تغييرپذيري مكاني عناصر غذايي قابل استفاده در خاك سطحي به‌كمك آناليز مؤلفه‌هاي اصلي و تكنيك زمين آمار(مطالعه موردي در منطقه آپايپولي ، ايالت آندراپرادش هند)

Spatial Variability of Soil Surface Nutrients Using Principal Component Analysis and Geostatistics: A Case Study of Appaipally Village, Andhra Pradesh, India

اهميت و وجود تغييرات مكاني در خصوصيات خاك امري بديهي به‌شمار مي‌رود، با اين حال درك فعلي از علل و منابع تغييرات كامل نيست. بررسي تغييرپذيري خاك در سطح مزرعه توسط آمار كلاسيك و زمين آمار قابل بررسي مي‌باشد. اين تحقيق به‌منظور تعيين عوامل كنترل كننده تغييرات مكاني عناصر غذايي پرمصرف و كم‌مصرف به‌وسيله تلفيق آناليز مؤلفه‌هاي اصلي به‌عنوان يك روش كلاسيك و روش زمين آمار در مزارع روستاي آپايپولي ايالت آندراپرادش هند صورت گرفته است. در مطالعات صحرايي در 110 نقطه از عمق 30-0 سانتي‌متري نمونه‌برداري شده و نيتروژن كل، فسفر، پتاسيم،كلسيم، سديم، منيزيوم، سولفات، بور، منگنز، روي و آهن قابل استفاده اندازه‌گيري شد. تجزيه و تحليل‌هاي آمار كلاسيك و زمين آمار روي داده‌ها صورت گرفت. نتايج آناليز مؤلفه‌هاي اصلي نشان داد كه چهار مؤلفه اول داراي ارزش ويژه بيش از يك بوده‌اند و جمعاً 64/71 درصد كل تغييرات را توجيه كرده‌اند. نتايج آناليزهاي زمين آماري روي سه مؤلفه اول نشان داد كه هر سه مؤلفه بر اساس تغييرنماي سطحي ، همسانگرد بوده‌اند. مدل‌هاي برازش داده شده به هر سه مؤلفه از نوع كروي مي‌باشند. مقدار دامنه تأثير براي مؤلفه‌هاي اول و سوم نزديك به هم بوده و به ترتيب معادل 288 و 393 متر مي‌باشد. به‌نظر مي‌رسدكه مهم‌ترين عناصر غذايي در اين مؤلفه‌ها داراي دامنه تأثير 400-300 متر هستند. در مقابل مؤلفه دوم كه داراي دامنه تأثير حدود 877 متر مي‌باشد، احتمالاً عناصر غذايي مهم در آن مانند آهن، منگنز و روي داراي دامنه تأثير مشابهي در حدود 900-700 متر در مقياس مطالعه هستند. مقايسه الگوي مكاني مؤلفه‌ها نشان مي‌دهد كه الگوي پراكنش مؤلفه اول و سوم كه در آن مهم‌ترين عناصر غذايي نيتروژن كل، منيزيوم ،پتاسيم، مس، كلسيم و فسفر قابل استفاده هستند با الگوي كشت و ابعاد مزارع مطابقت دارد. اين امر نشان دهنده آن است كه تغييرپذيري عناصر مزبور عمدتاً تحت مديريت زارعين قرار گرفته است. جهت رعايت بهينه مصرف عناصر غذايي بايستي ميزان كوددهي توسط زارعين مورد بازنگري قرار گيرد. الگوي مؤلفه دوم با شكل قطعه‌بندي مزارع هم‌خواني ندارد ولي با الگوي مكاني اسيديته خاك در منطقه تطابق بسيار زيادي نشان مي‌دهد. با توجه به اين‌كه مؤلفه دوم تركيب خطي از عناصر مهم روي، آهن و منگنز مي‌باشد لذا مي‌توان نتيجه گرفت كه توزيع مكاني عناصر مزبور عمدتاً توسط اسيديته خاك كنترل شده است و مديريت موضعي زارعين كم‌رنگ‌تر بوده است. در عين حال توزيع اين عناصر نيز بايد در نقاط بحراني و كمتر از حد قابل قبول، مورد توجه قرار گيرد.

Understanding distribution of soil properties at the field scale is important for improving agricultural management practices and for assessing the effects of agriculture on environmental quality. Spatial variability within soil occurs naturally due to pedogenic factors as well as land use and management strategies. The variability of soil properties within fields is often described by classical statistical and geostatistical methods. This research was conducted to study what factors control the spatial variability of soil nutrients using an integration of principal component analysis and geostatistics in Appaipally Village, Andra Pradesh, India. 110 soil samples were randomly collected from 0-30 cm and prepared for laboratory analyses. Total N, available P, Ca, K, Na, Mg, S, B, Mn, Fe, Zn were measured using standard methods. Statistical and geostatistical analysis were then performed on raw data. The results of PCA analysis showed that 4 PC's had Eigen-value of more than 1 and explained 71.64 % of total variance. The results of geostatistical analysis revealed that three PC's had isotropic distribution based on surface variogram. Spherical model was fitted to all PC's. Ranges of model were 288 and 393 m for PC1 and PC3 respectively. On the other hand the range for PC2 was significantly different (877m). The most important elements in PC2 such as Fe, Mn, and Zn probably had similar range of effectiveness (700-900m). The comparison of PC's distributions indicated that PC1 and PC3 including total N, available Mg, K, Cu, Ca and P, were in accordance with farming plots dimensions and management practices. Therefore, it is necessary to improve the appropriate fertilizers used by farmers. The pattern of PC2 distribution was not consistent with farmer's plots, but had the best concordance with soil acidity. Therefore, the most correlated elements with this PC including Fe, Mn, and Zn are mainly controlled by soil acidity and not affected by management practices. However, spatial variability of these elements in areas lower than critical values should be considered for site-specific management.