تحليل توزيع مكاني پوسته‌هاي زيستي خاك بر اساس شاخص Biological Soil Crust (BSCI)

پيشينه و هدف پوسته‌هاي زيستي خاك مجموعه‌اي از گلسنگ‌ها، خزه‌ها، قارچ‌ها، سيانوباكتري‌ها و غيره هستند كه بخش از اكوسيستم خاك را تشكيل داده‌اند. برآورد تراكم و نحوه توزيع پوسته‌هاي زيستي خاك در مناطق خشك و نيمه‌خشك كشور ايران كه موضوع فرسايش و هدر رفت خاك از اهم مسائل است، اهميت بسزايي دارد. روش‌هاي مبتني بر تكنيك سنجش‌ازدور به لحاظ هزينه و زمان كمتر روش‌هايي كارآمد براي دستيابي به اين هدف مهم مي‌باشند. دشت سگزي يكي از نقاط بحراني فرسايش بادي در ايران است و شناسايي و تعيين نحوه توزيع پوسته‌هاي زيستي خاك به‌عنوان عامل اصلاح‌كننده خاك گامي مؤثر در كاهش فرسايش بادي منطقه است. در اين تحقيق شاخص BSCI (Biological Soil Crust) براي تهيه نقشه پراكنش پوسته‌هاي زيستي خاك با غالبيت گلسنگ به كار گرفته‌شده است. مواد و روش ها محدوده موردمطالعه بخشي از بيابان سگزي (بيابان‌هاي مركزي ايران) است  كه در استان اصفهان از كشور ايران واقع‌شده است. محدوده موردمطالعه با مساحت 199.5 هكتار بين طول‌هاي شرقي 32 ́ 52 ̊ 51 تا 41 ́ 27 ̊ 52 و عرض‌هاي شمالي 31 ́ 33 ̊ 32 تا 01 ́ 55 ̊ 32 گسترده شده است. شيب  متوسط دشت سگزي 1.08 درصد و ارتفاع متوسط آن 1680 متر است. بر اساس آمار ايستگاه هواشناسي شرق اصفهان (ايستگاه شهيد بهشتي) متوسط بارش ساليانه منطقه 106 ميلي‌متر است. بر اساس طبقه‌بندي اقليمي دومارتن، اقليم منطقه از نوع خشك و براساس طبقه‌بندي آمبرژه از نوع خشك سرد است. شاخص BSCI شاخصي تركيبي از روابط مورداستفاده براي برآورد پوشش گياهي و سطح خاك لخت است و رابطه رياضي آن شيب‌خط خاك لحاظ شده است. براي محاسبه خط خاك در يك منطقه، نخست بايد پيكسل‌هايي كه داراي خاك لخت بوده و هيچ پوشش گياهي ندارند جدا شوند. به‌منظور محاسبه معادله خط خاك، در چهارفصل سال تصاوير ماهواره Landsat OLI 8 مربوط به سال 1397ز سايت سازمان زمين‌شناسي آمريكا دانلود شده و تعداد 20 الي 30 پيكسل خالص خاك لخت استخراج و با ترسيم مقادير بازتاب اين پيكسل‌ها در محدوده باند قرمز و مادون‌قرمز نزديك ضرايب خط خاك براي هر يك از فصل‌هاي سال در دشت سگزي محاسبه شد. بر اساس اين شاخص، شناسايي پوسته‌هاي زيستي با غالبيت گلسنگ، با استفاده از انعكاس طيفي حداقل VISNIR و شيب بين باند قرمز و سبز در مقايسه با خاك لخت و پوشش گياهي خشك صورت مي‌گيرد. با استفاده از نرم‌افزار ENVI نقشه پراكنش پوسته‌هاي زيستي با غالبيت گلسنگ در چهارفصل از سال 1397 در دشت سگزي تهيه شدند. سپس نقشه‌هاي تهيه‌شده براساس نقاط زميني اعتبارسنجي شده و ميزان صحت كل و شاخص كاپا در هر چهارفصل محاسبه شدند. نمونه‌هاي گلسنگ جمع‌آوري‌شده بر اساس خصوصيات مرفولوژيكي آن‌ها و با استفاده از استريوميكروسكوپ، ميكروسكوپ معمولي و معرف‌هاي رنگي متداول از قبيل هيدروكسيد پتاسيم (KOH) شناسايي شدند. پس از اعمال شاخص BSCI بر روي تصوير ماهواره لندست 8، با استفاده از نرم‌افزار ENVI پروفيل طيفي مربوط به 4 نقطه از دشت سگزي در چهارفصل از سال تهيه شد و ميزان بازتابش طيفي در چهارفصل از سال در نقاط مختلف بررسي شدند. نتايج و بحث شيب‌خط خاك در فصل بارش كه هم‌زمان با رشد گياهان علفي و يك‌ساله است در مقايسه با فصل تابستان كه حداقل ميزان بارش را داشته و همچنين گياهان يك‌ساله خشك‌شده و از بين رفته‌اند، كمتر است. در ارديبهشت‌ ماه شيب‌خط خاك حداقل بوده (0.39) و در اواخر تابستان حداكثر مقدار خود را دارد (0.78). در حقيقت شيب‌خط خاك از اسفندماه تا ارديبهشت رو به كاهش نهاده و سپس با از بين رفتن پوشش گياهي يك‌ساله و افزايش سطح خاك لخت بيشتر شده است. نقشه‌هاي پراكنش پوسته‌هاي زيستي در هر چهارفصل سال طي بازديدهاي ميداني اعتبار سنجي شدند و سال معلوم شد كه بيشترين ميزان صحت نقشه مربوط به نقشه توليدشده از تصوير لندست 8 مربوط به فصل تابستان با ميزان صحت كل 94 درصد و شاخص كاپا برابر با 0.7412 بوده است. تفسير پروفيل طيفي شاخص BSCI نشان دادن كه بازتابش طيف مربوط به زفره و فشارك كه بر روي نقاط با پراكنش گلسنگ‌ها تهيه‌شده است بسيار نزديك به هم بوده و همچنين پروفيل طيف مربوط به اواسط پاييز و اوايل بهار كاملاً منطبق بر هم است. درحالي‌كه در فساران كه فاقد پوشش پوسته‌هاي زيستي بود مقدار بازتابش بيشتر است و اختلافي جزئي بين نمودار بازتابش پاييز و بهار وجود داشت. هرچند مقادير بازتابش طيفي از اراضي كشاورزي و نقاط پراكنش پوسته‌هاي زيستي بسيار نزديك به هم است ليكن نمودار طيفي هر چهارفصل اختلاف زيادي با يكديگر دارند. ليكن در همه فصول از سال و در همه نقاط كمترين بازتابش در اول زمستان و بيشترين بازتابش در فصل تابستان اتفاق افتاده است. اقليم دشت سگزي مديترانه‌اي بوده و بارش در فصل سرد سال انجام مي‌شود هم‌زمان با افزايش بارش‌ها از اواسط پاييز گياهان يك‌ساله و خزه‌ها در پاي بوته‌ها شروع به رشد نموده و در اوايل زمستان به اوج خود رسيده‌اند و دوباره در آغاز بهار هم‌زمان با كاهش بارندگي‌ها رو تراكم آن‌ها كاهش‌يافته است. چنانچه طيف مربوط به زمستان در همه نقاط كمترين بازتابش را داشته است. درحالي‌كه در اواخر فصل تابستان كه گياهان يك‌ساله و خزه‌ها خشك‌شده‌اند بيشترين بازتابش طيفي را داشته است. در فساران كه منطقه‌اي لم‌يزرع و محل دپوي زباله‌هاست، حداكثر ميزان بازتابش را نشان داده است. بنابراين شاخص BSCI نسبت به درصد ماده آلي خطاي فاحشي در تشخيص پوسته‌هاي زيستي خاك دارد و درجايي كه ماده آلي بالا باشد ممكن است تشخيص درستي از پوسته‌هاي زيستي خاك ارائه ندهد. البته ازآنجاكه شاخص BSCI براي تشخيص تركيبات گلوگان در بافت‌هاي گلسنگ تعريف‌شده است. ميزان خطاي در خصوص ماده آلي به حداقل كاهش مي‌يابد. همان‌طور كه مشاهده‌شده است در نقشه نهايي در فساران پوشش پوسته‌هاي زيستي وجود ندارد و تنها در نواحي اطراف فساران در مناطق زراعي پوسته‌هاي زيستي خاك مشاهده مي‌شوند. در مناطق زراعي با توجه به دخالت انسان و كشت و زرع ميزان گياهان يك‌ساله متفاوت با عرصه منابع طبيعي در فصول مختلف سال است و به همين دليل بااينكه بازتابش طيفي تقريباً نزديك به زفره و فشارك است ليكن نمودار طيفي پاييز و زمستان كاملاً از يكديگر تفكيك‌شده‌اند. نتيجه گيري شباهت طيفي مهم‌ترين پوشش سطحي خاك ازجمله پوشش گياهي، دخالت عوامل انساني در افزايش يا كاهش ماده آلي خاك، خاك لخت و غيره ميزان كارايي شاخص BSCI را محدود مي‌كند و ازاين‌رو در بازه زماني تصاوير ماهواره‌اي و شرايط منطقه‌اي تأثير زيادي در ميزان دقت شاخص BSCI  دارد.