اشتقاق و اعتبارسنجی توابع انتقالی طیفی نقطه¬ای در گستره VIS-NIR-SWIR به‌منظور تخمین نگهداشت آب در خاک

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

ابراهیم بابائیان ¹ (دانشجوی دکتری؛ گروه خاکشناسی؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ تهران؛ ایران)
مهدی همایی ² (استاد گروه خاک¬شناسی؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ تهران؛ ایران)
علی اکبر نوروزی ³ (استادیار؛ بخش سنجش از دور؛ پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری؛ تهران؛ ایران)

تاریخ دریافت : 1391/09/13 تاریخ پذیرش : 1391/12/14 تاریخ انتشار : 1392/03/31

کلید واژه: بازتاب¬ طیفی, توابع انتقالی طیفی نقطه¬ای, نگهداشت آب در خاک,

چکیده مقاله :

توابع پارامتریک نگهداشت آب در خاک از پارامترهای مهم برای مدل های حفاظت آب و خاک می باشند. هدف از انجام این پژوهش، امکان سنجی استفاده از اطلاعات طیفی خاک به منظور اشتقاق توابع انتقالی طیفی برای برآورد مقدار نگهداشت آب در خاک بود. از این رو، بازتاب ابرطیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر اندازه گیری و پس از انجام (پیش)پردازش های لازم، همبستگی بین باندها با مقدار رطوبت خاک به ازای پتانسیل های ماتریک 15000-، 10000-، 5000-، 3000- و 330- سانتی متر مورد بررسی قرار گرفت. سپس توابع انتقالی به روش های رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و PLSR توأم با نمونه برداری مجدد (Bagging-PLSR) پی ریزی و تحت عنوان توابع انتقالی طیفی نقطه ای (PSTFs) نامگذاری شدند. نتایج نشان داد توابع انتقالی طیفی توانایی قابل قبولی برای برآورد مقدار نگهداشت آب در خاک دارند. توابع انتقالی طیفی حاصل از روش PLSR دارای دقت نسبتاً بیشتری (cm3 cm-3 022/0-012/0RMSE=) در مقایسه با توابع بدست آمده از روش Bagging-PLSR (cm3 cm-3 029/0-012/0RMSE=) برای برآورد مقدار رطوبت حجمی خاک در هر یک از پتانسیل های ماتریک خاک بودند. از طرفی، در هر دو روش مقدار رطوبت خاک در پتانسیل های ماتریک 15000- ، 10000- و 5000- با دقت بیشتری نسبت به مقدار رطوبت در پتانسیل های ماتریک 3000-، 1000- و 330- سانتیمتر برآورد شد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که توابع انتقالی طیفی می توانند به عنوان یکی از روش های غیر مستقیم برای مطالعه وضعیت نگهداشت آب در خاک به ویژه در مکش های بالاتر مورد استفاده قرار گیرند.

چکیده انگلیسی:

Parametric soil water retention functions are important inputs for soil water conservation models. The objective of this study was to derive some spectrotransfer functions (STFs) to estimate soil water retention functions, using spectral reflectance. Consequently, proximal spectral reflectance of the soil samples within the VIS-NIR and SWIR (400-2500 nm) ranges was measured by using a handheld spectroradiometer apparatus. After (pre)processing the spectral data, the correlation between all wavelengths and soil water contents at matric potentials of -15000, -10000, -5000, -3000, -1000 and -330 cm were determined. Then, the transfer functions in the form of partial least square regression (PLSR) and bootstrap aggregation with PLSR (Bagging-PLSR) were derived. These new transfer functions were called point spectrotransfer functions (PSTFs). Results indicated that the derived PSTFs can well estimate soil water retention characteristics. The derived PLSR-based STFs provided more accuracy (RMSE=0.012 to 0.022 cm3 cm-3) than Bagging-PLSR based STFs (RMSE=0.012 to 0.029 cm3 cm-3) for estimating soil water contents at all designated matric potentials. On the other hands, performance of PSTSs for soil water contents at -15000, -10000 and -5000 cm were more reasonable than that of water contents at -3000, -1000 and -330 cm. It may be then concluded that PSTFs can be used as a reasonable indirect method for estimating soil water retention particularly at high soil water pressure heads.