لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

دمای هوا به عنوان یکی از مهمترین فراسنج های جوی در تامین انرژی مورد نیاز گیاه در مراحل مختلف فنولوژی نقش بسزایی دارد. به تبع آن، دمای خاک نیز با تاثیرگذاری در فعل و انفعالات شیمیایی خاک و انتقال مواد غذایی از ریشه به اندام های رویشی و زایشی و در نتیجه عملکرد بهتر و بیشتر محصول حایز اهمیت است. هدف از این تحقیق، برآورد دمای اعماق مختلف خاک با توجه به مشاهدات دمای هوا در سطوح رطوبتی مختلف خاک بود که برای نیل به این مقصود طی یک دوره پنج ماهه (از اول اسفندماه سال 1384 تا پایان تیرماه سال (1385 آمار مربوط به دمای هوا، رطوبت و دمای اعماق 5 و 15 سانتی متری خاک ثبت گردید. تحلیل های آماری با استفاده از نرم افزارهای SPSS، Statgraph و Excel و بر اساس روش های استاندارد آماری صورت گرفت.

یکی از ویژگی های عمده خاک درجه حرارت آن می باشد به طوری که رشد و نمو گیاه و تکوین فرآیندهای خاک سازی در گرو تغییرات آن می باشند. در این راستا دمای سطح و ژرفای خاک به صورت پیوسته اندازه گیری نمی شوند، بنابراین از نظر داده های دمای خاک با کمبود آماری رو به رو هستیم، این در حالی است که پارامترهای هواشناسی به طور مرتب اندازه گیری می شوند. با توجه به این که رابطه های ارایه شده در پژوهش های قبلی از دقت چندان مناسبی برخوردار نمی باشند، در این مقاله سعی بر آن است که رابطه ای با دقت مناسب و بر اساس مقایسه روش های رگرسیونی و شبکه عصبی با استفاده از داده های روزانه هواشناسی سه ایستگاه مشهد، سبزوار و شیراز معرفی گردد. بررسی ضرایب همبستگی مشخص نمود که دمای هوا، تبخیر و تعرق و تبخیر به ترتیب بیشترین ضریب همبستگی را با دمای خاک در عمق 5 سانتی متر دارند. با توجه به ضرایب همبستگی و نتایج دو مدل بهترین پارامترهای ورودی به ترتیب دمای هوا، تبخیر و تعرق، رطوبت و باران موثر با تاخیر زمانی یک روز در نظر گرفته شد. رگرسیون درجه دوم تک متغیره دارای کمترین دقت بود و در مقابل بالاترین دقت در شبکه عصبی مشاهده گردید. ضمن این که رگرسیون چندمتغیره نیز از دقت مناسبی برخوردار بود. در محاسبه عمق یخ بندان مشاهده شد که رابطه فنلاندی از دقت قابل قبولی برخوردار است، ضمن این که با در نظر گرفتن یک پارامتر اضافی مربوط به عمق باران در روزهای یخ بندان به نمای معادله فنلاندی، معادله بالا بهبود یافت. حداکثر خطای برآورد دمای خاک از رابطه پیشنهادی 15 درصد در ایستگاه شیراز بوده و میزان خطا در مشهد و سبزوار به ترتیب 0.6 و 2 درصد مشاهده شد.

با آگاهی از عمق نفوذ یخبندان و تغییرات دمایی در خاک، می توان راهکارهایی مناسب را به منظور کاهش شدت خسارات وارده بر تاسیسات ساختمانی، جاده ها و محصولات کشاورزی اتخاذ نمود. در این تحقیق به منظور بررسی تاثیر دمای هوا بر عمق نفوذ یخبندان، یک دستگاه تبرید خاک ساخته شد که قادر به تامین برودتی برابر با -23 درجه سانتیگراد می باشد. به منظور اندازه گیری و ثبت داده های دمایی در اعماق مختلف 50، 20، 10 و 70 سانتیمتری خاک، یک سیستم اندازه گیری مستقیم طراحی گردید، که حسگرهای آن در اعماق خاک نصب و تغییرات دمایی توسط این حسگرها به یک مبدل منتقل و نتایج اندازه گیری توسط کامپیوتر ثبت می گردند. پس از کالیبره کردن دستگاه، آزمایشهای متعددی در شرایط خاکهای با بافت رسی، رسی - ماسه ای و ماسه ای تحت رطوبت های 0، 10 و 15 درصد وزنی خاک به انجام رسید و نتایج به منظور تعیین عمق یخبندان تحلیل شد. بررسی های انجام شده نشان می دهد که در حالت خشک در خاکهای با تخلخل بیشتر (رس) نسبت به خاکهای با تخلخل کمتر (ماسه) عمق نفوذ یخبندان کمتر بوده و سرعت حرکت جبهه یخبندان در خاک کاهش می یابد. با افزایش مقدار رطوبت خاک در تمامی خاکهای مورد آزمایش، عمق نفوذ یخبندان بیشتر شده و سرعت پیشرفت جبهه یخبندان نسبت به حالت خشک نیز افزایش یافت، که این امر در خاکهایی با بافت ریزتر (رس) نسبت به خاکهایی با بافت درشت تر (ماسه) مشهودتر بود. با افزایش بیشتر رطوبت خاکهای مورد آزمایش، این ویژگی در خاکهای رسی که می توانند رطوبت را در خود نگهداری کنند، محفوظ می ماند، ولی در خاکهای ماسه ای که رطوبت لایه های سطحی به دلیل زهکشی از رطوبت اعماق کمتر است، سرعت جبهه یخبندان نیز کمتر بوده است. متقابلا در اعماق بیشتر که رطوبت در آن ذخیره می شود سرعت جبهه بیشتر بوده است.

پیشینه و هدف: پوسته های زیستی خاک مجموعه ای از گلسنگ ها، خزه ها، قارچ ها، سیانوباکتری ها و غیره هستند که بخش از اکوسیستم خاک را تشکیل داده اند. برآورد تراکم و نحوه توزیع پوسته های زیستی خاک در مناطق خشک و نیمه خشک کشور ایران که موضوع فرسایش و هدر رفت خاک از اهم مسائل است، اهمیت بسزایی دارد. روش های مبتنی بر تکنیک سنجش ازدور به لحاظ هزینه و زمان کمتر روش هایی کارآمد برای دستیابی به این هدف مهم می باشند. دشت سگزی یکی از نقاط بحرانی فرسایش بادی در ایران است و شناسایی و تعیین نحوه توزیع پوسته های زیستی خاک به عنوان عامل اصلاح کننده خاک گامی مؤثر در کاهش فرسایش بادی منطقه است. در این تحقیق شاخص BSCI (Biological Soil Crust) برای تهیه نقشه پراکنش پوسته های زیستی خاک با غالبیت گلسنگ به کار گرفته شده است. مواد و روش ها: محدوده موردمطالعه بخشی از بیابان سگزی (بیابان های مرکزی ایران) است که در استان اصفهان از کشور ایران واقع شده است. محدوده موردمطالعه با مساحت 199. 5 هکتار بین طول های شرقی"32 ́ 52 ̊ 51 تا "41 ́ 27 ̊ 52 و عرض های شمالی "31 ́ 33 ̊ 32 تا "01 ́ 55 ̊ 32 گسترده شده است. شیب متوسط دشت سگزی 1. 08 درصد و ارتفاع متوسط آن 1680 متر است. بر اساس آمار ایستگاه هواشناسی شرق اصفهان (ایستگاه شهید بهشتی) متوسط بارش سالیانه منطقه 106 میلی متر است. بر اساس طبقه بندی اقلیمی دومارتن، اقلیم منطقه از نوع خشک و براساس طبقه بندی آمبرژه از نوع خشک سرد است. شاخص BSCI شاخصی ترکیبی از روابط مورداستفاده برای برآورد پوشش گیاهی و سطح خاک لخت است و رابطه ریاضی آن شیب خط خاک لحاظ شده است. برای محاسبه خط خاک در یک منطقه، نخست باید پیکسل هایی که دارای خاک لخت بوده و هیچ پوشش گیاهی ندارند جدا شوند. به منظور محاسبه معادله خط خاک، در چهارفصل سال تصاویر ماهواره Landsat OLI 8 مربوط به سال 1397ز سایت سازمان زمین شناسی آمریکا دانلود شده و تعداد 20 الی 30 پیکسل خالص خاک لخت استخراج و با ترسیم مقادیر بازتاب این پیکسل ها در محدوده باند قرمز و مادون قرمز نزدیک ضرایب خط خاک برای هر یک از فصل های سال در دشت سگزی محاسبه شد. بر اساس این شاخص، شناسایی پوسته های زیستی با غالبیت گلسنگ، با استفاده از انعکاس طیفی حداقل VIS-NIR و شیب بین باند قرمز و سبز در مقایسه با خاک لخت و پوشش گیاهی خشک صورت می گیرد. با استفاده از نرم افزار ENVI نقشه پراکنش پوسته های زیستی با غالبیت گلسنگ در چهارفصل از سال 1397 در دشت سگزی تهیه شدند. سپس نقشه های تهیه شده براساس نقاط زمینی اعتبارسنجی شده و میزان صحت کل و شاخص کاپا در هر چهارفصل محاسبه شدند. نمونه های گلسنگ جمع آوری شده بر اساس خصوصیات مرفولوژیکی آن ها و با استفاده از استریومیکروسکوپ، میکروسکوپ معمولی و معرف های رنگی متداول از قبیل هیدروکسید پتاسیم (KOH) شناسایی شدند. پس از اعمال شاخص BSCI بر روی تصویر ماهواره لندست 8، با استفاده از نرم افزار ENVI پروفیل طیفی مربوط به 4 نقطه از دشت سگزی در چهارفصل از سال تهیه شد و میزان بازتابش طیفی در چهارفصل از سال در نقاط مختلف بررسی شدند. نتایج و بحث: شیب خط خاک در فصل بارش که هم زمان با رشد گیاهان علفی و یک ساله است در مقایسه با فصل تابستان که حداقل میزان بارش را داشته و همچنین گیاهان یک ساله خشک شده و از بین رفته اند، کمتر است. در اردیبهشت ماه شیب خط خاک حداقل بوده (0. 39) و در اواخر تابستان حداکثر مقدار خود را دارد (0. 78). در حقیقت شیب خط خاک از اسفندماه تا اردیبهشت رو به کاهش نهاده و سپس با از بین رفتن پوشش گیاهی یک ساله و افزایش سطح خاک لخت بیشتر شده است. نقشه های پراکنش پوسته های زیستی در هر چهارفصل سال طی بازدیدهای میدانی اعتبار سنجی شدند و سال معلوم شد که بیشترین میزان صحت نقشه مربوط به نقشه تولیدشده از تصویر لندست 8 مربوط به فصل تابستان با میزان صحت کل 94 درصد و شاخص کاپا برابر با 0. 7412 بوده است. تفسیر پروفیل طیفی شاخص BSCI نشان دادن که بازتابش طیف مربوط به زفره و فشارک که بر روی نقاط با پراکنش گلسنگ ها تهیه شده است بسیار نزدیک به هم بوده و همچنین پروفیل طیف مربوط به اواسط پاییز و اوایل بهار کاملاً منطبق بر هم است. درحالی که در فساران که فاقد پوشش پوسته های زیستی بود مقدار بازتابش بیشتر است و اختلافی جزئی بین نمودار بازتابش پاییز و بهار وجود داشت. هرچند مقادیر بازتابش طیفی از اراضی کشاورزی و نقاط پراکنش پوسته های زیستی بسیار نزدیک به هم است لیکن نمودار طیفی هر چهارفصل اختلاف زیادی با یکدیگر دارند. لیکن در همه فصول از سال و در همه نقاط کمترین بازتابش در اول زمستان و بیشترین بازتابش در فصل تابستان اتفاق افتاده است. اقلیم دشت سگزی مدیترانه ای بوده و بارش در فصل سرد سال انجام می شود هم زمان با افزایش بارش ها از اواسط پاییز گیاهان یک ساله و خزه ها در پای بوته ها شروع به رشد نموده و در اوایل زمستان به اوج خود رسیده اند و دوباره در آغاز بهار هم زمان با کاهش بارندگی ها رو تراکم آن ها کاهش یافته است. چنانچه طیف مربوط به زمستان در همه نقاط کمترین بازتابش را داشته است. درحالی که در اواخر فصل تابستان که گیاهان یک ساله و خزه ها خشک شده اند بیشترین بازتابش طیفی را داشته است. در فساران که منطقه ای لم یزرع و محل دپوی زباله هاست، حداکثر میزان بازتابش را نشان داده است. بنابراین شاخص BSCI نسبت به درصد ماده آلی خطای فاحشی در تشخیص پوسته های زیستی خاک دارد و درجایی که ماده آلی بالا باشد ممکن است تشخیص درستی از پوسته های زیستی خاک ارائه ندهد. البته ازآنجاکه شاخص BSCI برای تشخیص ترکیبات گلوگان در بافت های گلسنگ تعریف شده است. میزان خطای در خصوص ماده آلی به حداقل کاهش می یابد. همان طور که مشاهده شده است در نقشه نهایی در فساران پوشش پوسته های زیستی وجود ندارد و تنها در نواحی اطراف فساران در مناطق زراعی پوسته های زیستی خاک مشاهده می شوند. در مناطق زراعی با توجه به دخالت انسان و کشت و زرع میزان گیاهان یک ساله متفاوت با عرصه منابع طبیعی در فصول مختلف سال است و به همین دلیل بااینکه بازتابش طیفی تقریباً نزدیک به زفره و فشارک است لیکن نمودار طیفی پاییز و زمستان کاملاً از یکدیگر تفکیک شده اند. نتیجه گیری: شباهت طیفی مهم ترین پوشش سطحی خاک ازجمله پوشش گیاهی، دخالت عوامل انسانی در افزایش یا کاهش ماده آلی خاک، خاک لخت و غیره میزان کارایی شاخص BSCI را محدود می کند و ازاین رو در بازه زمانی تصاویر ماهواره ای و شرایط منطقه ای تأثیر زیادی در میزان دقت شاخص BSCI دارد.

مطالعه دمای خاک در اعماق مختلف، از نظر اقلیم شناسی (به خصوص در مقیاس خرد)، کشاورزی و صنعت مهم می باشد و بسیاری از فرایندهای خاک را تحت تأثیر قرار می دهد. روش مورد استفاده توصیفی-تحلیلی بوده و هدف آن تعیین روابط خطی و غیرخطی دمای هوا و دمای عمق های 50،30،20،10،5 و 100 سانتی متری در ساعت های 6:30، 12:30 و 18:30 طی دوره آماری 2007 تا 2021 در ایستگاه جهرم می باشد. آمار ساعتی دمای هوا و دمای اعماق مختلف خاک از اداره کل هواشناسی استان فارس دریافت شد و با استفاده از روش رگرسیون روابط خطی و غیرخطی برای هر عمق خاک استخراج شد. نتایج نشان می دهد روابط خطی در مقایسه با روابط غیرخطی نتایج بهتری از نظر همبستگی و ضریب تبیین داشت و در روابط خطی، ضریب همبستگی بین دمای هوا با دمای اعماق خاک برای همه فصول در سطح 99 درصد معنی دار است. بیشترین ضریب همبستگی در تمام فصول معمولاً در اعماق سطحی خاک و مخصوصاً در عمق 5 سانتی متری در ساعت 18:30 است و پایین ترین ضریب همبستگی در تمام فصول در عمق یک متری و در ساعت 6:30 بوده است و با افزایش عمق، همبستگی و ضریب تبیین روندی کاهشی دارد. بیشترین دامنه نوسان دمای خاک در ساعت 6:30 و در عمق های 5 تا 20 سانتی متری اتفاق افتاده و افزایش دمای خاک نسبت به افزایش درجه دمای هوا در فصل بهار و پاییز بیشتر از فصول دیگر است.