برآورد مقدار کربن آلی خاک با استفاده از داده‌های ابر طیفی در گستره VIS-NIR-SWIR

Authors

  • ابراهیم بابائیان عضو ستاد فناوری آب، فرسایش، خشکسالی و محیط زیست-معاونت علمی فناوری ریاست جمهوری
Abstract:

سابقه و هدف: مقدار کربن آلی خاک به عنوان یکی از مهمترین ویژگی‌های خاک، اهمیت بسیاری در توسعه و مدیریت پایدار کشاورزی دارد. مقدار مواد آلی خاک که عموما بر اساس مقدار کربن آلی آن اندازه گیری می‌شود، معمولا به عنوان شاخص کلیدی کیفیت و عملکرد خاک قلمداد می گردد (24). وجود مواد آلی مکفی خاک، تاثیرات مثبتی بر باروری خاک، ظرفیت نگهداشت آب خاک و ترسیب کربن دارد (35؛ 26؛ 25؛ 30). تحقیقات اخیر نشان داده است که فعالیت‌های انسانی همانند عملیات مکانیکی کاشت و فعالیت‌های توسعه‌ای اقتصادی منجر به درخطر افتادن محتوای مواد آلی خاک شده است (23؛ 22). بنابراین پایش مستمر میزان کربن آلی خاک می تواند نقشی مهمی در کنترل کیفیت و عملکرد خاک داشته باشد. از آنجا که روش‌های معمول آزمایشگاهی اندازه‌گیری کربن آلی خاک، به ویژه در مقیاس‌های مکانی بزرگ، عمدتاً پرهزینه و زمان‌بر هستند به همین دلیل، روش‌های ارزیابی سریع، کم‌هزینه و با دقتِ میزان کربن آلی خاک، می‌تواند یک اقدام بسیار ارزشمند برای مدیریت بلندمدت خاک باشد. هدف از انجام این پژوهش مطالعه رفتار طیفی خاک به‌منظور برآورد مقدار کربن آلی خاک با استفاده از روش‌های رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و رگرسیون حداقل مربعات جزئی توأم با بازنمونه‌گیری (bagging-PLSR) و نیز بررسی اثر روش‌های مختلف پیش‌پردازش داده‌های طیفی بر دقت برآورد کربن آلی خاک بود.مواد و روش‌ها: تعداد 200 نمونه خاک در مقیاس حوزه آبخیز (داده‌های واسنجی) و 40 نمونه در مقیاس مزرعه (داده‌های اعتبارسنجی) از دو عمق خاک (صفر تا 10 و 10 تا 30 سانتیمتر خاک) به‌صورت نمونه‌برداری مرکب در یک شعاع 10 متری جمع‌آوری و پس از هوا خشک‌کردن از الک 2 میلی‌متر عبور داده شد. برخی ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاک‌ها در آزمایشگاه اندازه‌گیری شد. پس ‌از آن، بازتاب طیفی خاک در گستره مرئی، مادون‌قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) با استفاده از دستگاه اسپکترو‌رادیومتر اندازه‌گیری و ارتباط بین 2000 باند با مقدار کربن آلی خاک مورد ‌بررسی قرار گرفت.یافته‌ها: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، بهترین روش‌های پیش‌پردازش به‌منظور واسنجی مدل PLSR شامل حذف روند به روش موجک (94/1=RPD) و SNV توأم با فیلتر میانه (92/1=RPD) بود. تعداد فاکتور مناسب مدل‌های تخمینگر در دو روش PLSR و bagging-PLSR برابر 17 بدست آمد. نتایج اعتبارسنجی مدل‌ها به ازای تمامی روش‌های پیش‌پردازش نشان داد، روش‌های PLSR و bagging-PLSR به ترتیب با گستره مقادیر RMSE برابر با % 11/1-167/0 و % 03/1-142/0 در برآورد مقدار کربن آلی خاک همراه بودند. همچنین، به ازای مقادیر کربن آلی >2/1 درصد، دقت تخمین در هر دو روش کاهش یافت.نتیجه‌گیری: یافته‌های پژوهش نشان داد که استفاده از بازتاب طیفی خاک در محدوده مرئی، مادون‌قرمز نزدیک و مادون‌قرمز میانی(VIS، NIR و SWIR) می‌تواند مقدار کربن آلی خاک را مورد‌مطالعه قرار دهد. همچنین منحنی‌های طیفی خاک‌های مختلف سه مشخصه جذب در طول‌موج‌های 1414، 1913 و 2207 نانومتر را نشان داد که مربوط به مقدار آب موجود در شبکه کانی‌های رسی خاک و رطوبت هیگروسکوپی خاک بوده و می‌تواند به‌عنوان مشخصه‌های منحصربه‌فرد هر خاک محسوب شود. این باندها اهمیت زیادی در برآورد مقدار کربن آلی خاک دارند. پیش‌پردازش داده‌های طیفی خاک و انتخاب مناسب‌ترین روش پیش‌پردازش، یکی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر دقت روش‌های رگرسیون حداقل مربعات جزئی(PLSR) و رگرسیون حداقل مربعات معمولی با بازنمونه‌گیری(bagging-PLSR) در برآورد مقدار کربن آلی خاک بود. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، روشbagging-PLSR نسبت به روش PLSR دقت بالاتری در برآورد مقدار کربن آلی خاک نشان داد.

Upgrade to premium to download articles

Sign up to access the full text

Already have an account?login

similar resources

اشتقاق و اعتبارسنجی توابع انتقالی طیفی پارامتریک به‌منظور برآورد ویژگی‌های هیدرولیکی خاک در گستره VIS-NIR-SWIR

ویژگی‌های هیدرولیکی خاک اهمیت زیادی در چرخۀ آبی طبیعت دارند. هدف از انجام این پژوهش، امکان‌سنجی استفاده از اطلاعات طیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) به‌منظور برآورد پارامتریک ویژگی‌های هیدرولیکی خاک بود. بدین منظور، بازتاب ابرطیفی نمونه‌های خاک با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر و به کمک روش‌های استاندارد اندازه‌گیری شد. پس از انجام پیش‌پردازش‌های طیفی، همبست...

full text

اشتقاق و اعتبارسنجی توابع انتقالی طیفی نقطه¬ای در گستره VIS-NIR-SWIR به‌منظور تخمین نگهداشت آب در خاک

توابع پارامتریک نگهداشت آب در خاک از پارامترهای مهم­ برای مدل­های حفاظت آب و خاک می­باشند. هدف از انجام این پژوهش، امکان­سنجی استفاده از اطلاعات طیفی خاک به منظور اشتقاق توابع انتقالی طیفی برای برآورد مقدار نگهداشت آب در خاک بود. از این­رو، بازتاب ابرطیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر اندازه­گیری و پس از انجام (پیش)پردازش­های...

full text

اشتقاق و اعتبارسنجی توابع انتقالی طیفی پارامتریک به منظور برآورد ویژگی های هیدرولیکی خاک در گستره vis-nir-swir

ویژگی های هیدرولیکی خاک اهمیت زیادی در چرخۀ آبی طبیعت دارند. هدف از انجام این پژوهش، امکان سنجی استفاده از اطلاعات طیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) به منظور برآورد پارامتریک ویژگی های هیدرولیکی خاک بود. بدین منظور، بازتاب ابرطیفی نمونه های خاک با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر و به کمک روش های استاندارد اندازه گیری شد. پس از انجام پیش پردازش های طیفی، همبست...

full text

اشتقاق و اعتبارسنجی توابع انتقالی طیفی نقطه¬ای در گستره vis-nir-swir به منظور تخمین نگهداشت آب در خاک

توابع پارامتریک نگهداشت آب در خاک از پارامترهای مهم­ برای مدل­های حفاظت آب و خاک می­باشند. هدف از انجام این پژوهش، امکان­سنجی استفاده از اطلاعات طیفی خاک به منظور اشتقاق توابع انتقالی طیفی برای برآورد مقدار نگهداشت آب در خاک بود. از این­رو، بازتاب ابرطیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر اندازه­گیری و پس از انجام (پیش)پردازش­های...

full text

مطالعه و برآورد کربن ‌آلی خاک با استفاده از توابع انتقالی در مراتع دماوند

در کشور ایران، صرف‌نظر از یک عرصه محدود، کربن‌ آلی خاک در بیشتر عرصه‌های تولید، مانند زراعت و مرتع بسیار کم است. این واقعیت بیانگر آن است که تغییر جزئی در مقدار کربن ‌آلی می‌تواند تأثیر بالایی بر خصوصیات خاک و در نتیجه کیفیت آن در شرایط خشک و نیمه‌خشک کشور داشته باشد. تعیین میزان کربن ‌آلی در خاک به دلیل نقش مؤثر آن در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی دارای اهمیت زیادی است. هدف از این تحقیق،...

full text

VIS-NIR, SWIR and LWIR Imagery for Estimation of Ground Bearing Capacity

Ground bearing capacity has become a relevant concept for site-specific management that aims to protect soil from the compaction and the rutting produced by the indiscriminate use of agricultural and forestry machines. Nevertheless, commonly known techniques for its estimation are cumbersome and time-consuming. In order to alleviate these difficulties, this paper introduces an innovative sensor...

full text

My Resources

Save resource for easier access later

Save to my library Already added to my library

{@ msg_add @}


Journal title

volume 6  issue 2

pages  65- 82

publication date 2016-08-22

By following a journal you will be notified via email when a new issue of this journal is published.

Hosted on Doprax cloud platform doprax.com

copyright © 2015-2023