مقایسه‌ی نگرش روش‌های نقشه‌برداری سنتی و رقومی خاک با استفاده از رویکرد تفرق کارکردی (مطالعه‌ی موردی: دشت شهرکرد، استان چهارمحال و بختیاری)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهرکرد

2 دانشگاه باهنر کرمان

3 مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی شهرکرد

4 دانشگاه ولیعصر رفسنجان

5 دانشگاه اصفهان

چکیده

سابقه و هدف: اطلاعات کافی از تغییرپذیری مکانی کلاس‌های تناسب اراضی می‌تواند گامی جدید در راستای بهره‌وری بهینه از اراضی باشد. در این راستا، تفرق خاک معیاری برای کمّی‌کردن این تغییرات است. از سوی دیگر، اطلاعات نقشه‌ خاک به‌طور عمده به‌عنوان نقشه‌ی پایه برای تهیه‌ نقشه‌های ارزیابی تناسب اراضی استفاده می‌شوند. با این وجود، تا کنون مطالعات اندکی به بررسی تغییرپذیری کلاس‌های تناسب اراضی با استفاده از شاخص‌های تفرق و روش‌های مختلف نقشه‌برداری پرداخته‌اند. پژوهش حاضر می‌کوشد تا با بررسی تفرق کارکردی در سطوح کلاس و زیرکلاس تناسب اراضی برای محصولات گندم، یونجه، ذرت و سیب‌زمینی در یک واحد اراضی مشخص، نقش روش‌های نقشه‌برداری سنتی و رقومی خاک را در بیان تغییرپذیری کلاس‌های تناسب اراضی بررسی نماید.
مواد و روش‌ها: در مساحتی بالغ بر 10000 هکتار از اراضی دشت شهرکرد استان چهارمحال و بختیاری، 120 خاک‌رخ با فواصل تقریبی 750 متر حفر، تشریح و نمونه‌برداری شدند و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن‌ها تعیین گردیدند. نقشه‌ خاک در سطح فامیل رده‌بندی آمریکایی تهیه شد و میانگین‌ وزنی ویژگی‌های خاک تا عمق ریشه (برای گیاهان یکساله و چندساله، به‌ترتیب عمق 100 و 150 سانتی‌متری) برای خاک‌رخ‌های شاهد آن محاسبه گردید. بر مبنای روش فائو، کلاس و زیرکلاس تناسب کیفی اراضی برای محصولات مورد نظر با استفاده از روش پارامتریک (معادله‌ی ریشه دوم) به‌دست آمدند. برای تمامی محصولات، با استفاده از اطلاعات تمامی خاک‌رخ‌ها، نقشه‌های رقومی تناسب اراضی در دو سطح مذکور با مدل درختان تصمیم‌گیری تصادفی تهیه شدند. سپس، به‌منظور بررسی تفرق کارکردی برای هر محصول، واحدی که در نقشه‌ی تناسب اراضی دارای مساحت بیشتری بود انتخاب و همان واحد بر روی نقشه‌ رقومی قرار داده شد. شاخص تفرق شانن در نقشه‌های سنتی، بر اساس اطلاعات تمامی خاک‌رخ‌ها و برای نقشه‌های رقومی بر اساس اطلاعات تمامی پیکسل‌های موجود در واحد، در دو سطح کلاس و زیرکلاس تعیین گردید و اختلاف میانگین آن‌ها بین دو نقشه از نظر آماری مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که برای تمامی محصولات مورد مطالعه در سطح کلاس تناسب اراضی، اختلاف معنی‌داری بین شاخص تفرق حاصل از دو روش نقشه‌برداری وجود ندارد و در سطح زیرکلاس، تنها برای محصول سیب‌زمینی، این اختلاف در سطح اطمینان 95 درصد معنی‌دار است. همچنین، برای تمامی محصولات مورد نظر و با استفاده از دو روش نقشه‌برداری، مقدار تفرق شانن از سطح کلاس تناسب به زیرکلاس تناسب اراضی، افزایش یافت. این اختلاف، برای محصولات یونجه، ذرت و سیب‌زمینی در هر دو روش نقشه‌برداری و برای محصول گندم در روش رقومی، در سطح احتمال 001/0 معنی‌دار بود.
نتیجه‌گیری: نتایج پژوهش حاکی از آن است که بیان تغییرپذیری کلاس‌های تناسب اراضی بیش از آنکه متأثر از روش نقشه‌برداری و نوع محصول باشد، به معیارهای فائو و دامنه‌ قراردادی تغییرات ویژگی‌هایی که برای تعیین کلاس تناسب اراضی استفاده می‌شوند؛ وابسته است. بنابراین، به‌نظر می‌رسد که تصحیح جدول‌های نیازهای رویشی محصولات زراعی به‌صورتی که بتواند تغییرات تدریجی خاک و تأثیر آن‌ها بر روی محصولات زراعی را نمایان سازد، می‌تواند نقش مهمی در مدیریت بهینه و صحیح منابع ایفا نماید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison the Viewpoint of Conventional and Digital Soil Mapping using Functional Diversity Approach (A Case Study: Shahrekord Plain, Chaharmahal-Va-Bakhtiari Province)

چکیده [English]

Background and objectives: The accurate information about the spatial distribution of land suitability assessment are important elements for sustainable land management and diversity is a way for measuring soil variation. Beside, soil surveys are important sources of data that can be used to improve land suitability classifications. Unfortunately, comparing the variation of land suitability using diversity indices and different soil mapping approaches is rarely considered. Therefore, the main objective of this study was to investigate the viewpoint of different soil mapping approaches (conventional and digital soil mapping) for description the variation of suitability class and subclass for main irrigated crops (wheat, maize, alfalfa and potato) in Shahrekord plain of Chaharmahal-Va-Bakhtiari province.
Materials and methods: The area under investigation has a size of approximately 10000 ha. 120 pedons with approximate distance of 750 m were excavated and described. Soil samples were taken and their physicochemical properties were determined. Soil map was prepared at family level. For the representative pedons, the average of soil properties was determined by considering the depth weighted coefficient up to 100 and 150 centimeters for annual and perennial crops, respectively. Based on FAO framework, suitability class and subclass for main irrigated crops were determined using parametric method. Also, Random Forest model was used to predict suitability class and subclass for all of the crops. Then, for each crop, the map units that have the highest frequency in land suitability conventional map were selected as indicator to calculate functional diversity indices. The selected map units were overlaid on digital maps and diversity indices were calculated. Then, the mean of Shannon’s diversity index for two approaches was statistically evaluated.
Results: For all of the studied crops, significant difference was not observed for diversity between mean values of conventional and digital maps at class level. However, in the subclass level, a significant difference (95% confidence level) was obtained only for potato. For all of the studied crops, regardless the mapping approaches, diversity indices showed higher values in the subclass level than class level of suitability. This difference was significant at 0.001 probability level for alfalfa, maize and potato using two mapping approaches and for wheat in digital maps.
Conclusion: No significant difference was observed between two mapping approaches for all of the studied crops confirm that description the variation of suitability class and subclass less influenced by the land use type and mapping approaches. The results recommended that revision of the FAO criteria to include the spatial distribution of soil properties for sustainable land management.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Land suitability evaluation
  • Shannon index
  • Richness index
  • Random Forest model
1.Esfandiarpoor Borujeni, I., Toomanian, N., Salehi, M.H., and Mohammadi, J. 2009.
Assessing geopedological soil mapping using diversity and similarity indices (A case study:
Borujen area, Chaharmahal-Va-Bakhtiari province). Mashhad, J. Water Soil. 23: 4. 100-114.
(In Persian)
2.Esfandiarpoor Borujeni, I., and Safari, Y. 2014. Comparison of functional pedodiversity in
two detailed soil map units (A case study: Faradonbeh plain, Chaharmahal-Va-Bakhtiari
Province). Esfahan, J. Sci. Technol. Agric. Natur. Resour. Water Soil Sci. 18: 67. 267-277.
(In Persian)
3.Givi, J. 1997. Qualitative evaluation of land suitability for field and fruit. Soil and Water
Research Institute of Iran, Tehran, Iran. (In Persian)
4.Grunwald, S. 2006. Environmental soil-landscape modeling: Geographic information
technologies and pedometrics. CRC Press, New York, 300p.
5.Kooch, Y., Hosseini, M., Scharenbroch, B.C., Hojjati, M., and Mohammadi, J. 2015.
Pedodiversity in the Caspian forests of Iran. Geoderma Regional. 5: 4-14.
6.Kuhn, M. 2014. A short introduction to the caret package.http://cran.r-project.org/
web/packages/caret/vignettes/caret.
7.McBratney, A.B., and Minasny, B. 2007. On measuring pedodiversity. Geoderma.
141: 1. 149-154.
8.Mohammadi, M. 1986. Semi-detailed soil studies report Chaharmahal-Va-Bakhtiari province
(Shahrekord and Borujen area). Iranian Soil and Water Research Institute. (In Persian)
9.Rossiter, D.G. 2000. Methodology for Soil Resource Inventories. Soil Science Division,
International institute for Aerospace Survey & Earth Science (ITC). 2nd Revised Version.
10.Saldana, A., and Ibanez, J.J. 2004. Pedodiversity analysis at large scales: An example of
three fluvial terrain of the Henares River (Central Spain). Geoderma. 62: 9. 123-138.
11.Salehi, M.H., Khademi, H., Givi, J., and Karimian Eghbal, M. 2004. Variability of qualitative
land suitability evaluation (parametric method) in a detailed map unit in Farrokhshahr area,
Chaharmahal-Va-Bakhtiari province. Ahvaz, J. Sci. Agric. 27: 2. 115-126. (In Persian)
12.Schoeneberger, P.J., Wysocki, D.A., Benham, E.C., and Soil Survey Staff. 2012. Field book
for describing and sampling soils. 3nd Version. Natural Resources Conservation Service.
National Soil Survey Center. Lincoln, NE.
13.Soil Survey Staff. 1996. Soil survey laboratory methods manual. Report No. 42, USDA,
NRCS, NCSS, USA.
14.Sys, C., Van Ranst, E., and Debaveye, J. 1991. Land evaluation, Part 2: methods in land
evaluation. General Administration for Development Cooperation. Brussels, Belgium, 247p.
15.Taylor, L.R. 1978. A variety of diversities. P 1-18, In: I.A. Mound and N. Warloff (Eds.),
Diversity of Insect Faunas. Ninth Symposium of the Royal Entomological Society.
Blackwell, Oxford.
16.Toomanian, N., Jalalian, A., Khademi, H., Karimian Eghbal, M., and Papritz, A. 2006.
Pedodiversity and pedogenesis in Zayandeh-rud Valley, Central Iran. Geomorphology.
81: 3. 376-393.
17.Van Ranst, E., Tang, H., Groenemam, R., and Sinthurahat, S. 1996. Application of fuzzy
logic to land suitability for rubber production in peninsular Thailand. Geoderma. 70: 1. 1-19.
18.Ziadat, F.M. 2007. Land suitability classification using different sources of information: soil
maps and predicted soil attributes in Jordan. Geoderma. 140: 1. 73-80.
19.Zinck, J.A. 1989. Physiography and soils. Lecture Notes for Soil Students. Soil Science
Division. Soil Survey Courses Subject Matter. The Netherlands.