مجید دانش

شن از مهم ترین اجزای بافت خاک است که برای عملیات مدل سازی زیست محیطی و پهنه بندی رقومی خاک، باید مورد توجه واقع شود. از آن جا که این ویژگی، دستخوش تغییرپذیری های مکانی بوده، لذا تشخیص، پهنه بندی و پایش آن در مقیاس وسیع و با روش های نمونه برداری و تحلیل آزمایشگاهی معمول، بسیار هزینه بر و وقت گیر است. با ظهور فناوری مجاورت سنجی بازتابی(VNIR-DRS)، روزنه ای در بررسی این ویژگی خاک ایجاد شده است. طی تحقیق حاضر، از طیف سنجی بازتابی مجاورتی، برای بررسی اجزای شن در قسمت هایی از استان مازندران استفاده شد. جمعاً 128 نمونه از عمق 20 سانتی متری سطح خاک، براساس روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی و نیز با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین شناسی، کاربری اراضی، نقشه راه ها، و خاک  شناسی استان جمع آوری شد. در ابتدا مجموع نمونه ها به دو قسمت برای عملیات واسنجی و اعتبارسنجی تقسیم شد. با بهره گیری از تحلیل رگرسیون چندمتغیره PLSR و براساس روش اعتبارسنجی متقاطع و عملیات پیش پردازشی چون: میانگین گیری (روش کاهش داده های طیفی)، هموارسازی و مشتق اول طیفی براساس الگوریتم ساویتسکی-گولای، مدل نهایی با تعداد 2 و 4 عامل؛ به ترتیب: با همبستگی دوطرفه پیرسون(R P ) حدود 0.83 و0.82 ، ضریب تبیین(R 2 P ) حدود 0.68 و 0.67 ، میانگین مربعات خطای کالیبراسیون(RMSE P ) حدود 8.68 و 8.83 % ، و نیز RPD P تقریبی 1.78 و 1.75، RPIQ P تقریبی 2.45 و 2.41 (ست اعتبارسنجی مستقل)، به عنوان مطلوب ترین مدل به منظور برآورد مقادیر شن منطقه مورد مطالعه، شناخته شد که نتایج، نشان دهنده توانایی مناسب مدل در برآورد مقادیر شن منطقه بوده است. درنهایت، قابلیت فن اوری مجاورت سنجی، در بررسی اجزای شن منطقه به اثبات رسید. همچنین، از این مدل و نیز دامنه های طیفی مؤثر به دست آمده می توان به عنوان مبنایی برای بررسی مقادیر شن در مقیاس بسیار وسیع، با عملیات بیش مقیاس سازی توسط داده های ابرطیفی هوایی- ماهواره ای، بهره برد. که این امر نشان دهنده اهمیت طیف سنجی مجاورتی در تشخیص طول موج های مفید و نیز ایجاد مدل، به منظور استفاده آن در داده های ماهواره ای، خواهد بود.

بخش رس از مهم ترین اجزای بافت خاک است که در عملیات مدل سازی زیست محیطی 2 و پهنه بندی رقومی خاک 3 بسیار مورد توجه است. ازآنجا که این ویژگی از تغییرپذیری های مکانی 4 تأثیر می پذیرد، تشخیص و پهنه بندی و پایش این پارامتر، در مقیاس وسیع و با روش های نمونه برداری سنتی و تحلیل آزمایشگاهی معمول، بسیار هزینه بر و وقت گیر است. بنابراین، تقاضا برای بررسی این گونه اطلاعات با کیفیت خوب، هزینه کم و قدرت تفکیک (مکانی) مناسب، در مباحث و زمینه هایی همچون کشاورزی دقیق 5 ( PA ) و برنامه ریزی اراضی 6 ( LP ) بسیار زیاد شده است. با ظهور طیف سنجی ابرطیفی آزمایشگاهی ( LDRS ) که براساس ارتعاشات بنیادین 7 ( FVs )، علائم ترکیبی 8 و فرعی 9 حاصل از گروه های عاملی 10 به تشخیص و بررسی اجزای خاک می پردازد، روزنه ای در بررسی این پارامتر خاک ایجاد کرده است. طی تحقیق حاضر، از طیف سنجی بازتابی مجاورتی 11 ( PSS ) برای بررسی مقادیر رس در قسمت هایی از استان مازندران استفاده شده است. بدین ترتیب، مجموع 128 نمونه از عمق 20 سانتیمتری سطح خاک و براساس روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی 12 ( SRS ) و نیز با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین شناسی، کاربری اراضی، نقشه راه ها، و خاک شناسی استان جمع آوری شد. در ابتدا، مجموع نمونه ها به دو قسمت تقسیم شد: 96 نمونه برای ایجاد مدل (عملیات واسنجی 13 ) و 32 نمونه برای اعتبارسنجی مستقل 14 آن. با بهره گیری از تحلیل رگرسیون چندمتغیره 15 PLSR و براساس تکنیک اعتبارسنجی متقاطع به روش حذف تکی 16 ( LOOCV ) و عملیات پیش پردازشی 17 چون: میانگین گیری 18 (روش کاهش داده های ابرطیفی 19 )، هموارسازی و مشتق اول طیفی براساس الگوریتم ساویتسکی- گولای 20 ، درنهایت مدل کالیبراسیون با چهار فاکتور 21 ( LFs )، با RMSE C حدود 55/9 و R 2 C حدود 73/0 و نیز RPD C تقریبی 94/1 و RPIQ C تقریبی 19/3 (ست کالیبراسیون)، به منزله مطلوب ترین مدل جهت برآورد مقادیر رس منطقه مورد مطالعه، شناخته شد که نتایج حاکی از توانایی مناسب مدل در برآورد رس منطقه بوده است. درنهایت، قابلیت فن اوری طیف سنجی بازتابی پراکنشی مرئی-فروسرخ نزدیک 22 ( VNIR- DRS )، در بررسی اجزای رسی منطقه، به اثبات رسید. همچنین، می شود این مدل و نیز دامنه های طیفی مؤثر به دست آمده را جهت بررسی مقادیر رس در مقیاس بسیار وسیع، با عملیات بیش مقیاس سازی 23 به وسیله داده های ابرطیفی هوایی-ماهواره ای، مبنا قرار داد. این امر نشان دهنده اهمیت ابرطیف سنجی آزمایشگاهی، همچون پایه ای برای تشخیص باندهای طیفی مفید و نیز ایجاد مدل جهت استفاده آن در دورسنجی ابرطیفی است.

یکنواختی و همگنی ذرات خاک از مهمترین عوامل تأثیرگذار بر رفتار و ویژگیهای طیفی خاک میباشد. درجه یکنواختی خاک با انحراف معیار هندسی ذرات خاک (g?: Geometric standard deviation of soil particles) سنجیده می شود. در این تحقیق که هدف آن مطالعه اثر g? بر بازتاب طیفی سطح خاک (با بررسی میانگین هندسی قطر ذرات (Geometric mean particle diameter or GMPD :dg) و آهک خاک) می باشد، از اطلاعات ماهواره IRS-P6 سنجنده LISS-III در 17 شهریورماه 1386 استفاده گردید. پس از دریافت و اصلاح داده های خام ماهواره ای، تصحیحات لازم بر روی آن انجام و پردازش هایی شامل: شاخص گیاهی نرمال شده، تجزیه مؤلفه اصلی، فاصله اقلیدسی از خط خاک و طبقه بندی نظارت نشده نیز انجام گرفت. در نهایت با استفاده از روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی و بر اساس تصویر رنگی کاذب و واحدهای همگن رنگی در تصویر اصلی منطقه و اطلاعات کمکی، 95 نقطه تعیین و از عمق 5-0 سانتیمتری سطح خاک نمونه برداری انجام گردید. سپس مقادیر آهک، dg و g? برای هر نمونه محاسبه گردید. با استفاده از g? محاسبه شده، کل نمونه ها به دو گروه: 10 >g? (خاک نسبتاً همگن) و 10 ? g? (خاک نسبتاً غیرهمگن) تقسیم شده و سپس روابط همبستگی داده های خاک و بازتاب های طیفی در این دو گروه مورد بررسی قرار گرفتند. مشخص گردید که در گروه اول که شامل خاکهای نسبتاً همگون بوده اند، میانگین هندسی قطر ذرات و آهک خاک دارای روابط همبستگی قوی و بارزتری با اطلاعات ماهواره ای بوده، در حالی که در گروه دوم که شامل خاکهای ناهمگون از نظر g? بودند، دارای روابط همبستگی ضعیف تری با اطلاعات دورسنجی شده بوده اند. بنابراین مشخص گردید که انحراف معیار هندسی ذرات خاک (g?)، دارای اثر بارز و غالبی بر بازتاب طیفی از سطح خاک میباشد.

از مهمترین ویژگی های خاک، که در بسیاری از طرح های کشاورزی و محیط زیستی مورد توجه قرار می گیرد، می توان بافت و آهک خاک را نام برد. امروزه با پیشرفت علم و ظهور فناوری سنجش از دور، امکان بهره برداری از این فناوری در علوم خاک نیز فراهم گردیده است...