شماره ركورد :
940447
عنوان مقاله :
اشتقاق توابع انتقالي مناسب براي برآورد برخي ويژگي هاي ديريافت خاك
عنوان به زبان ديگر :
Derivation the suitable pedotransfer functions for prediction of some difficult available soil properties
پديد آورندگان :
سيدمحمدي، جواد دانشگاه تبريز - گروه مهندسي علوم خاك , اسماعيل نژاد، ليلا دانشگاه تهران - گروه مهندسي علوم خاك , شعبانپور، محمود دانشگاه گيلان - گروه مهندسي علوم خاك
اطلاعات موجودي :
دو ماهنامه سال 1395
رتبه نشريه :
علمي پژوهشي
تعداد صفحه :
15
از صفحه :
203
تا صفحه :
217
كليدواژه :
گيلان , ويژگي هاي ديريافت , رگرسيون , شبكه عصبي مصنوعي , توابع انتقالي خاك
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: اندازه‎ گيري مستقيم برخي خواص خاك ممكن است مشكل، هزينه ‎بر و وقت‎ گير باشد. بنابراين اين خواص مي ‎توانند به اساني از داده ‎هاي زوديافت تخمين زده شوند. ظرفيت تبادل كاتيوني يك شاخص مهم حاصل ‎خيزي و ظرفيت ذخيره آلاينده ‎ها در خاك مي ‎باشد. ويژگي ‎هاي هيدروديناميكي خاك تعيين كننده جريان آب در خاك-گياه- اتمسفر بوده كه كنترل كننده فرآيندهايي مانند تغذيه آبي و جريان عناصر مغذي بين خاك و پوشش گياهي مي ‎باشد. شناخت خواص هيدروديناميك خاك براي مدلسازي فرآيندهاي فيزيكي مربوط به ذخيره رطوبت خاك داراي اهميت است. علي‎رغم پيشرفت ‎هاي زياد در روش ‎هاي اندازه‎ گيري، تعيين دقيق خواص هيدروليكي خاك بخصوص براي خاك ‎هاي دست‎ نخورده و در محدوده خشك منحني رطوبتي همچنان مشكل است. همچنين اندازه‎ گيري خواص هيدروليكي و ظرفيت تبادل كاتيوني خاك زمان ‎بر، مشكل و پر‎هزينه است. به همين دليل، اين مطالعه سعي در توسعه توابع انتقالي مناسب براي تخمين رطوبت ظرفيت زراعي، نقطه پژمردگي دايم و ظرفيت تبادل كاتيوني خاك ‎هاي نواحي جنوب استان گيلان دارد. مواد و روش ‎ها: محدوده مورد مطالعه در منطقه گيلوان در جنوب استان گيلان واقع شده است. اقليم منطقه اريديك بوده، بارندگي ساليانه 245 ميلي‎متر و ميانگين درجه حرارت 18 درجه سانتي‎گراد است. 240 نمونه خاك از لايه 0 تا 30 سانتي ‎متري جمع آوري شد. سپس خواصي چون رس، شن و سيلت، آهك، مواد آلي، جرم مخصوص ظاهري و گچ اندازه‎ گيري شدند. اولين مرحله در مطالعات آماري بررسي نرمال بودن داده ‎ها است. براي تعيين نرمال بودن داده‎ ها از آزمون كولموگروف-اسميرنوف استفاده شد. داده ‎ها به دو دسته آزمون (25%) و آموزش (75%) تقسيم شدند. اين تقسيم‎ بندي به گونه ‎اي انجام گرفت كه ويژگي ‎هاي آماري هر دو گروه مثل حداقل، حداكثر، انحراف معيار و ... يكسان باشند. سپس مدل‎ هاي رگرسيون و شبكه عصبي بر داده ‎هاي آموزش اعمال شد. براي جلوگيري از خطا در فرآيندهاي شبكه عصبي، داده‎ ها به مقياس استاندارد از 0/1 تا 0/9 تبديل شد. توابع پرسپترون چند لايه، پس انتشار، و لونبرگ-ماركواردت براي توسعه شبكه ‎هاي عصبي مصنوعي توسعه يافت. براي ارزيابي مدل ها از معيارهاي RMSE، R2، و MEF استفاده شد. يافته‎ ها: در تجزيه رگرسيون، براي ظرفيت تبادل كاتيوني، درصد رس و ماده ‎آلي، براي مقدار ظرفيت زراعي، رس، سيلت و جرم مخصوص ظاهري و براي نقطه پژمردگي دايم، درصد رس داراي تأثير معنادار در مدل‎ هاي توسعه يافته بودند. ضرايب تبيين در مدل‎ هاي رگرسيون ايجاد شده براي ظرفيت تبادل كاتيوني، ظرفيت زراعي و نقطه پژمردگي دايم به ترتيب براي خطي 0/72، 0/84 و 0/73 و غيرخطي 0/78، 0/87 و 0/74 بودند. بهترين توابع انتقالي توسعه يافته براي خواص دير يافت در شبكه عصبي مصنوعي از مدل پرسپترون چندلايه با 2 لايه پنهان، 8 نرون براي ظرفيت زراعي و پژمردگي و 6 نرون براي ظرفيت تبادل كاتيوني با در نظر گرفتن همه ورودي‎ ها بدست آمد. ضريب تبيين براي ظرفيت تبادل كاتيوني 0/98، رطوبت ظرفيت زراعي 0/99 و رطوبت نقطه پژمردگي دائم 0/98 بود. مدل‎ هاي شبكه عصبي براي تعيين خواص ديريافت با ورودي از داده‎ هاي زوديافت كه داراي بيشترين ضريب حساسيت بودند، طراحي شدند. نتايج اين مدل‎ ها شبيه به مدل‎ هاي رگرسيون غيرخطي بود. نتايج در استفاده از داده ‎هاي آزمون، نشان داد كه مدل ‎هاي بدست آمده از شبكه‎ هاي عصبي با ورودي شامل همه داده‎ هاي زوديافت دقيق‎ تر از مدل‎ هاي رگرسيون بود. نتيجه ‎گيري: در روش رگرسيون، مدل ‎هاي غيرخطي براي پيش‎بيني خواص ديريافت دقيق‎تر از مدل ‎هاي خطي بودند. در شبكه هاي عصبي مصنوعي مدل‎ هايي با تمام ورودي ‎هاي زوديافت دقيق ‎تر از مدل‎ هايي بودند كه شامل ورودي ‎هاي زوديافت كه داراي بيشترين ضريب حساسيت بودند. در صورتي ‎كه تعداد داده‎ هاي زوديافت ورودي كافي نباشند مدل ‎هاي رگرسيوني مي‎ توانند دقت قابل قبولي داشته باشند. اما اگر اين داده‎ ها كافي باشند شبكه ‎هاي عصبي مصنوعي دقت بيشتري خواهند داشت. دقت شبكه ‎هاي عصبي با كاهش پارامترهاي ورودي كاهش مي ‎يابد.
چكيده لاتين :
Background and Objective: Direct measurement of some soil properties may be difficult, costly and time consuming. So, these properties can be predicted using readily available data. Soil cation exchange capacity (CEC) is an important indicator of soil fertility and pollutant sequestration capacity. Soil hydraulic properties drive the water flow in the soil-plant-atmosphere system and hence control processes such as aquifer recharge or nutrient fluxes between soil and vegetation. Knowledge of soil hydraulic is important for modeling the physical processes related to soil water content. Despite great advances in measurement methods, it is still difficult to determine soil hydraulic properties accurately, especially for undisturbed soils and in the dry range. However, the measurement of the soil hydraulic properties and CEC is time-consuming, labor and expensive. Therefore, the present study aimed to derive the pedotransfer functions (PTFs) for the estimation of field capacity (FC), permanent wilting point (PWP) and CEC in some soils of Guilan province. Materials and Methods: Study area is located in south of Guilan Province, Gilevan region, northern Iran. The climate is aridic. The annual precipitation is 245 mm and the average temperature is 18 °C. A total of 240 soil samples from 0-30 cm layer of this region were collected. Then, both difficult and readily available soil properties such as clay, sand and silt percent, CaCO3, organic matter, bulk density and gypsum were measured. The first step for using statistical methods is to study the normality of data. For this purpose, Kolmogorov-Smirnov test was used. Data were divided into two groups of test (%25) and train (%75). This division carried out in such a way that statistical characteristics of two groups such as minimum, maximum, standard deviation, etc. were similar. Then regression and artifitial neural network (ANN) models set on training data. For prevention of error in ANN process, data converted in standard scale from 0.1 to 0.9. Multi-layer percepteron, feed forward backpropagation and Levenberg-Marquardt functions were used for extension of ANN. Relative root mean square error (RMSE), determination coefficient (R2) and model efficiency factor (MEF) criteria were used for evaluation of models. Results: In regression analysis, for CEC, clay and organic matter percent, in FC moisture content, clay, silt as well as bulk density and for PWP, clay percent showed significant effects in created models. Coefficients of determination in created linear models for CEC, FC and PWP were 0.72, 0.84 and 0.73, respectively.While these coefficients for non-linear models were 0.78, 0.87 and 0.74 for CEC, FC and PWP, respectively. The best PTFs for prediction of difficult available properties in ANNs obtained by multi-layer perceptron model with 2 hidden layers, 8 neurons for FC and PWP, 6 neurons for CEC and considering all inputs. Coefficients of determination for CEC, FC and PWP were 0.98, 0.99 and 0.98, respectively. ANNs designed for prediction of difficulty available properties with inputs include soil readily available properties that have the most sensitivity coefficient with difficulty available properties. Test results of these models were similarity non-linear regression models. The results of models compared with test data showed that the models obtained from ANNs were more accurate than the regression model. Conclusion: In regression method, non-linear models for prediction of soil difficulty available properties were more accurate than linear models. In ANNs, models with inputs including all of the soil readily available properties were more accurate than models with inputs include soil easily available properties that have the most sensitivity coefficient with difficulty available property. Besides, according to results, if the number of readily available data weren’t adequite, regression models could be used with acceptable accuracy. While, these data were enough, then the ANN provides much more accurate results. These means that ANN accuracy decreases by reducing input variables.
سال انتشار :
1395
عنوان نشريه :
پژوهش هاي حفاظت آب و خاك
فايل PDF :
3616039
عنوان نشريه :
پژوهش هاي حفاظت آب و خاك
اطلاعات موجودي :
دوماهنامه با شماره پیاپی سال 1395
كلمات كليدي :
#تست#آزمون###امتحان
لينک به اين مدرک :
بازگشت