پيش بيني كربن آلي خاك سطحي با تلفيق تحليل عاملي و رگرسيون چندگانه در مراتع نيمه استپي لزور، فيروزكوه

An estimation of topsoil organic carbon by combining factor analysis and multiple regression in semi-steppe rangelands of Lazour, Firouzkooh

كربن آلي خاك، يكي از مهمترين شاخص‌هاي كيفيت خاك است كه تقريباً تمامي ويژگي‌هاي فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي خاك را تحت تأثير خود قرار داده و سبب حاصلخيزي خاك مي‌شود. اين شاخص نقش كليدي در چرخة سراسري كربن دارد. هدف از انجام اين پژوهش مطالعة رفتارهاي طيفي و غيرطيفي خاك به منظور برآورد كربن آلي خاك سطحي با استفاده از روش‌هاي تحليل عاملي و رگرسيون چندگانه در مراتع نيمه‌استپي لزور فيروزكوه است. نمونه‌برداري از خاك، با استفاده از روش نمونه‌برداري تصادفي طبقه‌بندي شده صورت گرفت. تعداد 157 سايت تعليمي در واحدهاي كاري همگن انتخاب شد. اطلاعات 127 سايت براي واسنجي مدل و اطلاعات 30 سايت براي اعتبارسنجي آن بكار گرفته شد. در هر يك از سايت‌هاي تعليمي به شيوه تصادفي، يك نمونه خاك متشكل از 9 مشاهده از عمق صفر تا 20 سانتيمتري خاك سطحي برداشت شد. كربن آلي خاك با استفاده از روش تيتراسيون والكلي – بلاك اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد متغيرهاي آلبيدو، شاخص رس، شاخص گياهي تفاضلي بهنجار، شاخص‌هاي روشنايي و سبزينگي تبديل تسلدكپ و ارتفاع نسبي، همبستگي معني‌داري با كربن آلي خاك دارند. همچنين نتايج تحليل عاملي به روش تجزية مؤلفه‌هاي اصلي (PCA) با مقادير ويژة بزرگتر از يك نشان داد كل واريانس تجمعي تبيين‌شده بوسيلة شش متغير مذكور، برابر 146 /81 درصد بود كه اين ميزان واريانس بوسيلة دو عامل توضيح داده شد. معادلة رگرسيون توليد شده با دو عامل استخراج شده، از پتانسيل مناسبي براي پيش‌بيني كربن آلي خاك سطحي برخوردار بود (789 /0 = R2). ميانگين نسبي خطاي مطلق (MARE) و ريشة متوسط مربعات خطا (RMSE) مدل پيشنهادي به ترتيب برابر 1 /0 و 24 /0 محاسبه شد. با توجه به ارتباط مستقيم كربن آلي خاك با عوامل حاصلخيزي و مقاومت خاك در مقابل فرسايش، مدل توزيع مكاني كربن آلي خاك مي‌تواند بعنوان يك زيرمدل مهم به منظور طراحي ساير مدل‌هاي پيچيده‌ همچون توليد (بايومس) اكوسيستم‌هاي خشكي و مدل‌هاي فرسايش خاك مورد استفاده واقع شود.

Organic carbon is one of the most important soil quality indices, affecting almost all physical, chemical and biological properties of the soil. The purpose of this study was to investigate soil spectral and morphometric factors to estimate the organic carbon of topsoil, using factor analysis and multiple regression methods in semi-steppe rangelands of Lazour. Soil samples were taken with a stratified random method. For this purpose, 157 training sites were selected in homogeneous units. Of these, 127 sites were used to calibrate the model and 30 sites were used to validate the model. In each of the training site in a random manner, a soil sample including nine observations was taken from a depth of 0 to 20 cm of soil surface. Soil Organic Carbon (SOC) was measured using Walkley-Black titration method. The results showed that the variables of Albedo, Clay Index (CI), NDVI, Relative Relief and Tasseled-Cap's Brightness and Greenness indices had a significant correlation with the SOC (p<0.05). Also, the result of factor analysis by Principal Component Analysis (PCA) method with eigen-values greater than one indicated that the total cumulative variance, explained by the six variables, was equal to 81.1%.This variance was explained by two components. Using multiple regression model, an appropriate regression equation was calculated to predict SOC (R2=0.789). The Root Mean Square Error and the Mean Absolute Relative Error of the proposed model were calculated as 0.24 and 0.10, respectively. Due to the direct relationship between the SOC and the factors such as soil fertility and sustainability against erosion, a spatial distribution model of SOC could be an important sub-model to design other complex models such as the terrestrial ecosystems biomass and soil erosion models.