مقایسه‏ دو روش فازی به‌منظور تعیین عمق بهینه خاک در مطالعات ارزیابی تناسب اراضی برای گندم

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد گروه علوم خاک/دانشگاه ولی‌عصر (عج) رفسنجان

2 عضو هیأت علمی

3 دانش‌آموخته‌ی دکترای علوم خاک/ دانشگاه شهرکرد

4 عضو هیأت علمی گروه علوم خاک/ دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان

10.22069/ejsms.2017.9135.1551

چکیده

سابقه و هدف: ارزیابی تناسب اراضی به‌عنوان بخشی از سامانه‌ی کشاورزی پایدار، بهره‌برداری از اراضی را به‌ جهتی سوق ‏می‌دهد که ضمن تأمین بیش‌ترین درآمد، کیفیت اراضی نیز در حد مطلوب باقی بماند. در مطالعات سنتی ارزیابی تناسب اراضی، ‏واحدهای اراضی دارای تناسب بینابین، تنها و تنها می‌توانند مشخصات یکی از کلاس‌های از پیش تعریف‌شده‌ی تناسب اراضی ‏را اختیار نمایند. بنابراین، روش مزبور قادر به نشان دادن واقعیت پیوسته‌ی اراضی و تغییرات مکانی خاک نمی‌باشد. توسعه‌ی ‏شیوه‌های مدرن (مانند منطق فازی) این مشکل را تا حد زیادی حل کرده است. لذا هدف اصلی پژوهش حاضر، تعیین عمق ‏بهینه‌ی خاک به‌منظور ارزیابی تناسب کمّی اراضی برای گندم با استفاده از نظریه‌ی مجموعه‌های فازی و مقایسه‌ی دو شیوه‌ی ‏مختلف فازی‌سازی کلاس‌های تناسب اراضی در منطقه‌ی شاهدیه‌ی یزد بود. ‏
مواد و روش‌ها: پس از برداشت محصول و نمونه‌های خاک از سه عمق 30-0، 60-30 و 100-60 سانتی‌متری در 90 نقطه‌ی ‏مشاهداتی و نیز برداشت نمونه‌های خاک از افق‌های ژنتیکی خاک‌رخ شاهد حفرشده در منطقه، پارامترهای مورد نیاز برای ‏ارزیابی تناسب گندم اندازه‌گیری شدند. سپس، کلاس‌های ارزیابی تناسب اراضی به روش ریشه‌ی دوم محاسبه گردیدند و در ‏سه حالت عمقی صفر تا 30، صفر تا 60 و صفر تا 100 سانتی‌متری مورد مقایسه قرار گرفتند. محاسبات فازی استفاده‌شده برای ‏این پژوهش به دو شیوه‌ی مختلف انجام شدند. در روش اول، فازی‌سازی شاخص اراضی محاسبه‌شده برای گندم به‌صورت ‏مجموعه‌ها یا بازه‌های فازی ذوزنقه‌ای انجام شد. در روش دوم، ابتدا تمامی متغیرهای مورد استفاده در محاسبه‌ی کلاس‌های ‏تناسب اراضی منطقه برای گندم، شامل عوامل اقلیمی و ویژگی‌های خاک و توپوگرافی، به‌صورت اعداد فازی تعریف شدند و ‏سپس شاخص اراضی به‌صورت یک عدد فازی مثلثی به‌دست آمد. برای به‌دست آوردن مقادیر عددی نتیجه‌ی روش فازی ‏اعمال‌شده (فرایند نافازی کردن)، از روش مرکز ثقل استفاده گردید. در نهایت، برای نشان دادن کلاس‌های مختلف تناسب ‏اراضی، اعداد حاصل به درجات عضویت فازی تبدیل شدند. به‌منظور مقایسه‌ی نتایج حاصل از دو روش فازی مورد استفاده ‏برای عمق‌های مختلف، از شاخص شباهت سارما استفاده شد.‏
یافته‌ها: درصد هم‌خوانی اطلاعات خاک‌رخ شاهد با سایر نقاط مشاهداتی، تنها برای عمق صفر تا 100 سانتی‌متر، قابل توجه ‏‏(بیش از 60 درصد) بود؛ لیکن بالاترین درصد هم‌خوانی کلاس‌های تناسب اراضی در هر کدام از دو روش فازی مورد استفاده، ‏مربوط به مقایسه‌ی دو عمق صفر تا 60 و صفر تا 100 سانتی‌متر بود. این موضوع بیانگر آن است که استفاده از عمق صفر تا 60 ‏سانتی‌متر می‌تواند گزینه‌ی مناسبی برای عمق بهینه‌ی مطالعات ارزیابی تناسب اراضی منطقه‌ی شاهدیه در مورد گندم باشد. از ‏سوی دیگر، تفاوت چندانی بین نتایج حاصل از روش اول فازی (فازی‌سازی شاخص اراضی) نسبت به روش دوم (فازی‌سازی ‏هر کدام از متغیرهای دخیل در تعیین شاخص اراضی) مشاهده نشد. ‏
نتیجه‌گیری: به‌طور کلی، مد نظر قرار دادن عمق صفر تا 30 و یا صفر تا 60 سانتی‌متر در مطالعات سنتی ارزیابی تناسب اراضی ‏برای گندم از همخوانی کافی با نتیجه‌ی حاصل از خاک‌رخ شاهد برخوردار نمی‌باشد. بنابراین در صورتی که در مطالعه‌ای اطلاع ‏از نوع محدودیت‌ها به‌منظور پیشنهاد دقیق عملیات اصلاحی و عمرانی مد نظر نباشد، استفاده از نتایج خاک‌رخ شاهد تا عمق ‏‏100 سانتی‌متری، به روش سنتی کفایت می‌کند و نیازی به انجام محاسبات فازی نخواهد بود.‏

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of two fuzzy methods to determine the optimum soil depth in land suitability evaluation for wheat

نویسنده [English]

  • Isa Esfandiarpour Borujeni 2
1
2
3
4
چکیده [English]

Background and objectives: Land suitability evaluation as part of a sustainable agricultural ‎system, leads land utilization to a direction, which can preserve land quality in a desirable ‎level while ensuring the highest income. In the traditional studies of land suitability ‎evaluation, the land units fit between two classes can only view one of the primary classes are ‎defined for land suitability. Therefore, the method is not able to show the continuous reality ‎of land and soil spatial variability. The development of modern methods (such as fuzzy logic) ‎has solved this problem to a great extent. Therefore, the main objective of this research was to ‎determine the optimum depth of soil for quantitative land suitability evaluation for wheat ‎production using the fuzzy sets theory and comparison of two different fuzzification methods ‎of land suitability classes in the Shahediyeh region, Yazd. ‎
Materials and methods: After crop harvesting and taking soil samples from three depths of 0 ‎to 30, 30 to 60 and 60 to 100 cm in 90 observation points, and from genetic horizons of ‎representative pedon, which excavated in the region, the parameters needed for land suitability ‎evaluation of wheat were measured. Then, land suitability classes were calculated using the ‎square root method and were compared in three depths from 0 to 30, 0 to 60 and 0 to 100 cm. ‎Fuzzy calculations used for this study were conducted in two different ways. In the first ‎method, fuzzification of land index calculated for wheat was conducted as trapezoidal fuzzy ‎intervals. In the second method, firstly the variables used to calculate the land suitability ‎classes for wheat, including climatic parameters, and soil and topographic characteristics, were ‎defined as fuzzy numbers, and then the land index was calculated as a triangular fuzzy ‎number. To obtain the numerical values of the result of applied fuzzy method (defuzzification ‎process), the centroid method was used. Finally, to show the different land suitability classes, ‎the resulting numbers were converted to degrees of fuzzy membership. To compare the results ‎of two fuzzy methods used for different depths, the similarity index that presented by Sarma, ‎was used.‎
Results: The compatibility percentage between the results of representative pedon and ‎observation points was remarkable (more than 60 %) only for 0 to 100 cm depth. In addition, ‎the highest compatibility percentage of land suitability class was related to comparison of 0 to ‎‎60 and 0 to 100 cm depths in each of the two fuzzy methods. This fact shows that 0 to 60 cm ‎depth could be a relevant alternative for the optimal depth to evaluate land suitability for ‎wheat in the Shahediyeh region. The results also showed that there was no difference between ‎two fuzzy methods for all land suitability classes and at all the studied depths. ‎
Conclusion: Overall, considering the depth of 0 to 30 and/or 0 to 60 cm in the traditional ‎studies of land suitability evaluation for wheat is not sufficient compatible with the results of ‎representative pedon. Therefore, if the study is not intended to offer detailed information on ‎the type of limitations for civil actions, use of the results of representative pedon to a depth of ‎‎100 cm based on the traditional method is sufficient and it does not need to fuzzy ‎calculations.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • Land suitability evaluation
  • Yield
  • Wheat
  • Fuzzy sets theory
  • Arid zones