تجزيه و تحليل عدم قطعيت يك نقشه‌ خاك با استفاده از شاخص‌هاي مجاورت تاكسونوميكي و تفرق خاك

Analysis of uncertainty of a soil map using taxonomic adjacency and pedodiversity indices

سابقه و هدف: مطالعات شناسايي، نقشه‌برداري و ارزيابي خاك، همواره از كشمكش بين خاك‌ها يا ويژگي‌هايي از آن‌ها كه به‌طور ممتد در طول سيماي اراضي تغييرپذير مي‌باشند و ضرورت استفاده از يك سامانه‌ طبقه‌بندي خاك (به‌منظور تعريف يك‌سري واحدهاي گسسته) برخوردار بوده‌اند. به ديگر سخن، تفكيك طبقات خاك به‌طور معمول در برگيرنده‌ توجه به يك‌سري مقادير حد آستانه‌ قراردادي براي ويژگي‌هاي خاك است. در اين راستا، عدم قطعيت، يك بخش جدايي‌ناپذير و چسبيده به پديده‌ها، داده‌ها و اطلاعات مكاني خواهد بود. بنابراين، هر پروژه‌ نقشه‌برداري خاك، داراي برخي از نقيصه‌ها و عدم قطعيت‌ها است كه در ارتباط با اندازه‌گيري‌هاي ناكامل و ناقص صحرايي و محدوديت‌هاي نمايش كارتوگرافيكي خاك‌ها مي‌باشند. اين مقاله بر مبناي مفاهيم مجاورت تاكسونوميكي و تفرق خاك، تغييرپذيري بالقوه و عدم قطعيت مرتبط با مرزهاي اختياري يا حدود آستانه‌ تعريف‌شده براي معيارهاي طبقه‌بندي خاك را در دو سامانه‌ رده‌بندي آمريكايي و طبقه‌بندي جهاني، مورد مقايسه قرار داده است. مواد و روش‌ها: پس از تهيه‌ نقشه‌ تفسيري اوليه (مقياس 1:50000) بخشي از اراضي لاله‌زار استان كرمان بر مبناي روش ژيوپدولوژي، حدود مرز واحد‌هاي تفكيك‌شده در اين نقشه، متناسب با مطالعات نيمه‌تفصيلي خاك در صحرا كنترل و تصحيح شدند. سپس، به حفر خاك‌رخ در هر كدام از ژيوفرم‌ها اقدام گرديد و در نهايت 20 خاك‌رخ در منطقه تشريح و نمونه‌برداري شدند. پس از انجام آزمايش‌هاي فيزيكي و شيميايي لازم بر روي نمونه‌ها، طبقه‌بندي خاك‌ها بر اساس دو سامانه‌ رده‌بندي آمريكايي (2010) و طبقه‌بندي جهاني (2007) نهايي شد. در ادامه، با به‌كارگيري تيوري نمودار جبري، ماتريس مجاورت تاكسونوميكي خاك‌هاي مطالعاتي بر مبناي طبقات جداسازي شده در دو سامانه‌ طبقه‌بندي مزبور تهيه شد. سپس، از بزرگ‌ترين مقدار ويژه‌ اين ماتريس (شعاع طيفي) براي محاسبه‌ شاخص مجاورت تاكسونوميكي نقشه‌ خاك منطقه استفاده شد. به‌علاوه، تفرق خاك‌هاي منطقه با استفاده از شاخص تفرق شانن محاسبه شد و با شاخص مجاورت تاكسونوميكي مقايسه گرديد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه خاك‌هاي منطقه بر مبناي سامانه‌ رده‌بندي آمريكايي در سه رده‌ ‏انتي‌سول، اينسپتي‌سول و آلفي‌سول قرار گرفته‌اند؛ حال آن‌كه بر اساس سامانه‌ طبقه‌بندي جهاني، گروه‌هاي مرجع رگوسول، كمبي‌سول، كلسي‌سول و لووي‌سول، خاك‌هاي غالب منطقه را شامل مي‌شوند. همچنين، عدم قطعيت بيش‌تري در گروه‌بندي خاك‌هاي منطقه‌ مطالعاتي بر اساس معيارهاي سامانه‌ رده‌بندي آمريكايي نسبت به سامانه‌ طبقه‌بندي جهاني وجود داشت. با توجه به تفاوت در واحدهاي ژيومورفيك، سامانه‌ طبقه‌بندي جهاني، كم بودن مجاورت تاكسونوميكي در خاك‏هاي منطقه را بهتر نشان داد. نتيجه‌گيري: مقايسه‌ نتايج حاصل از شاخص مجاورت تاكسونوميكي با نتايج به‌دست آمده از شاخص تفرق شانن نيز نشان داد كه سامانه‌ طبقه‌بندي جهاني در تفكيك واحدهاي خاك و نمايش تفرق خاك‏ها بهتر از سامانه‌ رده‌بندي آمريكايي عمل نموده ‏است. به‌طوركلي، در منطقه‌ مورد مطالعه، ارتباط مجاورت تاكسونوميكي و سيماي اراضي، به خوبي قابل مشاهده بود.

Background and Objectives: Soil survey, mapping and evaluation studies has long been characterized by tension between the recognition that soils or soil properties vary continuously across the landscape and the necessity in soil classification of defining discrete entities. On the other hand, soil classes are usually separated by arbitrary threshold values for soil properties. In this regard, uncertainty will be an integral and attached part to phenomena, data and spatial information. Therefore, each soil mapping project has some deficiencies and uncertainties associated with incomplete and imperfect field measurements and limitations of soil cartographic representation. This paper is concerned with the concept of taxonomic adjacency and pedodiversity to compare the potential variability and uncertainty associated with arbitrary classification boundaries or thresholds in taxonomic criteria of both Soil Taxonomy and WRB systems. Materials and Methods: After preparing the primary interpretative map (1:50,000 scale) for part of the Lalehzar region (Kerman province), based on the geopedologic approach, separated unit boundaries on the map were controlled and corrected in the field according to the semi-detailed soil surveys. Then, soil profiles were dug in each of the geomorphic units and finally 20 soil profiles were described and sampled in the study area. After necessary physical and chemical analyses on the samples, soils classification was finalized based on both Soil Taxonomy (2010) and WRB (2007) systems. Afterwards, based on the separated soil classes in both mentioned classification systems, the taxonomic adjacency matrix of studied soils were prepared using algebraic graph theory. Then, the largest eigenvalue of the matrix (the spectral radius) was used for calculating taxonomic adjacency index of soil map of the region. Besides, the diversity of the soils of the area was calculated using Shannon diversity index and is compared with the taxonomic adjacency index. Results: Results showed that according to the Soil Taxonomy system, soils of the area were in three Entisol, Inceptisol and Alfisol orders; however, based on the WRB system, Regosol, Cambisol, Calcisol and Luvisol reference groups were the dominant soils of the area. Besides, Soil Taxonomy criteria have greater degree of uncertainty in the classification of the soils of the studied area compared to the WRB system. Due to differences in the geomorphic units, the WRB system showed better the small amount of taxonomic adjacency in the soils of the area. Conclusion: Comparison of the taxonomic adjacency index results with those of the Shannon diversity index in showing the diversity of the soils indicated that the WRB system has acted more accurately than the Soil Taxonomy system. In general, the relationship between taxonomic adjacency and landscape was clearly visible in the study area.