بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق با هدف تعیین شاخص کیفیت خاک در واحدهای کاربری اراضی در قسمتی از اراضی دشت قزوین اتجام شد. بدین منظور، 61 پروفیل بر اساس الگوی نمونهبرداری شبکهای منظم حفر و خصوصیات فیزیکی نمونههای جمع آوری شده اندازهگیری شدند. نقشه کاربری اراضی منطقه نیز بر اساس تصاویر لندست 7 و الگوریتم ماشین بردار پشتیبان به دست آمد.
ارزیابی صحت نقشه تهیه شده نشان داد که صحت کلی و ضریب کاپا به ترتیب 86/67 و 0/82 میباشد. در مرحله بعد شاخص کیقیت خاک بر اساس مدل ESA در هر واحد کاربری تعیین شد. نتایج نشان داد در واحدهای کاربری اراضی تحت کشت آبی، آیش1، آیش2، اراضی دیم و مرتع شاخص کیفیت خاک متوسط و در اراضی شور پایین میباشد. کیفیت پایین خاک در اراضی شور را می توان به بافت سنگین خاک و وضعیت نامناسب زهکشی خاک نسبت داد.
مقدمه
آگاهی از کیفیت خاک در اراضی کشاورزی و منابع طبیعی برای رسیدن به حداکثر تولید و پایداری محیط زیست به خصوص در کشورهای در حال توسعه ضروری میباشد. کیفیت خاک را میتوان ظرفیت دائم خاک در انجام وظایف خود به عنوان یک سیستم حیاتی زنده در داخل اکوسیستم و تحت بهرهبرداریهای متفاوت تعریف کرد. این سیستم حیاتی باید علاوه بر حفظ تولید بیولوژیک، کیفیت آب و هوا را نیز بهبود بخشد و تأمین کننده سلامت انسان، گیاه و حیوان باشد Obade 2016 - . - and Lal, کیفیت خاک از دو جزء تشکیل شده است:
کیفیت ذاتی خاک: که بر اثر فاکتورهای تشکیل خاک - خاکسازی - یعنی آب و هوا، توپوگرافی، پوشش گیاهی، مواد مادری و زمان حاصل میشوند و بیانگر پتانسیل ذاتی خاک در انجام یک عملکرد خاص میباشد و کیفیت دینامیک خاک: که تحت تأثیر چگونگی استفاده و مدیریت انسان است. اگر چه کیفیت خاک به طور مستقیم مورد ارزیابی قرار نمیگیرد، اما امروزه استفاده از شاخصهای کیفیت خاک کاربرد فراوانی پیدا کرده است
در این میان شاخصهای فیزیکی کیفیت خاک با توجه به تأثیر مستقیم بر روی رشد گیاه و ویژگیهای شیمیایی و زیستی خاک، از اهمیت به سزایی در برآورد کیفیت خاک برخوردارند - حبیبی و همکاران، . - 1394 ارزیابی کیفیت خاک و در نظر گرفتن تغییرات آن هنگام استفاده از زمین برای کاربریهای تعیین شده، پیش از بهرهبرداری از زمین ضروری است. استفاده از تصاویر ماهوارهای و سامانههای اطلاعات جغرافیایی به منظور استخراج اطلاعات مورد نیاز و تهیه نقشه شاخصهای خاک برای اتخاذ تصمیمهای بهینه، به جزء جدایی ناپذیر مدیریت پایدار اراضی تبدیل شدهاند.
کیفیت خاک در کاربریهای مختلف اراضی به دلیل تغییر در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، بیولوژی خاک و همچنین تخریب اراضی به وسیله انسان تغییر میکند، بنابر این با داشتن نقشه کاربری اراضی می توان شاخص کیفیت خاک را در هر واحد به دست آورد
ایمبرندا و همکاران - 2014 - از مدل - Environmentally Sensitive Areas - ESA برای تعیین شاخص کیفیت خاک در استفاده کردند، آنها از ماهواره MODIS برای تعیین شاخص پوشش گیاهی استفاده کردند و نتیجه گرفتند در مناطقی که مقادیر این شاخص بیشتر است کیفیت خاک نیز مطلوب میباشد.مدل ESA به عنوان یکی از روشهای ارزیابی بیابان زدایی میباشد. در این روش، چهار معیار شامل کیفیت خاک، کیفیت اقلیم، کیفیت پوشش گیاهی و کیفیت مدیریت مورد ارزیابی قرار میگیرند، که در این تحقیق از کیفیت خاک استفاده شده است.
حبیبی و همکاران - 1394 - برخی شاخصهای فیزیکی خاک را با استفاده از سنجش از دور در منطقه بافت استان کرمان مورد ارزیابی قرار دادند و از تصاویر ماهواره لندست 8 برای تهیه نقشه کاربری اراضی استفده کردند. و بیان داشتند که شاخص پایداری ساختمان خاک منطقه مورد مطالعه در محدوده تخریب قرار دارد و از نظر فراهم کردن آب قابل استفاده گیاه و گنجایش زراعی نسبی در حد مطلوب میباشد. هدف این پژوهش تهیه و تعیین شاخص کیفیت خاک با استفاده از مدل ESA در واحدهای کاربری اراضی با استفاده از سنجش از دور و GIS میباشد.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه بخشی از اراضی دشت قزوین میباشد که در محدودهی نصف النهارهای 50 16 ' 03" تا 50" 50 21' طول شرقی و مدارهای 35 59' 05" تا 36 08' 39" عرض شمالی قرار دارد. وسعت منطقه مورد مطالعه 16618 هکتار میباشد. ارتفاع دشت از سطح دریا 1150 متر در پایینترین نقطه و 1500 متر در بالاترین نقطه میباشد. شرایط آب و هوایی، نوع رسوبات و ترکیبات خاک شرایط مناسبی را برای کشت انواع محصولات کشاورزی در این دشت فراهم آورده است.
برای نمونهبرداری در این مرحله ابتدا موقعیت حفر 61 پروفیل بر اساس الگوی نمونهبرداری به صورت شبکه منظم بر روی تصاویر Google Earth مشخص با استفاده از GPS مکان دقیق نقاط نمونه برداری در صحرا تعیین و اقدام به حفر و تشریح پروفیلها گردید. و از افقهای پروفیلهای مورد نظر نمونهبرداری به عمل آمده و در نهایت 214 نمونه خاک تهیه شد و برای انجام آزمایشهای فیزیکی مختلف به آزمایشگاه منتقل شدند. جهت تهیه نقشه کاربری اراضی منطقه از داده های سنجنده ETM+ ماهواره لندست 7 مربوط به سال 2011 با قدرت تفکیک مکانی 15 متر و PAN ماهواره IRS مربوط به سال 2006 با قدرت تفکیک مکانی 6 متر استفاده شد. پس از انجام پردازش تصاویر ماهوارهای، نقشه کاربری اراضی منطقه، توسط الگوریتم ماشین بردار پشتیبان استخراج شد.
روش طبقهبندی ماشین بردار پشتیبان یا SVM توانایی بالایی در حداقل کردن خطای طبقهبندی دارد. برخلاف روشهای پارامتریک مثل روش بیشترین شباهت که بر اساس نحوه توزیع دادههای آموزشی مستقماًی و به صورت تجربی میزان خطای طبقهبندی نادرست را حداقل میکند، در روش SVM احتمال طبقهبندی غلط دادههای طبقهبندی نشده که از یک توزیع مشخص و نامعلوم تبعیت میکنند حداقل میشو. SVM یکی از روشهای طبقهبندی است که تحت تاثیر محدودیت دادههای آموزشی برای دادههای سنجش از دوری با ابعاد طیفی وسیع نیست. این روش به طور مستقیم از طریق یک فرآیند بهینه سازی به ایجاد سطح جداکننده - فراصفحه - بین کلاسهای طیفی میپردازد.
این سطح جداکننده با مرز بین کلاسها، با استفاده از دادههای آموزشی محدودی که نزدیکترین فاصله تا یک فراصفحه را دارند و به بردارهای پشتیبان معروف هستند مشخص میشود. برای تهیه نقشه کیفیت خاک از مدل ESA استفاده شد Cosmas 1999 - . - et al., این شاخص کیفیت بر اساس دو پارامتر مقاومت خاک به فرسایش و نفوذپذیری خاک، استفاده میشود.
این شاخص کیفیت میتواند با استفاده از خصوصیات خاک مانند: بافت خاک، زهکشی، عمق خاک، شیب، مواد مادری و درصد سنگریزه ارزیابی شود. هر یک از موارد فوق با استفاده از جدول 1 ارزیابی شده و با توجه به معادله 1 امتیاز شاخص خاک اندازهگیری شده و با استفاده از جدول 2 کلاس شاخص کیفیت خاک تعیین میشود. در نهایت لایه رستری شاخص کیفیت خاک با استفاده از نرم افزار ArcGIS 10 تهیه گردید.
جدول -1 عوامل مؤثر بر شاخص کیفیت خاک بر اساس مدل - ESA
جدول -2 کلاس شاخص کیفیت خاک بر اساس مدل - ESA
نتایج و بحث
پس از انجام پردازش تصاویر ماهوارهای، نقشه کاربری اراضی منطقه، توسط الگوریتم ماشین بردار پشتیبان انجام، و کلاسهای کاربری، اراضی کشاورزی آبی شامل اراضی تحت کشت آبی، آیش1، آیش2، بزرگراه، تپه اراضی دیم، کانال آب، مرتع، مناطق مسکونی، نیروگاه و اراضی شور استخراج گردید. شکل 1 نقشه کاربری اراضی منطقه مورد مطالعه توسط الگوریتم ماشین بردار پشتیبان نشان میدهد. ارزیابی صحت نقشه تهیه شده نشان داد که صحت کلی و ضریب کاپا به ترتیب 86/67 و 0/82 میباشد . اتوکی و بلشک - 2010 - نیز در مطالعهای که بر روی ارزیابی الگوریتمهای مختلف طبقهبندی در تهیه نقشه کاربری اراضی داشتند نتیجه گرفتند که الگوریتم ماشین بردار پشتیبان در مقایسه با الگوریتمهای بیشترین شباهت و درخت تصمیم دارای صحت بالاتری در تهیه نقشه کاربری اراضی میباشد.
