مدل‌سازي رقومي جزء شن خاك با داده‌هاي ابرطيفي

سابقه و هدف: جزء شن از مهمترين اجزاي بافت خاك بوده كه براي عمليات مدل‌سازي زيست‌محيطي و پهنه‌بندي رقومي خاك، بايد مورد توجه واقع شود. از طرفي، بدليل تغييرپذيري مكاني اين جزء؛ تشخيص، پهنه‌بندي و پايش آن، در مقياس‌هاي وسيع، با استفاده از شيوه‌هاي سنتي رايج و عمليات تجزيه و تحليل معمول آزمايشگاهي، بسيار وقت‌گير و پر هزينه است. از نقطه‌نظر ديگر؛ دورسنجي هوايي و فضايي در قياس با طيف‌سنجي ميداني و آزمايشگاهي داراي نواقصي همچون اثرات جوي، آثار ساختاري و تركيبي طيفي، پايين‌تر بودن تفكيك طيفي و مكاني، اختلالات هندسي و نيز فرآيند اختلاط طيفي مي‌باشد. لذا براي غلبه بر اين نواقص و براي مطالعۀ عوامل داراي تغييرپذيري مكاني، نيازمند فن‌آوري مناسبي مي‌باشد. با ظهور طيف‌سنجي بازتابي پراكنشي آزمايشگاهي كه از لرزش‌هاي بنيادين، فرعي و تركيبي گروههاي عاملي(FGs) بهره مي‌برد، آن، بعنوان ابزاري نويدبخش در مطالعۀ اجزاي خاك، معرفي شد. طي تحقيق حاضر، از طيف‌سنجي بازتابي مجاورتي، براي مدل‌سازي ابرطيفي اجزاي شن در قسمت‌هايي از استان مازندران استفاده شد. مواد و روش‌ها: جمعاً 128 نمونه از عمق 20 سانتيمتري سطح خاك، بر اساس روش نمونه‌برداري SRS و با كمك اطلاعات جانبي همچون: زمين‌شناسي، كاربري‌اراضي، نقشۀ راه‌ها، و خاك‌شناسي استان، جمع‌آوري شد. در ابتدا، مجموع نمونه‌ها به دو قسمت براي عمليات واسنجي و اعتبارسنجي، تقسيم شد. با بهره‌گيري از تحليل‌ابرطيفي، رگرسيون‌چندمتغيرۀ PLSR و بر اساس تكنيك LOOCV و عمليات پيش‌پردازش طيفي همچون: ميانگين‌گيري، هموارسازي و مشتق اول طيفي بر اساس الگوريتم ساويتسكيگولاي، مدل تخميني بر مبناي شاخص‌هاي تحليلي همچون همبستگي دوطرفۀ پيرسون (R)، ضريب تبيين (R2)، ميانگين مربعات خطاي اعتبارسنجي (RMSE)، و نيز شاخص‌هاي اعتبارسنجي RPD و RPIQ، ايجاد و بررسي شد. يافته‌ها: تحقيق حاضر بر مبناي مدل‌سازي ابرطيفي شن منطقه در زيرمجموعۀ واسنجي مشتمل بر 96 و نيز زيرمجموعۀ اعتبارسنجي مشمتل بر 32 نمونه، نشان داد، 2 و 4 LV اول از مجموع 7 LV، بهترين تخمين در خاك‌هاي منطقۀ مورد مطالعه را نشان مي‌دهد. از آنجاييكه اين تعداد عامل منتخب، قادرند بيش از 60% واريانس متغير شن و نيز 98% واريانس داده‌هاي طيفي را متمركز كنند؛ نتيجتاً فرآيند واسنجي مدل تخميني، بر اساس چهار فاكتور اول و شيوۀ LOOCV سراسري انجام شد. بهترين مدل ابرطيفي تخمين‌گر اجزاي شن با اين خصوصيات واسنجي شد، Rc: 76/0، R2c: 57/0، RMSEc: 77/9 و Sec: 82/9. همچنين مقادير ضريب R بين متغير شن و باندهاي طيفي مؤثر بدين ترتيب محاسبه شد، 390: 46/0، 510540: 53/0، 680690: 55/0، 950970: 67/0، 1100: 70/0، 1410: 76/0، 18601900: 76/0، 21802220: 77/0؛ كه باندهاي طيفي منتخب داراي بهترين و بيشترين تأثير در فرآيند مدل‌سازي ابرطيفي شن در خاك‌هاي استان بوده‌اند. بعلاوه، بارزترين دامنه‌هاي طيفي در فرآيند مدل‌سازي بدين تريتب بوده است: UV390، Vis440540، NIR740990، SWIR14301890، 1930، 21902240، 23302440 نانومتر كه اين نتايج در تطابق با برخي مطالعات انجام گرفته، بوده است. كيفيت مدل ابرطيفي واسنجي‌شدۀ‌شن با استفاده از آزمون‌هايي همچون هتلينگ، لوريج تعديلي و واريانس باقيمانده‌ها نيز مورد بررسي قرار گرفت. مشخصات عمليات صحت‌سنجي بدين ترتيب بوده است: Rp: 83/0، R2p: 68/0، RMSEp: 68/8، SEp: 72/8 و انحراف: 26/1. نتيجه‌گيري: نتايج، حاكي از تحليل مناسب ابرطيفي در برآورد مقادير شن منطقه بوده است. بدين ترتيب بر مبناي LV2، RPDc: 51/1، RPIQc: 44/2؛ RPDp: 78/1، RPIQp: 45/2 و نيز بر اساس LV4، RPDc: 54/1، RPIQc: 48/2، RPDp: 75/1 و RPIQp: 41/2، محاسبه گرديد. مقادير RPIQ بالاتر از 2، بيانگر توانايي مناسب و كيفيت‌خوب مدل در برآورد مقادير شن استان مازندران با استفاده از داده‌هاي‌ابرطيفي بوده است. نتايج تحقيق حاضر مي‌تواند نقطۀ آغازي در پهنه‌بندي دقيق‌تر جزء شن بافت خاك، بر مبناي سكوهاي دورسنجي باشد. همچنين، با مشخص شدن طول‌موج‌هاي كليدي در فرآيند مدلينگ؛ فرآيند آپ‌اسكيلينگ(بيش‌مقياس‌سازي) و نيز آمادهسازي سنجنده‌هاي ابرطيفي هوايي و فضايي، مي‌تواند بهبود يافته كه منجر به دقيق‌تر شدن مطالعات ابرطيفي اجزاي بافت نيز خواهد شد.