فصل  1 مقدمه و هدف 1

فصل  2 کلیات و مروری بر منابع 5

2-1 تغییرات در خاک 5

2-2 تجزیه و تحلیل تغییرات به روش آمار کلاسیک 6

2-2-1متغیر تصادفی 7

2-3 شاخص‌های موقعیت توزیع 8

1-2-3میانگین 8

2-3-2میانه 8

2-4 شاخص‌های پراکنش توزیع 8

2-4-1واریانس 8

2-4-2انحراف معیار 9

2-4-3دامنه 9

2-5 شاخص‌های شکل توزیع 10

2-5-1ضریب تغییرات 10

2-5-2سنجش عدم تقارن 10

2-5-3جداول فراوانی و نمایش گرافیکی داده‌ها 11

2-6 تاریخچه زمین‌آمار 13

2-6-1                                                  متغیر تصادفی 17

2-6-2                                                  تابع تصادفی                                                 17

2-6-3………………………………. میدان تصادفی 17

2-6-4……………………………… متغیر ناحیه‌ای 17

2-6-5       1 فرضیات ایستایی 18

2-7 تغییرنما تجربی 21

2-7-1 فرمول نیم‌تغییرنما 22

2-7-2 بخش‌های تغییرنما 23

2-7-3 رفتار تغییرنما در نزدیکی مبدأ 24

2-7-4 رفتار تغییرنما در بخش میانی 24

2-8 مدل‌های تئوری تغییرنما 25

2-8-1 تغییرنما سقف‌دار 26

2-8-2 تغییرنما‌های بدون سقف 29

2-9 تفسیر نیم‌تغییرنما 32

2-9-1 همسان‌گردی و ناهمسان‌گردی 32

2-9-2 اثر روند بلند دامنه بر تغییرنما 35

2-9-3 اثر گودی 35

2-10 تخمین و درون‌یابی مکانی 36

2-10-1 تخمین عام و تخمین موضعی 36

2-10-2 روش وزن‌دهی عکس فاصله (IDW) 36

2-10-3 کریجینگ (تخمین‌گر آماری) 37

2-11    ارزیابی اعتبار روش‌های درون‌یابی 41

2-11-1میانگین خطا ….41

2-11-2میانگین مربعات خطای تخمین 42

2-11-3ریشه میانگین مربعات خطا 42

2-11-4واریانس تعدیل شده 42

2-11-5 ضریب تبیین                                    43

2-12 تفاوت آمار کلاسیک و زمین‌آمار 43

2-13 مروری بر تحقیقات انجام شده 44

فصل 3 مواد و روش‌ها 50

3-1 موقعیت منطقۀ مطالعاتی 50

3-2 تعیین نقاط نمونه‌برداری 52

3-3 تجزیه‌های فیزیکی و شیمیایی 53

 

3-3-1 اندازه‌گیری بافت خاک با روش هیدرومتری 53

3-3-2 هدایت الکتریکی(EC) عصارۀ اشباع 55

3-3-3 pH با روش گل اشباع 55

3-3-4 کربنات کلسیم معادل 56

3-3-5 کربن آلی با روش والکلی ‌و‌بلاک 56

3-3-6       اندازه‌گیری ازت کل به روش کجلدال 58

3-3-7 اندازه‌گیری پتاسیم قابل تبادل 59

3-3-8 تعیین فسفر قابل جذب (Olsen-P) 60

3-4 تجزیه و تحلیل‌های آماری 61

3-4-1 آمار توصیفی 61

3-4-2 آمار مکانی 63

3-4-3 تخمین مقادیر در نقاط نمونه برداری نشده 64

فصل 4 نتایج و بحث 69

4-1 پارامترهای توزیع فراوانی جمعیت مورد مطالعه 69

4-2 آنالیز همبستگی 75

4-2-1 تغییر نما 77

4-2-2 ارزیابی مدل‌های تغییرنما 77

4-2-3 تفسیر مؤلفه‌های نیم‌تغییرنماهای برازش داده شده بر ویژگی‌های خاک 82

4-3 ارزیابی اعتبار روش‌های درون‌یابی 83

4-4 پهنه بندی پراکنش مکانی خصوصیات فیزیکوشیمیایی در منطقه مورد مطالعه 86

فصل 5 93

5-1 نتایج کلی و پیشنهادات 93

5-2 پیشنهادات 94

 

 

فهرست اشکال

شکل ‏2‑1. رفتار تغییرنما در نزدیکی مبدأ

شکل ‏2‑2 رفتار تغییرنما در بخش میانی

شکل ‏2‑3تغییرنما اثر قطعه‌ای

شکل ‏2‑4 مدل کروی

شکل ‏2‑5 مدل نمایی

شکل ‏2‑6 مدل گوسی

شکل ‏2‑7 مدل خطی

شکل ‏2‑8. مدل دویسین

شکل ‏2‑9 مدل سهمی‌گونه

شکل ‏3‑1 موقعیت منطقه مطالعاتی و الگوی نمونه برداری

شکل ‏3‑2 نقشه واحدهای فیزیوگرافی منطقه مطالعاتی

شکل ‏3‑3 نقشه واحدهای زمین‌شناسی منطقه مطالعاتی

شکل ‏4‑1 هیستوگرام و نمودار Q-Q متغیر رس

شکل ‏4‑2 هیستوگرام و نمودارQ-Q  متغیر سیلت

شکل ‏4‑3 هیستوگرام و نمودار Q-Q واکنش خاک

شکل ‏4‑4 هیستوگرام و نمودارQ-Q  ازت کل

شکل ‏4‑5 هیستوگرام داده‌های مربوط به متغیر شوری قبل و بعد از تبدیل لگاریتمی

شکل ‏4‑6 نموادر  Q-Q داده‌های مربوط به متغیر شوری قبل و بعد از تبدیل لگاریتمی

شکل ‏4‑7 نیم تغییرنمای تجربی مربوط به سه پارامتر رس، شن و شوری

شکل ‏4‑8 نیم تغییرنمای تجربی مربوط به متغیرهای سیلت، واکنش خاک، آهک و پتاسیم

شکل ‏4‑9 نیم تغییرنمای تجربی مربوط به متغیرهای کربن آلی، ازت کل و فسفر قابل استفاده

شکل ‏4‑10نمایش نقاط اندازه‌گیری شده در مقابل نقاط برآورد شده برای شن و پتاسیم

شکل ‏4‑11 نقشه پهنه بندی رس، سیلت، شن، هدایت الکتریکی و واکنش خاک به کمک کریجینگ معمولی

شکل ‏4‑12 نقشه پهنه بندی کربنات کلسیم معادل، کربن آلی، ازت کل، فسفر و پتاسیم به کمک کریجینگ معمولی

 

فهرست جداول

جدول ‏4 -1 خلاصه آمار توصیفی خواص فیزیکی و شیمیایی اندازه‌گیری شده در منطقه مطالعاتی

جدول ‏4‑2 گروه‌بندی خواص خاک برپایه ضریب تغییرات (%CV)

جدول ‏4‑3 ماتریس ضرایب همبستگی خواص فیزیکوشیمیایی در منطقه نقده

جدول ‏4 -4 پارامترهای مدل‌های برازش داده شده بر نیم تغییرنمای برای هریک از صفات مورد مطالعه

جدول ‏4 -5 نتایج حاصل از آماره‌های ارزیابی خطا با روش کریجینگ معمولی

جدول ‏4 -6 نمایش ارزیابی دقت (ME) برای همه متغیرها با توان‌های مختلف روش IDW

جدول ‏2‑3 نمایش ارزیابی دقت (RMSE) برای همه متغیرها با توان‌های مختلف روش IDW

جدول ‏4 -8 ضریب همبستگی بین مقادیر پیش‌بینی شده و مقادیر مشاهده شده در روش کریجینگ معمولی

 

 

• 1              مقدمه و هدف

مقدمه

محیط زیست[1] دائماً در دو بعد در حال تغییر است. ویژگی‌های محیطی نتیجه کنش‌ها و برهم‌کنش‌های فرایندها عوامل گوناگون هستند. ممکن است هر فرایند بطور همزمان در چند مقیاس مختلف، به شکل غیر خطی و با بازخورد مثبت محلی عمل کند. محیط زیست که حاصل این فرایندهاست با پیچیدگی فراوانی، از محلی به محل دیگر و در بسیاری از مقیاس‌های مکانی (از مقیاس‌های میکرومتری[2] گرفته تا چندصد کیلومتری) تغییر می‌کند. تغییرات عمده محیطی به حد کافی واضح هستند، مخصوصاً زمانیکه آنها را در عکس‌های هوایی و تصاویر ماهواره‌ای مشاهده می‌نماییم. سایر تغییرات پیچیده‌تر هستند و خصوصیاتی مانند درجه حرارت و ترکیبات شیمیایی به ندرت قابل مشاهده هستند. از اینرو بایستی سراغ اندازه‌گیری‌ها و تجزیه تحلیل نمونه‌ها برویم. از طریق توصیف تغییرات در مقیاس‌های مختلف مکانی، اغلب می‌توانیم بینشی از فرایندها و فاکتورهایی بدست بیاوریم که مسبب این تغییرات یا عامل کنترل‌کننده آن هستند و ازینرو آنها را در یک بعد مکانی پیش‌بینی نماییم و منابع را مدیریت کنیم. نوع مدیریت تأثیر معنی‌داری بر تغییرپذیری[3] خاک می‌گذارد. بررسی تغییرات خاک در میان مزرعه از طریق ارزیابی خاک، آزمایشات خاک و گیاه و بررسی عملکرد محصول صورت می‌گیرد، اما اغلب کشاورزان ترجیح می‌دهند که یک نوع مدیریت خاک و محصول را در سراسر مزرعه انجام دهند. چنین مدیریتی سبب افزایش هزینه‌های مدیریتی مزرعه، کاهش بازدهی اقتصادی، آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی و همچنین هدر‌رفت انرژی می‌گردد. دستیابی به سود بهینه و حفاظت محیط‌زیست به این نکته بستگی دارد که چگونه مدیریت‌های کشاورزی براساس شرایط خاک اعمال شوند (  خرمی‌زاده، 1388). یکی از خصوصیات مشترک علوم محیطی، ماهیت داده‌های آن‌ ها است. اغلب ویژگی‌های محیطی دارای پراکنش پیوسته در مکان بوده و از سوی دیگر نمونه‌برداری و اندازه‌گیری آن‌ ها در تمام نقاط واقع در محدوده مطالعاتی غیرممکن است. تغییرات مکانی خاک، به عنوان یکی از متغیرهای محیطی، عبارت از تغییر در یک خصوصیت خاک به عنوان تابعی از موقعیت جغرافیایی است. پدولوژی[4] به عنوان زیر مجموعه‌ای از علوم خاک، نقش اساسی در مطالعه عوامل و فرایندهای تشکیل خاک شامل کیفیت، وسعت، پراکنش و تغییرات مکانی خاک در مقیاس‌های مختلف برعهده دارد. از دیرباز تغییرات مکانی خاک‌ها مورد توجه خاکشناسان بوده و امروزه نیز چگونگی دستیابی به اطلاعات کمّی و دقیق از این تغییرات به منظور ارزیابی‌‌های کیفیت زیست محیطی خاک، ریسک آلودگی و سیر قهقرایی خواص خاک مورد توجه خاکشناسان است. اطلاعات در مورد توزیع مکانی ویژگی‌های خاک در منطقه مورد مطالعه، بخش ضروری اهداف مدیریتی، کشاورزی و سایر کاربرد‌های اراضی است. خاکشناسی علمی است که از روش‌های عددی[5] در مطالعاتش استفاده می کند. روش‌هایی مانند زمین‌آمار[6]، سنجش از دور[7]، سیستم اطلاعات جغرافیایی[8] (GIS)، مدل‌سازی زمین‌نما[9] و تئوری فازی[10] را می‌توان از روش‌های قابل کاربرد در خاکشناسی مطرح نمود (چوکو و همکاران، 2010). امروزه سیستم اطلاعات جغرافیایی در تمامی علومی که به نحوی با اطلاعات مکانی[11] سر و کار دارند به کار می‌رود. ازجمله کاربردهای رایج سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی در سراسر جهان، در علوم زمینی[12] و به ویژه علم خاکشناسی از شاخه کشاورزی است. امروزه از فناوری GIS برای ذخیره و نگهداری، تجزیه و تحلیل اطلاعات و بررسی روند تغییرات خصوصیات سطح زمین از جمله حاصلخیزی خاک، کاربری اراضی[13]، تهیه نقشه پراکندگی عناصر غذایی و غیره استفاده می‌گردد. تهیه نقشه ابزار نیرومندی برای درک توزیع فضایی خواص خاک در هر مقیاسی است، به علاوه اطلاعات مربوط به ویژگی‌های خاک، برای مدیریت اراضی زراعی و تصمیم‌گیری جهت انتخاب راهبردهای خاص برای مطالعه تفاوت ویژگی‌های خاک در مناطق گسترده‌تر کمک می کند (خرمی‌زاده و همکاران، 1388). بین ویژگی‌های خاک از نظر مکانی اختلاف وجود دارد و تغییر پذیری خاک‌ها تصادفی است (وبستر، 2000).

[1] Environment

[2] micrometer

[3] variability

[4] pedology

[5] Numerical technique

[6] Geostatistics

[7] Remote sensing

[8] Geo-spatial Information System