عملكرد توابع انتقالي طيفي پارامتريك و نقطه‌اي براي برآورد منحني مشخصه رطوبتي خاك

Evaluating Point and Parametric Spectral Transfer Functions for a Prediction of Soil Water Characteristics

اندازه‌گیری مستقیم ویژگی‏های هیدرولیكی خاك معمولاً هزینه‏بر و وقت‏گیر است. تلاش‏ فراوانی صورت گرفته تا بتوان از طریق توابع انتقالی خاك (PTFs) و به كمك اطلاعات زودیافت به ویژگی‏های هیدرولیكی خاك دست یافت. هدف این پژوهش ارزیابی عملكرد پارامتریك و نقطه‏ای توابع انتقالی طیفی (STFs) و PTFها در برآورد پارامترهای مدل‏های منحنی رطوبتی ون‏گنوختن و بروكز‌ـ كوری بود. همچنین، به ‏منظور مقایسة كارایی متغیرهای طیفی و متغیرهای مبنایی خاك، عملكرد توابع انتقالی طیفی و توابع انتقالی خاك‏های منطقه نسبت به مهم‌ترین توابع انتقالی برخی خاك‏های جهان بررسی شد. بدین منظور، تعداد 174 نمونه خاك گرد‏آوری و منحنی‏های طیفی آن‏ها در گسترة 350 تا 2500 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپكترورادیومتر زمینی اندازه‏گیری شد. برخی ویژگی‏های فیزیكی خاك همراه مقادیر رطوبت در پتانسیل‏های ماتریك معین اندازه‏گیری و به روش حداقل مربعات خطا و پارامترهای مدل‏های رطوبتی ون‏گنوختن و بروكز‌ـ كوری محاسبه شد. با استفاده از روش رگرسیون مرحله‏ای چندگانه، توابع انتقالی خاك و توابع انتقالی طیفی پارامتریك و نقطه‏ای اشتقاق یافت. نتایج نشان داد STFs و PTFs خاك‏های منطقه در هر دو رویكرد نقطه‏ای و پارامتریك نسبت به PTFsهای دیگر مناطق جهان (متوسط RMSR برابر 100/0)، برای پیش‏بینی نگه‌داشت آب در خاك، دقت بیشتری (متوسط RMSR برابر 029/0) دارند. دقت برآورد رطوبت خاك توسط مدل ون‏گنوختن (متوسط RMSR برابر 034/0) نسبت به مدل بروكز‌ـ كوری (متوسط RMSR برابر 041/0) بیشتر بود. به‏ طور كلی، STF و PTFهای اشتقاق‌یافته دقت تقریباً برابری داشتند؛ با این تفاوت كه در مكش‏های متوسط و زیاد STFها برآوردی بهتر ارائه كردند.

Direct measurement of soil hydraulic properties is usually expensive and time consuming. Several attempets have been made to establish PedoTransfer Functions (PTFs), that use readily available soil data, to provide soil hydraulic properties. The objective of the present study was to evaluate point and parametric Spectral Transfer Functions (STFs) as well as PTFs to estimate van Genuchten (vG) and Brooks-Corey (BC) parameters needed for predicting soil water characteristics’ curve. The derived STFs and PTFs were further evaluated with a number of available PTFs to find out if spectral variables can effectively improve the accuracy of soil water retention predictions. Consiquently, a number of 174 soil samples were collected and used to measure the spectral reflectance curves in visible, near-infrared and shortwave-infrared range, using a handheld spectroradiometer. Some physical soil properties and soil water contents at their specific matric potentials were recorded. Using a non-linear least square optimization method, the vG and BC parameters were then calculated. Stepwise multiple linear regression statistics was employed to derive point and parametric STFs and PTFs. The results indicated that the derived point and parametric STFs and PTFs are of higher accuracy (with mean RMSR of 0.029 cm3 cm-3) in predicting soil water retention than the published PTFs (with mean RMSR of 0.100 cm3 cm-3). Furtheremore, vG model was found to more accurately predict soil water content (mean RMSR of to 0.034 cm3 cm-3) than BC model (mean RMSR of 0.041 cm3 cm-3). The overall findings reveal that the derived STFs and PTFs provide almost similar results, but the STFs performance is somewhat more accurate at mid and high metric potentials.