بیان کمی کیفیت خاک برای مطالعه تأثیر راهکارهای مدیریتی و عملیات کشاورزی بر تغییرات مکانی- زمانی کیفیت خاک درون یک مزرعه امری ضروری است. در این پژوهش، تغییرات عملکرد محصول و رابطه آن با تغییرات مکانی- زمانی کیفیت خاک از جنبه های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تحت تأثیر دو مدیریت پساب و آب چاه مورد بررسی قرار گرفت. همچنین امکان استفاده از تئوری مجموعه ها و مدلسازی فازی جهت بیان کمی عدم قطعیت ذاتی مفهوم کیفیت خاک نیز مورد سنجش قرار گرفت. برای این منظور آزمایشی به وسعت 5 هکتار از مزرعه 18 هکتاری اراضی نمونه آستان قدس، شهرستان مشهد با تناوب ذرت-گندم در طول دو فصل رشد اجرا شد. تغییرپذیری درون مزرعه ای عملکرد، ویژگی های خاک و کیفیت خاک با استفاده از روش های زمین آمار مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت کاهش تعداد متغیرهای مورد مطالعه و حذف اثر چند هم خطی بین متغیرها از تجزیه مولفه های اصلی (pca) استفاده شد. هجده خصوصیت خاک به عنوان مجموعه کل داده ها (tds) در نظر گرفته شد و با استفاده از روش pca مجموعه حداقل ویژگی های موثر(mds) انتخاب گردید. با استفاده از مجموعه ها و تئوری مدلسازی فازی یک شاخص فازی ساده و کاربردی و سیستم خبره منطق فازی مناسب طراحی شد. بر اساس نتایج حاصل، 4 مولفه اصلی با مقدار ویژه ? 1 که در برگیرنده 67 درصد تغییرات داده های اندازه گیری شده بود، انتخاب گردید. مولفه اصلی اول (ظرفیت بالای توصیف کننده حاصلخیزی خاک) با توصیف 43 درصد واریانس داده ها حدود 77درصد از تغییرات عملکرد ذرت را در مقیاس مزرعه ای توضیح داد. با توجه به نتایج درون یابی ویژگی های خاک، تغییرات مکانی مشابهی بین این ویژگی ها در منطقه مورد مطالعه مشاهده شد. اگر چه نقشه حاصل از تغییرات مکانی-زمانی نشان داد که کیفیت این خاک ها پس از دو سال کاربرد پساب از کیفیت پایین به کیفیت متوسط و بالا تغییر یافتند.اما در برخی از مناطق کاهش کیفیت خاک نیز تحت تأثیر عملیات زراعی و افزایش بیش از حد عناصر غذایی مشاهده شد. بر اساس نتایج مجموعه حداقل ویژگی های موثر می تواند نماینده مطلوبی از کل مجموعه داده ها باشد (0/95r2=). رابطه شاخص فازی و عملکرد محصول (0/72r2=) نشان داد که این شاخص از اهمیت بیولوژیکی بالایی برخوردار است. نتایج ترکیب زمین آمار و مجموعه های فازی نشان داد که استفاده از نواحی مدیریتی برای اجرای مدیریت وابسته به مکان در سیستم های کشاورزی رایج از پتانسیل بالایی برخوردار است. ارزیابی کیفیت خاک با سیستم خبره منطق فازی همبستگی بالایی با شاخص فازی محاسبه شده نشان داد (0/80r2=). بنابراین این سیستم می تواند ابزار مناسبی را برای ارزیابی کیفیت خاک با در نظر گرفتن عدم قطعیت بالقوه آن فراهم می سازد.

چکیده بررسی ویژگی های هیدرولیکی خاک هم چون رطوبت خاک برای مطالعه و مدل سازی حرکت آب و املاح بسیار مهم می باشد. اگر چه این خصوصیات هم اکنون جزء مهم ترین عوامل مورد استفاده در تحقیقات کشاورزی، اکولوژیکی و مدل های آبیاری-زه کشی هستند، اما به آسانی در دسترس نمی باشند. در تحقیق حاضر، قابلیت شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی در بهبود تخمین میزان رطوبت خاک بررسی می شود. داده های به کار گرفته شده در این مطالعه، شامل: بافت خاک، کربن آلی و جرم مخصوص ظاهری هستند که از مزرعه ای در شمال شهرستان شیروان جمع آوری شده اند. این داده ها به عنوان ورودی های شبکه عصبی مصنوعی و سیستم عصبی-فازی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین در این راستا جهت تعیین بهترین مدل، از پارامتر های آماری نظیر ضریب همبستگی (r)، جذر میانگین مربعات خطا (rmse) و میانگین خطای مطلق (mae) و نظیر آن استفاده می شود. طبق نتایج به دست آمده شبکه عصبی مصنوعی با الگوریتم bayesian regulization، عملکرد بهتری در تخمین رطوبت خاک دارد. در این رابطه، عملیات میدانی و نمونه برداری به صورت محدودی انجام شده؛ لذا برای تعمیم نتایج آزمایش به منطقه ای گسترده تر از الگوریتم زمین آماری کریجینگ می توان بهره برد. در این الگوریتم با استفاده از منطق فازی عملکرد بررسی تغییرات مکانی بهبود می یابد. لذا تغییرات مکانی رطوبت خاک از طریق روش های زمین آماری مدل سازی شده و تشریح می گردد. در این راستا از مقادیر اندازه گیری شده از 100 نقطه نمونه برداری استفاده شده است. در نتیجه با استفاده از پارامتر های آماری بهترین مدل جهت تعمیم اطلاعات انتخاب می شود. در نهایت، نتایج مبین آن بود که فازی کریجینگ، بهترین الگوریتم جهت پیش بینی و تهیه نقشه رطوبت می باشد.

با بهره گیری از ابزارها و روش های جدید سنجش از دور می توان به مطالعه تغییر پذیری پوشش گیاهی و خصوصیات خاک در مقیاس جهانی و ناحیه ای پرداخت. بر این اساس تحقیق حاضر به منظور بررسی روابط پوشش گیاهی، شوری و خصوصیات خاک با استفاده از rs و gis و نیز بررسی کارایی این سیستم ها برای مطالعه ی پدیده های زمینی صورت گرفت. ابتدا تصاویر ماهواره ای لندست etm+ تهیه شدند و پس از انجام عملیات میدانی، آنالیزهای آزمایشگاهی برای اندازه گیری پارامترهایی از قبیل اسیدیته، شوری، ظرفیت تبادل کاتیونی، کربن آلی و بافت خاک انجام شد. در این راستا تحلیل های مختلفی با هدف معرفی بهترین شاخص ترکیبی و شناسایی مناسبترین مولفه اصلی و باندهای حاصل از تبدیل تسلدکپ و نیز بررسی نقش و تاثیر فیلترهای مختلف بر روی تصاویر ماهواره ای+etm منطقه نیشابور اعمال گردید. روابط پارامترهای مختلف از طریق تجزیه و تحلیل رقومی ارزش های طیفی تصویر بررسی شدند و میزان صحت مدل های حاصل با استفاده از روابط رگرسیونی و ضرایب تبیین متغیرهای مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. برای پوشش گیاهی دو سری (40 و 72 نمونه) و برای ظرفیت تبادل کاتیونی خاک یک سری (40 نمونه) از ارزش های طیفی با خصوصیات مشترک در منطقه تفکیک شدند. نتایج حاصل نشان داد که شاخص های مختلف در فیلتر 3×3 بیشترین همگنی را دارند. استفاده از پردازش های مختلف ضرایب تبیین را افزایش می دهند. همچنین زمانی که داده ها به نمونه ها با خصوصیات محیطی همگن محدود می گردند ضرایب به میزان قابل توجهی افزایش می یابند. به طورکلی بر اساس نتایج حاصله می توان گفت که مدل های حاصل در مواردی که برآورد تقریبی این پدیده ها مورد نیاز باشد، برای خاک های منطقه مورد مطالعه از قابلیت ارزیابی بالایی برخوردارند.