ارائه مدل های مناسب بین مقادیر مختلف شوری، سطح آب زیرزمینی و خصوصیات طیفی گیاه نیشکر با استفاده از اطلاعات میدانی، تصاویر ماهواره ای و gis

شوری خاک و سفره های آب زیر زمینی کم عمق، دو عامل اصلی هستند که مزارع نیشکر واقع در جنوب غربی ایران را تحت تاثیر منفی قرار می دهند. بنابراین پایش این عوامل در زمین های مذکور، امری ضروری است. اما با توجه به وسعت زیاد مناطق زیر کشت نیشکر و تعداد زیاد این مزارع، امکان کنترل هر مزرعه و رسیدگی به مسائل و مشکلات آنها امری بسیار وقت گیر و پرهزینه می باشد. در این میان استفاده از فن آوری نوین سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیائی با توجه به سرعت بالا و هزینه کم، می تواند گزینه بسیار مناسبی جهت پایش این مزارع باشد. بنابراین، این تحقیق جهت دست یابی به بهترین و مناسب ترین مدل ها و روش های تخمین میزان شوری پروفیل خاک و عمق سطح ایستابی با استفاده از سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیای در اراضی تحت کشت نیشکر صورت پذیرفت. بدین منظور، با توجه به دسترسی به اطلاعات میدانی و تصاویر ماهواره ای موجود، زمین های شرکت کشت و صنعت حکیم فارابی (یکی از واحدهای هفتگانه شرکت توسعه نیشکر و صنایع جانبی) به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب، و این تحقیق در سال زراعی 89-1388 در مزارع این کشت و صنعت به اجرا درآمد. به این منظور میزان شوری خاک در انتهای دوره رشد نیشکر در 312 نقطه واقع در 26 مزرعه مختلف اندازه گیری شد. همچنین مقادیر عمق سطح ایستابی در132 چاهک مشاهده ای واقع در محدوده طرح، هفته ای دوبار از اواسط اردیبهشت تا اواسط مهر سال 1389 ثبت گردید. علاوه بر این اطلاعات از سایر اطلاعات جمع آوری شده در محدوده کشت و صنعت حکیم فارابی از قبیل سن و واریته گیاه نیشکر، تاریخ کاشت و برداشت، مدیریت های داشت از قبیل میزان و زمان های کود دهی، آبیاری و زهکشی، اطلاعات روزانه هواشناسی و سایر اطلاعات کلی موجود در کشت و صنعت استفاده گردید. هم زمان با جمع آوری اطلاعات زمینی، تصویر ماهواره ای مربوط به سنجنده ابرطیفی هایپریون در تاریخ 12 شهریور 1389 اخد گردید. پس از انجام پیش پردازش های ضروری بر روی تصویر مورد نظر، اقدام به بررسی تغییرات منحنی طیفی گیاه نیشکر تحت مقادیر مختلف شوری خاک و عمق آب زیرزمینی گردید. در ادامه اقدام به تهیه مدل های مناسب پیش بینی میزان شوری خاک و عمق آب زیرزمینی گردید. بدین منظور توانایی 21 شاخص گیاهی مختلف موجود در منابع که مربوط به نواحی مختلف طیفی گیاه بودند، مورد بررسی قرار گرفت. در کنار این شاخص ها اقدام به توسعه سه شاخص گیاهی جدید (swsi-1، swsi-2 و swsi-3 ) نیز گردید. در ادامه کار توسط روش های مختلف طبقه بندی (svm, md, ml و sam) اقدام به طبقه بندی شوری خاک در سه کلاس مختلف شوری (4/3-5/1، 9/5-5/3 و ds/m10-6) گردید. در قسمت دوم تحقیق، همانند روش تخمین شوری خاک، اقدام به تعیین سطح آب زیرزمینی توسط شاخص های گیاهی مستخرج شده از تصویر ماهواره ای گردید. علاوه بر این، جهت پهنه بندی سطح آب زیرزمینی از روش زمین آماری کریجینگ نیز استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که تغییر میزان شوری خاک و عمق آب زیرزمینی تاثیر به سزایی بر روی بازتاب های طیفی گیاه نیشکر دارند. در میان شاخص های گیاهی، شاخص هایی که براساس باندهای جذب کلروفیل در نواحی مادون قرمز نزدیک هستند همبستگی نسبتا بالایی با شوری خاک از خود نشان دادند. شاخص هایی که تنها مربوط به میزان رنگدانه های مختلف برگ بودند با نتایج ضعیفی همراه بودند. شاخص هایی که وابسطه به هر دوی کلروفیل و رنگدانه بودند، همبستگی کم تا متوسطی با شوری خاک از خود نشان دادند، و شاخص هایی که در ارتباط با باندهای جذب آب و یا ترکیب باندهای جذب آب و کلروفیل می-باشند دارای همبستگی متوسط تا بالایی با شوری خاک بودند. این امر نشان می دهد که شوری خاک عمدتا توسط میزان کلروفیل و آب گیاه به طور غیر مستقیم، قابل اندازه گیری است. از بین مدل های بدست آمده جهت تخمین میزان شوری، مدل های حاصل از شاخص های swsi-3،swsi-1، و swsi-2 ، به ترتیب با میزان همبستگی 68/0، 65/0 و 67/0 با شوری خاک و خطای 14/1، 15/1 و 17/1 (دسی زیمنس بر متر) بهترین برآورد را داشتند. نتایج به دست آمده از طبقه بندی شوری خاک نشان داد الگوریتم های ماشین بردار پشتیبان (svm) و حداقل فاصله (md)، زمانی که از تمامی باندهای تصویر ماهواره ای به عنوان ورودی این الگوریتم ها استفاده می شود، به ترتیب با دقت کلی 78/78و 75/75 درصد و ضریب کاپا 68/0 و 63/0 بالاترین دقت طبقه بندی را دارند. همچنین روش زمین آماری کریجینگ معمولی با میزان میانگین خطای برآورد 07/0 و مربع میانگین ریشه خطا 27/13 بهترین روش پهنه بندی سطح آب زیرزمینی در این پژوهش ارزیابی شد. نتایج حاصل از تخمین سطح آب زیرزمینی توسط نشان داد که مدل های به دست آمده توسط شاخص های گیاهی swsi-3، swsi-1 و ndwi به ترتیب با مقدار همبستگی 48/0، 48/0 و 47/0 با میزان عمق آب زیرزمینی و خطای 20/8، 25/8 و 98/7 (سانتیمتر) بهترین برآورد را داشتند. در انتها با مقایسه مقادیر مختلف شوری خاک و عمق سطح ایستابی، مشخص گردید که این دو پارامتر دارای همبستگی نسبتا خوبی با یکدیگر هستند و با کاهش عمق سطح ایستابی میزان شوری خاک افزایش می یابد. بنابراین، جهت پایش اراضی نیشکر نیاز به تخمین و محاسبه هر دو پارامتر شوری و سطح ایستابی از طریق تصاویر ماهواره ای نیست و تنها تخمین میزان شوری از روی تصاویر ماهواره ای، می تواند جوابگوی نیازهای ما باشد. در نهایت جمع بندی حاصل از این تحقیق گویای این امر است که استفاده از تصاویر ماهواره ای جهت پایش شوری پروفیل خاک و سطح ایستابی در اراضی نیشکر دارای نتایج قابل قبول، بسیار مفید، سریع و با صرفه اقتصادی است.