توسعه و مقایسه توابع انتقالی خاک و توابع انتقالی طیفی برای برآورد نگه‌داشت آب در برخی از خاک‌های استان کردستان

سابقه و هدف: منحنی نگه‌داشت آب در خاک از جمله ویژگی‌های مهم هیدرولیکی خاک بوده که در شبیه سازی جریان آب و انتقال املاح در بخش غیر‌اشباع خاک کاربرد دارد. اندازه‌گیری مستقیم منحنی‌های نگه‌داشت آب در خاک دشوار، زمان‌بر و پرهزینه می‌باشد؛ بدین منظور محققین روش‌هایی غیر‌مستقیم همچون توابعی انتقالی را برای برآورد منحنی نگه‌داشت آب در خاک با استفاده از داده‌های سهل الوصول پیشنهاد کرده‌اند. در چند دهه اخیر، استفاده از داده‌های طیفی خاک به‌عنوان روشی سریع، کم‌هزینه و غیرمخرب در برآورد ویژگی‌های مبنایی خاک به طور گسترده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش امکان استفاده از داده‌های طیفی خاک در گستره مرئی- مادون قرمز نزدیک، به‌عنوان متغیر ورودی توابع انتقالی و ارزیابی عملکرد آن در مقایسه با ویژگی‌های مبنایی خاک در برآورد منحنی نگه‌داشت آب در خاک بررسی گردید. مواد و روش‌ها: تعداد 100 نمونه خاک، جمع‌آوری و منحنی‌های بازتاب طیفی آنها در گستره 2500-350 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر زمینی اندازه‌گیری شد. برخی از ویژگی‌های مبنایی خاک شامل توزیع اندازه ذرات، جرم ویژه ظاهری و حقیقی، مقدار کربن آلی و کربنات کلسیم معادل به همراه مقادیر رطوبت در پتانسیل‌های ماتریک 10-، 33-، 50-، 100-، 300-، 500-، 1000- و 1500- کیلو پاسکال با دستگاه صفحات و غشاء فشاری تعیین شد. منحنی بازتاب طیفی نمونه‌ها با استفاده از نرم‌افزار RS3 موجود بر روی رایانه قابل‌حمل متصل به دستگاه اسپکترورادیومتر، با تعداد 5 قرائت برای هر نمونه خاک ثبت شد. پس از انجام پیش‌پردازش‌های طیفی، همبستگی بین مقادیر جذب در هر یک از طول موج‌های مورد‌مطالعه با مقادیر رطوبت خاک در مکش‌های مختلف بررسی شد. سپس با استفاده از روش‌رگرسیونی خطی چندگانه گام‌به‌گام و بهره‌گیری از داده‌های مبنایی و طیفی خاک، روابطی ریاضی به‌ترتیب تحت‌عنوان توابع انتقالی خاکی (PTFs) و طیفی (STFs) پی‌ریزی شد. به‌منظور ارزیابی دقت توابع پیشنهادی از آماره‌‌هایی همچون ضریب تبیین تعدیل شده (R2adj)، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال‌شده (NRMSE)، میانگین خطا (ME) و نسبت انحراف دقت (RPD) استفاده شد. یافته ها: توابع انتقالی خاکی (PTFs) در انتهای خشک منحنی نگهداشت آب در خاک در مقایسه با انتهای مرطوب آن برآورد‌های دقیق‌تری ارائه کردند. دلیل این موضوع را می‌توان وجود همبستگی بالای رطوبت خاک با توزیع اندازه ذرات خاک در انتهای خشک منحنی نگهداشت آب خاک بیان کرد. نتایج حاصل از ارزیابی آماره‌ها نشان داد که PTFs پی‌ریزی شده جهت برآورد نگه‌داشت آب در خاک در مکش‌های 10 تا 1500 کیلو‌پاسکال از دقت پیش‌بینی خوبی برخوردار بودند. این در حالی است که STFs در مقایسه با PTFs پیشنهادی در برآورد پارامترهای مورد‌مطالعه نیز، دارای نتایجی معقول اما به‌نسبت ضعیف‌تری بودند. نتیجه‌گیری کلی: در مجموع نتایج این پژوهش نشان داد، برغم نتایج نسبتاً کم‌دقت‌تر STFs نسبت بهPTFs به‌دلیل صرف هزینه، زمان و داده‌برداری صحرایی کمتر، استفاده از داده‌های طیفی خاک می‌تواند به‌عنوان روشی غیرمستقیم و نوین برای برآورد مقادیر رطوبت حجمی خاک به ازای پتانسیل‌های ماتریک مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

پتانسیل ماتریک ، داده‌های طیفی خاک ، رگرسیون خطی چندگانه گام‌به‌گام ، ویژگی های مبنایی خاک