تحلیل توزیع مکانی پوسته های زیستی خاک بر اساس شاخص Biological Soil Crust (BSCI)

پیشینه و هدف پوسته های زیستی خاک مجموعه ای از گلسنگ ها، خزه ها، قارچ ها، سیانوباکتری ها و غیره هستند که بخش از اکوسیستم خاک را تشکیل داده اند. برآورد تراکم و نحوه توزیع پوسته های زیستی خاک در مناطق خشک و نیمه خشک کشور ایران که موضوع فرسایش و هدر رفت خاک از اهم مسائل است، اهمیت بسزایی دارد. روش های مبتنی بر تکنیک سنجش ازدور به لحاظ هزینه و زمان کمتر روش هایی کارآمد برای دستیابی به این هدف مهم می باشند. دشت سگزی یکی از نقاط بحرانی فرسایش بادی در ایران است و شناسایی و تعیین نحوه توزیع پوسته های زیستی خاک به عنوان عامل اصلاح کننده خاک گامی موثر در کاهش فرسایش بادی منطقه است. در این تحقیق شاخص BSCI (Biological Soil Crust) برای تهیه نقشه پراکنش پوسته های زیستی خاک با غالبیت گلسنگ به کار گرفته شده است. مواد و روش ­ها محدوده موردمطالعه بخشی از بیابان سگزی (بیابان های مرکزی ایران) است  که در استان اصفهان از کشور ایران واقع شده است. محدوده موردمطالعه با مساحت ۱۹۹.۵ هکتار بین طول های شرقی"۳۲ ́ ۵۲ ̊ ۵۱ تا "۴۱ ́ ۲۷ ̊ ۵۲ و عرض های شمالی "۳۱ ́ ۳۳ ̊ ۳۲ تا "۰۱ ́ ۵۵ ̊ ۳۲ گسترده شده است. شیب  متوسط دشت سگزی ۱.۰۸ درصد و ارتفاع متوسط آن ۱۶۸۰ متر است. بر اساس آمار ایستگاه هواشناسی شرق اصفهان (ایستگاه شهید بهشتی) متوسط بارش سالیانه منطقه ۱۰۶ میلی متر است. بر اساس طبقه بندی اقلیمی دومارتن، اقلیم منطقه از نوع خشک و براساس طبقه بندی آمبرژه از نوع خشک سرد است. شاخص BSCI شاخصی ترکیبی از روابط مورداستفاده برای برآورد پوشش گیاهی و سطح خاک لخت است و رابطه ریاضی آن شیب خط خاک لحاظ شده است. برای محاسبه خط خاک در یک منطقه، نخست باید پیکسل هایی که دارای خاک لخت بوده و هیچ پوشش گیاهی ندارند جدا شوند. به منظور محاسبه معادله خط خاک، در چهارفصل سال تصاویر ماهواره Landsat OLI ۸ مربوط به سال ۱۳۹۷ز سایت سازمان زمین شناسی آمریکا دانلود شده و تعداد ۲۰ الی ۳۰ پیکسل خالص خاک لخت استخراج و با ترسیم مقادیر بازتاب این پیکسل ها در محدوده باند قرمز و مادون قرمز نزدیک ضرایب خط خاک برای هر یک از فصل های سال در دشت سگزی محاسبه شد. بر اساس این شاخص، شناسایی پوسته های زیستی با غالبیت گلسنگ، با استفاده از انعکاس طیفی حداقل VIS-NIR و شیب بین باند قرمز و سبز در مقایسه با خاک لخت و پوشش گیاهی خشک صورت می گیرد. با استفاده از نرم افزار ENVI نقشه پراکنش پوسته های زیستی با غالبیت گلسنگ در چهارفصل از سال ۱۳۹۷ در دشت سگزی تهیه شدند. سپس نقشه های تهیه شده براساس نقاط زمینی اعتبارسنجی شده و میزان صحت کل و شاخص کاپا در هر چهارفصل محاسبه شدند. نمونه های گلسنگ جمع آوری شده بر اساس خصوصیات مرفولوژیکی آن ها و با استفاده از استریومیکروسکوپ، میکروسکوپ معمولی و معرف های رنگی متداول از قبیل هیدروکسید پتاسیم (KOH) شناسایی شدند. پس از اعمال شاخص BSCI بر روی تصویر ماهواره لندست ۸، با استفاده از نرم افزار ENVI پروفیل طیفی مربوط به ۴ نقطه از دشت سگزی در چهارفصل از سال تهیه شد و میزان بازتابش طیفی در چهارفصل از سال در نقاط مختلف بررسی شدند. نتایج و بحث شیب خط خاک در فصل بارش که هم زمان با رشد گیاهان علفی و یک ساله است در مقایسه با فصل تابستان که حداقل میزان بارش را داشته و همچنین گیاهان یک ساله خشک شده و از بین رفته اند، کمتر است. در اردیبهشت ماه شیب خط خاک حداقل بوده (۰.۳۹) و در اواخر تابستان حداکثر مقدار خود را دارد (۰.۷۸). در حقیقت شیب خط خاک از اسفندماه تا اردیبهشت رو به کاهش نهاده و سپس با از بین رفتن پوشش گیاهی یک ساله و افزایش سطح خاک لخت بیشتر شده است. نقشه های پراکنش پوسته های زیستی در هر چهارفصل سال طی بازدیدهای میدانی اعتبار سنجی شدند و سال معلوم شد که بیشترین میزان صحت نقشه مربوط به نقشه تولیدشده از تصویر لندست ۸ مربوط به فصل تابستان با میزان صحت کل ۹۴ درصد و شاخص کاپا برابر با ۰.۷۴۱۲ بوده است. تفسیر پروفیل طیفی شاخص BSCI نشان دادن که بازتابش طیف مربوط به زفره و فشارک که بر روی نقاط با پراکنش گلسنگ ها تهیه شده است بسیار نزدیک به هم بوده و همچنین پروفیل طیف مربوط به اواسط پاییز و اوایل بهار کاملا منطبق بر هم است. درحالی که در فساران که فاقد پوشش پوسته های زیستی بود مقدار بازتابش بیشتر است و اختلافی جزئی بین نمودار بازتابش پاییز و بهار وجود داشت. هرچند مقادیر بازتابش طیفی از اراضی کشاورزی و نقاط پراکنش پوسته های زیستی بسیار نزدیک به هم است لیکن نمودار طیفی هر چهارفصل اختلاف زیادی با یکدیگر دارند. لیکن در همه فصول از سال و در همه نقاط کمترین بازتابش در اول زمستان و بیشترین بازتابش در فصل تابستان اتفاق افتاده است. اقلیم دشت سگزی مدیترانه ای بوده و بارش در فصل سرد سال انجام می شود هم زمان با افزایش بارش ها از اواسط پاییز گیاهان یک ساله و خزه ها در پای بوته ها شروع به رشد نموده و در اوایل زمستان به اوج خود رسیده اند و دوباره در آغاز بهار هم زمان با کاهش بارندگی ها رو تراکم آن ها کاهش یافته است. چنانچه طیف مربوط به زمستان در همه نقاط کمترین بازتابش را داشته است. درحالی که در اواخر فصل تابستان که گیاهان یک ساله و خزه ها خشک شده اند بیشترین بازتابش طیفی را داشته است. در فساران که منطقه ای لم یزرع و محل دپوی زباله هاست، حداکثر میزان بازتابش را نشان داده است. بنابراین شاخص BSCI نسبت به درصد ماده آلی خطای فاحشی در تشخیص پوسته های زیستی خاک دارد و درجایی که ماده آلی بالا باشد ممکن است تشخیص درستی از پوسته های زیستی خاک ارائه ندهد. البته ازآنجاکه شاخص BSCI برای تشخیص ترکیبات گلوگان در بافت های گلسنگ تعریف شده است. میزان خطای در خصوص ماده آلی به حداقل کاهش می یابد. همان طور که مشاهده شده است در نقشه نهایی در فساران پوشش پوسته های زیستی وجود ندارد و تنها در نواحی اطراف فساران در مناطق زراعی پوسته های زیستی خاک مشاهده می شوند. در مناطق زراعی با توجه به دخالت انسان و کشت و زرع میزان گیاهان یک ساله متفاوت با عرصه منابع طبیعی در فصول مختلف سال است و به همین دلیل بااینکه بازتابش طیفی تقریبا نزدیک به زفره و فشارک است لیکن نمودار طیفی پاییز و زمستان کاملا از یکدیگر تفکیک شده اند. نتیجه­ گیری شباهت طیفی مهم ترین پوشش سطحی خاک ازجمله پوشش گیاهی، دخالت عوامل انسانی در افزایش یا کاهش ماده آلی خاک، خاک لخت و غیره میزان کارایی شاخص BSCI را محدود می کند و ازاین رو در بازه زمانی تصاویر ماهواره ای و شرایط منطقه ای تاثیر زیادی در میزان دقت شاخص BSCI  دارد. 

کلیدواژه ها:

سیانوگلسنگ ، شیب خط خاک ، دشت سگزی