بخشی از مقاله
چکیده
ظرفیت تبادل کاتیونی از مهمترین خصوصیات شیمیایی خاک است که اندازهگیری مستقیم آن با دشواری همراه است. از اینرو هدف این مطالعه، توسعه توابع انتقالی به عنوان روش غیرمستقیم برآورد CEC در خاکهای دشت مرودشت میباشد. در این راستا، 77 نمونه خاک جمعآوری و چگالی واقعی، اسیدیته، اجزای بافت خاک، ماده آلی، درصد اشباع و CEC اندازهگیری شد. دادهها به 2 دسته 54تایی جهت توسعه و 25تایی جهت اعتبارسنجی مدلهای رگرسیون خطی تقسیم شدند.
دقت پیشبینی مدلها با خطوط 1:1 و آمارههای R2، RMSE و ME ارزیابی شد. نتایج نشان داد که تابع انتقالی توسعهیافته براساس ماده آلی، به سبب داشتن بالاترین همبستگی - r=0/64 * - ، بهترین تخمین ME=0/705 - CEC و - RMSE=3/90 را ارائه میدهد؛ در حالیکه علیرغم همبستگی مثبت رس - - r=0/33*، ارتباط آن با CEC احتمالا غیرخطی و غیرقابل تشخیص با رگرسیون خطی میباشد و مدل توسعهیافته براساس آن کمبرازشی - ME=-20/4 - و خطای بالا - RMSE=21 - در تخمین نشان میدهد.
مقدمه
ظرفیت تبادل کاتیونی - CEC - برابر با مقدار کل کاتیونهای قابل تبادلی است که در یک pH مشخص، در واحد وزن خاک نگهداری میشود . - Seybold et al.,2005 - گنجایش تبادل کاتیونی از جمله مهمترین خصوصیات شیمیایی خاک است که نقشی تعیینکننده در حاصلخیزی خاک - به واسطهی جذب و رهاسازی آب و مواد غذایی گیاه - ، مدیریت آلودگی خاک - به واسطهی تعیین خطر بالقوهی فلزات سنگین و برخی آلایندههای آلی کاتیونی - و کیفیت و بهرهوری خاک1 دارد - میرخانی و همکاران، 1384؛ معماریانفرد و بیگی هرچگانی، 1388؛ هزارجریبی و همکاران، 1392؛ استواری و همکاران، - 1394 که خود متأثر از رس، ماده آلی و به میزان کمتری تحت تاثیر سیلت خاک میباشد Martel et al., 1978 - ؛ . - Manrique et al., 1991 لازم به ذکر است که از پارامتر CEC، در اکثر مدلهای محیط زیستی و خاک به عنوان یک ورودی استفاده میشود - Keller . - et al., 2001
اندازهگیری CEC یک روند زمانبر و پرهزینه است؛ از اینرو محاسبهی چنین ویژگیهایی - ویژگیهای سختیافت خاک - 2 با استفاده از روابط رگرسیونی و خصوصیات زودیافت خاک3، تحت عنوان توابع انتقالی خاک - Schaap, 2004 - - 37 - V - 4، نخستین بار توسط - Keller et al., 2001 - Bouma معرفی گردید؛ یک تابع انتقالی پارامتریک معمولا یک رابطه بین متغیر وابسته - [ - و متغیرهای مستقل - < - است.
McBeatney et al., 2002 - در سالهای گذشته، توابع انتقالی متعددی به منظور برآورد CEC با استفاده از ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی پایهای خاک ارائه شده است و در اکثر توابع انتقالی معرفی شده، CEC، تابعای خطی از ماده آلی و مقدار رس است Keller et al., 2001 - ؛ Horn et al., 2005؛ مهربانیان و همکاران، - 1389؛ به عنوان مثال، کریمیان - 1375 - ، در مطالعهی 150 نمونه خاک آهکی استان فارس، سهم مواد آلی، رس و ظرفیت تبادل کاتیونی را پس از اکسایش مواد آلی با آب اکسیژنه به طور مسقیم اندازهگیری کرد؛ همچنین، وی معادلات رگرسیونی چند متغیرهای توسعه داد و سهم رس و مواد آلی را بر ظرفیت تبادل کاتیونی محاسبه نمود.
همچنین مهربانیان و همکاران - 1389 - در مطالعهی بررسی کارایی توابع انتقالی در تخمین CEC خاکهای گچی و آهکی استان یزد، از دو مدل رگرسیون چند متغیره و شبکهی عصبی مصنوعی با دو متغیر ورودی، اجزاء بافت خاک و کربن آلی، استفاده کردند و نتایج آنها نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی با RMSE=1/04 و R2=0/97 کارایی بالاتری نسبت به رگرسیون پایه دارد که علت آن به وجود روابط غیرخطی احتمالی میان متغیر وابسته و پیشبینیشونده نسبت داده شد.
در مطالعهای که استواری و همکاران - 1394 - در راستای ارزیابی روشهای رگرسیون درختی و خطی چندگانه در برآورد CEC، انجام دادند از ویژگیهای اجزاء بافت خاک، pH، ماده آلی و چگالی ظاهری در 106 نمونه خاک UNSODA5 استفاده شد. یافتههای پژوهش آنها نشان داد که در تابع انتقالی برآورد CEC با استفاده از روش رگرسیونی، تنها ضرایب ماده آلی - 3/183 - و درصد رس - 0/274 - ، که دارای بیشترین ضریب همبستگی با ظرفیت تبادل کاتیونی است، معنیدار شده و مدل رگرسیونی براساس این دو پارامتر توسعه یافته است. آنها گزارش کردند که از میان روشهای رگرسیون خطی، مدل پیشنهادی کارایی بالاتری نسبت به مدلهای بل و ونکولن و بروسما و همکاران دارد.
با توجه به اهمیت اطلاع از ظرفیت تبادل کاتیونی خاک به عنوان فاکتور بیانگر وضعیت حاصلخیزی خاک و دشواریهای اندازهگیری مستقیم آن از یک سو و نقش مهم دشت مرودشت در بخش کشاورزی از سوی دیگر، اهمیت کاربرد روشهای غیرمستقیم اندازهگیری گنجایش تبادل کاتیونی را در این منطقهی حاصلخیز بیش از پیش افزایش میدهد. لذا هدف از این مطالعه توسعه تابع انتقالی برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی به عنوان روش غیرمستقیم اندازهگیری در خاکهای دشت مرودشت میباشد.
مواد و روشها
در مطالعهی حاضر، از سه دشت، دشتک و درودزن، مائین- بیدگل و دشتبال و لانهطاووس در محدوده شهرستان مرودشت - با طولهای جغرافیایی 15 و52° تا 27 و53° شرقی و عرضهای 19 و29° تا 25 و30° شمالی در حوضه آبریز بختگان - نمونهبرداری صورت گرفت. تعداد کل 77 نمونه از عمق سطحی 0-30 سانتیمتر به طور تصادفی جمعآوری گردید. در ابتدا خاکها هوا خشک شد و از الک 2 میلیمتری عبود داده شدند. خصوصیات اندازهگیری شده خاک در این مطالعه شامل اسیدیته با استفاده از دستگاه pH متر، بافت خاک به روش هیدرومتری، درصد رطوبت اشباع - SP - 6، مواد آلی به روش اکسیداسیون تر و ظرفیت تبادل کاتیونی با روش جایگزینی با آمونیوم اندازهگیری شد. دامنه مقادیر خصوصیات اندازهگیری شده در جدول - 1 - ارائه شده است.
دادهها به دو دسته 52تایی با نام دادههای صحتسنجی، برای توسعه مدل رگرسیون و 25تایی برای اعتبارسنجی مدل رگرسیونی استفاده شد. دادههای دسته دوم به صورت تصادفی انتخاب شدند. جهت ارزیابی مدل رگرسیونی از خطوط 1:1 استفاده شد. علاوه بر آن از آمارههای ارزیابی ضریب تعیین - - R2، میانگین خطا - ME - میانگین مربعات خطا - RMSE - جهت بررسی آزمون صحت و اعتبارسنجی توابع رگرسیون چندگانه استفاده گردید.
نتایج و بحث
دقت در دادههای جدول - 1 - نشان میدهد که مقدار میانگین و میانه متغیرها به هم نزدیک بوده که خود دال بر نرمال بودن دادهها است. در بین اجزای بافت خاک، سیلت با میانگین 51/28 درصد بیشترین و شن با میانگین 17/25 درصد کمترین مقدار را در اجزای بافت خاک دارد. مقادیر بیشینهی سیلت، رس و شن به ترتیب 84/5، 72 و 68/3 است. در دادههای صحت سنجی، مقدار pH، از 7/20 تا 8/48 متغیر است؛ میانگین مقدار ماده آلی 1/683 درصد و از در محدودهی 0/281-5/37 متغیر است. میانگین ظرفیت تبادل کاتیونی 26/5 میلیاکیوالان بر صد گرم خاک است که از 15/29 تا 43/69 متغیر است.
همبستگی ظرفیت تبادل کاتیونی با پارامترهای چگالی واقعی، اجزای بافت خاک - درصد رس، سیلت و شن - ، pH، درصد رطوبت اشباع و درصد مادهآلی خاکهای مورد مطالعه در جدول - 2 - آمده است. نتایج بررسی همبستگی ظرفیت تبادل کاتیونی با ویژگیهای خاک نشان داد که CEC با ماده آلی - r 0/64 - ، درصد رس - r 0/33 - همبستگی مستقیم و با چگالی واقعی - r= -0/29 - همبستگی معکوس و معنیدار در سطح 5 درصد دارد؛ درحالیکه ظرفیت تبادل کاتیونی با دیگر پارامترها رابطه معنیداری نداشت.
