نقشه برداری رقومی خاک و استفاده از تکنیک های ژئوفیزیکی در تخمین برخی ویژگی های خاک در منطقه بم استان کرمان

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this study, soil-landscape relationships and soil evolution were first examined, and then soil great groups map was prepared by some models of digital soil mapping and the predictive accuracy of the models was compared. Other objective of the present study was to evaluate the efficiency of GPR data in detecting the presence of cemented petrosalic horizon and applying two predictive approaches (including CHAID and MLR) for estimating soil clay content at two depths (0-20 and 20-40 cm) using three auxiliary data (including geophysics, topographic and remote sensing data) in an arid region of Bam district, Kerman province, southeastern Iran. The results of digital soil mapping showed that the best prediction result was obtained when characteristics derived from terrain, remote sensing and geomorphological processes were used together. CHAID models, therefore, showed a greater potential in predicting soil clay content from geophysical and ancillary data, while traditional regression methods (i.e. the MLR models) did not perform as well. Overall, the results may encourage researchers in using georeferenced GPR and EMI data as ancillary variables and CHAID algorithm to improve the estimation of soil clay content. The results showed that the GPR data could be used for monitoring the presence and depth of the cemented soil horizons appropriately. The results confirmed that GPR method could be used as a rapid, efficient and non-destructive tool providing high resolution and continuous visualization of the soil horizons to detect the presence and depth of petrosalic horizons, as compared to the conventional soil survey employed in the arid regions. Keywords: Soil-landscape relationships, Digital soil mapping, Geophysical technique, Ground penetrating radar, Electromagnetic induction, Arid region

روش های استاندارد و معمول برای تهیه نقشه ویژگی‌های خاک، بر اساس مشاهدات و آنالیز نقطه ای خاک هستند. این روش ها مقرون به صرفه زمانی و اقتصادی برای زمین نماهای بزرگ نیستند. همچنین می‌توانند تهدیدی جدی برای هدررفت منابع خاک باشند. به دلیل این محدودیت‌ها، روش‌های جایگزین برای نمونه برداری و نقشه برداری سنتی در حال بررسی هستند. برای تولید چنین نقشه‌هایی، ترکیبی از روش‌های نقشه‌برداری رقومی خاک، تکنیک‌های سنجش از دور و سنجش نزدیک خاک بسیار امیدوارکننده هستند. با این حال، یک ترکیب عملی و قابل اعتماد از این تکنیک ها برای تحقیق در مناطق بزرگ (به عنوان مثال حوضه های آبخیز و زمین‌نماها) هنوز احساس کمبود می شود. ترکیب روش‌های ژئوفیزیکی و تکنیک‌های پدومتری رویکرد جدیدی برای بهبود نقشه‌برداری خاک می‌باشند. بنابر این، تحقیقی با اهداف، شناسایی دقیق واحدهای زمین‌شناسی، ژئومرفولوژی و زمین‌نماها و بررسی زمین‌ریخت‌ها و تنوع آن‌ها و همچنین تنوع و تغییرات خاک، تهیه نقشه گروه بزرگ های خاک به صورت رقومی با استفاده از مدل های مختلف و استفاده از تکنیک‌های ژئوفیزیکی (رادار نفوذی زمین و القای الکترومغناطیس) برای تخمین برخی ویژگی‌های خاک ازجمله عمق و ضخامت افق‌های سیمانی، مقدار رس خاک، شوری خاک و پیش بینی برخی از افق های مشخصه خاک در منطقه بم استان کرمان طراحی گردید. طبق نقشه ژئومرفولوژی تهیه شده با استفاده از عکس های هوایی منطقه، مکان دقیق نقاط نمونه‌برداری در صحرا پیدا و اقدام به حفر 126 خاکرخ و تشریح آن‌ها گردید. تمامی مقاطع خاک بر اساس روش‌های طبقه‌بندی خاک آمریکا تشریح، طبقه‌بندی و مورد نمونه‌برداری قرار گرفتند. با استفاده از تکنیک های یادگیری ماشین مختلف اقدام به تهیه نقشه‌های رقومی گروه بزرگ خاک گردید. همچنین تعداد شش سایت برای مطالعات ژئوفیزیکی انتخاب شد. در هر سایت، نمونه‌برداری توسط GPR در طول 10 ترانسکت به طول 100 متر با فاصله خطوط حدود 10 متر انجام شد. نمونه‌برداری توسط EMI در امتداد ترانسکت‌های نمونه‌برداری شده توسط GPR در نقاطی به فواصل 10 متر انجام شد. ده نمونه خاک به طور تصادفی در هر سایت از دو عمق 20-0 و 40-20 سانتی‌متری جمع آوری شد. بر اساس نتایج حاصل از بررسی ارتباط خاک-زمین نما، می‌توان گفت که همزمان با تشکیل زمین ریخت‌ها، فرآیندهای زمین‌شناسی و هیدرولوژی باعث تفرق و تکامل خاک در منطقه شده اند و تمام فرآیندهایی که در تکامل زمین ریخت‌ها نقش دارند، به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم در تکامل خاک‌های تشکیل‌شده بر روی این زمین ریخت‌ها نیز دخالت دارند. علاوه بر این افزایش شاخص‌های تفرق در خاک و زمین‌نما در طول زمان، نشان‌دهنده این است که تکامل خاک از نوع واگرا است، یعنی با افزایش تکامل خاک، تفرق آن زیاد شده و درنتیجه خلوص نقشه خاک کاهش می‌یابد. نتایج حاصل از نقشه برداری رقومی خاک در منطقه نشان داد، در صورتی‌که همه فاکتورهای خاکسازی به طور هم زمان در مدل‌سازی استفاده شوند، بهترین پیش‌بینی‌ها حاصل می‌شود. همچنین انتخاب متغیر های کمکی باید به عنوان جزء مهمی از فعالیت های نقشه برداری رقومی خاک با توجه به شرایط منطقه (اقلیمی، زمین شناسی، توپوگرافی و ...) گنجانیده شود. نتایج مقایسه دقت ارزیابی مدل های برازش‌داده شده نشان داد که بهترین پیش بینی مربوط به مدل درخت تصمیم با دقت 86/0 است، که نشان دهنده این است، که ساختار درختی ایجاد شده بین متغیر هدف و متغیرهای انتخاب شده در مدل باعث افزایش دقت شده است. نتایج مقایسه دقت پیش بینی گروه های بزرگ خاک با استفاده از مدل های برازش‌داده شده نشان داد که بالاترین دقت برای پیش بینی گروه های بزرگ خاک مربوط به کلاس های هاپلوسالیدز، کلسی‌جیپسیدز و پتروکلسیدز و کمترین دقت پیش بینی مربوط به گروه بزرگ هاپلوکلسیدز است. نتایج حاصل از کاربرد رادار نفوذی زمین (GPR) به عنوان یک ابزار برای پیش‌بینی افق پتروسالیک نشان داد، که از داده‌های GPR می‌توان برای حضور و عمق افق سیمانی استفاده کرد. همچنین استفاده از GPR برای تعیین عمق و تداوم و پیوستگی افق سیمانی می‌تواند نقش حیاتی در نقشه‌برداری رقومی خاک داشته باشد. نتایج کلی کاربرد تکنیک های ژئوفیزیکی بیان می کند که مناطق با رسانایی الکتریکی مختلف و ویژگی های ژئوالکتریک متفاوت تأثیر قابل توجهی در بازتاب ژئوالکتریکی دارند. همچنین تکنیک های ژئوفیزیک مانند GPR و القای الکترومغناطیس (EMI) مناسب علوم خاک هستند و استفاده از این تکنیک ها، منجر به نتایج دقیق و قابل اعتماد می شود و نسبت به روش های سنتی مخرب و وقت گیر نیستند. کلمات کلیدی: روابط خاک-زمین نما، نقشه برداری رقومی خاک، تکنیک های ژئوفیزیکی، رادار نفوذی زمین، القای الکترومغناطیس