استفاده از روش طیف بینی مرئی- فروسرخ در برآورد ویژگی های شیمیایی خاک در خاکهای گچی

روشهای طیف بینی مرئی-فروسرخ بر مبنای حساسیت ترکیبات آلی و معدنی خاک به بازتاب امواج مرئی و فروسرخ استوار شده است و از این ویژگی برای مطالعات کشاورزی و زیست محیطی خاک ها استفاده می شود. علیرغم مطالعات گسترده-ای که در زمینه طیف بینی مرئی-فروسرخ خاکها انجام شده است، این مطالعات در خاکهای گچی تاکنون انجام نشده است. هدف از این تحقیق دستیابی به روشی است که بتواند از طریق طیف بازتابی مرئی- فروسرخ پیش بینی قابل قبولی از ویژگیهای شیمیایی خاکهای گچی ایران ارائه دهد. بدین منظور تعداد 182 نمونه خاک از استانهای مختلف از عمق 30-0 سانتیمتری جمع آوری شد. در نمونه ها مقدار گچ به سه روش (1) عصاره گیری با آب و هدایت سنجی (2) کربنات سدیم و کدورت سنجی و (3) عصاره گیری متوالی با آب و کدورت سنجی اندازه گیری شد. طبق داده های آزمایشی بهترین نتایج از روش سوم بدست آمد، اگرچه داده های روش دوم نیز قابل اعتماد بود. ظرفیت تبادل کاتیونی به روش باریم کلراید بافری شده محتوی 60 درصد الکل انجام شد. این روش از بین شش روش (1) استات سدیم بافر شده، (2) کلرید باریم بافرشده، (3) کلرید باریم بافرشده محتوی 60 درصد الکل که اولین بار در این پژوهش انجام شد (4) اگزالات سدیم، (5) استات سدیم- کلرید سدیم بافر شده حاوی الکل و (6) نقره تیوره، انتخاب شد. همچنین کربنات کلسیم معادل، شوری، ph، کاتیونهای کلسیم، منیزیم، سدیم و پتاسیم عصاره گیری شده با باریم کلراید، با روشهای استاندارد در آزمایشگاه اندازه گیری شدند. سپس نمونه های خاک با دستگاه طیف-بین با قدرت تفکیک 1 نانومتر در دامنه 350 تا2500 نانومتر اسکن شده و داده های طیفی آنها بدست آمد. طیف بازتابی بدست آمده از خاکها نشان داد که حضور گچ شکل طیف را کاملا تحت تاثیر قرار می دهد. با افزایش مقدار گچ، مقدار بازتاب خاک افزایش یافته و تغییرات قابل توجهی در مقدار جذب در طول موجهای 1100-1200، 1450، 1500، 1550، 1650، 1950 و 2200 نانومتر دیده شد. بیشترین همبستگی مقدار گچ خاک با میانگین بازتاب خاک در روش دوم و سوم اندازه گیری گچ در طول موج 1943 نانومتر (0/73- r=) وجود داشت. همبستگی مثبت بین طیف بازتاب خاک و مقدار کربنات کلسیم معادل (0/37r=) در دامنه مرئی طیف بازتابی نیز قابل توجه بود. واسنجی بین داده های طیفی و داده های آزمایشگاهی به روش اعتبارسنجی متقابل با استفاده از دو مدل plsr و brt انجام شد. داده های خام طیف بازتاب و داده های مشتق اول به طور جداگانه و نیز داده های ترکیبی این دو برای همه نمونه های خاک مورد استفاده قرار گرفتند. سپس داده ها به طور تصادفی به دو گروه 70 و 30 درصدی تقسیم بندی شد و از هر دو گروه یک بار به عنوان سری واسنجی و یک بار دیگر نیز به عنوان سری اعتبارسنجی استفاده شد. در بین ویژگی های خاک بهترین پیش بینی مدل ها برای گچ به روش اول ( 0/08 = r2)، دوم ( 0/86 = r2) و سوم ( 0/87 = r2)، کربنات کلسیم معادل ( 0/71= r2)، ، کلسیم عصاره گیری شده ( 0/81 = r2)، منیزیم عصاره گیری شده ( 0/67 = r2) و ظرفیت تبادل کاتیونی ( 0/52 = r2) بدست آمد. مقادیر r2 برای برآورد سایر ویژگی های خاک کمتر از 0/50بود. مقایسه دو مدل plsr و brt نشان داد که در حالت اعتبارسنجی متقابل مدل brt تقریباً در همه متغیرها برآوردهای بهتری داشت اما وقتی از دو سری جداگانه واسنجی و اعتبارسنجی استفاده شد، بین دو مدل تفاوت چندانی دیده نشد. با توجه به نتایج حاصل از این تحقیق، به نظر می رسد روش طیف بینی مرئی- فروسرخ می تواند به عنوان یک روش جایگزین برای روشهای مرسوم آزمایشگاهی در تعیین ویژگیهای خاک مطرح باشد و به کاهش تعداد نمونه-های خاک در پروژه های مدیریت منابع طبیعی و آبخیزداری کمک کند.