مدل سازی نیتروژن خاک با استفاده از سنجش از دور و مدل های رگرسیون و جنگل تصادفی

خاک از منابع طبیعی هر کشور است که در حفظ محیط و تولید غذا نقش مهمی دارد. افزایش و کاهش مقدار نیتروژن کل خاک در اثر شیوه های مختلف کشاورزی، ورود پساب صنعتی به آب و عوامل دیگر، منجر به آلودگی میکروبی خاک، کاهش پوشش گیاهی و نقصان در محصولات کشاورزی مورد نیاز انسان می شود. نقشه برداری پراکنش مواد مغذی خاک به تصمیم گیری های مدیران کمک می کند. از آنجا که تحلیل آزمایشگاهی این متغیرها، وقت گیر و در مقیاس های وسیع هزینه بر است، تلاش هایی برای مطالعه نیتروژن خاک با استفاده از سنجش ازدور انجام گرفته است. مطالعه حاضر به بررسی روش سنجش از دور و مدل های رگرسیون و جنگل تصادفی در پیش بینی نیتروژن کل خاک در شرق شهرستان لنجان پرداخته است. 

نقاط مرجع نیتروژن 50 نمونه خاک از لایه 0-20 سانتی متری خاک سطحی بود که از منطقه موردمطالعه به روش تصادفی نمونه برداری شد. نیتروژن نمونه ها پس از خشک شدن در دمای 25 درجه، عبور از مش 2 و انتقال به آزمایشگاه، به منظور مقایسه نتایج نهایی به دست آمده، حاصل از ارزیابی زمینی و سنجش از دور، به روش کلدال اندازه گیری شد. تصویر ماهواره ای سال 2019 با تصحیح هندسی و رادیومتریک از باندهای طیفی 2 تا 7 سنجنده ی OLI لندست 8 (ردیف و گذر 164 و 37) آبان 1398 تهیه شد. پوشش ابر برای تصاویر تهیه شده کمتر از 10٪ در نظر گرفته شد. برای کاهش اثر پراکندگی اتمسفر بر کیفیت این تصاویر، تصحیح تابش و تصحیح اتمسفر با استفاده از مدل فلش انجام شد. شاخص های ماهواره ای شامل DVI، NDVI، EVI، MSAVI، SAVI، RVI، NDWI، SI1، SI2، SI3 و SBI از تصویر ماهواره ایی استخراج شد و به همراه سه شاخص توپوگرافی شامل ارتفاع، شیب و شاخص رطوبت توپوگرافی (TWI) به مدل رگرسیون خطی چندگانه و جنگل تصادفی معرفی شد.

نقشه رقومی ارتفاعی منطقه مقادیری بین 1100 تا 2050 متر را در بر گرفت. شیب منطقه، در محدوده های با شیب کم و پایین تر از هشت درصد قرار دارد. مقادیر عددی شاخص TWI در نزدیکی مجاری آبی 77/0 به دست آمد. مقادیر شاخص DVI و EVI با افزایش پوشش گیاهی افزایش داشت. شاخص NDVI مقادیر بالاتر از 3/0 و شاخص NDWI به عنوان یک شاخص آبی، مقدار حداکثری 77/0 را در مناطق غرقاب نشان داد. شاخص SAVI تفکیک پذیری بالایی از نواحی بدون پوشش تا پوشش تنک و نواحی با پوشش گیاهی قوی را ارایه داد. شاخص SBI و شاخص های سه گانه شوری SI تغییرپذیری بسیار بالایی از جنبه پارامتر های خاک در نواحی بدون پوشش نشان داد. مدل رگرسیون نیتروژن خاک با سه شاخص RVI، DVI و TWI با مقدار معناداری آماری (p-value) برابر با 04/0 تولید شد. در مدل جنگل تصادفی، شاخص های گیاهی و خاک نقش تعیین کننده ای در ساخت مدل داشتند و مقدار ضریب تعیین ((R2 برابر با 44/0 به دست آمد. 

نیتروژن کل خاک نیز در پارامترهای خاک با چگالی و با شن و رس از بافت خاک و در پارامترهای توپوگرافی با ارتفاع و در شاخص های طیفی با ,EVI RVI, SAVI, NDWI,NDVI و DVI در سطح 01/0 و با SI3 از شاخص های شوری در سطح 05/0 همبستگی دارد. در پارامترهای خاک نیز سیلت با شن و رس در سطح 05/0 و شن با رس همچنین چگالی با رس در سطح 01/0 همبستگی دارند. نتایج نشان داد که وضعیت توپوگرافی منطقه به همراه شاخص های بر پایه مادون قرمز نزدیک و قرمز نقش بسزایی در پیش بینی نیتروژن دارد. همچنین مقایسه نتایج حاصل از ارزیابی زمینی و سنجش از دور نشان داد که در پیش بینی نیتروژن کل خاک، اختلاف معنی داری بین دو مدل و ارزیابی میدانی وجود ندارد و هر دو مدل نتایج نزدیکی به ارزیابی میدانی داشتند.