برآورد خصوصيات مختلف خاك با استفاده از داده‌هاي سريع و ارزان حسگر رنگ

معمولاً رنگ خاك با بسياري از خصوصيات فيزيك و شيميايي در ارتباط بوده و اندازه گيري آن ساده، سريع و كم هزينه است. حسگر رنگ نيكس پرو (NixTMpro) از جمله وسايلي است كه مي تواند رنگ خاك را با استفاده از سيستم هاي مختلف با دقت زيادي تعيين كند. اين حسگر در مقايسه با روش مرسوم دفترچه مانسل براي تعيين رنگ خاك، نسبت به شرايط محيطي و ذهني كاربر حساسيت كمتري دارد و استفاده از آن بسيار آسان است. بنابراين، در اين مطالعه از حسگر رنگ نيكس پرو براي برآورد سريع و ارزان خصوصيات مختلف خاك استفاده شد. به همين منظور، 150 نمونه خاك از منطقه مطالعاتي نيمه‌خشك استان قزوين جمع‌آوري و مقادير مربوط به هر ويژگي خاك در آزمايشگاه اندازه گيري شد. سپس با استفاده از اين حسگر رنگ، طيف هاي مربوط به هر سيستم رنگ براي هر نمونه خاك ثبت شدند. براي اين منظور دو روش مورد استفاده قرار گرفت. در روش اول با بررسي همبستگي بين متغيرهاي سيستم رنگ سعي شد يك سيستم رنگ استاندارد كه داراي بالاترين ضريب همبستگي با همه ويژگي هاي خاك است معرفي شود. در روش دوم همه متغير هاي سيستم هاي مختلف رنگ با روش حذف ويژگي بازگشتي مورد بررسي قرار گرفت، كه اين روش با انتخاب مهم ترين ويژگي ها، ويژگي هايي كه داراي بالاترين دقت هستند، انتخاب مي كند. با توجه به نتايج هر دو روش و به جهت معرفي يك سيستم رنگ استاندارد، در اين مطالعه از سيستم رنگ CIEL*a*b براي برآورد خصوصيات خاك استفاده شد، زيرا اين سيستم نسبت به سيستم‌ هاي ديگر رنگ همبستگي بيشتري را با خصوصيات مختلف خاك نشان داد. سپس با استفاده از الگوريتم جنگل تصادفي (Random Forest) مقادير مربوط به هر ويژگي خاك برآورد شد. خصوصيات خاك شامل مقادير شن، سيلت، رس، ميزان شوري، مقدار كربنات كلسيم (CaCO3)، مقدار ماده آلي و جرم مخصوص ظاهري خاك بودند. با توجه به نتايج حاصل از برآورد مدل جنگل تصادفي، ميزان رﯾﺸﻪ دوم ﻣﯿﺎﻧﮕﯿﻦ ﻣﺮﺑﻌﺎت ﺧﻄﺎ (RMSE)، ميانگين خطا (ME)ارزيابي فاصله چاركي (PRIQ) و مقدار ضريب همبستگي (r) براي هر ويژگي خاك تعيين شد. براي ذرات شن، سيلت و رس مقدار RMSE به ترتيب برابر با 10.07، 6.28، 7.26 درصد و ميزان ضريب همبستگي به ترتيب برابر با 0.70، 0.49، 0.77 بود. ميزان آماره PRIQ براي ذرات شن (2.09)، رس (2.37) و كربنات كلسيم (1.78) در سطح مناسب و قابل‌قبول مي‌باشد. مقادير RMSE براي ماده آلي، كربنات كلسيم و جرم مخصوص ظاهري به ترتيب 0.57، 2.25، 0.11 درصد و ميزان ضريب همبستگي به ترتيب 0.55، 0.78، 0.70 بود. با توجه به اين نتايج مي‌توان گفت كه طيف هاي حاصل از حسگر رنگ نيكس پرو مي‌تواند براي پيش بيني سريع خصوصيات خاك مفيد باشد.