حدود پایداری آتربرگ خاک از ویژگی های مکانیکی مهم خاک می باشند. که در طبقه بندی خاکهای چسبنده برای اهداف مهندسی بکار می روند و همبستگی بالایی با سایر ویژگیهای خاک دارند. این خصوصیات در برآورد سایر شاخص های مهندسی خاک مانند مقاومت برشی، توان بارپذیری، آماس پذیری و سطح ویژه کاربرد دارند. در کشاورزی نیز این ویژگی ها کاربرد دارند، به عنوان مثال در رابطه رطوبت مناسب برای خاک ورزی استفاده می شوند. با توجه به اهمیت حدود پایداری و نظر به وقت گیر بودن و نیاز به تجربه کافی برای اندازه گیری آنها، لازم است که این خصوصیات با استفاده از سایر خصوصیات زودیافت خاک با دقتی قابل قبول برآورد شدند. هدف از این پژوهش بررسی امکان استفاده از خصوصیات زودیافت خاک برای برآورد حدود پایداری خاک (حد روانی، حد خمیرایی و شاخص خمیرایی) و در نهایت ارایه مدلی برای آنها بوده است. برای انجام این کار از خاک های منطقه کرج تعداد 37 نمونه خاک با بافت متوسط به روش نمونه برداری کاملا تصادفی و مرکب از عمق 20-0 سانتی متری برداشت شد. تعداد 30 نمونه برای ایجاد توابع و 7 نمونه برای ارزیابی اعتبار توابع مورد استفاده قرار گرفت. فراوانی نسبی ذرات خاک به روش هیدرومتری، ظرفیت تبادل کاتیونی به روش استات آمونیوم، چگالی ظاهری به روش کلوخه، درصد کربن آلی به روش والکلی و بلک، حد روانی نمونه ها با استفاده از دستگاه کاساگراند و حد خمیری خاک با روش تهیه فتیله اندازه گیری شدند. پس از بررسی همبستگی بین متغیرهای مستقل (ویژگیهای زودیافت خاک)، با استفاده از نرم افزار Minitab11 با روش رگرسیون گام به گام، مناسبترین ترکیب از متغیرهای مستقل برای برآورد حد روانی، حد خمیرایی و شاخص خمیرایی انتخاب و معادلات رگرسیونی چند متغیره ارایه شد. نتایج نشان داد از بین متغیرهای مستقل، حد روانی همبستگی معنی داری با متغیرهای ظرفیت تبادل کاتیونی، چگالی ظاهری و رطوبت اشباع خاک (R2adj=0.77)، حد خمیرایی همبستگی معنی داری با متغیرهای ظرفیت تبادل کاتیونی، چگالی ظاهری، درصد رس و رطوبت اشباع خاک (R2adj =0.72) و شاخص خمیرایی همبستگی معنی داری با متغیرهای چگالی ظاهری، درصد رس و کربن آلی خاک (R2adj=0.625) داشتند و بین مقادیر اندازه گیری شده و برآورد شده همبستگی معنی داری وجود داشت. این همبستگی برای توابع برآورد کننده حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیرایی در سطح 0.01 درصد معنی دار بودند. تجزیه های آماری برای ارزیابی توابع انتقالی نشان داد که مقادیر میانگین هندسی نسبت خطا (GMER) برای توابع برآورد کننده حدروانی، حد خمیرایی و شاخص خمیرایی به ترتیب 0.99، 0.99 و 1.06 و مقادیر انحراف معیار هندسی نسبت خطا (GSDER) نیز به ترتیب 1.03، 1.04 و 1.32 بوده است که نشان دهنده اعتبار بالای توابع ارایه شده برای حد روانی و حد خمیرایی می باشد.

ظرفیت خاک برای تولید در اکوسیستم و کاربری اراضی برای حفظ باروری بیولوژیکی، کیفیت محیط زیست و تقویت سلامتی گیاه و حیوان، کیفیت خاک نام دارد که ارزیابی دقیق آن برای مدیریت پایدار خاک ضروری است. چون نمی توان کیفیت خاک را مستقیما اندازه گیری کرد، باید آن را از شاخصهای کیفیت استنتاج نمود. شاخصهای کیفیت خاک ویژگیهای قابل اندازه گیری خاک هستند. با توجه به پیچیدگی کیفیت خاک و اهمیت آن، معرفی یک شاخص کمی برای تعیین کیفیت خاک (S) و برآورد شاخص S با استفاده از توابع انتقالی و ویژگیهای زودیافت خاک از اهداف تحقیق حاضر بوده است. بدین منظور ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی 84 نمونه خاک (27 نمونه خاک شور و 57 نمونه خاک آهکی) از قبیل توزیع اندازه ذرات، مواد آلی، جرم مخصوص ظاهری، کربنات کلسیم معادل، قابلیت هدایت الکتریکی (EC) و نسبت جذب سدیم (SAR) اندازه گیری شد.همچنین منحنی رطوبتی آنها در مکشهای 0، 1.5، 2.5، 5.5، 10، 20، 30، 50، 100، 200، 300، 500 و1000 kPa اندازه گیری شد. با استفاده از نرم افزار Rosetta پارامترهای معادله وان گن اختن (1980) تعیین شد و شیب منحنی رطوبتی در نقطه عطف تعیین و به عنوان شاخص کیفیت فیزیکی خاک (S) در نظر گرفته شد.سپس با استفاده از توابع انتقالی و نرم افزار SPSS رابطه رگرسیونی بین این شاخص و ویژگیهای زودیافت خاک تعیین شد. نتایج نشان داد همبستگی معنی داری بین شاخص S و درصد رس، سیلت و کربنات کلسیم معادل در هر سه نوع خاک شور، آهکی و شور-آهکی وجود دارد (p=0.01). همچنین بین شاخص S و جرم مخصوص ظاهری در خاکهای شور و آهکی به ترتیب در سطوح 5% و 1% همبستگی معنی داری مشاهده شد. نتایج نشان داد که رابطه رگرسیونی قوی بین مقادیر شاخص S اندازه گیری شده از منحنی رطوبتی و برآورد شده با استفاده از صفات زودیافت خاک برقرار است و ضریب همبستگی بین این دو در خاکهای شور، آهکی و شور-آهکی به ترتیب 0.855، 0.928 و 0.919 بود.

هدایت هیدرولیکی اشباع خاک از مهم ترین ویژگی های فیزیکی خاک است که اهمیتی ویژه در شناخت، بررسی و مدل سازی ترابری آب، املاح و آلاینده ها در محیط های متخلخل دارد. با وجود پژوهش های پرشمار که پیرامون اندازه گیری مستقیم هدایت هیدرولیکی اشباع صورت گرفته است، این روش ها هم چنان پرهزینه، زمان بر و تخصصی هستند. از این رو، برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع با استفاده از روش هایی سریع، کم هزینه و با دقتی قابل قبول از جمله توابع انتقالی خاک، ضروری است. هدف از این پژوهش برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع با استفاده از پارامترهای زودیافت خاک شامل توزیع اندازه ذرات، جرم ویژه ظاهری، تخلخل کل، تخلخل موثر، درصد رطوبت در مکش 0.3 و 15 بار، درصد آهک، درصد مواد آلی، pH و EC با بهره گیری از شبکه عصبی مصنوعی بود. به این منظور، در منطقه چهل دین در محدوده شهرستان گرگان هدایت هیدرولیکی اشباع با استفاده از دستگاه نفوذسنج گوالف در 27 مکان در عمق های 35-10، 35-15 و 35-20 (81 = 3×27) اندازه گیری و از همان نقاط نمونه برداری خاک نیز صورت گرفت. سپس ویژگی های زودیافت خاک، در آزمایشگاه اندازه گیری و نتایج اولیه به دست آمد. بر پایه نتایج تجزیه حساسیت، درصد شن و رس، درصد رطوبت در مکش 0.3 بار، تخلخل کل و میانگین هندسی اندازه ذرات به ترتیب به عنوان پارامترهای حساس در برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع بودند. در نهایت به منظور تخمین سریع و کم هزینه هدایت هیدرولیکی اشباع، با استفاده از پارامترهای حساس، مدل هایی گوناگون طراحی شدند. نتایج نهایی مقایسه مدل ها نشان داد که بهترین مدل از نظر دقت و سرعت تخمین هدایت هیدرولیکی اشباع مدلی بود که از پارامترهای ورودی لگاریتم میانگین هندسی قطر ذرات، تخلخل کل و درصد شن و رس استفاده شد.

برای پژوهش در زمینه ی جریان غیر اشباع در خاک، داشتن توابعی هیدرولیکی که در پیش بینی منحنی مشخصه و هدایت هیدرولیکی خاک دارای عملکرد مطلوبی باشند، برای پژوهش در زمینه ی جریان غیر اشباع در خاک ضروری است. در این پژوهش، ابتدا با انتخاب 8 خاک از بافت های مختلف بانک UNSODA، به بررسی صحت ضریب شکل بهینه خروجی از رابطه ی رطوبت مکش (n) مدل ون گنوختن معلم (VGM) در پیش بینی مقدار هدایت هیدرولیکی غیراشباع در رطوبت های مختلف بررسی شد. با توجه به نتایج ضعیف حاصل از پیش بینی این مدل و نیاز به بررسی ضریب شکل جداگانه ای همچون () برای رابطه ی هدایت هیدرولیکی رطوبت (K-θ ) مدل VGM، 24 خاک از کلاس های بافتی مختلف UNSODA انتخاب و پارامترهای اندازه گیری شده ی آنها، به منظور یافتن تابع انتقالی مناسب در برآورد به روش تحلیل رگرسیون مورد تحلیل قرار گرفت. رابطه ی ایجاد شده، ارتباط () را با دو پارامتر رطوبت اشباع (θ s) و مقدار ماده آلی خاک با دارا بودن ضریب همبستگی (r=0. 745) و معنی داری آماری (P-value=0. 0005) تایید نمود. همچنین، برای صحت سنجی تابع انتقالی ایجاد شده، مقدارهای (K-θ ) اندازه گیری شده برای 8 خاک منتخب بخش صحت سنجی با مقادیر محاسباتی K حاصل از ضریب شکل تابع انتقالی () و نرم افزار RETC (n) مقایسه شد. مقدار شاخص های آماری جذر میانگین مربعات خطای مدل (RMSEM)و ضریب کارآیی نش ساتکلیف (NSE) نشان داد که استفاده از ضریب شکل تابع انتقالی ایجاد شده در این پژوهش در مقایسه با نرم افزار RETC، عملکرد مطلوب تری در پیش بینی مقادیر هدایت هیدرولیکی غیراشباع داشت.

ظرفیت تبادل کاتیونی یکی از مهم ترین ویژگی های شیمیایی خاک است که توانایی خاک را برای نگهداری مواد غذایی و آب در خاک و همچنین مدیریت آلودگی خاک نشان می دهد. از طرفی به علت آن که اندازه گیری آن کاری دشوار و وقت گیر است، بنابراین تخمین آن از طریق خصوصیات زود یافت خاک مطلوب می باشد. هدف از انجام این تحقیق ارزیابی تخمین ظرفیت تبادل کاتیونی خاک با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی است. به این منظور، در منطقه چهل دین در محدوده شهرستان گرگان نمونه برداری خاک از 69 نقطه قرار گرفته بر روی یک شبکه صورت گرفت. سپس ویژگی های زودیافت خاک از قبیل درصد شن، سیلت و رس، جرم ویژه ظاهری، جرم ویژه حقیقی، مواد آلی، درصد آهک، pH، EC، تخلخل کل، میانگین هندسی اندازه ذرات و انحراف معیار هندسی آنها در آزمایشگاه اندازه گیری و نتایج اولیه به دست آمد. نتایج نشان داد که روش شبکه عصبی مصنوعی روش مناسبی در برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی خاک است به طوری که می تواند 82 درصد تغییرپذیری ظرفیت تبادل کاتیونی خاک پیش بینی نماید. بافت خاک موثرترین پارامتر بر روی CEC بود. آنالیز حساسیت داده ها با استفاده از مدل توسعه یافته با شبکه عصبی مصنوعی نشان داد که پارامترهای درصد رس، سیلت و شن، میانگین هندسی اندازه ذرات، انحراف معیار هندسی اندازه ذرات، درصد ماده آلی و تخلخل کل به ترتیب مهمترین فاکتورهای موثر بر ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در منطقه می باشند. مدلی با پارامترهای ورودی درصد رس، سیلت و شن، میانگین هندسی و انحراف معیار هندسی اندازه ذرات به عنوان بهترین مدل پیش بینی کننده ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در منطقه مورد مطالعه انتخاب گردید.

سابقه و هدف: یکی از نیازهای مهم در برنامه ریزی تولید و فرآوری گیاهان دارویی به منظور حصول عملکرد بالا و با کیفیت مطلوب، ارزیابی اولیه خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک منطقه است که می توان با اجتناب از کاربرد غیرضروری آزمایشات متنوع خاکشناسی، هزینه تولید را به حداقل کاهش داد. مرزه تابستانه (Satureja hortensis L) از جمله گیاهان دارویی پرکاربرد است که میزان اسانس و ترکیبات آن شاخص کیفی گیاه محسوب می شود. امروزه با ورود مدل های رگرسیونی چند متغیره و مدل های شبکه مصنوعی در تحقیقات، بسیاری از روابط پیچیده موجود در طبیعت قابل درک است. از این رو ضرورت برآورد عملکرد اسانس گیاه مرزه با استفاده از روش های سریع، کم هزینه و با دقتی قابل قبول احساس می گردد. مواد و روش ها: این پژوهش بصورت طرح کاملاً تصادفی، در سه تکرار و بصورت گلدانی انجام شد. از مناطق مختلف شهرستان نیشابور 53 نمونه خاک تهیه و پارامترهای زودیافت آن که شامل 1-درصد شن، 2-درصد سیلت، 3-درصد رس، 4-مواد آلی، 5-اسیدیته، 6-شوری، 7-فسفر، 8-پتاسیم، 9-نیتروژن، 10-درصد کربن می باشد، در آزمایشگاه اندازه گیری و نتایج اولیه بدست آمد. تقریباً 90 روز پس از کشت بذور در گلدان های حاوی نمونه های مختلف خاکی، نمونه گیری از آن ها صورت گرفت. سپس نمونه ها به مدت 24 ساعت در آون 40 درجه سانتی گراد قرار گرفتند تا خشک شوند. در نهایت رابطه های بین عملکرد اسانس گیاه مرزه و پارامترهای زودیافت خاک با تجزیه شبکه عصبی مصنوعی و با استفاده از نرم افزار Matlab7. 9 مشخص گردید. برای بدست آوردن حساس ترین پارامترها، تجزیه حساسیت به روش ضریب بدون بعد حساسیت محاسبه گردید. بطوری که اگر مقدار ضریب حساسیت پارامتری از 1/0 بیش تر باشد، آن پارامتر جز پارامترهای حساس مدل محسوب شد. یافته ها: شبکه عصبی مصنوعی از الگوی شبکه عصبی مصنوعی انسان شبیه سازی شده است، به گونه ای که می تواند پس از آموزش، پارامترهای خروجی مورد نظر را با اعمال پارامترهای ورودی برآورد نماید. در این پژوهش، از ساختار شبکه عصبی پرسپترون با الگوریتم آموزشی مارکوآت لونبرگ استفاده شد تا عملکرد اسانس از پارامترهای زودیافت خاک همچون بافت خاک، مواد آلی و عناصر پرمصرف برآورد شود. بالا بودن مقادیر R2 و پایین بودن مقادیر RMSE یاد شده بیانگر نزدیک بودن داده های پیش بینی با داده های اندازه گیری و دقت بالای مدل در برآورد عملکرد اسانس گیاه مرزه تابستانه است. بر این اساس پارامترهای بافت خاک(درصد شن، سیلت و رس) و کربن آلی، ماده آلی، شوری، پتاسیم و اسیدیته خاک به ترتیب به عنوان حساس ترین پارامترها انتخاب گردید. نتیجه گیری: نتایج نشان داد که مدل های عصبی ایجاد شده قادر نبودند عملکرد اسانس در گیاه مرزه تابستانه را با حداکثر دقت (R2= 0. 50) برآورد نمایند. از بین 8 مدل برازش یافته یک مدل مبتنی بر متغیرهای مستقل EC + بافت + کربن + ماده آلی + پتاسیم + pH عملکرد بهتری داشت، با این وجود تعداد بالای عوامل ورودی این مدل محدودیت تلقی می شود. از آنجایی که این تحقیق جزء اولین بررسی ها در مورد برآورد عملکرد اسانس گیاهان دارویی بود، لذا ادامه تحقیق و بررسی در این خصوص و همچنین پیش بینی عملکرد سایر گیاهان دارویی به این روش پیشنهاد می گردد.

گنجایش تبادل کاتیونی خاک (CEC) یکی از ویژگی های بسیار مهم خاک است. این ویژگی می تواند نشان دهنده بسیاری از ویژگی های خاک از جمله حاصلخیزی، سطح ویژه و میزان نگهداشت آب خاک باشد. از آنجائی که اندازه گیری این ویژگی پرهزینه، زمان بر و نیاز به دستگاه های آزمایشگاهی ویژه ای دارد، از این رو برآورد آن با استفاده از توابع انتقالی خاک و به کمک ویژگی های زودیافت خاک در مطالعات خاکشناسی اهمیت زیادی دارد. لذا هدف از این مطالعه، پی ریزی توابع انتقالی رگرسیونی در برآورد گنجایش تبادل کاتیونی با استفاده از بعد فرکتال اندازه ذرات خاک است. برای این منظور 106 سری داده از بانک اطلاعاتی آمریکا (UNSODA) انتخاب، بعد فرکتال اجزای بافت محاسبه و از آن ها برای پی ریزی تابع انتقالی استفاده شد. کارایی تابع پیشنهادی با استفاده از خصوصیات زودیافت خاک مقایسه گردید. نتایج نشان داد از میان همه ویژگی های زودیافت خاک تنها ضرایب بعد فرکتال، درصد رس و ماده آلی معنی دار و در مدل رگرسیونی وارد شدند. مدل رگرسیونی پیشنهادی فرکتالی (62/0=R2، 3/5=RMSE و 004/0-=ME) و اعتبارسنجی (59/0=R2، 4/5=RMSE و 054/0-=ME) کارایی بسیار بهتری در مقایسه با توابع پیشنهادی، توابع بل و ونکولن و بروسما و همکاران داشت.

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