مقاله خاکشناسی رقومی روشی نوین در شناسایی منابع خاک

بخشی از مقاله

چکیده

نقشه هاي خاك یکی از مهمترین داده هاي پایه براي بسیاري از مطالعات و از جمله ارزیابی اراضی، تعیین درصد و حدود خاك هاي قابل بهره برداري و تفکیک آن از دیگر اراضی، شناسایی محل احداث پروژه هاي عمرانی، صنعتی، شهري، فضاي سبز و بالاخره تعیین پتانسیل تولیدات زیستی است. از این رو نقشه هاي خاك باید داراي قابلیت بروزرسانی و پاسخگویی به تحولات و نیاز هاي جدیدي که در این زمینه رخ می دهند باشند. نقشه هاي تهیه شده به روش هاي سنتی بسیار هزینه بر و وقت گیر می باشند و روز آمد کردن آنها نیازمند بازبینی مجدد داده هاي پایه می باشد و از طرف دیگر دقت و کیفیت این نقشه ها تا حد زیادي وابسته به سطح دانش کارشناسان و روش تهیه نقشه دارد که این موضوع موجب بروز ناهمگنی و تردید در دقت این نقشه ها می شود. از این رو روش هاي نوین نقشه برداري و تهیه نقشه هاي رقومی مختلفی به منظور رفع محدودیت هاي روش هاي سنتی توسط محققین ایجاد و توسعه یافته اند. برخی از این روش ها بر پایه روش هاي آماري بنا نهاده شده اند و بر خی دیگر بر پایه استنباط عوامل خاکسازي و تاثیر این عوامل بر نوع خاك تشکیل شده استوار می باشند. در این پژوهش انواع مختلف روش هاي تهیه نقشه هاي رقومی معرفی و مورد بررسی قرار گرفته است.

واژگان کلیدي: خاکشناسی رقومی، سنجش از دور و سامانه اطلاعات جرافیایی، تهیه نقشه خاك

-1 مقدمه

نقشه هاي خاك یکی از مهمترین داده هاي پایه براي بسیاري از مطالعات و از جمله ارزیابی اراضی، تعیین درصد و حدود خاك هاي قابل بهره برداري و تفکیک آن از دیگر اراضی، شناسایی محل احداث پروژه هاي عمرانی، صنعتی، شهري، فضاي سبز و بالاخره تعیین پتانسیل تولیدات زیستی است - علوي پناه و همکاران، . - 1387 از این رو نقشه هاي خاك باید داراي قابلیت بروزرسانی و پاسخگویی به تحولات و نیاز هاي جدیدي که در این زمینه رخ می دهند باشند. نقشه هاي تهیه شده به روش هاي سنتی بسیار هزینه بر و وقت گیر می باشند و روز آمد کردن آنها نیازمند بازبینی مجدد داده هاي پایه می باشد و از طرف دیگر دقت و کیفیت این نقشه ها تا حد زیادي وابسته به سطح دانش کارشناسان و روش تهیه نقشه دارد که این موضوع موجب بروز ناهمگنی و تردید در دقت این نقشه ها می شود، از این رو استفاده از روش هاي نوین نقشه برداري و تهیه نقشه هاي رقومی امري لازم و ضروري به نظر می رسد.

فناوري هاي نوین مانند سامانه اطلاعات جغرافیایی - GIS - ، منابع داده هاي رقومی مانند مدل رقومی ارتفاع - DEM - و اطلاعات دور سنجی امکاناتی هستند که قابلیت مدل سازي مکانی را فراهم می آورند. اصل کلی پذیرفته شده در بین خاکشناسان، می گوید مبانی علمی نقشه برداري خاك بر پایه قابل پیش بینی بودن توزیع خاك ها در سیماي سرزمین است،بنابر این روش هاي رقومی شناسایی خاك ها هم این اصل اساسی را مبناي شناسایی قرار داده اند، اما ممکن است در به کار گیري روش ها براي مدل کردن عوامل خاکسازي تفاوت داشته باشند - علوي پناه و همکاران، . - 1387پنج عامل اقلیم، موجودات زنده، ماده مادري، توپوگرافی و زمان به عنوان عوامل خاکسازي بیان شده اند - ینی، . - 1941Soil=f - cl,o,p,r.t -

مک برتنی و همکاران - - 2003، با اضافه نمودن دو فاکتور خاك - S - و فضا - -  نظریه هانس ینی را روز آمد نمودند.نوع و خصوصیات خاك تشکیل شده داراي ارتباط تنگاتنگی با عواملی محیطی می باشد. این ارتباط بین فاکتورهاي محیطی و تنوع خاك می تواند با استفاده از داده هاي دور سنجی و ابزار هاي سامانه ي اطلاعات جغرافیایی - GIS - جهت تولید نقشه هاي خاك مورد استفاده قرار گیرد - مک برتنی و همکاران، 2003، نیومن،2009، گنگ و همکاران، . - 2010 این عمل نقشه برداري رقومی خاك - گنگ و همکاران، - 2010 و همچنین نقشه برداري قابل پیش بینی خاك،استنباط خاك و یا نقشه برداري کمی خاك نیز نامیده می شود - اسکول و همکاران، . - 2003

نقشه برداري رقومی خاك می تواند به صورت ایجاد سیستم هاي اطلاعات مکانی خاك با استفاده از مدل هاي رقومی استنباط تغییرات مکانی و زمانی انواع خاك منتج از دانش حاصل از مشاهدات خاك و متغیر هاي محیطی مرتبط با خاك تعریف گردد - لاگاچري و مک برتنی، . - 2007 طیفی از متغیر هاي محیطی می توانند جهت پیش بینی نوع و خصوصیات خاك مورد استفاده قرار گیرند که در این میان پارامتر هاي مربوط به سطح زمین جزء کلیدي محسوب می گردند - مک برتنی و همکاران، . - 2003 در ادامه به بررسی برخی روش هاي پدومتري جهت تهیه نقشه هاي رقومی خاك خواهیم پرداخت.

.1-1 مدل ینی

اولین بار هانس ینی در سال 1941 مدلی را جهت بر آورد اطلاعات مکانی خاك ارائه نمود. این مدل که بیانگر عوامل تشکیل خاك است، به صورت S=f - cl, o, r, p, t - بیان شده است که در این مدل S بیان کننده ي خاك، cl اقلیم، o موجودات زنده، r پستی و بلندي، p ماده مادري و t زمان تشکیل خاك است - ینی، . - 1941 پس از ینی بسیاري از دانشمندان علوم خاك عوامل خاك ساز و اثرات آنها بر روي تشکیل خاك را مورد بررسی قرار دادند. جونز - 1973 - ، رابطه اي بین کربن، نیتروژن و رس را با بارندگی سالیانه و ارتفاع در غرب آفریقا با به کار گیري رگرسیون خطی و چند متغیره پیدا کرد. سیمونت - 1960 - ، یک رابطه ي تابع نمایی بین ترکیب کانی هاي خاك هاي تشکیل شده بر روي تشکیلات بازالتی در کوئیزلند و میزان بارندگی سالانه را ارائه کرد. نوي-مایر - - 1974 رابطه ي بین پوشش گیاهی و خاك را در استرالیا یافتند.

.2-1روشهاي همسایگی وجغرافیایی - یا صرفا مکانی - 1

از دهه ي 1960 نظر بسیاري بر این بوده است که خصوصیات خاك را می توان با درون یابی بین نقاط نمونه برداري شده و داراي مختصات مکانی برآورد نمود. این حالت، روش مکانی یا جغرافیایی براي بر آورد ویژگی هاي خاك نامیده می شود. به گونه دیگر این درون یابی مکانی را می توان قانون همسایگی نیز نامید، که ابتدا توسط لاگاچري - - 1992 بیان شد که متاثر از نظریه ي ترکیب خاك هاي فریدلند - - 1972 و کاربرد زمین آمار در علوم خاك توسط گیلتراپ - - 1977 است.بطور کلی میتوان در هر نقطهاي با مختصات y,x خاك یا خصوصیات خاك را تابعی از موقعیت جغرافیایی آن - y,x - و خصوصیات یا خاك نقاط یا موقعیتهاي همسایه آن دانست:منشاء این گونه بیانها اولا" نیاز به تخمین مکانی خصوصیات خاکها براي تولید نقشه خاك است و علت دیگر هم عدم قابلیت مدلهایی که صرفا" متکی بر فاکتورهاي خاکسازي است. زیرا متغیرهاي معرفی شده به آسانی قابل مطالعه و تخمین نیستند. این گونه روشهاي مکانی براي تخمینگري تماماً بر مبناي ژئواستاتیستیک و فرایندهاي آنالیز این روش متکی می باشند.

.1-2-1 روش هاي آماري

.1-1-2-1 کریجینگ

یک تکنیک و تخمینگر محلی و تصادفی است مشابه تخمینگر ترکیب کننده خطی معکوس فاصله براي برآورد مقادیر یک متغیر در نقاط نمونهبرداري نشده با استفاده از مقادیر آن متغیر در نقاط نمونهبرداري شده است، این تکنیک ابتدا توسط D.L. دي.ال. کریجینگ - - 1965 مهندس معدن آفریقاي جنوبی براي تخمین مقادیر عناصر معدنی بکار گرفته شد و سپس پروفسور ماترون - 1966 - آن را به صورت روابط کمی منتشر نمود.کلید اساسی در کریچینگ، سمی واریوگرام است که در واقع بررسی همبستگی مکانی - فضایی - بین دو نقطه است با این فرض که مقادیر یک متغیر در فواصل نزدیک بیشترین شباهت داشته و با افزایش فاصله از میزان مشابهت مقادیر آن متغیر کاسته میشود. کریجینگ انواعی دارد از جمله ,کریجینگ معمولی ,یونیورسال کریجینگ و کوکریجینگ.معادله کلی کریجینگ براي تخمین مقادیر یک متغیر بصورت زیر بیان میشود:

.2-1-2-1 کوکریجینگ

تمامی تخمینگرهاي آماري براي برآورد یک متغیر کارایی داشتند در حالی که این تخمینگر توانایی بکارگیري دو متغیر براي بهبود تخمینگري است. بعنوان نمونه اگر دو متغیر Z1 و Z2 را در نظر بگیریم همبستگی دو جانبه بین این دو متغیر براي برآورد مقادیر یک متغیر بصورت زیر بیان می شود:در کوکریجینگ علاوه بر مدل نمودن ساختار تغییرات مکانی متغیرهاي مورد نظر واریوگرام متغیرهاي اولیه و ثانویه بطور جداگانه و واریوگوم دو جانبه1 که بیانگر همبستگی مکانی بین دو متغیر اولیه و ثانویه است بایستی رسم شود، براي همان دو