اشتقاق و ارزيابي تابع انتقالي طيفي و تابع انتقالي خاك به منظور برآورد ظرفيت تبادل كاتيوني

Deriving and Assessing Spectrotransfer Function and Pedotransfer Function in Predicting Soil Cation Exchange Capacity

ظرفيت تبادل كاتيوني (CEC) يكي از مهم‌ترين ويژگي‌هاي فيزيك و ­شيميايي خاك است كه در حاصل خيزي خاك و مديريت كيفيت آن اهميت بسياري دارد. اندازه ­گيري CEC به‌روش مستقيم دشوار، زمان‌بر و پر هزينه مي­باشد. هدف از اين پژوهش، ارزيابي عملكرد داده‌هاي طيفي خاك در مقايسه با ويژگي‌هاي مبنايي خاك به ­عنوان متغيرهاي ورودي توابع انتقالي در برآورد CEC خاك مي‌باشد. بدين منظور، تعداد 120 نمونه خاك از منطقه مورد مطالعه جمع‌آوري گرديد. سپس CEC و برخي از ويژگي‌هاي زوديافت خاك­ها در آزمايشگاه با روش ­هاي استاندارد اندازه‌گيري شد. همچنين رفتار طيفي خاك‌هاي مورد مطالعه نيز با دستگاه طيف‌سنجي انعكاسي زميني در دامنه 2500 - 350 نانومتر تعيين شد. پس از ترسيم منحني­ هاي انعكاس طيفي و استخراج داده ­هاي طيفي، برخي از روش‌هاي پيش‌پردازش طيفي مورد ارزيابي قرار گرفت. با استفاده از روش رگرسيون خطي چند­گانه گام­ به­ گام، ظرفيت تبادل كاتيوني و نيز برخي از ويژگي­هاي مبنايي خاك برآورد شدند. سه سناريو تابع انتقالي شامل تابع انتقالي طيفي (STF)، تابع انتقالي خاك (PTF) و تابع انتقالي مركب (SPTF) مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفتند. بر پايه نتايج، STF در مقايسه با ديگر توابع انتقالي، داراي صحت بالاتري (cmolc/kg 2/57 =RMSE، 1/50 = RPD) در برآورد CEC خاك بود. در اين ميان، PTF (cmolc/kg 3/55 =RMSE، 1/09 = RPD) و SPTF (cmolc/kg 4/06 =RMSE، 0/95 = RPD) از صحت پايين­تري برخوردار بودند. به‌طور كلي، نتايج اين پژوهش نشان مي­دهد داده­هاي طيفي خاك مي‌توانند به‌عنوان روشي غيرمستقيم، ساده، سريع و كارآمد در برآورد CEC خاك مورد استفاده قرار گيرند.

Cation exchange capacity (CEC) is an important soil physicochemical property that has great effect on fertility and soil quality management. Measurement of CEC is difficult, time-consuming and expensive. The objective of this study was to assess whether inclusion of soil spectral data as a unique set of the predictors and alternative to soil basic properties would improve CEC predictions. Consequently, a total of 120 soil samples were collected from surface soil layer. The CEC and easily-determined soil properties were measured by standard laboratory methods. The spectral reflectance of soils over 350 to 2500 nm range were also determined using a handheld spectroradiometer apparatus. Different pre-processing techniques were evaluated after recording the spectra. Stepwise multiple linear regression (SMLR) was used to estimate some soil properties and CEC. Three scenarios including spectrotransfer functions (STF), pedotransfer functions (PTF) and spectropedotransfer functions (SPTF) were investigated. Results showed that STF had higher accuracy (RPD=1.50; RMSE=2.57 cmolc/kg) than the others in predicting soil CEC. PTF (RPD=1.09; RMSE=3.55 cmolc/kg) and SPTF (RPD=0.95; RMSR=4.06 cmolc/kg) provided poor predictions accuracy. These results suggest the efficacy of the spectral data, which can be used as an indirect, simple, and fast method to predict soil cation exchange capacity.