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

پیشینه و هدف:

 پوسته‌های زیستی خاک مجموعه‌ای از گلسنگ‌ها، خزه‌ها، قارچ‌ها، سیانوباکتری‌ها و غیره هستند که بخش از اکوسیستم خاک را تشکیل داده‌اند. برآورد تراکم و نحوه توزیع پوسته‌های زیستی خاک در مناطق خشک و نیمه‌خشک کشور ایران که موضوع فرسایش و هدر رفت خاک از اهم مسایل است، اهمیت بسزایی دارد. روش‌های مبتنی بر تکنیک سنجش‌ازدور به لحاظ هزینه و زمان کمتر روش‌هایی کارآمد برای دستیابی به این هدف مهم می‌باشند. دشت سگزی یکی از نقاط بحرانی فرسایش بادی در ایران است و شناسایی و تعیین نحوه توزیع پوسته‌های زیستی خاک به‌عنوان عامل اصلاح‌کننده خاک گامی موثر در کاهش فرسایش بادی منطقه است. در این تحقیق شاخص BSCI (Biological Soil Crust) برای تهیه نقشه پراکنش پوسته‌های زیستی خاک با غالبیت گلسنگ به کار گرفته‌شده است.

مواد و روش ها:

 محدوده موردمطالعه بخشی از بیابان سگزی (بیابان‌های مرکزی ایران) است  که در استان اصفهان از کشور ایران واقع‌شده است. محدوده موردمطالعه با مساحت 199.5 هکتار بین طول‌های شرقی"32 52 51 تا "41 27 52 و عرض‌های شمالی "31 33 32 تا "01 55 32 گسترده شده است. شیب  متوسط دشت سگزی 1.08 درصد و ارتفاع متوسط آن 1680 متر است. بر اساس آمار ایستگاه هواشناسی شرق اصفهان (ایستگاه شهید بهشتی) متوسط بارش سالیانه منطقه 106 میلی‌متر است. بر اساس طبقه‌بندی اقلیمی دومارتن، اقلیم منطقه از نوع خشک و براساس طبقه‌بندی 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 شیب‌خط خاک لحاظ شده است. برای محاسبه خط خاک در یک منطقه، نخست باید پیکسل‌هایی که دارای خاک لخت بوده و هیچ پوشش گیاهی ندارند جدا شوند. به‌منظور محاسبه معادله خط خاک، در چهارفصل سال تصاویر ماهواره Landsat OLI 8 مربوط به سال 1397ز سایت سازمان زمین‌شناسی آمریکا دانلود شده و تعداد 20 الی 30 پیکسل خالص خاک لخت استخراج و با ترسیم مقادیر بازتاب این پیکسل‌ها در محدوده باند قرمز و مادون‌قرمز نزدیک ضرایب خط خاک برای هر یک از فصل‌های سال در دشت سگزی محاسبه شد. بر اساس این شاخص، شناسایی پوسته‌های 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 می‌گیرد. با استفاده از نرم‌افزار ENVI نقشه پراکنش پوسته‌های زیستی با غالبیت گلسنگ در چهارفصل از سال 1397 در دشت سگزی تهیه شدند. سپس نقشه‌های تهیه‌شده براساس نقاط زمینی اعتبارسنجی شده و میزان صحت کل و شاخص کاپا در هر چهارفصل محاسبه شدند. نمونه‌های گلسنگ جمع‌آوری‌شده بر اساس خصوصیات مرفولوژیکی آن‌ها و با استفاده از استریومیکروسکوپ، میکروسکوپ معمولی و معرف‌های رنگی متداول از قبیل هیدروکسید پتاسیم (KOH) شناسایی شدند. پس از اعمال شاخص BSCI بر روی تصویر ماهواره لندست 8، با استفاده از نرم‌افزار ENVI پروفیل طیفی مربوط به 4 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:

 شیب‌خط خاک در فصل بارش که هم‌زمان با رشد گیاهان علفی و یک‌ساله است در مقایسه با فصل تابستان که حداقل میزان بارش را داشته و همچنین گیاهان یک‌ساله خشک‌شده و از بین رفته‌اند، کمتر است. در اردیبهشت‌ ماه شیب‌خط خاک حداقل بوده (0.39) و در اواخر تابستان حداکثر مقدار خود را دارد (0.78). در حقیقت شیب‌خط خاک از اسفندماه تا اردیبهشت رو به کاهش نهاده و سپس با از بین رفتن پوشش گیاهی یک‌ساله و افزایش سطح خاک لخت بیشتر شده است. نقشه‌های پراکنش پوسته‌های 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 8 مربوط به فصل تابستان با میزان صحت کل 94 درصد و شاخص کاپا برابر با 0.7412 بوده است. تفسیر پروفیل طیفی شاخص BSCI نشان دادن که بازتابش طیف مربوط به زفره و فشارک که بر روی نقاط با پراکنش گلسنگ‌ها تهیه‌شده است بسیار نزدیک به هم بوده و همچنین پروفیل طیف مربوط به اواسط پاییز و اوایل بهار کاملا منطبق بر هم است. درحالی‌که در فساران که فاقد پوشش پوسته‌های زیستی بود مقدار بازتابش بیشتر است و اختلافی جزیی بین نمودار بازتابش پاییز و بهار وجود داشت. هرچند مقادیر بازتابش طیفی از اراضی کشاورزی و نقاط پراکنش پوسته‌های 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 مدیترانه‌ای بوده و بارش در فصل سرد سال انجام می‌شود هم‌زمان با افزایش بارش‌ها از اواسط پاییز گیاهان یک‌ساله و خزه‌ها در پای بوته‌ها شروع به رشد نموده و در اوایل زمستان به اوج خود رسیده‌اند و دوباره در آغاز بهار هم‌زمان با کاهش بارندگی‌ها رو تراکم آن‌ها کاهش‌یافته است. چنانچه طیف مربوط به زمستان در همه نقاط کمترین بازتابش را داشته است. درحالی‌که در اواخر فصل تابستان که گیاهان یک‌ساله و خزه‌ها خشک‌شده‌اند بیشترین بازتابش طیفی را داشته است. در فساران که منطقه‌ای لم‌یزرع و محل دپوی زباله‌هاست، حداکثر میزان بازتابش را نشان داده است. بنابراین شاخص BSCI نسبت به درصد ماده آلی خطای فاحشی در تشخیص پوسته‌های زیستی خاک دارد و درجایی که ماده آلی بالا باشد ممکن است تشخیص درستی از پوسته‌های زیستی خاک ارایه ندهد. البته ازآنجاکه شاخص BSCI برای تشخیص ترکیبات گلوگان در بافت‌های گلسنگ تعریف‌شده است. میزان خطای در خصوص ماده آلی به حداقل کاهش می‌یابد. همان‌طور که مشاهده‌شده است در نقشه نهایی در فساران پوشش پوسته‌های زیستی وجود ندارد و تنها در نواحی اطراف فساران در مناطق زراعی پوسته‌های زیستی خاک مشاهده می‌شوند. در مناطق زراعی با توجه به دخالت انسان و کشت و زرع میزان گیاهان یک‌ساله 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 تفکیک‌شده‌اند.

نتیجه گیری:

 شباهت طیفی مهم‌ترین 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 می‌کند و ازاین‌رو در بازه زمانی تصاویر ماهواره‌ای و شرایط منطقه‌ای تاثیر زیادی در میزان دقت شاخص BSCI  دارد.