بررسی کارایی متغیرهای محیطی بر مدل سازی توزیع مکانی ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در دشت سیستان با استفاده از روشهای زمین آماری

سابقه و هدف: نقشه های خاک یکی از نیازهای اصلی برای کاربران و تصمیم سازان علوم زمین می باشد. آگاهی دقیق از توزیع مکانی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مانند ظرفیت تبادل کاتیونی برای تصمیم گیری مناسب در مدیریت موثر کشاورزی می تواند مهم باشد. ظرفیت تبادل کاتیونی خاک یکی از ویژگی های کلیدی برای مدیریت حاصلخیری و تولید گیاهی است و مدل سازی مکانی آن برای کشاورزان و مدیران این حوزه دارای اهمیت است.. مطالعات پیشین ثابت نموده است که می توان از روش های زمین آماری به طور موفقیت-آمیزی برای پیش بینی و پهنه بندی ویژگی های خاک استفاده نمود. از این رو با عنایت به اینکه اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی خاک به عنوان یکی از ویژگی های دیربافت و هزینه بر از چالش های پیش روی محققان محسوب می شود و همچنین در رابطه با بررسی روند تغییرات مکانی ظرفیت تبادل کاتیونی در دشت سیستان مطالعه ای انجام نشده است، لذا این مطالعه با هدف تهیه نقشه پراکنش مکانی ظرفیت تبادل کاتیونی خاک و تعیین عوامل (متغیرهای) محیطی تاثیرگذار بر تغییرات مکانی این ویژگی و همچنین مقایسه روش های مختلف میان یابی در پیش بینی مقادیر ظرفیت تبادل کاتیونی اراضی دشت سیستان انجام شد.مواد و روش ها: به منظور انجام این پژوهش تعداد ۴۲۲ نقطه به روش نظارت شده تصادفی در دشت سیستان انتخاب و سپس در تابستان سال ۱۴۰۳ از خاک سطحی (عمق ۲۰-۰ سانتی متری) در نقاط پیشنهادی نمونه برداری شد. همچنین، در این مطالعه از داده های سنجش از دوری شامل تصاویر سنجنده OLI ماهواره لندست ۸ (باندهای منفرد و شاخص های حاصل از نسبت گیری باندی) مربوط به نزدیک ترین زمان نمونه برداری از خاک استفاده شد. شاخص های سنجش از دوری مورد نظر با استفاده از نرم افزار ArcGIS نسخه شماره ۱۰.۸.۲ محاسبه و استخراج شدند. هم چنین متغیر های محیطی مشتق شده از مدل رقومی ارتفاعی محدوده مطالعاتی با قدرت تفکیک مکانی ۳۰ متر از پایگاه استر بارگیری شده و سپس با کمک نرم افزار SAGAGIS نسخه شماره۷.۵ استخراج شدند. سپس در نرم افزار ArcGIS مقادیر متناظر شاخص های حاصل از تصاویر ماهواره ای و مدل های رقومی ارتفاعی در نقاط نمونه برداری شده استخراج و به صورت جدول در نرم افزار Excel ذخیره گردید. در مجموع ۸۱ متغیر محیطی در سه دسته متغیرهای خاکی، سنجش از دوری و مستخرج شده از مدل رقومی ارتفاع مورد سنجش قرار گرفتند. در گام بعد، متغیرهایی که همبستگی معنی داری با ظرفیت تبادل کاتیونی خاک نشان دادند وارد فرآیند مدل سازی و تجزیه و تحلیل های زمین آماری شدند. روش وزن دهی معکوس فاصله (در سه حالت توان اول، دوم و سوم)، کریجینگ ساده و معمولی و کوکریجینگ ساده و معمولی به عنوان روش های زمین آماری برای میان یابی و پیش بینی مقادیر ظرفیت تبادل کاتیونی در نقاط نمونه برداری نشده مورد استفاده قرار گرفتند. تاثیر تمامی متغیرهای محیطی منتخب به صورت جداگانه و ترکیبی در روش های کوکریجینگ ساده و معمولی بر دقت پیش بینی ظرفیت تبادل کاتیونی توسط این مدل ها بررسی گردید. همچنین، به منظور ارزیابی دقت مدل های مختلف از دو آماره ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطا (ME) استفاده شد.یافته ها: نتایج نشان داد که میانگین ظرفیت تبادل کاتیونی در دشت سیستان ۶۷/۱۲ سانتی مول در هر کیلوگرم خاک می باشد. بهترین مدل تغییرنما بر اساس حداقل مجموع مربعات (RSS) و حداکثر مقدار ضریب تبیین (R۲) برای پیش بینی تغییرپذیری مکانی ظرفیت تبادل کاتیونی در خاک های دشت سیستان، مدل گوسی (۶۰/۰ = R۲ و ۲۸۹ = RSS) به دست آمد. بررسی همبستگی مکانی ظرفیت تبادل کاتیونی در منطقه مطالعاتی متوسط به دست آمد که احتمالا به دلیل پیچیدگی های ژئومورفولوژیکی منطقه و تغییرات در محیط های رسوبگذاری است. نتایج تحلیل همبستگی بین ظرفیت نبادل کاتیونی و متغیرهای کمکی استفاده شده در این پژوهش حاکی از آن است که متغیرهای مستخرج از مدل رقومی ارتفاع بیشترین همبستگی را با ظرفیت تبادل کاتیونی خاک دارند. در بین متغیرهای خاکی، درصد رس، در بین متغیرهای سنجش از دوری، باند مادون قرمز نزدیک و در بین متغیرهای مستخرج از مدل رقومی ارتفاع ، ارتفاع منطقه از سطح دریا به عنوان موثرترین متغیرهای پیش بینی کننده ظرفیت تبادل کاتیونی تشخیص داده شدند. از بین روش های میان یابی استفاده شده، روش کوکریجینگ معمولی بهترین عملکرد (۰۱۱/۰- = ME و ۱۱۶/۷ = RMSE) را در مقایسه با روش های کریجینگ و وزن دهی عکس فاصله نشان داد و به عنوان مدل منتخب برای تهیه نقشه پراکنش مکانی ظرفیت تبادل کاتیونی در منطقه مورد استفاده قرار گرفت. از بین سناریوها و روش های مختلف میان یابی به کارگرفته شده در این پژوهش، روش کوکریجینگ معمولی با تلفیق هر سه متغیر درصد رس، باند مادون قرمز نزدیک و ارتفاع منطقه از سطح دریا به عنوان بهترین و دقیق ترین روش تهیه نقشه ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در دشت سیستان انتخاب شد. بررسی الگوی پراکنش مکانی ظرفیت تبادل کاتیونی در منطقه نیز حاکی از آن است که مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در قسمت های جنوب شرقی و بخش هایی از جنوب منطقه کمترین مقدار (کمتر از ۶ سانتی مول در هر کیلوگرم خاک) است و در قسمت های شرقی، بخش هایی از جنوب و شمال غرب منطقه دارای مقدار کم تا متوسط (۱۲-۶ سانتی مول در هر کیلوگرم خاک) است. در بخش های مرکزی، شمال شرق و غرب منطقه مقادیر متوسط تا زیاد (۲۴-۱۲ سانتی مول در هر کیلوگرم خاک) و در بخش های کوچکی از شمال شرق و غرب منطقه بیشترین مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی خاک (بیشتر از ۲۴ میلی اکی والان بر ۱۰۰ گرم خاک) مشاهده شد. نتیجه گیری: در کل می توان چنین نتیجه گیری نمود که الگوی پراکنش مکانی تغییرات مکانی ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در منطقه به شدت تحت تاثیر پراکنش اندازه ذرات خاک، ژئومورفولوژی منطقه و شرایط هیدرولوژیکی است. یافته های این پژوهش حاکی از آن است که تلفیق متغیرهای محیطی منتخب در این پژوهش که منعکس کننده شرایط خاک سازی در منطقه و یا عوامل موثر بر آن هستند، همراه با استفادده از روش زمین آماری کوکریجینگ می تواند به تهیه نقشه های ظرفیت تبادل کاتیونی خاک با دقت خوب منجر شود.

کلیدواژه ها:

نقشه برداری رقومی خاک ، کوکریجینگ ، منطقه فراخشک ، دشت سیلابی