پیش بینی میزان کربن ترسیب شده در خاک مراتع تحت تاثیر عمق و ارتفاع نمونه برداری از خاک با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)

کربن آلی خاک یکی از پارامترهای مهم تعیین کننده میزان حاصلخیزی خاک، قابلیت تولید و شاخص مهمی در نشان دادن کیفیت خاک مخصوصا خاک های مناطق خشک و نیمه خشک است. مراتع، در حدود نیمی از خشکی های جهان را تشکیل می دهند و حاوی بیش از یک سوم ذخایر کربن زیست کره خاکی هستند. با توجه به این که مراتع به عنوان مهمترین اکوسیستم های خشکی، ذخایر طبیعی کربن به شمار می روند، بسیار مورد توجه بوده و نحوه و میزان ترسیب کربن در آن ها مهم است.

در این تحقیق پس از انتخاب مراتع واقع در دامنه جنوبی کوه دماوند،  با توجه به وضعیت جغرافیایی و پوشش گیاهی منطقه، 4 طبقه ارتفاعی از سطح دریا با نوع و ترکیب پوشش گیاهی یکسان همچنین شیب متوسط به گواهی بازدید میدانی و اطلاعات اداره منابع طبیعی ناحیه شامل طبقه ارتفاعی 1 (2664-2504 متر)، طبقه 2 (2896-2730 متر)، طبقه 3 (3050-2923 متر) و طبقه 4 (3545-3119 متر) جهت نمونه برداری از خاک در ارتفاع های متفاوت، معین گردید. در هر طبقه ارتفاعی، 13 نقطه تصادفی مشخص و از هر نقطه، سه نمونه خاک (در نقش تکرار) از اعماق 15-0 و 30-15 سانتی متر تهیه گردید. پس از اندازه گیری میزان کربن ترسیب شده در هر نمونه خاک، داده ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. میزان ترسیب کربن در خاک با ضرب میزان کربن آلی خاک در وزن مخصوص ظاهری و عمق مورد مطالعه و در واحد هکتار (10000 متر مربع) محاسبه شد. سپس اقدام به ایجاد معادلات رگرسیونی و روش سطح پاسخ (RSM) شده و دقت آن ها در پیش بینی میزان ترسیب کربن با یکدیگر مقایسه گشته و روش دقیق تر مشخص شد. برای ارزیابی دقت مدل های رگرسیونی و روش سطح پاسخ از ضریب تعیین (R2) میان داده های اندازه گیری شده و پیش بینی شده استفاده شد.   

نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد که فقط عمق نمونه برداری، اثر معنی داری بر میزان ترسیب کربن خاک داشته و اثر ارتفاع نمونه برداری همچنین اثر متقابل عمق و ارتفاع نمونه برداری بر میزان ترسیب کربن خاک بی معنی بود. در حالت کلی، میزان ترسیب کربن در عمق 30-15 سانتی متری بیشتر از 15-0 سانتی متر بوده و در هر دو عمق تحت بررسی، طبقه ارتفاعی 4 (3545-3119 متر) بیشترین میزان ترسیب کربن خاک را داشت. به علاوه پس از طبقه ارتفاعی4، بیشترین میزان ترسیب کربن مربوط به طبقه ارتفاعی1 (2664-2504 متر) بود. بیشترین میزان ترسیب کربن به میزان 604654 گرم در متر مربع مربوط به طبقه ارتفاعی4 و عمق 30-15 سانتی متر و کمترین میزان ترسیب کربن در حدود 225000 گرم در متر مربع مربوط به طبقه ارتفاعی 2 و عمق 15-0 سانتی متر بود. در بخش مدل سازی، مدل درجه دوم روش سطح پاسخ با دقت بالاتر (7363/0=R2) نسبت به مدل خطی همین روش (6014/0=R2) و مدل کم دقت تر رگرسیونی (428/0=R2)، میزان ترسیب کربن خاک مراتع را پیش بینی نمود. به علاوه، روش سطح پاسخ موفق به بهینه سازی ورودی ها به صورت ارتفاع 3500 متری و عمق دوم به منظور یافتن میزان ترسیب کربن در خاک به صورت 699/808811 گرم در متر مربع با رضایتمندی 976/0 گردید.

روش سطح پاسخ (RSM) به عنوان یک ابزار نوین نه تنها در پیش بینی و بهینه سازی میزان ترسیب کربن خاک مراتع تحت شرایط عمق و ارتفاع نمونه برداری متفاوت عملکرد مطلوبی دارد، بلکه می توان از آن به عنوان ابزاری هوشمند در جهت پیش بینی پارامترهای مختلف در علوم مرتع و مراتع تحت بررسی به عنوان مثال در پیش بینی حجم زیست توده زیرزمینی و روزمینی، نحوه پراکنش گونه های مرتعی و... استفاده نمود.