ارزیابی کارایی طیف سنجی انعکاسی برای تخمین مقدار کربن آلی خاک در حوزه آبخیز دریاچه زریبار، استان کردستان

کربن آلی، به عنوان یکی از اجزای عمده سازنده ماده آلی خاک، در غالب فرآیند های شیمیایی، فیزیکی و شیمیایی خاک نقشی مهم دارد. ماده آلی یا کربن آلی خاک یکی از پارامترهای کلیدی کیفیت خاک و یک شاخص حاصلخیزی خاک است. ماده آلی در تشکیل خاکدانه ها و پایداری آن ها، جذب آب و عناصر غذایی، ظرفیت نگه داشت آب در خاک، نفوذ آب و هوا، هدایت هیدرولیکی خاک، آب گریزی و ترسیب کربن نقشی ضروری دارد. پژوهش های مختلف نشان داده اند که کیفیت و کمیت ماده آلی خاک می توانند تحت تاثیر فعالیت های انسانی همچون عملیات زراعی و فعالیت های توسعه ای اقتصادی قرار گیرد. نرخ بالایی از هدر رفت ماده آلی خاک بر روی اراضی فرسایش یافته نیز گزارش شده است. از این رو پایش تغییرات زمانی و مکانی ماده آلی خاک برای ارزیابی مدیریت بلند مدت پتانسیل بالقوه خاک ضروری است. این در حالی است که نمونه برداری های مرسوم خاک و اندازه-گیری مقدار کربن آلی خاک، به ویژه در مقیاس های بزرگ جغرافیایی، دشوار، پرهزینه و زمان بر است. بنابراین، ارزیابی سریع و دقیق کربن آلی خاک می تواند در مدیریت دراز مدت خاک سودمند باشد. بنابراین، هدف از این پژوهش بررسی کارایی طیف سنجی انعکاسی خاک در محدوده مریی - مادون قرمز نزدیک برای تخمین مقدار کربن آلی خاک در حوزه آبخیز دریاچه زریبار در شهرستان مریوان در استان کردستان بود.

بدین منظور 100 نمونه خاک سطحی از منطقه مورد مطالعه با وسعتی حدود 10718 هکتار جمع آوری شد. انعکاس طیفی این نمونه ها و برخی از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن ها در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی اندازه گیری شد. پس از ثبت طیف ها، روش های مختلف پیش پردازش داده های طیفی نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس توابع انتقالی خاکی و توابع انتقالی طیفی با استفاده از روش رگرسیون خطی چندگانه گام به گام برای برآورد کربن آلی خاک پی ریزی شدند. اعتبار این توابع اشتقاق یافته برآوردگر کربن آلی خاک، با استفاده از آماره های مختلفی همچون ضریب تبیین (2R)، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، میانگین خطا (ME)، شاخص انطباق (d) و درصد انحراف نسبی (RPD) ارزیابی شدند.

با توجه به نتایج، بین کربن آلی خاک با مقادیر انعکاس طیفی خاک در طول موج های 858 و 1916 نانومتر همبستگی بالا و معنی داری (در سطح معنی دار 1%)مشاهده گردید. نتایج نشان داد توابع انتقالی خاکی (R2avg=0.83, NRMSE avg=24.55%) در مقایسه با توابع انتقالی طیفی پیشنهادی (R2avg=0.44, NRMSE avg=44.31%)، دارای دقت بیشتری در برآورد کربن آلی خاک می-باشند. هرچند توابع انتقالی طیفی اشتقاق یافته با SMLR نیز، برآوردهای نسبتا خوبی از کربن آلی خاک ارایه کرد (R2avg=0.52 , RPD=1.44). نتایج همچنین نشان داد مشتق اول + فیلتر ساویتزکی-گلای، به دلیل کاهش اثرات نویز های تصادفی و بهبود مدل های واسنجی، بهترین روش در پیش پردازش داده های طیفی خاک است.

در مجموع نتایج این پژوهش نشان داد اگرچه کارایی توابع انتقالی طیفی در برآورد کربن آلی خاک نسبت به توابع انتقالی خاکی متناظر آن بالا نیست، لیکن در موارد عدم دسترسی به توابع انتقالی خاکی، این رویکرد می تواند به عنوان یک روش معقول غیر-مستقیم در برآورد کربن آلی خاک مورد استفاده قرار گیرد.