پيش‌بيني توزيع منطقه‌اي اجزاء بافت خاك دشت سيلابي سيستان با استفاده از روش جنگل تصادفي

زمينه و هدف: خصوصيات خاك در دشت‌هاي سيلابي داراي تغييرات مكاني زيادي هستند بافت خاك يكي از خصوصيات مهم خاك است كه تأثير زيادي بر بسياري از فعاليت‌هاي كشاورزي و مديريت خاك دارد به‌طوري‌كه مقدار نگهداري آب و عناصر غذايي، نفوذپذيري، زهكشي، تخلخل و بسياري از خواص مكانيكي‌ و هيدروليكي خاك تحت‌تأثير آن است؛ لذا داشتن آگاهي از توزيع مكاني آن به‌ويژه در دشت‌هاي سيلابي كه تغييرات آن زياد است، ضرورتي مضاعف دارد. مطالعات صحرايي تغييرات مكاني خصوصيات خاك به علت برداشت تعداد زياد نمونه به‌ويژه در مقياس بزرگ پرهزينه و زمان‌بر است. روش‌ نقشه‌برداري رقومي خاك در تلفيق با داده‌هاي سنجش‌ازدور به‌عنوان راهكاري سودمند براي توليد نقشه رقومي خصوصيات خاك با دقت بالا و صرف هزينه و زمان كمتر است. روش پژوهش: در اين پژوهش پيش‌بيني تغييرات مكاني اجزاء بافت خاك در دشت سيلابي سيستان در مقياس بزرگ (مساحت 1300 كيلومتر مربع) انجام شده است. براي اين منظور بر اساس روش تصادفي طبقه‌بندي شده در سري‌هاي مختلف خاك اراضي كشاورزي دشت سيستان تعداد 160 نقطه انتخاب گرديد و سپس نمونه‌برداري‌ها از لايه سطحي خاك ( cm0-30) انجام گرديد. همچنين از داده‌هاي سنجش از دور تصوير ماهواره لندست 8 شامل تصاوير باندهاي يك تا هشت، نسبت تصاوير باند چهارم به هشتم، باند چهارم به باند سوم و شاخص پوشش گياهي، شاخص روشنايي، شاخص رس و شاخص اندازه ذرات خاك به عنوان متغيرهاي كمكي براي ميان‌يابي اجزاء بافت خاك كمك گرفته شد. براي يافتن ارتباط بين متغيرهاي كمكي و اجزاء بافت خاك از روش‌ جنگل تصادفي استفاده شد. اين تكنيك، مدل توسعه يافته‌اي از روش طبقه‌بندي و رگرسيون درختي مي‌باشد كه در آن به جاي رشد يك درخت صدها يا هزارن درخت طبقه‌بندي توليد مي شود. 80 درصد داده‌ها به داده‌هاي آموزش و 20 درصد به داده‌هاي آزمون اختصاص يافتند. مدل‌سازي بر روي داده‌هاي آموزش و ارزيابي‌ها بر اساس داده‌هاي آزمون انجام گرديد. از معيارهاي RMSE, MBA MAE, و nRMSE و همچنين شاخص توافق ويلموت (dr) و ضريب كارايي (EF) براي ارزيابي و كارايي مدل استفاده شد. يافته‌ها: تجزيه و تحليل همبستگي پيرسون نشان داد كه در بين كسرهاي بافت خاك، محتواي شن و ماسه با بيشترين متغيرهاي محيطي داراي بيشترين رابطه معني‌دار است. باند 8 بيشترين همبستگي را با ميزان شن، سيلت و رس داشت. يافته‌هاي پژوهش بيانگر اين است كه استفاده از داده‌هاي سنجش‌ازدور موجب افزايش دقت پيش‌بيني‌ها شده‌اند. همچنين بااين‌حال كه روش جنگل تصادفي مقادير كمتري براي RMSE در مقايسه با يك مدل ساده كريجينگ براي پيش‌بيني مكاني ذرات شن، سيلت و رس خاك ارائه داد؛ اما به علت تغييرات زياد خصوصيات خاك در دشت‌هاي سيلابي، مقادير RMSE نسبتاً بزرگ‌تر مقادير شن و سيلت نسبت به رس به دليل فراگيرتر بودن آنها در منطقه موردمطالعه است. مقدار RMSE در روش جنگل تصادفي براي پيش‌بيني شن، سيلت و رس در داده‌هاي اعتبارسنجي به ترتيب برابر 42/15، 56/12 و 97/8 درصد به دست آمد. اين در حالي است كه RMSE براي مدل كريجينگ معمولي به ترتيب 2/18، 3/13 و 53/9 برآورد شد كه نسبت به روش جنگل تصادفي به ترتيب 18، 9/5 و 2/11 درصد بيشتر است. مقادير نسبتاً زياد RMSE در اين مطالعه ناشي از تغييرات زياد خصوصيات خاك و شرايط تشكيل رسوبات در دشت‌هاي سيلابي است. مقادير nRMSE براي اجزاء شن، سيلت و رس خاك به ترتيب برابر 19/0، 13/0 و 21/0 براي داده‌هاي پيش‌بيني و برابر 39/0، 29/0 و 34/0 براي داده‌هاي اعتبارسنجي است. همچنين بين متغيرهاي كمكي، نتايج نشان داد كه شاخص رس و شاخص اندازه دانه مهمترين متغيرهاي محيطي براي پيش‌بيني بافت خاك به روش جنگل تصادفي در منطقه مورد مطالعه بودند. نتايج مقادير ضريب توافق ويلموت (dr) نشان مي دهد كه مدل سازي بادقت قابل‌قبولي انجام شده است. همچنين بررسي مقادير ضريب كارايي مدل (EF) نيز نشان مي دهد كه روش جنگل تصادفي به‌درستي نقشه‌هاي اجزاء بافت خاك را در محدوده موردمطالعه توليد كرده است. ساير متغيرهاي محيطي مانند نسبت باند 4 - باند 8، باند 1، باند 8 و باند 7 نيز بر پيش‌بيني كسر بافت خاك تأثير گذاشتند. نتايج: نتايج نشان داد در بين اجزاء بافت خاك شن داراي بالاترين ضريب هم‌بستگي پيرسون با متغيرهاي محيطي بود و در بين متغيرهاي كمكي باند 8 بيشترين ضريب هم‌بستگي را با اجزاء بافت خاك دارد. شاخص رس و شاخص اندازه ذرات خاك مهم‌ترين متغيرهاي محيطي در جريان مدل‌سازي با روش جنگل تصادفي بودند. همچنين متغيرهاي محيطي نسبت باند 4 به باند 8، باند 8، باند 7 و باند 2 ماهواره لندست 8 از ديگر متغيرهايي هستند كه بر پيش‌بيني توزيع مكاني اجزاء بافت خاك تأثير داشتند. در مجموع به علت تغييرات زياد خصوصيات خاك در دشت‌هاي سيلابي مقادير معيارهاي ارزيابي نسبتاً زياد برآورد گرديد كه اين به دليل تغييرپذيري زياد خصوصيات فيزيكي خاك در دشت سيستان است. دليل ديگر آن مي تواند به تعداد نمونه‌هاي مورداستفاده ارتباط داشته باشد؛ بنابراين پيشنهاد مي شود كه براي به‌دست‌آوردن نقشه هاي بادقت بهتر براي خصوصيات خاك به‌ويژه خصوصيات فيزيكي آن در دشت‌هاي آبرفتي، تعداد نمونه‌برداري‌هاي خاك افزايش يابد و همچنين تعداد نقاط بهينه در اين مناطق تعيين گردد. همچنين به دليل اينكه خصوصيات خاك در دشت‌هاي سيلابي تابع نحوه رسوب گذاري است كه خود تابع نحوه پراكنش مسيرهاي جريان آب منطقه است، پيشنهاد مي‌شود در مطالعات آتي از شاخص‌هاي كه به نحوي به اين موضوع مرتبط است نظير فاصله تا رودخانه‌ها، شبكه انهار منطقه، نقشه كاربري اراضي به‌عنوان متغيرهاي كمكي استفاده شود.