمله ویژگیهای مهم خاک که در کشت و تولید محصولات مختلف کشاورزی و مدیریت کشاورزی نقشی مهم ایفا میکند بافت خاک، شوری و مقدار ماده آلی خاک میباشد. محصولات مختلف برای رشد به بافتهای متفاوت نیازمند هستند. به عنوان مثال برنج در خاکهای سنگین بافت با قابلیت زهکشی پایین و چای و بادام زمینی به بافت متوسط تا سبک نیاز دارند. شوری خاک ممکن است سبب پخشیده شدن ذرات خاک و تخریب خاکدانهها شود یا با افزایش پتانسیل اسمزی قابلیت جذب آب توسط گیاه را کاهش دهد. نقشه شوری خاک با نمونهبرداری و اندازهگیری هدایت الکتریکی قابل بررسی میباشد . - Kazemi Poshtmasari et al., 2012 -
وجود ماده آلی در خاک سبب بهبود شرایط تهویه و حاصلخیزی میشود. با توجه به هزینهبر بودن و مشکل بودن نمونهبرداری و تهیه دادهها، جمعآوری دادهها برای تهیه نقشههای مورد نیاز کشاورزی دقیق مقرون به صرفه نخواهد بود. امروزه روشهای جدید نظیر درونیابی تا حدی سبب حل این مشکل شده و میتوان با جمعآوری دادههای کمتر نقشههایی با دقت منطقی تهیه کرد. تکنیک های درونیابی نظیر روش وزندهی عکس فاصله و کریجینگ بهطور گسترده در تحقیقات خاک استفاده میشود. برای به حداقل رساندن خطا در برآورد ویژگی مورد نظر از طریق درونیابی، از معیارهای ارزیابی و مقایسه روشهای درونیابی استفاده میشود - اسدی کپورچال و همکاران، . - 1395 تهیه نقشه ویژگیهای خاک نخستین گام مهم در راستای شناسایی مناطق مستعد کشاورزی محسوب میشود - سلیمانی ساردو و همکاران، . - 1395 کاظمی پشتمساری و همکاران - 2012 -
تخمینگر کریجینگ با مدل کروی و نمایی را به ترتیب برای ارزیابی pH و EC خاک منطقه مورد مطالعه واقع در گلستان دارای بیشترین دقت معرفی کردند. بوخیر و همکاران - 2010 - نیز کربن آلی خاک در نواحی جنوبی دانمارک را مورد بررسی قرار دادند و 1541 نمونه از خاک در عمق 10 تا 20 سانتیمتری برداشت و آنالیز شد. چونفا و همکاران - 2009 - با توجه به نقش کلیدی مواد آلی در سیستمهای تولید محصولات کشاورزی مطالعهای را برای برآورد مقدار ماده آلی خاک با استفاده از دادههای سنجش از دور در چین انجام دادند و پس از تهیه داده ها از طریق تصاویر ماهواره ای عمل درونیابی آنها را انجام داده و نقشه مقدار مواد آلی خاک را در منطقه مورد مطالعه شان ارائه دادند. نظر به اینکه مطالعه ویژگیهای خاک برای اعمال روشهای صحیح و بهینه مدیریت خاک و اراضی بسیار مهم میباشد هدف از مطالعه حاضر بررسی تغییر پذیری مکانی عوامل شوری، درصد ماده آلی و ذرات تشکیلدهنده خاک بر اساس روشهای درونیابی مختلف در محیط نرمافزار ArcGIS 10.3 و بررسی کارایی این روشها و در نهایت تهیه نقشه پراکنش آنها در بخشی از اراضی کشاورزی واقع در شرق استان گیلان میباشد.
مواد و روش ها
منطقه مورد مطالعه بخشی از اراضی کشاورزی واقع در شرق استان گیلان بوده که با استفاده از نقشه منطقه و دستگاه GPS تعداد 50 نمونه خاک بهطور کاملاً تصادفی از عمق 0 تا 30 سانتیمتری زمینهای مختلف تهیه شد. شکل 1 نمایی از موقعیت منطقه مورد مطالعه را نشان میدهد. برای تجزیه خاک، نمونههای برداشتشده پس از خشک شدن، از الک 2 میلیمتری عبور داده شد. از هر کدام از خاکهایی که به این ترتیب الک شده بودند، یک نمونه تهیه و برای انجام آزمایشهای مورد نظر به آزمایشگاه منتقل شد. تجزیههای آزمایشگاهی شامل اندازهگیری بافت خاک به روش هیدرومتری، هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک با استفاده از دستگاه هدایتسنج و ماده آلی به روش والکی-بلک - Klute , 1986 - بود.
بررسی چگونگی توزیع دادهها و دستیابی به اطلاعات آماری ویژگیهای مورد مطالعه شامل میانگین، میانه، حداقل، حداکثر، انحراف معیار، ضریب تغییرات، چولگی و کشیدگی با استفاده از نرمافزار SPSS ورژن 22 و Sigmaplot 12.0 انجام شد. نرمال بودن توزیع متغیرها نیز با استفاده از آزمون شاپیرو ویلک و کولموگروف-اسمیرنف بررسی شد. چنانچه سطح معنی داری در این آزمونها که در جدول با sig. نمایش داده میشود بیشتر از 0/05 باشد میتوان دادهها را با اطمینان بالایی نرمال فرض کرد. با توجه به چولگی دادهها نیز میتوان به این مسأله پی برد. در نهایت برای بررسی توزیع مکانی و پهنهبندی ویژگیهای مورد مطالعه از روشهای مختلف درونیابی شامل روش وزندهی فاصلهای معکوس و کریجینگ - ساده، معمولی و جهانی یا عمومی - در محیط ArcGIS 10.3 استفاده شد.
روش IDW از جمله روشهای درونیابی است که در آن برآورد بر اساس مقادیر نقاط نزدیک به نقطه برآورد که بنا بر عکس فاصله وزندهی میشوند، انجام میگیرد. بهعبارت دیگر، به نقاط نزدیک به نقطه برآورد وزن بیشتری داده میشود تا به نقاط دورتر و فاصله نقش عمده را در این روش دارد - محمدی، . - 1385 کریجینگ از روشهای زمینآمار بوده و یکی از تکنیکهای بسیار مناسب و پیشرفته برای تحلیل فضایی و توزیع منطقهای دادههای مکانی بوده و یک روش برآورد بهینه است که متغیرهای استفادهشده در آن تا حدودی تصادفی است و از تابع هندسی مشخصی تبعیت نمیکند. کریجینگ یک روش تخمین استوار بر منطق میانگین متحرک وزندار بوده که بهترین تخمینگر خطی نااریب با کمترین پراش تخمین بوده و اختلالات ناشی از تمرکز زیاد نقاط اندازهگیری را بهطور خودکار رفع میکند. از مهمترین ویژگیهای این روش آن است که به ازای هر تخمینی خطای مرتبط با آن قابل محاسبه است. بنابراین برای هر مقدار تخمین زده شده میتوان دامنه اطمینان آن تخمین را محاسبه کرد درحالیکه در روشهای کلاسیک چنین نبوده و روشهای تخمین کلاسیک قادر به درنظر گرفتن ساختار فضایی نیستند. در روش کریجینگ برای هر تخمینی، پراش تخمین که نشانگر گسترش توزیع خطای تخمین حول میانگین است قابل محاسبه است. در این روش مانند روش وزندهی معکوس فاصلهای - IDW - که در آن نزدیکی به نقاط نمونه بهعنوان وزن محسوب میشود، پراش فضایی یا واریانس فضایی تابعی از فاصله شناخته میشود و مقادیر مجهول با استفاده از مقادیر معلوم و یک نیم تغییرنما برآورد میشود - محمدی، . - 1385
نتایج و بحث
آمار توصیفی ویژگیهای مورد مطالعه خاک در جدول 1 نشان داده شده است. نتایج حاصل از تجزیههای فیزیکی و شیمیایی خاک نشان داد که کمترین و بیشترین مقدار شوری عصاره اشباع بین 0/08 تا 1/25 دسیزیمنس بر متر با مقدار متوسط 0/59 دسیزیمنس بر متر بوده است. دامنه تغییرات مقدار ماده آلی خاک نیز به ترتیب با کمینه 0/67 و بیشینه 3/53 متوسط 2/12 درصد بود. مقدار متوسط رس، سیلت و شن هم به ترتیب 10/45، 45 و 44/54 درصد بود. جدول 2 بیانگر نتایج حاصل از تست نرمالیته دادهها با استفاده از آزمون شاپیرو-ویلک و کولموگروف- اسمیرنف بوده و همانطور که مشخص است پراکنش دادهها دارای توزیع نرمال می باشد. مقادیر چولگی ارائه شده در جدول 1 برای خصوصیات مختلف هم که بین +1
-1 قرار گرفته است مؤید همین مطلب است. شکل 2 هیستوگرام دادههای نرمال را نشان میدهد.
