-157039191917

5475664-442066

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال سوم، شماره دوم، زمستان 1392

ارزیابی توابع انتقالی طیفی و توابع انتقالی خاك در پیش بینی نگهداشت آب در خاك

ابراهیم بابائیان1، مهدي همایی2* و علی اکبر نوروزي3

دانشجوي دکتري؛ گروه خاك شناسی؛ دانشکده کشاورزي؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ تهران؛ 3360-14115؛ ایران
استاد؛ گروه خاکشناسی؛ دانشکده کشاورزي؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ تهران؛ 3360- 14115؛ ایران
[email protected] :نویسنده مسئول مکاتبات*
استادیار پژوهشی؛ پژوهشکده حفاظت خاك و آبخیزداري؛ تهران؛ایران

تاریخ دریافت:06/06/1392 تاریخ پذیرش: 28/09/1392

چکیده
ویژگی هاي هیدرولیکی خاك اثري مهم بر جریان آب ،انتقال املاح و گازها در محیط خاك داشته و اهمیتی بسیاردرمطالعات هیدرولوژیک دارند. اگرچه اخیراً اطلاعات طیفی خاك در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی به عنوان روشی کمهزینه، سریع و غیرمخرب در تخمین ویژگی هاي مبنایی خاك مورد استفاده قرار گرفته، لیکن مطالعات بسیار اندکی در مورد برآورد ویژگی هاي هیدرولیکی خاك به کمک داده هاي طیفی خاك صورت گرفته است. هدف از این پژوهش، ارزیابی عملکرد داده هاي طیفی خاك در مقایسه با ویژگی هاي مبنایی خاك به عنوان متغیرهاي ورودي توابع انتقالی در مطالعه وضعیت نگهداشت آب در خاك بود. بدین منظور، تعداد 174 نمونه خاك جمع آوري و منحنی هاي بازتاب طیفی آنها در گستره 2500-350 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر زمینی اندازه گیري شد. برخی ویژگی هاي فیزیکی خاك به همراه مقادیر رطوبت در پتانسیلهاي ماتریک 330-، 1000- ، 3000-، 5000-، 10000- و 15000- سانتی متر به روش صفحات فشاري اندازه گیري شد. چهار سناریو شامل توابع انتقالی طیفی( STFs)، توابع انتقالی خاك( PTFs)، توابع انتقالی مرکب( SPTFs) و توابع انتقالیRosetta مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. بر پایه نتایج به دست آمده، همبستگی بالا و معنی داري در سطح 1 درصد بین ویژگی هاي مبنایی و هیدرولیکی خاك با مقادیر بازتاب طیفی به ویژه در گستره مادون قرمز میانی مشاهده شد. STFs در مقایسه با دیگر توابع انتقالی، دقت بیشتري( 011/0=RMSR سانتی متر مکعب بر سانتی متر مکعب ،60/0>2R) در برآورد رطوبت خاك در همه مکش ها به ویژه در بخش میانی و انتهاي خشک منحنی رطوبتی داشت. از طرفی ،SPTFs و PTFs دقت تقریباً یکسانی داشتند، با این تفاوت که در انتهاي مرطوب منحنی رطوبتی( 330- و 1000- سانتی متر) ،PTFs برآورد هاي نسبتاً بهتري ارایه کردند. تخمین هاي Rosetta در مقایسه با سه تابع انتقالی دیگر، دقتی کمتر در همه مکش ها به ویژه در انتهاي مرطوب منحنی رطوبتی داشتند. به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد داده هاي طیفی خاك می توانند به عنوان روشی غیرمستقیم در مطالعه وضعیت نگهداشت آب در خاك مورد استفاده قرار گیرند .

کلید واژه ها: بازتاب طیفی خاك؛ رگرسیون مرحلهاي چندگانه؛ منحنی حذف پیوستار؛ Rosetta

مقدمه
ویژگ ی ه اي هی درولیکی غیراش باع خ اك اهمی تبسیاري در شبیه سـازي و پـیش بینـی حرکـت آب، انتقـالاملاح، انتقـال گرمـا و گازهـا در محـیط خـاك دارنـد. ازآنجاکه ویژگی هاي هیدرولیکی خاك به عنوان پارامترهاي ورودي مهم بسـیاري از مـدل هـاي هیـدرولوژیک مطـرحهستند، دقت و صحت این ویژگیها اثر قابل تـوجهی بـرنتایج مدلها خواهد داشت. استفاده از روشهاي مسـتقیمو درجا به ویژه در سطوح وسیع بهدلیل صرف هزینه زیاد و زمانبر بودن، توجیهپذیر نیستند. از اینرو تـ لاشهـايبسیاري در گذشته به عمل آمده است تا بتوان روشهـايکمهزینه، سریع و در عین حال دقیقی را جایگزین روش-هاي مستقیم نمود. یکـی از ایـن روشهـا، توابـع انتقـالیخ اك( PTFs) اســت کــه در آن از روي ویژگــی هــاي زودیافت خاك (به ویژه توزیع اندازه ذرات خـاك، جـرمویژه ظاهري وکربن آلی) اقـدام بـه بـرآورد ویژگـیهـايهیدرولیکی خاك میشود. در سه دهـه گذشـته مطالعـاتبسیاري در زمینه اشتقاق و توسعه توابع انتقـالی خـاك درسطح دنیا و ایران انجام شـده اسـت( ,.Vereecken et al ;2001 ,1998 ,.; Schaap et al2010 ,1992 ,1990 ,1989 ;2002Jarvis et al., 2002; Rawls and Pachepsky,
Pachepsky et al., 2004, 2006; Jana et al., 2007;
2011 ,.Weynants et al., 2009; Khodaverdiloo et al، خداورديلو و همایی ،1381؛ قربـانی دشـتکی و همـایی،1381، 1383، 1386؛ نوابیان و همکاران ،1382؛ فرخیـانفیـروزي و همـایی ،1383، 1384؛ مطلبـی و همک اران ،
.(1389 ،1387
بررسیهاي بهعمل آمده در مورد غالب توابع انتقـالیخاك نشان میدهد بهرغم توسعه روشهـاي مـدلسـازي(همچون شـبکه هـاي عصـبی،k -نزدیـک تـرین همسـایه،روشهاي مونتکارلو و بیزین و رگرسیون درختی)، هنوز توابع انتقالی با محدویتهایی همچون وابستگی به نـوع ومیزان دقت روشهاي اندازهگیري، وابستگی به میزان دقت آزمایشـگر، ع دم درنظ ر گ رفتن ویژگ ی ه ایی همچ ون ساختمان و مینرالوژي رس، وابستگی زمانی توابع بهدلیـلوجود اثرات فرسایش و شخم، عدم کارایی بالا در دیگـرمناطق، عدم وجود اطلاعات جـانبی و تکمیلـی در مـورد شرایطی که در آن نمونهبـرداري خـاك انجـام شـده و یـا
وض عیت پوش ش گی اهی و س طح زم ین مواج ه اس ت
.(Vereecken et al., 2010)

ط ی دو ده ه گذش ته، از اطلاع ات طیف ی خ اك در گستره مرئی، مادون قرمـز نزدیـک و میـانی( 2500-350 نانومتر) به عنوان روشی سریع و کمهزینه بهمنظور برآورد برخی ویژگیهاي خاك همچون توزیع اندازه ذرات خاك (Gomez et al., 2008; Lagacherie et al., 2008; Janik
مقــدار آهــک ،(et al., 2009; Lopez et al., 2013
کربن ،(Lagacherie et al., 2008; Gomez et al., 2008)
آلـی ( 2013 ,.pH ،(Nocita et al., 2013; Lopez et al (2010Viscarra Rossel and Behrens, ) و ظرفیت تبادل کـاتیونی ( 2010 ,.Janik et al., 2009; Savvides et al) استفاده شده است. همچنین، روشهاي متنوع مدلسـازيشــامل رگرســیون حــداقل مربعــات جزئــی( PLSR) (2010Viscarra Rossel and Behrens, )، ش بکهه اي عصبی( Daniel et al., 2003) (NN)، رگرسیون مؤلفههاي اصلی( Chang et al., 2001) (PCR) و رگرسیون خطی و غیرخط ی( Dalal and Henry, 1986) (MLR) نی ز در تلفیق با اطلاعات طیفی مورد استفاده قرار گرفته است. بـااین وجود، مطالعات بسیار اندکی در مورد برآورد ویژگی-هاي هیدرولیکی خاك با استفاده از اطلاعات طیفی خـاكانج ام ش ده اس ت. ب ه عن وان مث ال ،Janik و همک اران (2007) از اطلاعات طیفی خاك در گسـتره مـادون قرمـزدور( 25000-2500 نانومتر) و روش PLSR براي برآورد مقـ دار رطوبـ ت خـ اك در مکـ شهـ اي 10 و 1500 کیلوپاسکال استفاده کردند. در پژوهشی مشابه ،Minasny و همکاران( 2008) از دادههاي طیفی مادون قرمز دور در تلفیق با روش PLSR، مقدار رطوبت خاك را در مکـش -هاي 1، 10،300 و 1500 کیلوپاسکال برآورد کردنـد. بـراساس نتایج آنها، تخمینهـا در مکـش 1500 کیوپاسـکالدقت بالاتري( 05/0=RMSE سانتیمتر مکعب بر سانتیمتر مکعب ،51/0=2R) در مقایسـه بـا مکـش 10 کیوپاسـکال(07/0=RMSE س انتیمتر مکع ب ب ر س انتیمتر مکع ب،
67946018165665

سال

سوم

/

شماره

2
/
زمستان
92

سال

سوم

/

شماره

2

/

زمستان

92

4425698177857

سال

سوم
/

شماره

2
/
زمستان
92

سال



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید