پديد آورندگان :
فهميده، سهيلا دانشگاه كردستان - دانشكده كشاورزي - گروه علوم و مهندسي خاك، سنندج، ايران , داوري، مسعود دانشگاه كردستان - دانشكده كشاورزي - گروه علوم و مهندسي خاك، سنندج، ايران , شريفي، زاهد دانشگاه كردستان - دانشكده كشاورزي - گروه علوم و مهندسي خاك، سنندج، ايران , مصدقي، محمد رضا دانشگاه صنعتي اصفهان - دانشكده كشاورزي
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: كربن آلي، به عنوان يكي از اجزاي عمده سازنده ماده آلي خاك، در غالب فرآيند‌هاي شيميايي، فيزيكي و شيميايي خاك نقشي مهم دارد. ماده آلي يا كربن آلي خاك يكي از پارامترهاي كليدي كيفيت خاك و يك شاخص حاصلخيزي خاك است. ماده آلي در تشكيل خاكدانه‌ها و پايداري آن‌ها، جذب آب و عناصر غذايي، ظرفيت نگه‌داشت آب در خاك، نفوذ آب و هوا، هدايت هيدروليكي خاك، آب‌گريزي و ترسيب كربن نقشي ضروري دارد. پژوهش‌هاي مختلف نشان داده‌اند كه كيفيت و كميت ماده آلي خاك مي‌توانند تحت تأثير فعاليت‌هاي انساني همچون عمليات زراعي و فعاليت‌هاي توسعه‌اي اقتصادي قرار گيرد. نرخ بالايي از هدر‌رفت ماده آلي خاك بر روي اراضي فرسايش يافته نيز گزارش شده است. از اين‌رو پايش تغييرات زماني و مكاني ماده آلي خاك براي ارزيابي مديريت بلند‌مدت پتانسيل بالقوه خاك ضروري است. اين در حالي است كه نمونه‌برداري‌هاي مرسوم خاك و اندازه-گيري مقدار كربن آلي خاك، به‌ويژه در مقياس‌هاي بزرگ جغرافيايي، دشوار، پرهزينه و زمان‌بر است. بنابراين، ارزيابي سريع و دقيق كربن آلي خاك مي‌تواند در مديريت دراز‌مدت خاك سودمند باشد. بنابراين، هدف از اين پژوهش بررسي كارايي طيف‌سنجي انعكاسي خاك در محدوده مرئي – مادون قرمز نزديك براي تخمين مقدار كربن آلي خاك در حوزه آبخيز درياچه زريبار در شهرستان مريوان در استان كردستان بود.
مواد و روش‌ها: بدين منظور 100 نمونه خاك سطحي از منطقه مورد مطالعه با وسعتي حدود 10718 هكتار جمع‌آوري شد. انعكاس طيفي اين نمونه‌ها و برخي از ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي آن‌ها در شرايط كنترل‌شده آزمايشگاهي اندازه‌گيري شد. پس از ثبت طيف‌ها، روش‌هاي مختلف پيش‌پردازش داده‌هاي طيفي نيز مورد ارزيابي قرار گرفت. سپس توابع انتقالي خاكي و توابع انتقالي طيفي با استفاده از روش رگرسيون خطي چندگانه گام‌به‌گام براي برآورد كربن آلي خاك پي‌ريزي شدند. اعتبار اين توابـع اشـتقاق يافتـه برآوردگر كربن آلي خاك، با استفاده از آماره‌هاي مختلفي همچون ضريب تبيين (2R)، ريشه ميانگين مربعات خطاي نرمال‌شده (NRMSE)، ميانگين خطا (ME)، شاخص انطباق (d) و درصد انحراف نسبي (RPD) ارزيابي شدند.
يافته‌ها: با توجه به نتايج، بين كربن آلي خاك با مقادير انعكاس طيفي خاك در طول موج‌‌هاي 858 و 1916 نانومتر همبستگي بالا و معني‌داري (در سطح معني‌دار 1%)مشاهده گرديد. نتايج نشان داد توابع انتقالي خاكي (R2avg=0.83, NRMSE avg=24.55%) در مقايسه با توابع انتقالي طيفي پيشنهادي (R2avg=0.44, NRMSE avg=44.31%)، داراي دقت بيشتري در برآورد كربن آلي خاك مي-باشند. هرچند توابع انتقالي طيفي اشتقاق يافته با SMLR نيز، برآوردهاي نسبتاً خوبي از كربن آلي خاك ارائه كرد (R2avg=0.52 , RPD=1.44). نتايج همچنين نشان داد مشتق اول + فيلتر ساويتزكي-گلاي، به‌دليل كاهش اثرات نويز‌هاي تصادفي و بهبود مدل‌هاي واسنجي، بهترين روش در پيش‌پردازش داده‌هاي طيفي خاك است.
نتيجه‌گيري: در مجموع نتايج اين پژوهش نشان داد اگرچه كارايي توابع انتقالي طيفي در برآورد كربن آلي خاك نسبت به توابع انتقالي خاكي متناظر آن بالا نيست، ليكن در موارد عدم دسترسي به توابع انتقالي خاكي، اين رويكرد مي‌تواند به‌عنوان يك روش معقول غير-مستقيم در برآورد كربن آلي خاك مورد استفاده قرار گيرد.
چكيده لاتين :
Abstract
Background and Objectives: Soil organic carbon (SOC), as a great constitute of soil organic matter (SOM), has an important role in chemical, physical and biological processes of soil. SOM or SOC is a key parameter of soil quality and a soil fertility indicator. SOM has an essential role in formation of soil aggregate and its stability, water and nutrients adsorption, water holding capacity, infiltration of air and water, hydraulic conductivity, soil water repellency and carbon sequestration. Various studies have shown that the quantity and quality of SOM can be affected by anthropogenic activities such as farming practices and other economic development activities. It has also been reported a high rate of SOM loss on eroded lands. Hence, monitoring temporal and spatial variation of SOM is essential for evaluating long-term soil productivity management. However, conventional soil sampling and chemical measurement of SOC, especially in large geographic scale, is tedious, time consuming and expensive. Therefore, rapid and precise assessment of SOC content can be useful in long-term management of soil. The objective of this study was to investigate the ability of soil visible-near infrared (Vis-NIR) spectroscopy for estimating SOC in Zrebar lake watershed of Marivan, Kurdistan province, Iran.
Materials and Methods: A total of 100 soil samples were collected from the studied region, with an area about 10718 hectares. The spectral reflectance and physicochemical properties of all soil samples were measured under laboratory controlled conditions. After recording of the spectra, different pre-processing methods were applied and compared. Then, pedo-transfer functions (PTFs) and specto-transfer functions (STFs) were developed to estimate SOC content using stepwise multiple linear regression (SMLR). The accuracy and reliability of the derived PTFs and STFs were evaluated using coefficient of determination (R2), normalized root mean square error (NRMSE), mean error (ME), index of agreement (d), and ratio of performance to deviation (RPD) statistics.
Results: Based on the results, soil organic carbon showed high and significant (significance level of 1%) correlations with spectral reflectance values at wavelengths 858 and 1916 nm. The results indicated that the derived PTFs had the higher accuracy (R2avg=0.83, NRMSEavg = 24.55%) to estimate SOC in comparison with the STFs (R2avg=0.44, NRMSEavg= 44.31%). However, SOC could be also fairly estimated by the derived specto-transfer functions (Ravg2=0.52, RPDavg= 1.44).The results also revealed that the Savitzki–Golay smoothing filter with 1st order derivative was the best spectral pre-processing method to reduce the effect of random noise and improve the calibration models.
Conclusion: Overall, the results indicated that although the performance of STFs was not superior to the corresponding PTFs for estimating SOC, but this approach can be used as a reasonable indirect method in case of unavailability of PTFs.
