كاربرد شاخص موران در تشخيص داده‌هاي پرت مكاني و ارزيابي اثر آن‌ها بر برآورد توزيع مكاني ماده آلي خاك

Identification of Spatial Outliers by Moran’s Index and Evaluation of Their Effects on the Spatial Distribution of Soil Organic Matter

ماده آلي خاك به‌عنوان شاخصي كليدي از درجه تخريب خاك‌ها و قابليت ترسيب كربن در آن‌ها بوده و تعيين الگوي پراكنش مكاني آن در يك منطقه از اقدامات اساسي براي تدوين استراتژي‌هاي موثر مديريت خاك و اكوسيستم محسوب مي‌شود. در اين خصوص، روش‌هاي زمين‌آماري مانند كريجينگ به‌طورگسترده‌اي به‌منظور تعيين الگوي پراكنش مكاني كربن آلي و ساير ويژگي‌هاي خاك به‌كار برده شده است. ويژگي‌هاي آماري داده‌هاي اوليه تاثير بسيار زيادي بر كيفيت نقشه‌هاي توليدشده داشته و از اين‌رو تشخيص و حذف داده‌هاي پرت كلي و مكاني به‌عنوان يك گام اساسي اوليه در تهيه نقشه‌هاي دقيق‌تر از ماده آلي محسوب مي‌شود كه در پژوهش‌هاي پيشين كمتر مورد توجه قرار گرفته است. بنابراين، اين پژوهش باهدف ارزيابي اثر داده‌هاي پرت مكاني بر چگونگي توزيع ماده آلي خاك در حوزه آبخيز روضه‌چاي واقع در شهرستان اروميه، استان آذربايجان غربي، صورت گرفت. براي اين منظور 89 نمونه خاك سطحي (10-0 سانتي‌متري) بر اساس روش نمونه‌برداري تصادفي نظارت‌شده از حوزه تهيه شد. داده‌هاي پرت كلي مربوط به ماده آلي با استفاده از نمودار جعبه‌اي و پس از نرمال كردن توزيع مقادير حذف شد. به‌منظور حذف داده‌هاي پرت مكاني از شاخص‌هاي موران كلي و محلي استفاده شد. كورلوگرام شاخص موران كلي در فاصله900 متري حداكثر همبستگي مكاني را نشان داد كه اين فاصله به‌عنوان مبناي تعيين نقاط پرت مكاني با استفاده از شاخص موران محلي در نظر گرفته شد. نقشه خوشه‌بندي به‌دست‌ آمده از شاخص موران محلي، چهار داده پرت مكاني را در منطقه نشان داد كه با حذف آن‌ها مقادير ضرايب كارايي نقشه كريجينگ شامل MAE و RMSE به ترتيب از 97/0 و 31/1 به 85/0 و 12/1 كاهش يافته و در نتيجه دقت نقشه در مقايسه با شرايط عدم حذف اين داده‌ها 5/13 درصد افزايش يافت. نتايج كلي، مويد كارايي استفاده از شاخص موران براي تشخيص داده‌هاي پرت مكاني و اثر مثبت حذف اين داده‌ها در افزايش دقت نقشه كريجينگ ماده آلي در منطقه بود.

Soil organic matter (SOM) is a key index in evaluation of the soil degradation and soil carbon sequestration. Therefore, determination of the SOM spatial patterns is essential for developing the suitable strategies of soil and ecosystem management. Geostatistical methods such as kriging have been widely employed to investigate the spatial pattern of different soil properties like SOM. The quality of the spatial maps is significantly influenced by the statistical properties of the raw data. Thus, identification and elimination of spatial outlier data, which has rarely been considered in previous works, is an important step in preparation of accurate and suitable maps of soil organic matter. The aim of the present study was to evaluate the effect of spatial outliers on the spatial pattern of soil organic carbon at the Rozeh-Chay watershed, Urmia, west Azarbayjan province. A total of 89 surface soil samples (0-10 cm) were collected based on the stratified random sampling scheme. After the normalization of the raw SOM data, global outliers were eliminated by box plot method. Spatial outliers were identified by the global and local Moran’s I indices. Spatial correlogram of the global Moran’s I showed the highest spatial autocorrelation at distance of 900 m, which was used as a distance band for preparation of spatial clusters map by local Moran’s I index. Cluster map of the local Moran’s I index showed four spatial outliers which were eliminated to assess their effects on the accuracy of kriging map of SOM. With the elimination of the spatial outliers, the MAE and RMSE of the SOM map were decreased from 0.97 and 1.31 to 0.85 and 1.12, respectively. Therefore, the accuracy of the kriging map increased by 13.5 percent. Generally, it can be concluded that the combination of Moran’s I index and kriging method improves the efficiency of organic matter map in the study area.