بررسي اثر آتش سوزي در مراتع بر تغييرات كربن آلي خاك با استفاده از شاخص هاي مبتني بر سنجش‌ازدور

پيشينه و هدف مراتع جزء آن دسته از زيست بوم هاي طبيعي هستند كه بخش مهمي از ذخاير كربن خاك را به خود اختصاص داده اند و علاوه بر آن به‌عنوان ذخيره ژنتيكي بسيار متنوعي، تضمين‌ كننده پويايي اكوسيستم مي باشند. آتش سوزي يك عامل طبيعي در مراتع به شمار مي رود كه طي آن اكثر پوشش هاي طبيعي موجود مي سوزند. بررسي اثرات مثبت و منفي آتش سوزي بر اكوسيستم به‌ويژه بر خصوصيات خاك محققين را بر آن داشته تا به دنبال روش هاي جايگزيني، به‌جاي روش هاي مستقيم و ميداني كه عموماً بسيار پرهزينه و وقت گير هستند، باشند. ازجمله روش ها و فناوري هاي نويني كه در زمينه منابع طبيعي بسيار پركاربرد و مفيد هستند مي توان به سنجش‌ازدور اشاره كرد. هدف از پژوهش حاضر بررسي اثر كوتاه ‌مدت آتش‌سوزي بر ذخيره كربن آلي، اسيديته و هدايت الكتريكي خاك مراتع در منطقه گنبد همدان و بررسي قابليت سنجش ‌از دور در برآورد غيرمستقيم كربن خاك سطحي در مراتع نيمه ‌خشك پس از وقوع آتش ‌سوزي است. مواد و روش هادر اين تحقيق از هر سايت 20 نمونه خاك از عمق 010 سانتي متري (درمجموع 40 نمونه) برداشت شد و با دستگاه GPS مختصات تك تك نقاط نمونه برداري ثبت گرديد. نمونه‌برداري ‌ها در فاصله 15 الي 20 روز پس از وقوع آتش ‌سوزي در اوايل مهرماه انجام پذيرفت. نمونه ها پس از انتقال به آزمايشگاه جهت اندازه گيري ميزان كربن آلي خاك مورداستفاده قرار گرفتند. سپس ارتباط آماري بين مناطق شاهد با مناطق دچار آتش‌سوزي با آزمون t مستقل موردبررسي و تجزيه‌وتحليل قرار گرفت. همچنين برآورد غيرمستقيم ميزان كربن آلي خاك سطحي در دو سايت شاهد و دچار آتش‌سوزي شده و بررسي روند تغييرات آن ها با استفاده از سنجش‌ازدور تصاوير ماهواره اي مورد ارزيابي قرار گرفت. به همين منظور پس از انجام پردازش هاي لازم بر روي‌داده‌هاي ماهواره اي، مقادير متناظر بازتاب طيفي هر پيكسل با نقاط نمونه برداري در طول‌موج‌ها و شاخص هاي طيفي مختلف استخراج، و ميزان همبستگي و ارتباط رگرسيوني هر يك از آن ‌ها با ميزان كربن مورد تجزيه ‌و تحليل قرار گرفت. نتايج و بحث نتايج حاصل از آزمون همبستگي پيرسون نشان داد كه در بين تمام شاخص ها طيفي تنها شاخص HI با كربن آلي خاك در كوتاه ‌مدت و در منطقه شاهد همبستگي داشته است. همچنين در بين تمام شاخص ها، شاخص هاي BI، NDBI، NDVI، SAVI، VCI و VHI با مقدار EC در سايت شاهد همبستگي داشتند. در سايت شاهد بين اكثر شاخص هاي طيفي و EC خاك همبستگي معني داري وجود داشت كه پس از آتش سوزي اين همبستگي در سايت آتش سوزي از بين رفته بود. در مورد همبستگي بين pH و شاخص هاي طيفي مشاهده گرديد بين برخي از شاخص هاي طيفي و pH همبستگي به وجود آمده است. درواقع مي توان نتيجه گرفت كه آتش‌سوزي باعث تغيير بزرگي در ميزان انعكاس و انتشار امواج از سطح خاك گرديده است به ‌گونه ‌اي كه در سايت شاهد شاخص ها با EC همبستگي داشتند اما در سايت آتش سوزي همبستگي بين شاخص ها و EC به‌طور كامل از بين رفته است و در عوض بين شاخص ها و pH همبستگي ايجاد گرديده است. همچنين هيچ‌يك از شاخص هاي طيفي در فروردين 1396 در سايت شاهد با SOC همبستگي مثبت يا منفي معني داري نداشتند و نتايج بيانگر اين موضوع بود كه پس از گذشت شش ماه از وقوع آتش سوزي تغييرات كربن خاك به‌گونه‌اي نبوده است كه بتوان با شاخص هاي طيفي روند آن را بررسي كرد. در مقايسه نتايج مهر 1395 با نتايج فروردين 1396 در سايت شاهد مشخص گرديد كه پس از گذشت شش ماه شاخص NBR همبستگي معني داري با ميزان EC پيدا كرده است اما شاخص هاي BI و VHI همبستگي خود را ازدست ‌داده ‌اند. با توجه به بحث صورت گرفته در مورد شاخص NBR و حضور باند SWIR2 در آن به نظر مي رسد باگذشت شش ماه از وقوع آتش‌سوزي، در سايت شاهد تغييراتي به وجود آمده كه منجر به ايجاد همبستگي بين اين شاخص و EC خاك گرديده است. ازآنجاكه مقدار انرژي بازتابي از سطح زمين به عوامل متعددي نظير رطوبت خاك، تغيير محتوي ماده آلي خاك و پوشش سطح وابسته است لذا بايد تأثير اين عوامل را در فصل رويش بر روي بازتاب خاك مدنظر قرارداد. عدم‌ تغيير اين نتايج پس از گذشت شش ماه مي تواند اين موضوع را به اثبات برساند كه اثرات مثبت و منفي آتش سوزي در دوره اي كوتاه‌مدت در حد شش ماه از بين نرفته و زمان طولاني تري براي بازگشت شرايط به حالت طبيعي نياز است. نتيجهگيري مطابق با بررسي هاي صورت گرفته مشخص گرديد كه ذخيره كربن آلي خاك در مراتع آتش سوزي شده با مراتع شاهد داراي تفاوت معني‌داري نيست. تغيير شكل و تثبيت مواد آلي خاك در اثر آتش توسط محققين زيادي مورد بررسي و توجه قرارگرفته است اما تبديل و دگرگوني ماده آلي خاك در اثر آتش‌سوزي، اغلب منجر به نتايج ناهمگون و متفاوتي گرديده است. مشخص‌شده است در عمق 2010 سانتي متري آتش سوزي تأثيري در ميزان كربن آلي خاك نداشته است اما محققين ديگري مشخص كردند 6 ماه پس از آتش‌سوزي در خاك هاي سوخته در مقايسه با خاك هاي شاهد ميزان كربن افزايش داشته است. مشخص‌شده است كه سه ماه پس از آتش سوزي درصد كربن آلي خاك به ‌صورت معني داري كاهش داشته است. همچنين در بررسي ديگري بر روي اثر آتش‌سوزي بر كربن آلي خاك مشخص‌شده است كه در منطقه دچار آتش سوزي نسبت به منطقه شاهد در يك سال و دو سال پس از آتش سوزي ميزان كربن آلي خاك كاهش معني داري داشته است. ازآنجاكه اثر آتش سوزي بر خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاك به‌شدت تحت تأثير شدت آتش ‌سوزي، رطوبت خاك، اقليم و پوشش گياهي است. لذا تمام اين عوامل منجر به حصول نتايج متفاوت در بررسي تأثير آتش سوزي بر كربن آلي خاك گرديده است. با توجه به شرايط محيطي، اقليم، شيب منطقه، بافت و ساختمان خاك و عوامل مرتبط با آتش‌ سوزي نظير شدت و مدت آن، مقدار كربن خاك تغيير كرده است. براي مثال در صورت وقوع آتش‌سوزي متوسط شرايط براي رويش مجدد پوشش گياهي سريع تر فراهم گرديده است اما در صورت وقوع آتش‌ سوزي‌ هاي شديد به ‌طور كلي تمام لايه آلي سطح خاك از بين رفته است و به ‌مرور كربن كاهش داشته است. همچنين در بررسي همبستگي بين شاخص هاي طيفي و كربن آلي خاك مشخص گرديد تنها شاخص HI با كربن آلي خاك در سايت شاهد معني دار بوده است اما در سايت دچار آتش‌سوزي هيچ‌ گونه همبستگي مشاهده نشده است. اين امر را مي توان به بررسي طيف طول‌موج ‌هاي مرئي آبي و سبز در رابطه رياضي اين شاخص بررسي كرد، زيرا تنها در اين شاخص از طيف طول ‌موج سبز و آبي استفاده گرديده است. با توجه به نتايج ساير محققين به نظر مي رسد تخمين كربن آلي خاك با استفاده از سنجش ‌از دور داراي پيچيدگي هاي خاصي است. ازآنجاكه كربن آلي خاك با بيشترين تأثير خود را بر روي رنگ خاك مي گذارد، لذا اگر مقدار آن كم باشد با استفاده از سنجش ‌از دور امكان تخمين آن ضعيف است.