پیدایش و طبقه بندی خاکها
اعظم جعفری؛ فریدون سرمدیان؛ احمد حیدری؛ زهرا رسائی
چکیده
دادههای خاک مانند هر داده مکانی ممکن است دارای خودهمبستگی مکانی باشند. اگر این وابستگی مکانی در باقیمانده‌های یک مدل آماری مشاهده شود، یکی از فرضیه‌های کلیدی آنالیز آماری که شامل استقلال و توزیع یکنواخت باقیمانده‌ها است، نقض میشود. معمولا الگوریتم‌های یادگیری ماشین، خودهمبستگی مکانی در داده-های خاک را درنظر نمی‌گیرند. مطالعه ...
بیشتر
دادههای خاک مانند هر داده مکانی ممکن است دارای خودهمبستگی مکانی باشند. اگر این وابستگی مکانی در باقیمانده‌های یک مدل آماری مشاهده شود، یکی از فرضیه‌های کلیدی آنالیز آماری که شامل استقلال و توزیع یکنواخت باقیمانده‌ها است، نقض میشود. معمولا الگوریتم‌های یادگیری ماشین، خودهمبستگی مکانی در داده-های خاک را درنظر نمی‌گیرند. مطالعه حاضر سعی دارد خودهمبستگی مکانی را به عنوان یک متغیر مستقل در مدلسازی تخمین شوری خاک لحاظ کند و نتایج تخمین را بررسی کند. بدین منظور، شوری خاک سطحی در 297 نقطه در منطقه آبیک قزوین اندازهگیری شد و متغیرهای محیطی مهم انتخاب شدند. سپس یک مدل غیرمکانی حداقل مربعات معمولی و یک مدل رگرسیون مکانی بر دادههای شوری خاک برازش داده شد. از دو شاخص موران و جری برای تشخیص خودهمبستگی مکانی استفاده گردید. نقشه توزیع مکانی شوری خاک در منطقه آبیک قزوین نشان میدهد در بخش‌های شمالی، شمال شرق و شمال غرب به سمت مرکز منطقه مورد مطالعه میزان شوری خاک کم بوده و بیشترین مقدار و محدودیت شوری در مناطق جنوب و جنوب شرقی دیده میشود. مقدار شاخص موران 57/0 و مقدار شاخص جری 4/0 به دست آمد که براساس هر دو شاخص، ویژگی شوری خاک در منطقه مورد نظر دارای خودهمبستگی مکانی است. با وارد کردن خودهمبستگی مکانی در مدل رگرسیون مکانی در مقایسه با مدل غیرمکانی نتایج پیش‌بینی بهبود یافت. با لحاظ کردن خودهمبستگی مکانی، مقدار R2 افزایش، درحالیکه مقادیر AIC، خودهمبستگی مکانی باقیمانده‌ها و RMSE کاهش یافت. به نظر می‌رسد ادغام خودهمبستگی مکانی در مدلسازی خصوصیات خاک امری ضروری است و باید در نظر گرفته شود.
پیدایش و طبقه بندی خاکها
وحیده صادقی زاده؛ سید علی ابطحی؛ مجید باقرنژاد؛ اعظم جعفری؛ سید علی اکبر موسوی
چکیده
تعداد متغیرهای محیطی مورد استفاده برای نقشه‌برداری رقومی خاک به سرعت افزایش یافته است، که انتخاب و تمرکز بر روی مهم‌ترین متغیرهای کمکی را با چالش روبه‌رو کرده است. از طرفی، شناسایی همه متغیرهای محیطی به منظور دستیابی به اطلاعات مکانی برای بهبود پیش‌بینی‌ها، سودمند است. در این راستا، الگوریتم‌های انتخاب ویژگی با شناسایی متغیرهای ...
بیشتر
تعداد متغیرهای محیطی مورد استفاده برای نقشه‌برداری رقومی خاک به سرعت افزایش یافته است، که انتخاب و تمرکز بر روی مهم‌ترین متغیرهای کمکی را با چالش روبه‌رو کرده است. از طرفی، شناسایی همه متغیرهای محیطی به منظور دستیابی به اطلاعات مکانی برای بهبود پیش‌بینی‌ها، سودمند است. در این راستا، الگوریتم‌های انتخاب ویژگی با شناسایی متغیرهای کمکی مرتبط، به کاهش ابعاد مدل پیش‌بینی کننده کمک می‌کنند. در مطالعه حاضر، چهار تکنیک مختلف انتخاب ویژگی شامل عامل تورم واریانس (VIF)، تجزیه مولفه‌های اصلی (PCA)، باروتا (Boruta) و حذف ویژگی بازگشتی (RFE) به منظور تولید مجموعه‌ای بهینه از متغیرهای کمکی، برای پیش‌بینی مکانی کلاس‌های خاک در سطح گروه بزرگ به کمک مدل جنگل تصادفی بکار گرفته شد. مقایسه تکنیک‌های مختلف انتخاب ویژگی در تخمین کلاس‌های خاک، با استفاده از معیارهای ارزیابی دقت و ضریب کاپا بین مقادیر مشاهده‌شده و پیش‌بینی‌شده، انجام شد. نتایج نشان داد، با استفاده از متغیرهای انتخاب شده توسط روشهای مختلف انتخاب ویژگی نسبت به کاربرد همه متغیرها در مدل، دقت پیش‌بینی تا حدودی افزایش یافت. همچنین در میان چهار رویکرد انتخاب ویژگی، بهبود عملکرد پیش‌بینی متفاوت بود. روش VIF و PCA به ترتیب بیشترین و کمترین دقت و ضریب کاپا را داشتند، در حالی که روش باروتا با کمترین تعداد متغیر توانست بعد از VIF عملکرد مدل را بهبود بخشد. به‌طور کلی یافته‌ها نشان داد، کاربرد روشهای انتخاب ویژگی می‌تواند از وابستگی قابل‌توجه متغیرهای کمکی مربوطه برای پیش‌بینی کلاس‌های خاک استفاده کند و دقت مدلسازی را بهبود بخشد.
احسان غجه پور؛ وحیدرضا جلالی؛ اعظم جعفری؛ مجید محمودآبادی
چکیده
آگاهی داشتن از نحوه تغییرپذیری متغیرهای خاکی یکی از پیش‌شرط‌های مدیریت صحیح منابع کودی در یک کشاورزی پایدار قلمداد می گردد. لذا هدف از این پژوهش ارائه روشی نوین برای ارزیابی تغییرات مکانی برخی از ویژگیهای شیمیایی خاک با استفاده از تابع مفصل میباشد. بدین منظور با استفاده از روش شبکهبندی، نمونهبرداری از منطقهای به وسعت 484 هکتار در ...
بیشتر
آگاهی داشتن از نحوه تغییرپذیری متغیرهای خاکی یکی از پیش‌شرط‌های مدیریت صحیح منابع کودی در یک کشاورزی پایدار قلمداد می گردد. لذا هدف از این پژوهش ارائه روشی نوین برای ارزیابی تغییرات مکانی برخی از ویژگیهای شیمیایی خاک با استفاده از تابع مفصل میباشد. بدین منظور با استفاده از روش شبکهبندی، نمونهبرداری از منطقهای به وسعت 484 هکتار در 10 کیلومتری غرب شهرستان بافت صورت گرفت، بدین صورت که منطقه به طور کاملاً منظم تقسیمبندی شد که مساحت هر شبکه 4 هکتار بود. سپس از هر شبکه به طور تصادفی یک نمونه خاک و در مجموع 121 نمونه از لایه سطحی خاک تهیه شد. پس از هوا خشک نمودن نمونهها و عبور از الک 2 میلیمتری، فسفر قابل جذب و پتاسیم قابل جذب اندازهگیری شد. برای درونیابی به روش تابع مفصل از چهار تابع مفصل ارشمیدسی شامل توابع کلایتون، فرانک، گامبل و جو استفاده شد. تحلیل نتایج با استفاده از معیارهای میانگین ریشه دوم مربعات استاندارد (RMSE)، ضریب تبیین (R2)، میانگین خطای مطلق(MAE) و میانگین خطای انحراف (MBE) با درونیابهای انواع کریجینگ و روش IDW مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که روش وزن دهی عکس فاصله (IDW) با دارا بودن مقدار ضریب همبستگی (76/0=R2) و ریشه مجموع مربعات خطا (93/2=RMSE) ضعیفترین تخمینها را ارائه داده است در حالی که روش تابع مفصل میانه با دارا بودن 84/0=R2 و 59/2=RMSE بهترین دقت در انجام تخمین ها را ارائه نمود و بنابراین می تواند جایگزین خوبی برای روشهای کلاسیک میانیابی قلمداد گردد.
پیدایش و طبقه بندی خاکها
فریده عباس زاده افشار؛ شمس اله ایوبی؛ اعظم جعفری
چکیده
نقشه توزیع مکانی کلاس‌های خاک برای استفاده مناسب از خاک و تصمیمگیریهای مدیریتی مهم است. نقشه‌برداری رقومی خاک می‌تواند توزیع مکانی از کلاس‌های خاک را به صورت کمّی پیش‌بینی کند. ماشین یادگیری اصطلاح کلی برای مجموعه گستردهای از مدلها برای کشف الگوهای موجود در دادهها و پیش‌بینی متغیرهای مورد مطالعه است. این ...
بیشتر
نقشه توزیع مکانی کلاس‌های خاک برای استفاده مناسب از خاک و تصمیمگیریهای مدیریتی مهم است. نقشه‌برداری رقومی خاک می‌تواند توزیع مکانی از کلاس‌های خاک را به صورت کمّی پیش‌بینی کند. ماشین یادگیری اصطلاح کلی برای مجموعه گستردهای از مدلها برای کشف الگوهای موجود در دادهها و پیش‌بینی متغیرهای مورد مطالعه است. این مطالعه با هدف مقایسه سه مدل رگرسیون لجستیک چندجملهای، رگرسیون درختی توسعهیافته و درخت تصمیم و کارایی آنها در پیش‌بینی گروه بزرگهای خاک در منطقه بم استان کرمان طراحی گردید. یک طرح نمونهبرداری طبقه‌بندی شده تصادفی در منطقهای به مساحت صد هزار هکتار تعریف شد و در نهایت، ۱۲6 خاکرخ حفر و بر اساس سیستم طبقه‌بندی آمریکایی تشریح و طبقه‌بندی گردید. نتایج حاصل از مدلسازی نشان داد که نقشه سطوح ژئومرفولوژی، یک ابزار مهم در روشهای نقشه‌برداری رقومی خاک است که به افزایش دقت پیش‌بینی کمک می‌کند. پس از سطوح ژئومرفیک، اجزای سرزمین و شاخصهای سنجش از دور بهعنوان پارامترهای کمکی مؤثر شناخته شدند. نتایج مقایسه دقت ارزیابی مدلها نشان داد که بهترین پیش‌بینی مربوط به مدل درخت تصمیم است. این نتایج نشان میدهد که ساختار درختی ایجادشده بین متغیر هدف و متغیرهای انتخابشده در مدل باعث افزایش دقت این مدل نسبت به مدلهای رگرسیونی شده است. نتایج کلی نشان داد که نقشه‌برداری رقومی خاک، می‌تواند به عنوان یک روش ارزیابی منابع خاک استفاده شود. علاوه بر این، قابلیت اطمینان نقشههای برآوردشده می‌تواند شروع یک بحث جدید بین متخصصان منابع زمین و خاکشناسان باشد. این اطلاعات همچنین می‌تواند برای تکمیل مجموعه دادههای موجود در کشور نیز استفاده شوند.
شیمی و آلودگی خاک
مرضیه آیینه حیدری؛ مجید حجازی مهریزی؛ اعظم جعفری؛ مریم یوسفی فرد
چکیده
در ارزیابی کیفیت محیطزیست مناطق آلوده، قابلیت دسترسی فلزات سنگین برای گیاهان از اهمیت زیادی برخوردار است. هدف از این پژوهش، بررسی وضعیت آلودگی در ریزوسفر خاکهای اطراف کارخانه زغالشویی زرند به فلزات مس، روی، سرب و کادمیوم بر اساس قابلیت جذب فلزات سنگین و غلظت کل میباشد. در این مطالعه چهار منطقه بر اساس پوشش گیاهی غالب، تفکیک ...
بیشتر
در ارزیابی کیفیت محیطزیست مناطق آلوده، قابلیت دسترسی فلزات سنگین برای گیاهان از اهمیت زیادی برخوردار است. هدف از این پژوهش، بررسی وضعیت آلودگی در ریزوسفر خاکهای اطراف کارخانه زغالشویی زرند به فلزات مس، روی، سرب و کادمیوم بر اساس قابلیت جذب فلزات سنگین و غلظت کل میباشد. در این مطالعه چهار منطقه بر اساس پوشش گیاهی غالب، تفکیک و نمونهبرداری مرکب (5 نمونه در هر نقطه) از 135 نقطه به طور سیستماتیک انجام شد. نمونههای خاک بعد از خشک شدن در معرض هوا و عبور از الک دومیلیمتری به آزمایشگاه انتقال یافتند. شکل قابل دسترس فلزات مس، روی، سرب و کادمیوم با استفاده از محلول 005/0 مولار DTPA-TEA در pH برابر با 3/7 استخراج و برای تعیین غلظت کل فلزات، از اسید نیتریک 5 نرمال استفاده شد و غلظت آنها با استفاده از دستگاه جذب اتمی تعیین گردید. بر اساس غلظت کل فلزات، شاخص زمین انباشتگی، فاکتور آلودگی و بار آلودگی برای هر چهار منطقه تعیین شدند. نتایج نشان داد که غلظت قابلدسترس فلزات مس، روی، کادمیوم و سرب در هر چهار ناحیه از استاندارد ارایه شده توسط سازمان محیط زیست ایران بیشتر بود. نتایج نشان داد که براساس شاخص زمین انباشتگی، هر 4 ناحیه مورد مطالعه دارای آلودگی شدید مس و سرب هستند، در حالیکه روی و کادمیوم در محدوده غیرآلوده تا کمی آلوده قرار دارند. شاخص بار آلودگی بیشتر از یک در تمامی نواحی مورد مطالعه نشان دهنده تاثیر منابع انسانی علاوه بر منابع طبیعی بر افزایش غلظت فلزات مس، روی، سرب و کادمیوم در خاک است.
هاشم شمس الدین؛ وحیدرضا جلالی؛ اعظم جعفری
چکیده
فلزات سنگین در همه خاکها وجود دارند ولی آلودگی خاک به این فلزات، به دلیل فعالیت‌های بشری روند نگران‌کننده‌ای به خود گرفته است. هدف این مطالعه بررسی وضعیت فلزات سنگین آرسنیک، سرب، کادمیوم، روی و مس در خاکهای اطراف مجتمع مس سرچشمه به کمک شاخصهای زیست محیطی میباشد. تعداد 100 نمونه خاک سطحی از خاکهای اطراف معدن و مجتمع فرآوری ...
بیشتر
فلزات سنگین در همه خاکها وجود دارند ولی آلودگی خاک به این فلزات، به دلیل فعالیت‌های بشری روند نگران‌کننده‌ای به خود گرفته است. هدف این مطالعه بررسی وضعیت فلزات سنگین آرسنیک، سرب، کادمیوم، روی و مس در خاکهای اطراف مجتمع مس سرچشمه به کمک شاخصهای زیست محیطی میباشد. تعداد 100 نمونه خاک سطحی از خاکهای اطراف معدن و مجتمع فرآوری برداشته شد و با استفاده از روش هضم چهار اسید و به کمک دستگاه (ICP-OES) غلظت کل فلزات سنگین اندازهگیری شد. شاخصهای زمینانباشتگی، فاکتور غنیشدگی و شاخص بار آلودگی جهت تعیین میزان آلودگی منطقه مورد مطالعه بکار برده شد. نتایج نشان داد میانگین غلظت فلزات سنگین بیشتر از غلظت زمینه است که بیانگر ورود عناصر از منابع آنتروپوژنیکی در منطقه است. همچنین غلظت بالای عناصر مورد بررسی به استثناء آرسنیک، در نزدیک معدن و کارخانه مشاهده شد. در حالیکه بیشترین غلظت آرسنیک در شمال غربی منطقه تعیین شد. میزان شاخص زمینانباشتگی برای همه فلزات در اطراف معدن و کارخانه بیشتر از 3 به دست آمد که نشان میدهد خاک دچار آلودگی شدید تا خیلی شدید به ویژه از نظر کادمیوم و آرسنیک محسوب میشود. مقادیر منفی شاخص زمینانباشتگی در مناطق مسکونی مشاهده گردید که در کلاس پاک قرار میگیرند. فاکتور آلودگی برای کادمیوم، بیشترین آلودگی و برای روی، کمترین آلودگی را در منطقه نشان داد. تجزیه و تحلیل نقشه پهنهبندی شاخص بار آلودگی نشان داد که بیشترین آلودگی در اطراف معدن و سپس در اطراف کارخانه میباشد و با افزایش فاصله، غلظت آلودگی به تدریج کمتر میشود.
مریم معینی؛ مجید حجازی مهریزی؛ اعظم جعفری
چکیده
تعیین شکلهای شیمیایی فسفر در خاک اطلاعات مفیدی را در ارتباط با تغذیه فسفر فراهم میآورد. این مطالعه به صورت دو عاملی در سه تکرار و در قالب طرح کاملاً تصادفی با هدف بررسی تأثیر کاربرد تلفیقی منابع آلی و معدنی فسفر بر شکلهای شیمیایی فسفر در یک خاک شور و ارتباط آنها با جذب فسفر توسط گندم انجام شد. مقدار 100 میلیگرم بر کیلوگرم ...
بیشتر
تعیین شکلهای شیمیایی فسفر در خاک اطلاعات مفیدی را در ارتباط با تغذیه فسفر فراهم میآورد. این مطالعه به صورت دو عاملی در سه تکرار و در قالب طرح کاملاً تصادفی با هدف بررسی تأثیر کاربرد تلفیقی منابع آلی و معدنی فسفر بر شکلهای شیمیایی فسفر در یک خاک شور و ارتباط آنها با جذب فسفر توسط گندم انجام شد. مقدار 100 میلیگرم بر کیلوگرم فسفر از منبع آلی (لجن فاضلاب شهری) و مبنع معدنی (سوپرفسفاتتریپل) و مخلوط آنها به یک خاک با کمبود فسفر و شوری 6 دسیزیمنس بر متر افزوده و رقم گندم ماهوتی در آنها کشت شد. نتایج نشان داد که در ماههای اول و دوم تفاوتی بین تیمارهای کودی با تیمار شاهد از لحاظ خصوصیات رشدی گندم وجود نداشت در حالیکه در ماه سوم کاربرد لجن فاضلاب به صورت مستقل و تلفیقی با کود فسفری سبب افزایش ارتفاع، وزنتر و وزن خشک شاخسار در مقایسه با تیمار شاهد شد. در تمامی تیمارها، فسفر قابل استخراج با آب کمترین و فسفر قابل استخراج با اسید بیشترین مقدار را در بین شکلهای فسفر معدنی به خود اختصاص داد. کاربرد تلفیقی لجن فاضلاب با کود فسفری بیشترین تأثیر را بر NaHCO3-P داشت به طوریکه سبب افزایش 39/1 برابری در H2O-P، 93/1 برابری در NaHCO3-P، 67/0 برابری در NaOH-P و 00/1 برابری در HCl-P در مقایسه با تیمار شاهد گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که کاربرد تلفیقی لجن فاضلاب و کود فسفری تأثیر بهتری در افزایش فراهمی فسفر و رشد گندم در شرایط شور دارد.
روح الله تقی زاده مهرجردی؛ فریدون سرمدیان؛ علی اصغر ذوالفقاری؛ اعظم جعفری
چکیده
اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در سطوح وسیع، بسیار پرهزینه و وقت گیر است. برآورد این خصوصیت بهوسیله ویژگیهای زودیافت خاک، از طریق روشهای پارامتریک و غیرپارامتریک (توابع انتقالی) می‌تواند رویکرد مناسبی باشد. در این پژوهش، روش پارامتریک رگرسیون‌های خطی و غیر خطی و روشهای غیر پارامتریک شبکه‌های عصبی مصنوعی، رگرسیون درختی ...
بیشتر
اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در سطوح وسیع، بسیار پرهزینه و وقت گیر است. برآورد این خصوصیت بهوسیله ویژگیهای زودیافت خاک، از طریق روشهای پارامتریک و غیرپارامتریک (توابع انتقالی) می‌تواند رویکرد مناسبی باشد. در این پژوهش، روش پارامتریک رگرسیون‌های خطی و غیر خطی و روشهای غیر پارامتریک شبکه‌های عصبی مصنوعی، رگرسیون درختی و فازی عصبی در تخمین ظرفیت تبادل کاتیونی خاک مورد استفاده قرار گرفت. برای این منظور 1770 نمونه خاک از مناطق مختلف ایران انتخاب شدند که 1414 عدد برای آموزش و 356 عدد از آنها به عنوان دادههای آزمون مدلها استفاده شدند. بررسی همبستگی‌ها نشان داد که پارامترهای رس و درصد ماده آلی خاک بیشترین ارتباط را با ظرفیت تبادل کاتیونی خاک دارند؛ بنابراین این ویژگیها به عنوان متغیر مستقل ورودی (ویژگی زودیافت) و ظرفیت تبادل کاتیونی به عنوان متغیر وابسته خروجی انتخاب شدند. ریشه میانگین مربعات خطا و ضریب تبیین در روش رگرسیون خطی برابر 74/4 و 50/0 و در روش رگرسیون غیر خطی برابر 71/4 و 52/0 بود که نشان میدهد که هر دو روش با دقت نسبتاً خوب و یکسانی قادر به پیش‌بینی ظرفیت تبادل کاتیونی خاک می‌باشند؛ همچنین نتایج نشان داد که روش رگرسیون غیر خطی فقط سبب بهبود 6/0 درصدی دقت پیش‌بینی ظرفیت تبادل کاتیونی خاک شده است. نتایج نشان داد که استفاده از روشهای شبکه عصبی مصنوعی سبب بهبود معنی‌داری در دقت برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی خاک نمی‌شود. بیشترین بهبود در پیش‌بینی مدل به نسبت توابع انتقالی خطی در روش شبکه عصبی پس انتشار مشاهده شد. این روش سبب بهبود 3 درصدی پیش‌بینی ظرفیت تبادل کاتیونی خاک گردید. دقت برآورد روش درخت تصمیم، اندک بهتری از روشهای شبکه عصبی مصنوعی بود. بهبود نسبی این روش نسبت به رگرسیون خطی برابر با 4/4 درصد بود؛ اما بیشترین بهبود نسبی در روش فازی عصبی مشاهده شد. این روش سبب کاهش 15 درصدی خطا به نسبت معادلات رگرسیونی خطی گردید؛ لذا این نتایج نشان میدهد که یکی از بهترین روشها در پیش‌بینی ظرفیت تبادل کاتیونی خاکهای ایران، روش فازی عصبی میباشد.
