ارزیابی مدل های مختلف کریجینگ در درون‎یابی داده های رطوبت خاک جنگل های زاگرس (مطالعه موردی: منطقه شلم، ایلام)

چکیده مبسوطمقدمه: جنگل های زاگرس به عنوان یکی از مهم ترین اکوسیستم های جنگلی ایران، نقش حیاتی در حفظ منابع آبی، کربن و تنوع زیستی دارند. رطوبت خاک در این جنگل ها برای پایداری اکوسیستم، تغذیه آب های زیرزمینی، افزایش پوشش گیاهی و کنترل فرسایش خاک اهمیت زیادی دارد؛ اما اندازه گیری دقیق رطوبت خاک در این منطقه به دلیل وسعت، دشواری دسترسی و هزینه بالا چالش برانگیز است. در نتیجه، روش های پیشرفته درون‎یابی، مانند کریجینگ، برای تهیه نقشه های رطوبت خاک و مدیریت منابع زیست محیطی اهمیت زیادی یافته اند. با این حال، انتخاب نوع بهینه روش کریجینگ در شرایط مختلف توپوگرافی و اقلیمی همچنان چالشی پژوهشی است که نیاز به بررسی بیشتری دارد.مواد و روش ها: در این پژوهش، ۶۰ نمونه خاک از عمق ۰ تا ۱۵ سانتی متری در مناطق مختلف با تراکم تاج پوشش متفاوت (باز و بسته) و در دو جهت شمالی و جنوبی و سه طبقه ارتفاعی (۱۷۵۰-۱۸۵۰ متر، ۱۸۵۰-۱۹۵۰ متر و ۱۹۵۰-۲۰۵۰ متر) از جنگل های زاگرس جمع آوری شد. برای تخمین و تهیه نقشه های توزیع مکانی رطوبت خاک، از روش های مختلف کریجینگ شامل کریجینگ ساده، کریجینگ معمولی و کریجینگ عمومی استفاده شد. هدف اصلی از به کارگیری این سه روش، مقایسه و تعیین بهترین روش و دستیابی به تخمین های دقیق تری از توزیع رطوبت خاک با استفاده از داده های محدود نمونه برداری و کاهش خطای تخمین بود. ارزیابی دقت مدل ها از طریق معیارهای آماری مانند ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین مطلق خطا (MAE) و ضریب تعیین (R²) صورت گرفت. در این ارزیابی، مدل با مقدار RMSE کمتر، به عنوان مدل دقیق تر در تخمین توزیع مکانی رطوبت خاک در نظر گرفته شد.نتایج و بحث: نتایج نشان داد که جهت دامنه و تراکم تاج پوشش به طور معنی داری (P < ۰.۰۵) بر رطوبت وزنی خاک تاثیرگذار هستند. بیشترین میزان رطوبت وزنی خاک (حدود ۴۶/۱۲ درصد) در مناطق با تاج پوشش بسته و دامنه های شمالی مشاهده شد، که به طور چشمگیری بیشتر از مناطق با تاج پوشش باز و دامنه های جنوبی بود. این مسئله نشان دهنده اثر حفاظتی تاج پوشش بسته در حفظ رطوبت خاک است. همچنین، مقایسه مدل های درون‎یابی نشان داد که در دامنه های شمالی، کریجینگ ساده با واریوگرام خطی بهترین عملکرد را داشت و کمترین مقدار RMSE (معادل ۷۹/۰) را به دست آورد، که نشان دهنده کارایی این مدل در شرایطی با وابستگی خطی توزیع رطوبت به موقعیت مکانی است. از سوی دیگر، در دامنه های جنوبی، کریجینگ معمولی با واریوگرام نمایی با مقدار RMSE برابر با ۴۴/۰ دقت بالاتری ارائه داد که بیانگر آن است که در شرایطی که توزیع رطوبت پیچیدگی بیشتری دارد و به صورت غیرخطی تغییر می کند، استفاده از واریوگرام نمایی و کریجینگ معمولی می تواند نتایج بهتری در درون‎یابی فراهم کند.نتیجه گیری: این پژوهش بر اهمیت انتخاب صحیح مدل های واریوگرام و تکنیک های درون‎یابی متناسب با ویژگی های خاص منطقه ای تاکید دارد. نتایج نشان می دهند که استفاده از یک روش ثابت درون‎یابی در تمامی مناطق لزوما به نتایج بهینه منجر نخواهد شد. انتخاب روش مناسب می تواند تفاوت قابل توجهی در دقت پیش بینی رطوبت خاک ایجاد کند. به عنوان مثال، در مناطقی با تغییرات یکنواخت تر، کریجینگ ساده با واریوگرام خطی عملکرد بهتری دارد، در حالی که در مناطق با تغییرات سریع تر و در فواصل کوتاه تر، کریجینگ معمولی با واریوگرام نمایی دقت بیشتری نشان می دهد. بنابراین، پیشنهاد می شود که محققان با توجه به ویژگی های اقلیمی، توپوگرافی و پوشش گیاهی منطقه، از ترکیب روش های مختلف و بهینه درون‎یابی استفاده کنند. این رویکرد می تواند به کاهش خطاهای تخمینی، افزایش دقت نقشه های رطوبت خاک و درنهایت به بهبود مدیریت منابع طبیعی و اکوسیستم های جنگلی کمک کند. علاوه بر این، این مطالعه بر اهمیت تحلیل دقیق و انتخاب روش های آماری مناسب برای پیش بینی دقیق تر وضعیت رطوبت خاک تاکید دارد که به ویژه در مدیریت پایدار منابع طبیعی و حفاظت از محیط زیست در مناطق جنگلی نقش حیاتی دارند.

کلیدواژه ها:

خاک ، زمین آمار ، سنجش از دور ، سیستم اطلاعات جغرافیایی ، واریوگرام