نقشه برداری رقومی خاک با استفاده از تکنیکهای محاسبات نرم

نقشه‏برداری رقومی خاک (dsm)، بیان گر یک مجموعه یا بسته ی محاسبات رایانه‏ای برای پیش‏بینی پراکنش خاک‏ها در زمین نما است که به عنوان ابزاری برای ایجاد اطلاعات مکانی خاک و راه حل هایی برای نیاز رو به افزایش نقشه های خاک با تفکیک مکانی بالا می تواند مورد استفاده قرار گیرد. این که درون یابی و برون یابی داده های خاک حاصل از مطالعه ی مناطق نماینده (نمونه) به مناطق مشابه خارج از آن ها (منطقه ی تعمیم)، توسط روش های مختلف نقشه برداری رقومی، چقدر صحت دارد و واقعیت صحرا را به نمایش می گذارد، موضوعی است که باید در قالب پژوهش های مختلف مورد آزمون قرار گیرد و قابلیت کاربرد هر روش، ارزیابی شود. بر همین اساس، مطالعه ی حاضر در قالب سه پژوهش جداگانه در بخشی از اراضی جنوب غربی بروجن (به وسعت تقریبی 1000 هکتار) واقع در استان چهارمحال و بختیاری اجرا شد. در پژوهش اول با استفاده از روش تحلیل تطبیقی متعارف (cca)، به‎طور گرافیکی و کمّی، ارتباط پراکنش خاک ها و ویژگی های مدل رقومی ارتفاع (dem) تعیین شد و مهم ترین ویژگی های dem مشخص گردید. برای این منظور، 13 پلات (4/6 هکتاری) به طور تصادفی در منطقه انتخاب شدند و مساحت هر خاک در هر پلات تعیین گردید. مقدار میانگین ویژگی های dem نیز در محیط سامانه ی اطلاعات جغرافیایی، برای هر پلات تهیه شد. سپس، ماتریس های درصد خاک ها و داده های محیطی (مقدار ویژگی های dem) در هر پلات به نرم افزار canoco وارد شدند و روش cca انجام شد. نتایج نشان داد که مهم ترین ویژگی های dem در چگونگی پراکنش خاک ها عبارت از جهت، شاخص خیسی، مدت تابش، خمیدگی کمینه، خمیدگی بیشینه، خمیدگی نیم رخی، شیب و شاخص رسوب می باشند؛ لیکن، تأثیر ویژگی ها برای خاک های مختلف، یکسان نبود. در مجموع، 8/71 درصد از کل تغییرات توسط سه محور اول تبیین شد. این موضوع، اهمیت و تأثیر ناهمواری ها را بر روی فرآیندهای خاکساز موجود در منطقه و پیرو آن، در پراکنش خاک ها نشان داد. پس از مشخص شدن ارتباط بین ناهمواری ها و پراکنش خاک ها (در پژوهش اول)، مطالعات بعدی به منظور بررسی و مقایسه ی دو نوع سامانه ی استنتاج در dsm انجام گرفتند. این سامانه ها در پژوهش های دوم و سوم به ترتیب بر پایه ی منطق فازی و شبکه های عصبی مصنوعی استوار می باشند. در پژوهش دوم، 18 ویژگی مختلف dem به همراه سه زیرگروه و هفت فامیل خاک غالب موجود در منطقه ی مطالعاتی (شامل 89 خاک رخ از 125 خاک رخ حفرشده در کل منطقه)، ماتریس داده های ورودی به مدل solim را تشکیل دادند. نتایج نشان داد که تنها با توجه به ویژگی های dem می توان در سطح زیرگروه با دقت حدود 65 درصد در درون یابی و 40 درصد در تعمیم (برون یابی) نتایج، برآورد درستی از کلاس های خاک به دست آورد. این مقادیر در سطح فامیل خاک، تقریباً به نصف کاهش یافتند. از طرفی، ترکیبات گوناگون ویژگی های dem در برآورد نوع خاک ها دقت متفاوتی را نشان داد. به طور کلی، دقت درون یابی ها حدود دو برابر دقت برون یابی ها به دست آمد. هم چنین، مدل solim در برآورد نوع واحدهای نقشه و خاک های موجود در آن، دقت قابل قبولی داشت؛ لیکن در برآورد مکان دقیق کلاس های خاک، از دقت چندانی برخوردار نبود. با ورود ویژگی ژئوفرم، دقت و صحت برآوردها هم در درون یابی و هم برون یابی، افزایش شایانی یافت. لیکن نتایج نشان داد که پایین ترین سطح ژئومرفیک (شکل اراضی) برای برآورد خاک ها در سطح فامیل کافی نیست، ولی برای سطح زیرگروه، دقت قابل قبولی دارد. بنابراین، از نظر ساختاری می توان سطح شکل اراضی در ژئومرفولوژی را هم ارز سطح زیرگروه در رده بندی خاک دانست. به علاوه، برای ارزیابی نظر افراد خبره، تنها بر اساس 20 خاک رخ انتخاب شده توسط ایشان در منطقه ی نمونه، مدل solim اجرا گردید . نتایج نشان داد که نظر کارشناسان در کاهش زمان و هزینه ها به شدت تأثیرگذار است. پژوهش سوم، همانند پژوهش دوم ولی با استفاده از شبکه ی عصبی مصنوعی انجام گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از ویژگی های dem به تنهایی نمی تواند منجر به تهیه ی نقشه ی خاک با دقت و صحت بالا شود و به ویژه در فرآیند برون یابی، داده های پایه ی دیگری (مانند واحدهای ژئومورفیک) نیز لازم می باشند. در این پژوهش نیز با ورود ویژگی ژئوفرم، دقت و صحت برآوردها هم در درون یابی و هم برون یابی، افزایش شایانی یافت. ارزیابی دقیق نظر افراد خبره در این پژوهش نشان داد که نظر افراد خبره، هم در کاهش هزینه ها و زمان و هم در افزایش دقت و صحت نقشه، تأثیر قابل توجهی دارد. نتایج مقایسه ی سامانه های طبقه بندی خاک جهانی (wrb) و آمریکایی (st) در این پژوهش نشان داد که دقت و صحت شبکه ی عصبی، علاوه بر ورودی ها، به نوع طبقه بندی خاک ها (خروجی شبکه) نیز وابسته است. براساس یافته های این پژوهش می توان گفت، هرچند روش های رقومی تلاش می کنند تا برآوردهای دقیق تر و بهتری از خاک ها را بر اساس داده های محیطی ارایه دهند و بدین ترتیب، واحدهای خاک یکنواخت تری را جداسازی نمایند؛ لیکن، هنوز دیدگاه مدیریتی در این فرآیند در نظر گرفته نشده است. بنابراین، برای ارایه ی یک نقشه ی خاک قابل اعتماد، علاوه بر به کارگیری داده های محیطی بیش تر و دقیق تر، استفاده از خاک های مشابه و دیدگاه مدیریتی در نقشه برداری رقومی خاک پیشنهاد می گردد.