ارزيابي دقت برخي از روش‌هاي زمين‌آماري در برآورد تغييرات مكاني سرعت نفوذ نهايي

Evaluating accuracy of geostatistical methods to predict spatial variability of final infiltration rate

سابقه و هدف: خصوصيات خاك به‌طور پيوسته در مكان و زمان در حال تغيير مي‌باشند. ناهمگني در مقياس بزرگ و كوچك، حتي در گونه‌ خاك يكسان يا محيط يكسان رخ مي‌دهد. تغييرات مكاني خصوصيات خاك مي‌تواند ناشي از عوامل اثرگذار طبيعي زمين‌شناسي و تشكيل خاك باشند، اما برخي از اين تغييرات ناشي از عوامل مديريتي مي‌باشند. سرعت نفوذ آب در خاك يكي از فرآيندهاي اساسي كنترل‌كننده چرخه هيدرولوژي مي‌باشد. تخمين قابل‌قبولي از اين فرآيند، به‌خصوص هنگامي كه تغييرات شديدي دارد، از اهميت بالاي برخوردار مي‌باشد. آگاهي از چگونگي اين تغييرات به‌منظور مديريت صحيح كشاورزي و افزايش بازدهي ضروري مي‌باشد. در اين پژوهش از تكنيك زمين‌آمار براي تشريح ساختار فضايي سرعت نفوذ نهايي و انتخاب روش بهينه در برآورد آن، استفاده شد. مواد و روش‌ها: تعداد 75 نمونه طي يك شبكه به فواصل تقريبي 10 متر، از خاك سطحي برداشت شد. سرعت نفوذ در مزرعه با استفاده از استوانه‌هاي مضاعف تا رسيدن به حالت پايدار اندازه‌گيري شد. از سه روش وزن‌دهي معكوس فاصله با توان 1 تا 3، كريجينگ معمولي و كوكريجينگ با متغير كمكي سيلت و ماده آلي در درون‌يابي سرعت نفوذ نهايي استفاده شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد، ضريب تغييرات خصوصيات، داراي دامنه‌اي از 26/7 درصد (مقدار سيلت) تا 49/88 درصد (سرعت نفوذ نهايي) در مزرعه مي‌باشد. نتايج نيم‌تغييرنما نشان داد كه سرعت نفوذ نهايي، داراي دامنه تاثير 24 متر مي‌باشد. ضريب هم‌بستگي بين سرعت نفوذ نهايي و ميزان سيلت و ماده ‌آلي، مثبت و بزرگ‌تر از 2/0 مي‌باشد كه با ماده آلي در سطح 5 درصد معني‌دار مي‌باشد و از آن‌ها مي‌توان در تخمين سرعت نفوذ نهايي در نقاط نمونه‌برداري نشده كمك گرفت. نتيجه‌گيري: آماره‌هاي ميانگين مطلق و اريب خطا، تخمين صحيح‌تر هر دو روش كريجينگ و كوكريجينگ، نسبت به روش وزن‌دهي معكوس فاصله در برآورد سرعت نفوذ نهايي را نشان داد. اگرچه استفاده از متغير كمكي سيلت در روش كوكريجينگ، توانست خطاي تخمين را 14 درصد نسبت به روش كريجينگ كاهش دهد.

Background and Objective: Soil properties continuously experience spatial variations in time and space. Heterogeneity may be occurred at large scale or at small scale, even in the same type of soils or in the same community. Spatial variability of soil properties is inherent nature due to geologic and pedologic soil forming factors, but some of the variability may be induced by management practices. Infiltration rate is a dominant process controlling hydrological cycle. Estimation of this process at an acceptable level of accuracy is important, especially in the case when it exhibits high variability. Awareness of the importance of these changes for increasing profitability and sustainable agriculture management is necessary. In this study geostatistical techniques were used to describe the spatial structure of final infiltration rate and select an effective interpolation method to predict infiltration rate. Materials and Methods: From the study area 75 soil samples were collected by a systematic sampling strategy on gird spacing nearly 10 meter at surface. Infiltration rate was measured in the field by using double-ring infiltrometer until steady state (IRs). Three interpolation methods were used to estimate (IRs), which included inverse distance weight (IDW) with power 1 to 3, kriging and cokriging with auxiliary variables including silt content and organic matter. Results: Results showed that, the coefficient of variation of soil properties ranged from 7.26% (silt content) to 88.49% (IRs) at this field. Semivariogram showed that infiltration rate had a range of 24 m. The correlation coefficient between IRs and silt content, organic matter were positive and above than 0.2 that was significant at 5 percent probability level with organic matter, for estimation of IRs values at unobserved location. Conclution: According to the statistical parameter (MAE and MBE), both kriging and cokriging provided reasonable estimation as compared to IDW. However using silt content as auxiliary data for estimating of IRs in cokriging method could reduce prediction error by 14% as compared to kriging method.