توانمندي و محدوديت هاي روش طيف سنجي مرئي - مادون قرمز نزديك در پيش بيني مقدار كاني هاي رسي غالب در خاك هاي سطحي استان اصفهان

Capability and Limitations of Clay Minerals Estimation in Surface Soils of the Isfahan Province by Vis-NIR Spectroscopy

كاني­هاي رسي جزء اصلي و بنيادي خاك هستند و تعيين مقدار آنها در مديريت خاك­ها از اهميت ويژه­اي برخوردار است. لذا، اين مطالعه با اهدافِ بررسي توانايي روش طيف ­سنجي مرئي-مادون قرمز نزديك در تعيين مقدار كاني­هاي رسي غالب خاك­ هاي استان اصفهان و بررسي محدوديت­ هاي احتمالي در تعيين مقدار كاني­هاي رسي اجرا شد. آناليزهاي كاني ­شناسي بر روي 100 نمونه خاك سطحي جمع ­آوري­ شده از كل استان اصفهان، با استفاده از دستگاه XRD و بصورت نيمه كمّي انجام شد. آناليز طيفي نمونه ­هاي خاك با استفاده از دستگاه طيف­ سنج زميني با دامنه طول موج 350 تا 2500 نانومتر انجام شد. بعلاوه، رگرسيون حداقل مربعات جزئي و طيف­ هاي حذف پيوستار براي مدلسازي به كار رفت. نتايج كاربرد روش حذف پيوستار در پيش­بيني مقادير سه كاني ايليت، اسمكيتت و پاليگورسكيت از عدم توانايي اين روش حكايت داشت. مقايسه دو روش رگرسيون حداقل مربعات جزئي و حذف پيوستار در پيش ­بيني كاني­ هاي خاك نشان داد كه قابليت روش رگرسيون حداقل مربعات جزئي بسيار بيشتر از حذف پيوستار است. بررسي علل عدم موفقيت روش طيف­ سنجي در برآورد كاني­هاي رسي خاك نشان داد كه اختلاط هر يك از كاني­ها (پاليگورسكيت، اسمكتيت و ايليت) با يكديگر تأثير چشمگيري بر موقعيت جذبي ساير كان ي­ها گذاشته و پيش ­بيني مقدار كاني را مشكل مي­سازد. در مناطق خشك و نيمه ­خشك، با تنوع كاني­ شناسي فراوان و حضور گچ و كربنات­ ها، سيستم خاك پيچيده ­تر شده و امكان كسب اطلاع از طيف ­ها مشكل مي­شود و بنابراين، پيش ­بيني مقادير كاني­ ها با دقت كمي همراه است.

Clay minerals constitute a fundamental fraction of soils and their quantitative information is important in soil management. Therefore, the objectives of this research were to evaluate the ability of vis-NIR spectroscopy to quantify the dominant clay minerals of soils and to determine the limitations of this approach. One hundred surface soil samples were collected from the Isfahan province. Semi-quantitative mineralogical analyses were performed by XRD. Soil spectral analyses were carried out by a field spectrometer using 350-2500 nm wavelength range. Partial least squares regression and continuum-removed spectra were used for modeling. Modeling by continuum-removed spectra could not precisely predict dominant clay minerals. Clay minerals estimation by partial least square regression was more accurate than continuum-removed spectra. It appears that mixing the clay fraction with each mineral (palygorskite, smectite and illite) significantly influences the special absorption features of mineral and makes it difficult to estimate clay minerals accurately. In arid and semi-arid regions, mineralogical diversity is high and the presence of gypsum and carbonates increases the complexity of the soil system. Therefore, information from spectra is difficult to obtain and clay minerals could not be accurately estimated.