Skip to main content
SUPERVISOR
شمس اله ایوبی (استاد مشاور) حسین خادمی موغاری (استاد راهنما) مژگان عباسی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fatemeh Khayamim
فاطمه خیامیم

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Application of vis-NIR Spectrometry to Estimate Selected Chemical and Clay Mineralogical Characteristics of Surface Soils in the Isfahan Province
Vis-NIR reflectance spectroscopy is a non-destructive, rapid, and inexpensive technique with minimal sample preparation and no damage to the environment. This study was carried out to assess the capability of vis-NIR spectroscopy to estimate and map selected chemical soil properties and dominant clay minerals in Isfahan province. A total of 251 surface soil samples were collected from the whole province. Spectral analysis was performed using a field spectrometer in 350-2500 nm range. Inverse distance weighting and kriging methods were used to map dominant clay minerals and chemical soil properties, respectively. Results showed that PLSR could predict organic matter and gypsum accurately. Prediction of gypsum was quite accurate and, therefore, vis-NIR spectroscopy could be used as an inexpensive approach to quickly estimate gypsum content of the soils in arid regions. Estimation of dominant clay minerals was not satisfactory which could be attributed to the influence of carbonates and gypsum on absorption features of clay minerals and effect of different clay minerals mixture in the soil. The spatial variability of soil organic matter, salinity and gypsum in the Isfahan province well follows the climatic varaibility while soil carbonates spatial variability is very much affected by the distribution pattern of soil parent materials. Both climate and parent materials have determined the spatial variability of palygorskite and expandable clay minerals in soils of the Isfahan province. Keywords : Visible and near infrared spectroscopy, Continuum removal, Clay mineralogy, Palygorskite, Illite, Smectite, Partial least squares regression
جمع‌آوری اطلاعات مکانی خاک از سطح وسیع نیازمند تکنیک‌های جدیدی است که در حداقل زمان ممکن بتواند اطلاعات چندین ویژگی خاک را ثبت نماید. طیف‌سنجی در محدوده طیفی مرئی- مادون قرمز نزدیک روشی غیرمخرب، سریع، ارزان، و بدون ضرر و تخریب برای محیط زیست می‌باشد. اهداف این مطالعه عبارتند از: (1) ارزیابی قابلیت روش طیف سنجی مرئی_مادون قرمز نزدیک در برآورد چند ویژگی شیمیایی خاک، (2) برآورد مقدار کانی های رسی غالب خاک و تهیه نقشه ویژگی های شیمیایی و کانی های رسی غالب خاک های استان اصفهان. 251 نمونه خاک سطحی از کل استان اصفهان جمع‌آوری و آنالیز ویژگی های شیمیایی خاک انجام شد. همچنین، اندازه گیری انعکاس طیفی خاک ها با دستگاه طیف سنج زمینی در دامنه طول موج 350-2500 نانومتر انجام شد. انواع روش های پیش پردازش داده های طیفی مورد ارزیابی قرار گرفت. از رگرسیون حداقل مربعات جزئی برای پیش‌بینی ویژگی های خاک استفاده شد. مطالعات کانی شناسی رسی خاک نیز بر روی 100 نمونه از خاک های جمع آوری شده صورت گرفت. مقدار کانی های رسی خاک در روش طیف سنجی پس از انجام روش حذف پیوستار بر روی طیف ها برآورد شد. از روابط رگرسیونی برقرار شده بین داده های درازمدت دما و بارش با ارتفاع در 21 ایستگاه سینوپتیک استان برای تخمین مقادیر بارش و دما در نقاط نمونه برداری استفاده گردید. نقشه کانی های رسی غالب خاک به روش وزن دهی معکوس فاصله و نقشه های ویژگی های شیمیایی خاک و پراکنش بارش و دمای استان به روش کریجینگ تهیه شدند. نتیجه مدلسازی به روش رگرسیون حداقل مربعات جزئی نشان داد که پیش بینی مدل برای درصد گچ و ماده آلی به ترتیب کاملاً مناسب و قابل قبول است، درحالیکه پیش بینی مدل برای درصد کربنات ها و شوری خاک ضعیف می باشد. کاربرد روش های مختلف پیش پردازش داده های طیفی نشان داد که بهترین نتایج مدلسازی برای ماده آلی و شوری در روش فیلتر میانه و برای کربنات ها و گچ در روش نرمال سازی بر اساس میانگین می باشد. تخمین کانی های رسی با استفاده از داده های طیفی از دقت مناسبی برخوردار نبود، علت را می توان به تأثیر اختلاط کانی ها با یکدیگر و تأثیر گچ و کربنات ها بر ویژگی های جذبی کانی ها نسبت داد. طیف انگشتی شکل در محدوده 1400 نانومتر و ویژگی جذبی منحصربه فرد گچ در 1748 نانومتر منجر به پیش بینی دقیق این کانی شد. طبق نقشه تغییرات مکانی بارش، بیشترین مقادیر بارش به مناطق غربی، شمال غربی، جنوب غربی و جنوب استان و کمترین میزان بارش به شمال، شمال شرقی، جنوب شرقی و شرق استان مربوط است. روند کاملاً معکوس در نقشه تغییرات مکانی دمای استان مشاهده شد. طبق نقشه تغییرات مکانی ماده آلی خاک، مقادیر بالای ماده آلی خاک در مناطق غربی، جنوب غربی و جنوب استان مشاهده می شود. تغییرات کربنات کلسیم خاک های استان از تغییرات اقلیمی استان پیروی نکرده و با نقشه زمین شناسی منطقه انطباق دارد. براساس نقشه های پراکنش، مقادیر شوری و گچ در خاک های استان از غرب به شرق افزایش می یابد. طبق مطالعات کانی شناسی، کانی های ورمی کولیت، ایلیت، کلریت و کوارتز در تمامی خاک های استان حضور دارند و بسته به اقلیم و ماده مادری کانی های پالیگورسکیت و یا اسمکتیت نیز در خاک دیده می شوند. اختلاف معنی دار آماری در شدت قله 3/6 آنگستروم (معرف پالیگورسکیت) در کلاس های مختلف بارش در استان اصفهان مشاهده شد. بر اساس رابطه رگرسیونی بین مقدار بارش با شدت قله 3/6 آنگستروم، در مقدار بارش بیش تر از 465 میلی متر کانی پالیگورسکیت در خاک وجود ندارد. طبق نقشه پراکنش پالیگورسکیت، مقادیر بالای کانی پالیگورسکیت در مناطق خشک استان با دمای بالا مشاهده می شود. عمده رسوبات قرمز بالایی، قرمز تحتانی و قم (میوسن و پلیوسن) در مناطق شرقی و شمالی استان قرار دارند و حاوی مقادیر قابل توجهی پالیگورسکیت هستند. پراکنش کانی ایلیت از روند خاصی پیروی نکرده و این کانی در تمامی مناطق استان مشاهده می شود. پراکنش کانی های منبسط شونده در خاک های استان متأثر از دو عامل اقلیم و ماده مادری می باشد. واژه های کلیدی: طیف سنجی مرئی-مادون قرمز نزدیک، حذف پیوستار، کانی شناسی، پالیگورسکیت، ایلیت، اسمکتیت، رگرسیون حداقل مربعات جزئی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی