اشتقاق و اعتبارسنجی توابع انتقالی طیفی پارامتریک به‌منظور برآورد ویژگی‌های هیدرولیکی خاک در گستره VIS-NIR-SWIR

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

ابراهیم بابائیان ¹ , مهدی همایی ² , علی اکبر نوروزی ³

1 - دانشجوی دکتری؛ گروه خاک‌شناسی؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ دانشکده کشاورزی؛ تهران، ایران
2 - استاد؛ گروه خاک‌شناسی؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ دانشکده کشاورزی؛ 336-14115، تهران، ایران
3 - استادیار؛ پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1392/08/04 تاریخ پذیرش : 1392/12/28 تاریخ انتشار : 1393/03/31

کلید واژه: بازتاب طیفی, ضریب آبگذری اشباع, منحنی حذف پیوستار, منحنی رطوبتی,

چکیده مقاله :

ویژگی‌های هیدرولیکی خاک اهمیت زیادی در چرخۀ آبی طبیعت دارند. هدف از انجام این پژوهش، امکان‌سنجی استفاده از اطلاعات طیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) به‌منظور برآورد پارامتریک ویژگی‌های هیدرولیکی خاک بود. بدین منظور، بازتاب ابرطیفی نمونه‌های خاک با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر و به کمک روش‌های استاندارد اندازه‌گیری شد. پس از انجام پیش‌پردازش‌های طیفی، همبستگی بین مقادیر بازتاب در هر یک از طول موج‌های منحنی‌های حذف پیوستار طیفی با پارامترهای هیدرولیکی مدل معلم- ون‌گنوختن ( ، n و Ks*) مورد بررسی قرار گرفت. سپس با استفاده از روش رگرسیون مرحله‌ای چندگانه، روابط ریاضی مربوطه پی‌ریزی و تحت عنوان توابع انتقالی طیفی پارامتریک (PSTFs) نامگذاری شدند. بر اساس نتایج، بیشترین ضریب همبستگی بین متغیرها در طول موج‌های نزدیک به 550 و 2300 نانومتر (برای پارامترهای و n ) و 1927 نانومتر (برای پارامتر Ks*) به‌دست آمد. توابع انتقالی طیفی دقت تقریباً یکسانی در برآورد پارامترهای (54/0=R) و n(58/0=R) نشان دادند. در حالی‌که این توابع، بهترین تخمین‌ها را برای پارامتر Ks*با ضریب همبستگی (R) برابر با 76/0 نشان دادند. با استفاده از توابع انتقالی طیفی، مقدار رطوبت خاک به ازای تمامی پتانسیل‌های ماتریک با متوسط RMSE برابر cm3 cm-3 017/0 برآورد شد. بر اساس نتایج این پژوهش، اگرچه پارامترهای هیدرولیکی تخمینی با دقت بسیار بالایی همراه نبودند، لیکن این رویکرد ضمن آن‌که می‌تواند به عنوان کاربرد نوینی از طیف‌سنجی خاک مطرح شود، می‌تواند به عنوان روشی غیرمستقیم برای برآورد پارامتریک ویژگی‌های هیدرولیکی خاک نیز معرفی شود.

چکیده انگلیسی:

Soil hydraulic properties are very important in hydrological cycle. The objective of this study was to explore the feasibility of estimating soil hydraulic parameters using diffused spectral reflectance data in visible, near-infrared and short-wave infra-red (350-2500 nm) ranges. Consequently, hyper-spectral reflectance of some soil samples was measured using a handheld spectroradiometer. After preprocessing the spectra, correlation between spectral data in each wavelength and Mualem van Genuchten hydraulic parameters ( , n and Ks*) were explored. Using stepwise multiple regression method, parametric spectro-transfer functions (PSTFs) were derived. According to the results, the largest correlation coefficients were obtained for  and n at wavelengths 550 and 2300 nm, while Ks* parameter showed maximum correlation at wavelength 1927 nm. The parametric STFs showed similar results for (R=0.54) and n (R=0.58). The best results were obtained for Ks* parameterwith R values equal to 0.76. The parametric STFs provided mean RMSR values of 0.017 cm3 cm-3 for all the pressure heads. Although the performance for MvG parameters was not very high, this approach can be considered as a novel application of soil spectroscopy and might be used as a useful indirect method for estimating soil hydraulic properties.