پهنه‌بندی شوری اراضی منطقه شمال دشت یزد-اردکان با استفاده از داده‌های دستگاه القای الکترومغناطیسی و مدل‌سازی با نرم افزار ESAP

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای بیابان‌زدایی، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد

2 دانشیار دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد

3 استادیار دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان

4 استادیار پژوهش مرکز ملی تحقیقات شوری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، یزد، ایران

چکیده

افزایش خشکی در سال­های اخیر منجر به کاهش سرعت آستانه باد برای برداشت ذرات گرد و غبار از سطح خاک مناطق خشک شده است. انباشت نمک­ها در سطح خاک به دلیل کمی بارش و تبخیر زیاد، سبب متلاشی شدن خاکدانه­ها می­شود. ذرات نمک به همراه ذرات خاک توسط باد برداشته شده و پس از طی مسافتی فرو می­نشینند. اگر منطقه هدف اراضی کشاورزی باشد گرد و غبار حاوی نمک منجر به انتقال نمک به اراضی مزبور شده و باعث کاهش محصول می­شود. در این پژوهش، به منظور تهیه سریع نقشه شوری خاک سطحی (30-0 سانتی­متر) در محدوده اراضی شمال دشت یزد-اردکان از دستگاه القای الکترومغناطیس EM38 در حالت افقی استفاده شد. همچنین برای تعیین تعداد و محل­های نمونه­برداری خاک به منظور تعیین مدل رگرسیونی و تهیه نقشه الگوی شوری منطقه، بسته نرم­افزاری ESAP-95 2.35R به کار گرفته شد. با انتقال داده­های EM38 به برنامه ESAP-RSSD این نرم­افزار، تعداد استاندارد و محل نمونه­برداری خاک برای 12 نقطه مشخص گردید. پس از آن با استفاده از برنامه ESAP-Calibrate به منظور تعیین شوری خاک محدوده مورد بررسی با بهره­گیری از داده­های آزمایشگاهی هدایت الکتریکی عصاره اشباع (ECe)، درصد اشباع (SP) و درصد رطوبت وزنی (WC)، مدل رگرسیونی خطی چندگانه (MLR) ایجاد گردید. نتایج نشان داد مدل رگرسیونی پیشنهادی نرم­افزار با ضریب تبیین 37/0 و میانگین ریشه مربعات خطا 55/80، شوری خاک سطحی از قرائت­های دستگاه EM38 را مدل­سازی کرده است. نتایج استفاده از برنامه ESAP-SaltMapper سطحی نشان داد که مناطق واقع در جنوب شرق منطقه مورد مطالعه دارای شوری بیشتری بوده و امکان برداشت نمک توسط باد در آنجا بیشتر است. نتایج همچنین نشان داد لازم است استفاده از دستگاه EM38 در اراضی همگن و دارای رطوبت استاندارد در حد ظرفیت مزرعه انجام شود و می­توان از طریق نرم­افزار ESAP نقشه شوری اراضی را تهیه نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Mapping Soil Salinity of the Northern Region of Yazd-Ardakan Plain Using EM38 Instrument and ESAP Modeling Software

نویسندگان [English]

  • M. Ghaeminia 1
  • M. A. Hakimzadeh Ardakani 2
  • R. Taghizadeh-Mehrjardi 3
  • F. Dehghani 4
1 PhD. Candidate of Combatting Desertification, Yazd University
2 Assistant Professor, Yazd University
3 Assistant Professor, Ardakan University
4 Assistant Professor, National Salinity Research Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Yazd, Iran
چکیده [English]

Increasing aridity caused by the drought phenomenon in recent years has led to a decrease in the threshold wind speed for removing dust particles from the soil surface of arid areas. The accumulation of salts on the surface of the soil, due to low precipitation and high evaporation, causes disintegration of the aggregates. Salt particles along with the soil particles are removed by wind and they fall over a distance. If the target area is agricultural land, dust containing salt results in the transfer of salt to the affected area, which leads to a decrease in the yield of the crops. In this research, EM38 electromagnetic induction instrument was used in horizontal orientation in order to provide a cheap and fast map for surface soil salinity (0-30 cm) in the area that are sensitive to wind erosion in northern Yazd-Ardakan plain. The ESAP-95 2.35R Software package was also used to determine the number and location of soil samples in order to determine the regression model and to prepare a map of the salinity pattern in the area. With the transfer of EM38 data to the ESAP-RSSD program, the standard number and soil sampling points for 12 sites were identified. Subsequently, a Multiple Linear Regression model (MLR) was developed using ESAP-Calibrate and using Electrical Conductivity data of the saturated extract (ECe), saturation percentage (SP) and percentage of water content (WC). The results showed that the proposed regression model could model the soil surface salinity from EM38 readings with a determination coefficient (R2) of 0.37 and Root Mean Square Error (RMSE) of 80.55. The results of using the ESAP-SaltMapper program for mapping soil surface salinity showed that the southeast of the study area had higher salinity and the possibility of harvesting salt by the wind was much higher. The results also showed that the use of the EM38 device should be made in areas with homogeneous and standardized moisture at field capacity level and ESAP software can be used to map soil salinity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Salty dust
  • desertification
  • Arid areas
  • Wind erosion
  • Electrical induction
  1. برادران مطیع، ج.، آق­خانی، م. ح.، عباسپور فرد، م. ح. و لکزیان، ا. 1390. ساخت و ارزیابی سامانه تهیه نقشه هدایت الکتریکی خاک مزرعه در حین حرکت. ماشین­های کشاورزی، (1)1: 33-25.
  2. تقی­زاده مهرجردی، ر.، سرمدیان، ف.، امید، م.، ثواقبی، غ. ر.، روستا، م. ج. و رحیمیان، م. ح. 1391. پهنه­بندی شوری خاک با استفاده از تکنیک زمین آمار و دستگاه القاءگر الکترومغناطیس در منطقه اردکان. پژوهش­های خاک (علوم خاک و آب)، الف، (4)26: 380-369.
  3. رحیمیان، م. ح.، نوری امامزاده­ئی، م. ر.، طباطبایی، س. ح. و قائمی­نیا، ع. م. 1393. همبستگی قرائت­های دستگاه القاءگر الکترومغناطیس با برخی ویژگی­های فیزیکی خاک در شرایط شور. پژوهش­های خاک (علوم خاک و آب)، الف، (1)28: 207-197.
  4. رحیمیان، م. ح.، نوری امامزاده­ئی، م. ر.، هاشمی­نژاد، ی.، طباطبایی، س. ح. و نشاط، ع. 1393. تعیین کسر آبشویی باغ­های پسته شمال اردکان با استفاده ترکیبی از تعیین­گر جبهه رطوبتی و القاءگر الکترومغناطیس. پژوهش­های خاک (علوم خاک و آب)، الف، (1)28: 173-163.
  5. رحیمیان، م. ح. و هاشمی­نژاد، ی. 1389. واسنجی دستگاه القاگر الکترومغناطیس (EM38) برای ارزیابی شوری خاک. پژوهش­های خاک (علوم خاک و آب)، ویژه شوری، (3)24: 252-243.
  6. رحیمیان، م. ح.، هاشمی­نژاد، ی.، مشکوه، م. ع. و قائمی­نیا، ع. م. 1393. پایش شوری خاک به کمک هدایت­گر الکترومغناطیس EM38 (دستورالعمل استفاده، روش­های کالیبراسیون و نرم­افزارهای مربوطه)، مرکز ملی تحقیقات شوری، دستورالعمل فنی، 40 ص. 
  7. عظیم­زاده، ح. ر.، اختصاصی، م. ر.، حاتمی، م. و اخوان قالیباف، م. 1381. مطالعه تأثیر خصوصیات فیزیکی- شیمیایی خاک در شاخص فرسایش­پذیری بادی خاک ارائه مدل جهت پیشگویی آن در دشت یزد-اردکان. علوم کشاورزی و منابع طبیعی، (1)9: 151-139.
  8. قانعی مطلق، غ. ر.، پاشایی اول، ع.، خرمالی، ف. و مساعدی. ا. 1387. تهیه نقشه شوری خاک به منظور مدیریت ویژه خاک­های شور (مطالعه موردی: بخشی از اراضی زراعی شمال شرقی دشت آق­قلا). علوم کشاورزی و منابع طبیعی، (6)15: 82-75.
  9. مشکوه، م. ع.، رحیمیان، م. ح. و تقی­زاده، ر. 1392. بررسی دقت دستگاه القاءگر الکترومغناطیس (EM38) به منظور پایش شوری خاک در مقایسه با روش متداول استاندارد (مطالعه موردی: دشت یزد- اردکان). خشک­بوم، (2)3: 83-72.
  10. مصدقی، م. ر. 1389. دستور کار آزمایشگاه رابطه آب و خاک و گیاه. گروه خاکشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان، 39 ص.
  11. مهدوی اردکانی، س. ر.، جعفری، م.، ضرغام، ن.، زارع چاهوکی، م. ع.، باغستانی میبدی، ن. و طویلی، ع. 1389. بررسی تأثیر گونه­های گز، تاغ و اشنان بر خاک در منطقه چاه افضل یزد. جنگل ایران، انجمن جنگلبانی ایران، (4)2: 365-357.
  12. Abuduwailli J, Gabchenko, M. V, Xu J R. 2008. Eolian transport of salts - a case study in the area of Lake Ebinur (Xinjiang, Northwest China). Journal of Arid Environments, 72: 1843−1852.
  13. Amezketa, E. 2007. Soil salinity assessment using directed soil sampling from a geophysical survey with electromagnetic technology: a case study. Spanish Journal of Agricultural Research, 5(1): 91-101.
  14. Corwin, D. L. and Lesch, S. M. 2005. Characterizing soil spatial variability with apparent soil electrical conductivity Part II. Case study. Computers and Electronics in Agriculture, 46: 135–152.
  15. Erdinger L, Eckl P, Ingel F. 2004. The Aral Sea disaster - human biomonitoring of Hg, As, HCB, DDE, and PCBs in children living in Aralsk and Akchi, Kazakhstan. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 207: 541−547.
  16. Ganjegunte, G. K., Sheng, Z. and Clark, J. A. 2012. Soil salinity and sodicity appraisal by electromagnetic induction in soils irrigated to grow cotton. Land degradation & development, 25 (3): 228-235.
  17. Husaker, D. J., El-Shikha, D. M., Clarke, T. R., French, A. N. and Thorp, K. R. 2009. Using ESAP software for predicting the spatial distributions of NDVI and transpiration of cotton. Agricultural Water Management, 96: 1293–1304.
  18. Koganti, T., Moral, F. J., Rebollo, F.J., Huang, J. and Triantafilis, J. 2017. Mapping cation exchange capacity using a Veris-3100 instrument and invVERIS modelling software. Science of the Total Environment, 599–600: 2156–2165.
  19. Lesch, S. M., Rhoades, J. D. and Corwin, L. C. 2000. ESAP-95 Version 2.01R User Manual and Tutorial Guide. United States Department of Agriculture, Salinity Laboratory, Research Report, 146, 161 p.
  20. McNeill, J. D. 1992. Rapid, accurate mapping of soil salinity by electromagnetic ground conductivity meters. In: Advances in Measurement of Soil Physical Properties: Bringing Theory into Practice. Spec. Publ. 30, SSSA, Madison, WI, pp. 209–229.
  21. O’Leary, G. 2006. Standards for Electromagnetic Induction mapping in the grains industry. The Grains Research and Development Corporation (GRDC) Precision Agriculture Manual, Victorian Department of Primary Industries, Australia.
  22. Rhoades, J. D., Chanduvi, F. and Lesch, S. 1999. Soil Salinity Assessment, Methods and interpretation of electrical conductivity measurements. Food and Agriculture Organization (FAO), Irrigation and drainage paper, 57, Rome.
  23. Sudduth, K. A., Drummond, S. T. and Kitchen, N. R. 2001. Accuracy issues in electromagnetic induction sensing of soil electrical conductivity for precision agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, 31: 239–264.
  24. Sudduth, K. A., Kitchen, N. R. and Drummond, S. T. 2017. Inversion of soil electrical conductivity data to estimate layered soil properties. Advances in Animal Biosciences: Precision Agriculture (ECPA), 8(2): 433–438.
  25. Zare, E., Huang, J., Monteiro Santos, F. A., and Triantafilis, J. 2015. Mapping Salinity in Three Dimensions using a DUALEM-421 and Electromagnetic Inversion Software. Soil Science Society of America Journal, Pedology, 15: 1729-1740.
  26. Zia, S., Wenyong, D., Spreer, W., He, X., and Müller, J. 2010. Mapping of soil salinity and clay content based on electromagnetic induction measurements by EM38. XVIIth World Congress of the International Commission of Agricultural and Biosystems Engineering (CIGR), Canadian Society for Bioengineering, Québec City, Canada, June 13-17, 10 p.