به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « نقشه های رقومی » در نشریات گروه « آب و خاک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «نقشه های رقومی» در نشریات گروه «کشاورزی»
  • زهره مصلح قهفرخی*، ابوالفضل آزادی

    با توجه به اینکه دقت و صحت تمام اطلاعات خاک شناسی وابسته به بهترین گمانه زنی در مورد مکان تغییرات خاک ها در قالب تعیین الگوی نمونه برداری می باشد، انتخاب روشی کارآمد که بتواند به بهترین شکل این تغییرات را رصد نماید بسیار حائز اهمیت است. تاکنون مطالعات اندکی در رابطه با بررسی تاثیر تصادفی بودن انتخاب نمونه ها در روش فرامکعب لاتین بر صحت نقشه ها انجام شده است. این مطالعه با هدف ارزیابی دقت روش فرامکعب لاتین در انتخاب موقعیت نمونه برداری به منظور انجام مطالعات نقشه برداری رقومی خاک در منطقه ای از شهرستان بروجن در استان چهارمحال و بختیاری انجام شد. با توجه به اینکه، چندین مرتبه نمونه برداری میدانی برای ارزیابی روش نمونه برداری خاک امری غیرمنطقی است در این پژوهش تلاش گردید تا از روش های شبیه سازی بر اساس نقشه هایی با صحت بسیار بالا برای این منظور استفاده شود. فاصله باهاتاچاریا برای کمی سازی فاصله بین توزیع احتمال جامعه اصلی و اجراهای مختلف روش فرامکعب لاتین استفاده گردید. نقشه ویژگی های خاک (درصد کربنات کلسیم معادل، رس و کربن آلی) عمق سطحی (صفر تا 30 سانتی متر) با استفاده از روش ماشین بردار پشتیبان تهیه گردید و اعتبارسنجی شد. علاوه بر آن، انتخاب موقعیت نقاط نمونه برداری با استقاده از روش فرامکعب لاتین با تراکم 200 نقطه با 500 مرتبه اجرا انجام گردید. در هر مرحله، اعتبارسنجی برای پیش بینی ویژگی های خاک با استفاده از R2، RMSE و %RMSE انجام شد. نتایج نشان داد که برای تمامی ویژگی های مورد بررسی، مدل ماشین بردار پشتیبان از صحت قابل قبولی (%RMSE کمتر از 40) برخوردار می باشد. از سوی دیگر، نتایج گویای آن است که خروجی های مختلف روش فرامکعب لاتین در اجراهای مختلف آن بر صحت مدلسازی تاثیرگذار است و مقادیر RMSE مدل در حالت های مختلف برای درصد کربنات کلسیم معادل، رس و کربن آلی به ترتیب از 1/1، 1/1 و 02/0 تا 2/3، 2 و 12/0 متغیر است. اگرچه این موضوع متاثر از ویژگی مورد بررسی و میزان تغییرات آن در منطقه مورد مطالعه نیز می باشد.

    کلید واژگان: فاصله باهاتاچاریا, ماشین بردار پشتیبان, موقعیت نمونه, نقشه برداری رقومی}
    Z. Mosleh Ghahfarokhi *, A. Azadi
    Introduction

    Soil properties play a crucial role as they determine the soil's suitability for different types of plant growth, ecosystems, and biota functioning. They have a significant impact on nutrient cycling, carbon sequestration, and soil management. Digital Soil Mapping (DSM) is a process aimed at delineating soil properties. Soil sampling for DSM serves as  a fundamental  step in improving prediction accuracy and is crucial for incorporating variability in terms of environmental covariates. Conditioned Latin Hypercube (CLH) sampling is a technique utilized to generate a sample of points from a multivariate distribution conditioned on one or more covariates. Numerous researchers (Ramirez-Lopez et al., 2014; Adhikari et al., 2017; Zhang et al., 2022) have endorsed this approach in their studies, following its inception by Minasny and McBratney in 2006. However, there has been limited research to date on the impact of the Latin hypercube method's random sample selection process on the accuracy of resulting maps. Hence, the central question remains: Is the Latin hypercube sampling method, which is currently widely adopted, always a dependable approach in this field?

    Materials and Methods

    The study area covers longitudes 50°35'47'' to 51°29'' east and latitudes 31°36''31'' to 32°15'48'' north in Borujen city, Chaharmahal, and Bakhtiari Province. The region, with an average elevation of 2338 meters above sea level, receives an annual rainfall of 250 millimeters and maintains an average temperature of 11.5 degrees centigrade. In this investigation, inherited data from soil studies were utilized, consisting of 250 samples distributed across the study area. In this research, the studied characteristics included percentage of equivalent calcium carbonate, clay, and soil organic carbon at a depth of 0 to 30 cm. Land component variables were extracted using the Alus Palsar digital elevation model with a spatial resolution of 12.5 meters. In the initial stage, digital maps of equivalent calcium carbonate, clay, and soil organic carbon were generated using the support vector machine method. The modeling process proceeded until a highly accurate model was achieved, with the root mean square error percentage (RMSE%) being less than 40. The Latin hypercube approach was utilized for sample design, with 500 repetitions in this study. After selecting sampling points for each run using the Latin hypercube method, these points were mapped onto a detailed map, and the corresponding feature values were retrieved. The final map was created based on the extracted points. Subsequently, the latin hypercube approach was employed to generate soil property maps for each selected dataset. Validation was conducted using criteria such as the coefficient of explanation, root mean square error, and root mean square error in multiple iterations to ensure the accuracy of the generated maps.

    Results and Discussion

    The results distinctly illustrates the varied selection of sampling positions with each implementation of the Latin hypercube method. It is important to note that there may be some overlaps in different implementations. Consequently, the primary question arises: Is a one-time execution of the Latin hypercube sufficient for selecting study points? The findings indicate that the support vector machine model achieves satisfactory accuracy for all the examined characteristics. In the studied area, the environmental factors such as slope and elevation were identified as a significant predictors for estimating percentage of equivalent calcium carbonate.

    Conclusion

    In the present study, the accuracy of the latin hypercube method was assessed for selecting sampling location for digital soil mapping endeavors in Chaharmahal and Bakhtiari Province. Given the impracticality of collecting numerous field samples to evaluate the soil sampling method, this research aimed to employ simulation methods based on highly accurate maps for this purpose. The results indicate that the different outputs of the Latin hypercube method influence the accuracy of modeling, although this effect is also influenced by the specific feature under investigation and the extent of its variability within the study area.  Considering that the Latin hypercube method is based on the principle that samples are randomly selected in each class of environmental parameters, it is suggested that future studies using this method should account for this principle. Adequate consideration should be given, and the selection of sampling locations should rely on multiple implementations of the Bhattacharya distance method to ensure robustness and reliability.

    Keywords: Bhattacharyya Distance, Digital Soil Mapping, Sampling Position, Support Vector Machine}
  • لیلا جهانبازی، احمد حیدری*، محمدحسین محمدی
    هدف این مطالعه بررسی تغییرات مکانی شوری خاک با استفاده از مدل RF در بخشی از دشت ایوانکی (استان سمنان، 1398) بود. تعداد 104 نمونه به روش شبکه (فاصله 100 متر)، از 105 هکتار خاک های، واقع بر روی مارن و آبرفت های سنگریزه دار و کاربری پسته کاری با آبیاری جویچه ای و اراضی رها انجام شد. بیشترین EC خاک در اراضی رها شده و باغ پسته به ترتیب 2/173و 34 dSm-1 بود. عوامل شوری مواد مادری، کیفیت آب آبیاری، PET زیاد و خیز مویینه املاح بود. ضریب تبیین (R2) نقشه پیش بینی شوری توسط مدل RF مساوی 49/0 و مهم ترین شاخص های کمکی، شوری نرمال شده، خیسی توپوگرافی، سطح مبنای زهکش، پوشش گیاهی نرمال شده و پوشش گیاهی تعدیل شده خاک بودند. شاخص های نسبت طیفی داده های لندست 8، در پیش بینی تغییرات شوری اهمیت زیادی داشتند. از 5 متغیر کمکی موثر در مدل، 3 متغیر مربوط به شاخص های نسبت طیفی بود. دلیل اهمیت شاخص های نسبت طیفی در مدل، تجمع نمک در سطح خاک، و کاهش سهم متغیرهای زمین نما به دلیل مسطح بودن منطقه بود. کاربرد NDVI به تنهایی برای مطالعات شوری کافی نیست و استفاده از شاخص های شوری و رطوبت برای پیش بینی صحیح ضروری است. بررسی همبستگی بین متغیر های کمکی و اجرای مدل حذف برگشتی نشان داد که متغیرهای کمکی زیاد، سبب افزایش پیچیدگی و خطا در پیش بینی می شود. روش حذف برگشتی با شناسایی مهم ترین متغیرها به ساده سازی مدل کمک کرد. نقشه پیش بینی شوری با مدل جنگل تصادفی با مشاهدات میدانی تطابق داشت و منطقه بحرانی شوری را به خوبی مشخص نمود.
    کلید واژگان: آبیاری جویچه ای, تغییرات مکانی, خصوصیات خاک, نسبت طیفی, نقشه برداری رقومی}
    Leila Jahanbazi, Ahmad Heidari *, Mohammad Hosein Mohammadi
    This study aimed to investigate the spatial changes of soil salinity using RF model in a part of Eyvanekey Plain (Semnan Province 2018). Grid sampling with 100 m intervals (106 samples) was taken from 105 ha of soils developed on marl and gravely alluviums. The land uses were pistachio plantations with furrow irrigation and abandoned land. The maximum EC was (173.2 and 34 dS/m) in the abandoned and furrow irrigation pistachio plantations respectively. The main factors of salinization were saline marls, saline irrigation water, and high PET. The R2 for the salinity prediction map by RF model was 0.49, and the most important covariates were normalized difference salinity index (NDSI), topographic wetness index (TWI), Channel Network Base Level (CNBL), normalized difference vegetation index (NDVI), and modified soil vegetation index (SAVI). Spectral ratio indices derived from Landsat 8 contributed the most to the soil salinity prediction. Out of 5 main auxiliary variables, 3 variables are related to spectral ratio indices and the reason was the presence of salt on the soil in the studied area. Using NDVI with other salinity and moisture indices improved the salinity prediction model. Examining the results of covariates correlation and the implementation of recursive feature elimination showed that many covariates increase model complexity and prediction error. Recursive feature elimination helped to simplify the model by identifying the most important covariates. The salinity prediction map by random forest was consistent with the field observations and clearly defined the critical saline area.
    Keywords: Digital Soil Mapping, Furrow Irrigation, Soil Properties, Spatial Changes, Spectral Ratio}
  • پگاه خسروانی، مجید باقرنژاد*، سید علی اکبر موسوی، سید رشید فلاح شمسی

    بافت به عنوان یکی از ویژگی های موثر بر وضعیت هیدرولوژیکی و مکانیکی خاک از اهمیت ویژه ای برای رشد گیاهان برخوردار است. بنابراین، مطالعه حاضر با هدف مدل سازی مکانی ذرات خاک شامل شن، سیلت و رس با استفاده از مدل های یادگیری ماشین جنگل تصادفی (RF)، رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) و مدل زمین اماری کوکریگینگ (Co-Kriging) و نقشه مدل رقومی ارتفاع و تصاویر ماهواره ای با وضوح مکانی بالا در دشت مرودشت استان فارس انجام گرفت. مطالعات میدانی شامل حفر 200 پروفیل مشاهداتی براساس روش نمونه برداری ابر مکعب لاتین (cLHS) و نمونه برداری از دو عمق، سطحی (30 سانتی متر) و زیرسطحی (60-30 سانتی متر) بود. طیف وسیعی از متغیرهای کمکی با دسترسی آسان شامل پارامترهای توپوگرافی و شاخص های سنجش از دور به عنوان پیش بینی کننده های محیطی با وضوح مکانی 30 متر تهیه گردید. مناسب ترین متغیرهای کمکی با استفاده از آزمون هم خطی توسط شاخص تورم واریانس (VIF) و سپس رویکرد انتخاب متغیر باروتا انتخاب شد. نتایج نشان داد که مدل RF نسبت به مدل های SVR و Co-Kriging دارای عملکرد بهتر و دقت بیشتر برای پیش بینی هر سه ذره شن، سیلت و رس است. ضریب تبیین (R2) پیش بینی شده برای رس در عمق سطحی و زیر سطحی به ترتیب 52/0 و 49/0، برای سیلت 48/0 و 64/0 و برای شن 54/0 و 36/0 درصد محاسبه شد. همچنین متغیر عمق دره مهمترین متغیر در پیش بینی توزیع مکانی شن، سیلت و رس شناسائی شد. تهیه نقشه توزیع مکانی اندازه ذرات خاک حاصل می تواند منبع مهمی از اطلاعات برای مدیریت کارآمد منابع زمین و نظارت بر محیط زیست باشد. به طور کلی رویکرد مورد استفاده در این تحقیق به دلیل استفاده از منابع اطلاعاتی با دسترسی آسان و ارزان می تواند به عنوان راهنمایی برای تهیه ی نقشه های مدیریت پذیر خاک در دشت های کشاورزی کشور با قابلیت به روز رسانی در حداقل زمان ممکن مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: توزیع اندازه ذرات خاک, جنگل تصادفی, کوکریجینگ, نقشه برداری رقومی, یادگیری ماشین}
    P. Khosravani, M. Baghernejad *, A.A. Moosavi, S.R. Fallah Shamsi
    Introduction

    Understanding the particle size distribution (PSD) is of great importance for plant growth and soil management. In recent years, the science of soil has witnessed a significant increase in digital soil mapping (DSM) activities. In this regard, machine learning models (ML) have emerged as an alternative and tool for DSM, which are mainly used for data mining and pattern recognition purposes, and are now widely used for regression and classification tasks in all fields of science. Hence, this study was undertaken to spatially model sand, silt, and clay particles utilizing machine learning models such as Random Forest (RF), Support Vector Regression (SVR), and the Co-Kriging geostatistical model. Additionally, auxiliary variables with high spatial resolution were incorporated into the analysis. This investigation was conducted in a section of the Marvdasht plain, located in Fars province.

    Materials and Methods

    The present study was conducted in a part of Marvdasht plain located between 35.82´41°52' to 1.07´57°52' east longitude and 35.02´48°29' to 14.72´2°30' north latitude, and 40 km north of Shiraz with an area of about 50,000 hectares. After determining the study area boundaries, the positions of 200 sampling points were determined using the R software and the conditioned Latin hypercube sampling method. In other words, for soil feature modeling, 200 samples were taken from two depths of zero to 30 and 30 to 60 centimeters in the study area. Then, the samples were transferred to the laboratory, dried, and passed through a 2 mm sieve. Finally, the soil texture components were measured by the hydrometer method. The environmental variables used in this study are a wide range of representatives of soil-forming factors that were prepared as much as possible from sources with minimum cost and high accessibility. In total, 75 environmental variables were prepared, and the raster format related to all environmental variables, including 39 elevation and altitude variables and 36 remote sensing measurement variables, was extracted. Finally, the factor-tuning inflation variance and Boruta algorithm were used to select the optimal variables.

    Results

    The minimum amount of clay was measured at 10.21% and 10.45%, respectively, and the maximum amount was 32.65% and 36.35% at the surface and subsurface depths. The average amount of clay in all samples was 37.91% and 35.61%. The average amount of sand was measured at 25.65% and 26.02% at the surface and subsurface depths, respectively. The maximum amount of sand was observed in the northern and higher parts of the study area and was equal to 54.68% and the minimum amount was predicted in the low-lying areas of the study area. Low-lying areas and sedimentary plains in the central part of the study area contained high amounts of silt. Four depth variables valley depths (VD), texture (TE), topographic wetness index (TWI), and clay index (CI) related to geomorphometric parameters and the normalized difference vegetation index (NDVI) variable related to remote sensing indices were selected as optimal variables. The RF model with R2 of 54.0% and 36.0% for predicting sand, 48.0% and 64.0% for predicting silt, and 52.0% and 49.0% for predicting clay at both surface and subsurface depths performed better than the SVR and Co-Kriging models. The most effective variable in predicting the spatial distribution of soil particles was VD with relative importance of 60% and 65% for predicting sand at the surface and subsurface depths, 70% for predicting silt at the surface depth, and 70% and 65% for predicting clay at both surface and subsurface depths, respectively. Only TE and TWI variables were more important than VD for predicting silt at subsurface depth. These results show that topographic variables are effective in the spatial variation of soil particles. Unlike clay, the highest amount of sand in both depths was observed in the northern part and the highest part of the study area, and the lowest amount was predicted in the low-lying areas of the study area.

    Conclusion

    In general, with the aim of this research, maps of the spatial distribution of soil texture components were prepared at both surface and subsurface depths using machine learning and geostatistical approaches along with environmental covariates in a part of Marvdasht plain. Among the selected environmental covariates, topographic attributes, especially the valley depth (VD), had the highest effect in justifying the spatial prediction of soil texture components. Also, the results of comparing the performance of machine learning models supported the higher efficiency of the RF model than other models. Therefore, the approach used in this study to prepare a map of soil texture components can be useful as a guide for mapping useful soil features in areas with similar climatic and topographic conditions.

    Keywords: Co-kriging, Digital soil mapping, Machine learning, random forest, Soil particle size distribution}
  • زهرا سواری، سعید حجتی*، روح الله تقی زاده مهرجردی

    شوری خاک و شور شدن اراضی یکی از معضلات کشاورزی است که بایستی با تدبیر و مدیریت صحیح علمی این روند مهار شود. اولین گام در این راه شناسایی مناطق شور و تهیه نقشه شوری خاک است. امروزه با توجه به مشکلات موجود در تهیه نقشه های سنتی، استفاده از داده های کمکی در نقشه برداری رقومی به طور روز افزون در حال افزایش است. این تحقیق با هدف پهنه بندی شوری خاک با استفاده از روش رگرسیون کریجینگ (RK)، شناسایی مناطق دارای شوری زیاد و بررسی ارتباط شوری خاک با فاکتور های خاکساز انجام شد. به این منظور تعداد 291 نمونه خاک سطحی (10-0 سانتی متر) در فروردین 1393 به صورت تصادفی برداشت شد. متغیر های کمکی یا فاکتور های خاکساز مورد استفاده در این مطالعه شامل پارامتر های سرزمین (مانند شیب، حوزه آبخیز و شاخص خیسی)، داده های تصاویر OLI و TIRS ماهواره لندست 8 و نقشه های کاتگوری (ماند نقشه خاک، کاربری اراضی و زمین شناسی) بودند. همچنین از روش کریجینگ عام به منظور مقایسه با روش رگرسیون کریجینگ استفاده شد. نتایج نشان داد که روش رگرسیون کریجینگ دقت بیشتری نسبت به روش کریجینگ عام دارد به طوری که در این روش ضریب تبیین، میانگین قدر مطلق خطا و مجذور میانگین مربعات خطا به ترتیب برابر 0/84، 0/41 و 6/21 برآورد شد. همچنین روش رگرسیون درختی به خوبی توانست ارتباط قوی بین شوری خاک و متغیر های کمکی برقرار کند. به علاوه، نتایج نشان داد که مهم ترین متغیر های کمکی در پیش بینی شوری خاک باند های 2، 4، 5 و7 تصاویر ماهواره لندست 8، شاخص روشنایی، شاخص خیسی، شاخص همواری سطح دره با درجه تفکیک بالا، سطح مبنای شبکه زهکشی، نقشه خاک، شاخص پوشش گیاهی نرمال شده و شاخص پوشش گیاهی تعدیل شده هستند. با استفاده از قوانین به دست آمده نقشه رقومی شوری خاک تهیه و سپس با تلفیق آن با نقشه واریانس خطا نقشه نهایی شوری خاک تهیه شد. نتایج این مطالعه حاکی از این است که تغییرات شوری خاک در استان از شمال به جنوب روند افزایشی دارد و نشان دهنده مشکل شوری در نواحی جنوب استان است. از دلایل عمده شوری خاک در این مناطق می توان به بالا بودن آب زیرزمینی، تفاوت در پستی و بلندی، حرکت مویینگی املاح به سطح خاک، تفاوت در نوع کاربری اراضی در نواحی مختلف استان و همچنین کیفیت آب زیرزمینی و آب آبیاری اشاره کرد که تحت تاثیر استفاده مکرر از کود های حیوانی و پساب فاضلاب ها تغییر می کند.

    کلید واژگان: نقشه های رقومی, درخت تصمیم, تغییرات مکانی, شوری}
    Z. Savari, S. Hojati*, R. Taghizadeh Mehrjerdi

    Soil salinity and its development are the main problems that should be prevented by correct management methods. Recognition of saline districts and the preparation of salinity maps are the first steps in this way. Nowadays, the application of auxiliary data in digital soil mapping is increasing due to the current associated problems in the preparation of traditional maps. The objectives of this study were to map soil salinity by the Regression Kriging (RK) method,  to identify areas with high salinity, and to investigate the relationship between soil salinity and soil-forming factors in Khuzestan Province. For this purpose, 291 surface soil samples (0-10 cm) were randomly collected in April 2014. Auxiliary variables or soil-forming factors were included in the land parameters such as slope, watershed and wetness index, OLI and TIRS images of Landsat 8, and the category maps (soil, land use, and geological maps). Also, kriging approaches were used to compare the precision of different mapping methods. The results indicated that the Regression Kriging method has a higher precision compared with other methods so that the coefficient of determination, Mean Absolute Error (MAE), and Root Mean Square Error (RMSE) were estimated as 0.84, 0.41, and 6.21, respectively. The Decision Tree Regression method could also create a good relationship between soil salinity and auxiliary variables. The results showed that some auxiliary variables were more effective on the prediction of soil salinity including 2, 4, 5, and 7 bands of Landsat 8, Brightness Index, Wetness Index, Multiresolution index of Valley Bottom Flatness (MrVBF), Channel Network Base Level (CNBL), NDVI, SAVI and soil map. A Digital map of soil salinity was prepared by the obtained rules, and then it was assimilated with the map of error of variance to prepare the final soil salinity map. Accordingly, soil salinity was found to have an increasing trend from north to south in Khuzestan Province which indicates a salinity problem in the south of the Province. The main reasons for the high salinity in the south and southwestern parts of the area could be attributed to the high water table levels, differences in topography, capillary movement of salt to the soil surface, the difference in the type of land uses, and also groundwater quality and irrigation water which is altered by the frequent application of wastewaters and animal manures.

    Keywords: Digital maps, Decision tree, Spatial distribution, Salinity}
  • سید روح الله موسوی، فریدون سرمدیان*، محمود امید، پاتریک بوگارت

    شوری خاک به عنوان یکی از مهم ترین شاخص های کیفیت خاک، نقش مهمی در برنامه ریزی های کاربری و مدیریت اراضی در مناطق خشک و نیمه خشک دارد. این پژوهش با هدف مدل سازی رقومی تغییرات سطحی و عمقی شوری خاک در پنج عمق استاندارد پروژه جهانی نقشه برداری رقومی خاک (5-0، 15-5، 30-15، 60-30 و 100-60 سانتی متر) در 60 هزار هکتار از اراضی دشت قزوین با وضوح مکانی 15 متر صورت پذیرفت. مطالعات میدانی شامل نمونه برداری از 278 خاکرخ بود و هدایت الکتریکی خاک ها در آزمایشگاه اندازه گیری شد. انتخاب متغیرهای محیطی، شامل پارامترهای مستخرج از داده های تصاویر لندست 8، توپوگرافی و لایه های اقلیمی، طبق روش حذف ویژگی برگشتی (RFE) صورت پذیرفت. چهار الگوریتم یادگیری ماشین جنگل تصادفی (RF)، کوبیست (CB)، رگرسیون درخت تصمیم (DTr) و k- نزدیک ترین همسایگی (k-NN) برای تهیه نقشه پیش بینی شوری خاک استفاده شد. بر اساس نتایج RFE درنهایت 10 متغیر کمکی در هر عمق انتخاب شدند. نتایج نشان داد که مدل CB در اعماق استاندارد 5-0 و 30-15 سانتیمتر با R2 برابر 92/0 و 85/0 و RMSE برابر 77/4 و 90/7 دسی زیمنس بر متر و مدل RF در اعماق 15-5، 60-30 و 100-60 سانتی متر مدل با R2 به تریتب برابر 93/0، 94/0، 96/0 و RMSE 65/6، 10/5 و 20/3 دسی زیمنس بر متر بالاترین مقادیر صحت را نسبت به دو مدل DTr و k-NN داشتند. همچنین در اعماق سطحی متغیرهای کمکی مستخرج از داده های سنجش دور و در اعماق زیرسطحی پارامترهای اقلیمی و توپوگرافی بیشترین ارتباط را با تغییرات شوری داشتند. بطور کلی مدل های RF و CB به همراه متغیرهای محیطی مناسب بخوبی توانستند تغییرات شوری را در اعماق استاندارد موردمطالعه ارایه نمایند.

    کلید واژگان: شوری خاک, متغیرهای محیطی, نقشه برداری رقومی, یادگیری ماشین}
    Sayed Roholla Mousavi, Fereydoon Sarmadian *, Mahmoud Omid, Patrick Bogaert

    Soil salinity, as one of the most important indicators of soil quality, has crucial roles in land use planning and land management in arid and semi-arid regions. The aim of this study was to model soil salinity at five standard depth (0-5, 5-15, 15-30, 30-60, and 60-100 cm) of global digital soil mapping project in 60,000 hectares of Qazvin plain with spatial resolution of 15m. Field studies included a sampling of 278 soil profiles and then the EC was measured in the laboratory. The recursive feature elimination (RFE) method was employed to select environmental covariates including parameters extracted from Landsat 8 image (OLI/TIRS) data, topography, and climatic parameters. Four machine learning algorithms as random forest (RF), cubist (CB), decision tree regression (DTr), and k-nearest neighbors (k-NN) were applied for predicting and mapping soil salinity. According to RFE, 10 covariates were chosen for each standardized depth. The results of modeling showed that the CB model at the depth of 0-5 and 15-30 cm with R2 values of 0.92 and 0.85 and RMSE 4.77 and 7.90 dS/m and the RF model at depths of 5-15, 30-60, and 60-100 cm with R2 values of 0.93, 0.94, 0.96 and RMSE 6.65, 5.10 and 3.20 dS/m, respectively, had the highest accuracy compared to two other models i.e., DTr and k-NN. Furthermore, the covariates extracted from RS data had more impact on topsoil salinity prediction while the climate and topographic attributes influence subsurface soil salinity. Generally, The RF and CB models along with appropriate environmental covariates were able to present salinity variation of study standard depths.

    Keywords: Soil Salinity, Environmental Covariates, digital soil mapping, Machine learning}
  • ساغر چاخرلو*، علی اصغر جعفرزاده، عباس احمدی، بختیار فیضی زاده، فرزین شهبازی

    فرسایش بادی خاک زمانی رخ میدهد که سرعت باد از آستانه فرسایش خاک بیشترشده و سطح خاک با گیاهان یا باقیمانده آن ها، ناهمواری های سطح و یا موانع دیگر حفاظت نشده باشد. همچنین فرسایش پذیری بادی یکی از مهمترین پارامترهای تعیین کننده فرسایش بادی تحت شرایط آب و هوایی معین می باشد. هدف اصلی این تحقیق تهیه نقشه فرسایش پذیری بادی خاک از طریق ارتباط تجربی بین تصاویر ماهواره ای و ویژگی های فیزیکو شیمیایی در سواحل شرقی دریاچه ارومیه می باشد. برای این تحقیق نمونه برداری خاک در 153 نقطه سه لایه ارتفاعی (1271-1273، 1273-1275و 1275-1278متر ارتفاع از سطح دریا) انجام و از 4 روش نظارت شده مانند حداقل فاصله، حداکثر احتمال، شبکه عصبی مصنوعی(ANN (و ماشین بردار پشتیبان(SVM) درطبقه بندی و نقشه برداری از فرسایش پذیری استفاده شد. ویژگی های فیزیکوشیمیایی نمونه های خاک نیز اندازه گیری و 26 نمونه از آن ها بصورت تصادفی جهت بررسی فرسایش پذیری بادی در تونل باد انتخاب گردید. نتایج حاصله از آزمایش های تونل باد با ارتفاع 20 سانتیمتراز کف تونل، بیانگر فرسایش پذیری بادی میانگین grm-2.min-1/ms-1 92/2 است. نتایج رگرسیون گام به گام (V.25 SPSS) نیز نشان داد که از بین ویژگی های فیزیکو شیمیایی خاک ها، جزء فرسایش پذیر مهمترین ویژگی خاک است که در تخمین فرسایش پذیری مورد استفاده قرار می گیرد و با فرسایش پذیری بادی خاک همبستگی مثبت دارد. میانگین وزن قطر خاکدانه ها با فرسایش پذیری خاک همبستگی منفی معنی داری داشته و هیچ رابطه ای بین ویژگی های شیمیایی خاک و فرسایش پذیری یافت نشد. از 4 روش طبقه بندی نظارت شده، شبکه عصبی مصنوعی قابلیت بالاتری درطبقه بندی و نقشه برداری فرسایش پذیری داشته ودر نهایت نتایج نشان داد که دقت کلی طبقه بندی1/57 ٪ می باشد.

    کلید واژگان: تونل باد, ویژگی های فیزیک و شیمیایی, دریاچه ارومیه, نقشه برداری رقومی, فرسایش پذیری خاک}
    Saghar Chakherlou *, Ali Asghar Jafarzadeh, Abbas Ahmadi, Bakhtiar Feizizadeh, Farzin Shahbazi

    The wind erosion occurs when wind speed exceeds the soil erosion threshold and plants or their residues,surface roughness, or other obstacles do not protect the soil surface. Also wind erodibility is oneof the most important determining parameters of wind erosion under certain climatic conditions. The main objective of this research was mapping of soil erodibility through empirical relationship between satellite imagery and physicochemical properties and estimation of soil erosion using a comprehensive assessment model, on the east shore of the Urmia Lake. For this research work soil sampling carried out in 153 points of three elevation classes(1271-1273, 1273-1275 and 1275-1278meters)and4supervised classification methods such as, support vector machine(SVM), Maximum likehood classification (MLC), Minimum distance and Artificial neural network(ANN)were used in classifying and mapping of soil erodibility. Soil samples physicochemical properties measured and 26 samples of them randomly were selected for wind erodibility measurement in wind tunnel laboratory. Wind tunnel experiments at a distance of 20 cm from the tunnel floor, revealed wind erodibility of 2.92 grm-2.min-1/ms-1. Also stepwise regression (SPSSv.25) results showed that among the physicochemical properties of soils, erodible fraction were the most important soil properties, which used in estimating erodibility and have a positive correlation with soil erodibility. The mean weight of aggregate diameter had negative correlation with soil erodibility and no relationship was found between soil chemical properties and erodibility. Of the4supervised classification methods, the artificial neural network has a higher capability in classifying and mapping erodibility and finally the results showed that the overall classification accuracy is57.1%.

    Keywords: Wind tunnel, physicochemical properties, Urmia lake, Digital mapping, Soil Erodibility}
  • امین موسوی، فرزین شهبازی*، شاهین اوستان، علی اصغر جعفرزاده، بودیمن میناسنی

    در این پژوهش، از دو مدل جنگل تصادفی و کیوبیست به عنوان یکی از پرکاربردترین تکنیک های نوین داده کاوی برای تهیه نقشه رقومی کربن آلی خاک در ساحل شرقی دریاچه ارومیه استفاده شد. بدین منظور با استفاده از روش نمونه برداری تصادفی مرتب شده در منطقه ای به وسعت 500 کیلومتر مربع تعداد 131 نمونه خاک سطحی (عمق 10-0 سانتی متری) و از دوسایت جداگانه برداشت شد. متغیرهای کمکی مورداستفاده در این تحقیق شامل شش باند مستقل برگرفته از تصویر OLI ماهواره لندست 8 (باندهای 2 تا 7)، تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) باندها و همچنین تعداد 14 شاخص ترکیبی مربوط به تیرماه سال 1396می باشد. نتایج پیش بینی مدل در مرحله آزمون (25 درصد داده ها) نشان داد که مدل جنگل تصادفی با مقادیر (89/0 R2 =، 16/0RMSE = و 01/0ME =) صحت و کارایی بالاتری نسبت به مدل کیوبیست (85/0 R2 =، 21/0RMSE = و 03/0ME =) دارد. همچنین نتایج رتبه بندی اهمیت متغیرهای کمکی برای پیش بینی کربن آلی خاک نشان داد که پارامترهای شاخص مریی مقاومت اتمسفریک (VARI)، شاخص گیاهی نرمال شده (NDVI)، شاخص سنگی شده آهک دو (CRI2) و شاخص سنگی شده آهک یک (CRI1) دارای بیشترین تاثیر و شاخص گچ (GI) و برخی باند های مستقل از جمله باند 5 (B5) و باند 3 (B3) اهمیت کمتری نسبت به سایر شاخص ها دارند. به طور کلی نتایج نشان داد که مدل جنگل تصادفی در مقایسه با مدل کیوبیست به نحو مطلوبی قادر به مدل سازی و پیش بینی پراکنش مکانی کربن آلی خاک در منطقه مورد مطالعه بوده است.

    کلید واژگان: جنگل تصادفی, کیوبیست, متغیرهای کمکی, مدل سازی, نقشه برداری رقومی}
    Amin Mousavi, Farzin Shahabzi*, Shahin Oustan, AliAsghar Jafarzadeh
    Introduction

    Soils are considered as one of the most important parameters to be achieved the sustainable agriculture at any place in the world. Additionally, the digital environment needs to have a soil continuous maps at local and regional scales. However, such information are always not available at the required scale and mapping with high accuracy. Digital soil mapping (DSM) is a key for quantifying and assessing the variation of soil properties such as organic carbon (OC) especially in un-sampled and scarcely sampled areas. Using remotely sensed indices as an important auxiliary information relevant to the study area and data mining techniques were the pathway to create digital maps. Previous studies showed that digital elevation model (DEM) and remotely sensed data are the most commonly useful ancillary data for soil organic carbon prediction. the importance of DEM and derivative data in soil spatial modelling, it was not carried out in our research because there were no sharp differences in relief, and climate for that matter, across the study area. This research aims to investigate the spatial distribution of soil organic carbon (SOC) in a study area in north-western Iran using 21 remotely sensed indices as well as two data mining techniques namely Random Forests (RF) and Cubist.

    Materials and Methods

    This study was performed on the east shore of Urmia Lake located in the east Azerbaijan province, Iran. The area extension is about 500 km2. Based on the synoptic meteorological station report, the average annual precipitation and temperature of the study area is 345.37 mm and 10.83°C, respectively. Soil moisture and temperature regimes are Xeric and Mesic, respectively. Using stratified random soil sampling method, 131 soil samples (for the depth of 0-10 cm) were collected. Soil organic carbon (SOC) were then measured. The next step was to gather a suite of auxiliary data or environmental covariates thought to be useful (and available) for predicting SOC within a DSM framework for the region studied. Then, a number of remotely sensed imagery scenes from the Landsat 8-OLI acquired were collected in July 2017. The RF and Cubist models were applied to establish a relationship between soil organic carbon and auxiliary data. Both reflectance of the individual bands and indices derived from combinations of the individual bands were used. Fourteen spectral indices relevant to four types of data including: i) vegetation and soil; ii) water; iii) landscape; and iv) geology were gathered. Three different statistics was used for evaluating the performance of model in predicting SOC, namely the coefficient of determination (R2), mean error or bias (ME) and root mean square error (RMSE).

    Results and Discussion

    The results of the descriptive statistics of determined and calculated SOC for 131 soil samples showed that the mean and median values for SOC were 2.52% and 2.11%, respectively. Also, the CVs was recorded 57.94%. Minimum and maximum recorded values for SOC were 0.83% and 5.22%, respectively. The contents of SOC was left-skewed in the data set. The RF model prediction was quite good with calibration (R2= 0.89, MSE = 0.16 and ME = 0.01). While, in the Cubist calibration data set, the Valve of RMSE and ME were increased (R2= 0.85, MSE = 0.21 and ME = 0.03). In terms of R2, The RF model showed the higher value (0.89) compared with the Cubist model (0.85) for the validation dataset. Generally, the remote sensing (RS) spectral indices can successfully predict various SOC across the study area. The covariate importance rankings showed that VARI , NDVI , CRI2 and CRI1 were the four important covariates to predict SOC in the study area. Accordingly, the changes in SOC over space were not uniform across the study area and also it means that the study area is very dynamic and evolved over time.

    Conclusion

    The results of this study showed that although variables and auxiliary data had different importance in predicting the distribution of SOC, in general it can be found by modelling the relationship between them and SOC through the model. The results revealed that the RF model was suitable for the target variable. Accordingly, the auxiliary variables had different importance in predicting the spatial distribution of SOC. Remote sensing imagery, particularly those encompassing the combined indices played an important role in the prediction of SOC. The obtained results also indicated that the Visible Atmospherically Resistant Index (VARI) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) were important to predict SOC. The current study revealed that DSM using important environmental covariates can be successfully used in Iran which there is no sufficient soil databases. This research also provided a pathway to start further works in the future such as DSM relevant to the soil erosion, soil ripening, trace elements and so on.

    Keywords: Cubist, Digital soil mapping, Environmental covariates, Modelling, Random Forest}
  • محمدرضا پهلوان راد*، سید جواد فرقانی، مهرداد اسفندیاری، علی محمدی ترکاشوند

    این مطالعه به منظور نقشه برداری رقومی گروه های مرجع خاک در سیستم مرجع جهانی طبقه بندی خاک با استفاده از روش رگرسیون درختی توسعه یافته در منطقه ای به وسعت 60000 هکتار از اراضی شهرستان هیرمند اجرا شد. بدین منظور 108 خاکرخ حفر گردید و براساس سیستم مرجع جهانی طبقه بندی خاک تشریح و نمونه برداری شدند. به منظور پیش بینی کلاس های خاک 20 متغیر کمکی شامل اجزای سرزمین و شاخص های سنجش از دور مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد خاک های تشکیل شده در منطقه مورد مطالعه جوان بوده و بیشتر تحت تاثیر رسوبات و سیلاب هستند و در گروه های فلوی سول و کمبی سول قرار می گیرند و در مناطقی، شوری خاک سبب تشکیل خاک های سلونچاک شده است. نتایج اهمیت متغیرها در مدل سازی نشان داد پارامترهای سرزمینی شامل شاخص همواری دره با درجه تفکیک بالا، عمق دره، شاخص همگرایی، سطح ویژه حوضه به همراه شاخص شوری بیشترین اهمیت را در بین تمامی متغیرها در پیش بینی گروه های مرجع خاک در هر دو سطح سیستم مرجع جهانی طبقه بندی خاک داشتند. نتایج اعتبارسنجی نشان داد روش رگرسیون درختی توسعه یافته گروه های مرجع خاک را در دو سطح اول و دوم به ترتیب با خلوص نقشه 47 و 25 درصد پیش بینی کرده است و با افزایش کلاس های خاک از سطح اول به سطح دوم، شاخص های ارزیابی کاهش می یابند، به عبارتی دیگر توانایی مدل در پیش بینی صحیح کم شده است. در مناطقی با پستی و بلندی کم و خاک های جوان که تنوع خاک شدید نیست، روش نقشه برداری رقومی می تواند به عنوان روشی مفید، کارآمد و سریع جهت تهیه نقشه خاک مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: رگرسیون درختی توسعه یافته, سیستم مرجع جهانی طبقه بندی خاک, متغیرهای محیطی, نقشه برداری رقومی}
    MohammadReza Pahlavan Rad *, Seyed Javad Forghani, Mehrdad Esfandyari, Ali Mohammadi Torkashvand

    This study was conducted in order to digital mapping soil classes according to WRB system was conducted by boosted regression tree (BRT) method on about 60.000 hectares of Hirmand county lands. 108 soil profiles were dug and soil profiles were sampled and described based on WRB system. Twenty environmental covariates were used as estimators for soil mapping including terrain attributes and remote sensing covariates. Results showed that the young soil covered the study area and mostly influenced by flood sediment which classified as Fluvisol and Cambisol groups and Solonchak group in salt -affected area. The variable importance showed that the environmental attributes such as Multi-resolution Valley Bottom Flatness Index (MrVBF), Valley Depth, Convergence Index, Catchment Area and Salinity Index (NDSI) had the highest importance among all covariates for two levels of WRB prediction. The validation results showed that the BRT model could predict WRB1 and WRB2 levels with overall accuracy of 47 and 25%, respectively, and also from WRB1 to WRB2 levels the accuracy decreased. In low relief area and young soil that the low soils variability, digital soil mapping approach could be useful, efficient, and fast technique to produce and predict soil classes map.

    Keywords: Boosted regression tree, Digital soil mapping, environmental variables, WRB classification}
  • علی اصغر ذوالفقاری*، محمدرضا یزدانی، مهین خسروی، سید مهدی محمودی

    آگاهی از نحوه توزیع فضایی اندازه ذرات اولیه خاک برای مدیریت اراضی، مدیریت منابع، اجرای برنامه ها و مدل سازی دیگر خصوصیات خاک ضروری است. در سال های اخیر با پیشرفت های روش های داده کاوی و با در اختیار بودن داده های ارزان قیمت حاصل از تصاویر ماهواره ای، روش های نقشه برداری رقومی خاک برای پیش بینی توزیع فضایی ذرات اولیه خاک به وفور مورد استفاده قرار گرفته است. لذا هدف این تحقیق، پیش بینی فضایی ذرات اولیه خاک از قبیل رس، شن و سیلت با استفاده از نقشه برداری رقومی خاک در اراضی کشاورزی دشت سمنان می باشد . همچنین بررسی کارایی سه روش داده کاوی برای تهیه نقشه رقومی ذرات خاک از دیگر اهداف این مطالعه است. برای رسیدن به این اهداف، مجموع 84 نمونه خاک از عمق0 تا 20 سانتی متر جمع آوری شدند. همچنین متغیرهای محیطی با استفاده از تصاویر سنجنده OLI ماهواره لندست برای برقراری ارتباط با ذرات خاک استخراج گردید. در این مطالعه از مدل خطی حداقل مربعات جزیی (PLS) و دو مدل غیرخطی شامل جنگل تصادفی (RF)، ماشین تقویت شده گرادیان (GBM) جهت ارتباط میان متغیرهای محیطی و ذرات اولیه خاک استفاده شد. مدل های موردمطالعه با استفاده از روش اعتبارسنجی متقابل واسنجی ارزیابی شدند.  به منظور بررسی کارایی مدل های مختلف داده کاوی از آماره های میانگین ریشه ی مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (R2) و میانگین قدر مطلق خطا (MAE) استفاده شد. بر اساس نتایج RMSE ،R2  و MAE  مدلRF با مقادیر این آماره ها به ترتیب برای ذرات شن (60/15، 35/0 و 62/12)، سیلت (49/11، 33/0و 34/9) و برای ذرات رس (42/8، 28/ 0و 9/5) بودند، این نتایج نشان داد که مدل RF به نسبت مدل های PLS و GBM دارای کارایی و دقت بیشتری در پهنه بندی ذرات اولیه خاک است. نتایج  نشان داد که مهمترین متغیرهای محیطی، برای پیش بینی ذرات اولیه خاک باندهای 10، 5 و شاخص گچ (GI) می باشند. بنابراین، متغیرهایی که دارای طیف مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز حرارتی بودند، سهم عمده ای در توصیف مکانی ذرات خاک را بر عهده داشتند.

    کلید واژگان: اراضی کشاورزی, داده کاوی, نقشه برداری رقومی}
    AliAsghar Zolfaghari *, Mohammadreza Yazdani, Mahin Khosravi, Seyed Mehdi Mahmoudi

    Knowledge about the spatial distribution of particle-size fractions in different areas is required for various land management applications and resources, modeling, and monitoring practices. In recent years, with the advancement of data mining methods and the availability of cheap data from satellite imagery, digital soil mapping methods have been developed to predict the spatial distribution of primary soil particles. The objective of this study was to conduct a spatial prediction of particle-size fractionssuch as clay, sand and silt using digital soil mapping in agricultural lands in Semnan. To achieve these goals, a total of 84 soil samples were collected from 0 to 20 cm of soil surface. Also, the environmental variables were obtained from OLI Satellite Landsat to make dependence with soil particles. In this study a linear model such as Partial Least Squares (PLS) and two non-linear models, including Random Forest (RF) and Stochastic Gradient Boosting Machin (GBM) were used for spatial prediction of particle-size fractions. The models were calibrated and validated by the 10-fold cross-validation methods. Three statistics, such as Root Mean Squared Error (RMSE), Coefficient of determination (R2), and Mean Absolute Error (MAE) were used to determine the performance of the investigated models. Values of RMSE, R2, and MAE statics of RF model for prediction of sand, silt and clay were (15.6, 0.35, 12.62), (11.49, 0.33, and 9.34), and (8.42, 0.28, and 5.9), respectively. These results indicated that the most accurate model for the prediction of particle-size fractions was the RF model. Also, the results showed that the most important environmental covariates for predicting particle-size fractions were band 10 (B10), band 5 (B5), and the gypsum index (GI). This indicated that the variables containing the near-infrared and infrared thermal waves had a major contribution to explaining the spatial patterns of particle-size fractions.

    Keywords: Agricultural lands, Data Mining, digital soil mapping}
  • علیرضا ظهیرنیا*، حمیدرضا متین فر

    تعیین تناسب اراضی به عنوان یکی از روش های ارزیابی اراضی محسوب می شود که می تواند بهترین نوع استفاده از اراضی در هر منطقه را مشخص کند. هدف از تحقیق حاضر تعیین تناسب اراضی مزارع کشت و صنعت میرزا کوچک خان مبتنی بر شاخص های کیفیت خاک، سامانه اطلاعات جغرافیایی و مقایسه نتایج آن با روش های ارزیابی اراضی ریشه دوم و استوری است. برای این منظور اطلاعات پروفیل های خاک و مقدار مواد آلی، فسفر، نیتروژن، پتاسیم، روی، زهکش، بافت، عمق، توپوگرافی، سنگ و سنگریزه سطحی، عمق لایه غیرقابل نفوذ، هدایت هیدرولیکی، ظرفیت نگهداری آب، هدایت الکتریکی، واکنش (pH)، کربنات کلسیم، درصد سدیم قابل تبادل محدوده مطالعاتی گردآوری شد و کلاس های تناسب اراضی مبتنی بر شاخص های کیفیت حاصلخیزی، کیفیت شیمیایی و کیفیت فیزیکی خاک محاسبه شد. نتایج نشان می دهد که 27/4 درصد از اراضی دارای کلاس بسیار مناسب 1)S(، 62/83 درصد از اراضی دارای کلاس مناسب 2)S(، 7/11 درصد از اراضی در کلاس تناسب کم 3)S( و 2/66 درصد از اراضی نیز در کلاس نامناسب (N) هستند. همچنین مقایسه نتایج روش مبتنی بر کیفیت خاک با روش ریشه دوم، ضریب کاپای برابر با 0/82 و با روش استوری دارای ضریب کاپا برابر با 0/38 است.

    کلید واژگان: ارزیابی اراضی, منطقه جنوب غربی خوزستان, نقشه های رقومی, روش استوری, روش ریشه دوم}
    A. R. Zahirnia*, H. R. Matinfar

    Determination of land suitability is one of the land evaluation methods that can determine the best use of land in each area. The purpose of this research was to determine the land suitability of Mirza Kuchak Khan's cultivation and industry fields based on the soil quality indicators and a geographic information system (GIS), and compare the results with those obtained by methods of land evaluation and root strategies. For this purpose, information on soil profiles and the amount of organic matter, phosphorus, nitrogen, potassium, zinc, drainage, texture, depth, topography, surface rocks and gravel, impervious layer depth, hydraulic conductivity, water holding capacity, electrical conductivity, reaction PH), calcium carbonate, and exchangeable sodium percent of the study area were collected. Land suitability classes based on the quality indices of fertility, chemical quality, and physical quality of soil were defined. The results showed that 27.4% of the land belonged to the very good class (S1), 62.83% of the land could be assigned to the suitable class (S2), 11.7% of the land was put in the low proportion class (S3), and 2.66% the land was in the inappropriate class (N). Also, based on the comparison of the results of the method based on the soil quality with the square root method, Kappa coefficient was 0.82, while it was equal to 0.38 for the Storie method.

    Keywords: Land Evaluation, Khuzestan South West Region, Digital Maps, Storie Method, Square Root Method}
  • شلیر اسکندری، کمال نبی اللهی، روح الله تقی زاده مهرجردی
    کربن آلی خاک یکی از خصوصیات مهم خاک می باشد که اطلاعات پیرامون تغییرات مکانی آن جهت مدیریت زراعی، تخریب اراضی و مطالعات زیست محیطی حائز اهمیت می باشد. هدف از این پژوهش استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی برای تهیه نقشه کربن آلی خاک می باشد. بنابراین، تعداد 137 نمونه خاک از عمق 30-0 سانتی متری خاک های منطقه مریوان استان کردستان برداشت شده و خصوصیت کربن آلی خاک اندازه گیری شد. متغیرهای محیطی که در این پژوهش استفاده شد شامل اجزاء سرزمین و داده های تصویر +ETM ماهواره لندست می باشد. جهت ارتباط دادن بین کربن آلی خاک و متغیرهای کمکی، از مدل شبکه عصبی مصنوعی بهره گرفته شد. بر اساس نتایج انالیز حساسیت به روش رپر، برای پیش بینی کربن آلی خاک، متغیرهای کمکی شامل شاخص خیسی، شاخص همواری دره، فاکتور LS، شاخص NDVI و باند 3 مهم ترین بودند. نتایج این تحقیق نشان داد که مدل شبکه عصبی مصنوعی دارای 80/0، 01/0- و 67/0 به ترتیب برای ضریب تبیین، میانگین خطا و میانگین ریشه مربعات خطا می باشد. لذا پیشنهاد می شود که جهت تهیه نقشه رقومی خاک از مدل های شبکه عصبی مصنوعی در مطالعات آینده استفاده شود.
    کلید واژگان: متغیرهای محیطی, تغییرات مکانی, نقشه برداری رقومی}
    Sh. Eskandari, K. Nabiollahi *, R. Taghizadeh, Mehrjardi
    Introduction
    Soil organic carbon is one of the most important soil properties which its spatial variability is essential to crop management, land degradation and environmental studies. Investigation of variability of soil organic carbon using traditional methods is expensive and time consuming. Therefore, one of the ways to overcomethis challenge is using digital soil mapping whichcan predict soil characteristics using auxiliary data and data mining methods. Previous studies have shown that digital elevation model (DEM) and remotely sensed data are the most commonly useful ancillary data for soil organic carbon prediction. Artificial neural network (ANN) is a common technique of digital mapping. The region of Marivan in Kurdistan province is one of the forested areas inIran. In recent decades, due to population growth and the increased need for food, thisforested area has been threatened and some parts are now cultivated. Therefore, accurate mapping of soil organic carbon so as to improve land management and prevent land degradation is necessary. The purpose of this research wasusing ANN model and auxiliary data to mapsoil organic carbon.
    Materials and Methods
    The study area is located in Kurdistan Province, Marivan (cover 20000 ha). Soil moisture and temperature regimes are Xeric and Mesic, respectively. Elevation also varies between 1280 and 1980 m. The main land use typesarecropland, forestland and wetland. The major physiographic units are piedmont plain, mountain and hills with flat to steep slopes. Using stratified random soil sampling method, 137 soil samples (for the depth of 0-30 cm) were collectedand soil organic carbon were measured. In the current study, auxiliary data were terrain attributes and ETM+ data of Landsat 7. Terrain parameters (including 15 factors), bands 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, brightness index (BI) and normalized difference vegetative index (NDVI) were computed and extracted using SAGA and ArcGIS software, respectively. ANN model was applied to establish a relationship between soil organic carbon and auxiliary data. Finally, soil organic carbon weremappedusing ANN and validated based oncross validation method. Three different statistics was used for evaluating the performance of model in predicting soil organic carbon, namely the coefficient of determination (R2), mean error (ME) and root mean square error (RMSE).
    Results and Discussion
    Based on sensitive analysis of ANN model, auxiliary variables includingwetness index, index of valley bottom flatness (MrVBF), LS factor, NDVI index, and B3were the most important factors
    for prediction of soil organic carbon. The quantities of R2, ME and RMSE calculated for ANN model were0.80,0.01 and 0.67, respectively.Soil organic carbon content ranged from0.26 to 8.45 % and the highest contentwasobserved in forestland with hill and mountain physiography and wetland around the lake. It is noteworthy that the differences fordifferent land uses were not statistically significant. Auxiliary data including wetness index, index of valley bottom flatness, LS factor, and B3 in different land uses had statistically significant difference (p<0.05) indicatinga closerelationship between auxiliary data and soil organic carbon. MrVBF and wetness index were lower and higher in forestland and wetland, respectively. Conversely, LS factor was higher and lower in forestland and wetland, respectively. Band 3 was lower in cropland and wetland compared to in forestland. NDVI index was also insignificantly higher in forestland compared to in cropland and wetland.
    Conclusion
    In this research,ANN model was used to investigate the spatial variability of soil organic carbon in Marivan, Kurdistan province. The highest content of Soil organic carbon was foundin forestland and wetland. NDVI index was the most important auxiliary data to predict soil organic carbon within ourstudy area. According to the values of statistics, ANN accurately estimated the soil organic carbon. Therefore, employingpedometric techniques such as ANN model, auxiliary data of terrain attributes and satellite images to digitally mapsoil properties and updateold maps is recommendable. Further studies are needed to compare these results withdirect measurements of soil organic carbon.
    Keywords: Digital elevation model, Land use, Satellite image}
  • محمدرضا پهلوان راد، فرهاد خرمالی، نورایر تومانیان، فرشاد کیانی، بایرام کمکی
    نقشه های خاک از منابع عمده اطلاعات برای مدیریت اراضی، منابع طبیعی و محیط زیست هستند. استفاده از روش-های نقشه برداری رقومی باعث کاهش هزینه و صرفه جویی در زمان در مطالعات شناسایی خاک می گردد. روش نمونه برداری مکعب لاتین مشروط (cLHS) جهت تعیین محل نقاط نمونه برداری و تکنیک درختان تصمیم گیری تصادفی (RF) جهت تخمین نقشه زیر گروه های خاک در سطحی حدود 85000 هکتار از اراضی استان گلستان مورد ارزیابی قرار گرفتند. 12متغیر محیطی شامل خصوصیات زمین، واحدهای ژئومورفولوژی و شاخص پوشش گیاهی به عنوان تخمین گر مورد استفاده قرار گرفته شدند. نتایج نشان داد که تعداد کلاس های خاک موجود در سطح زیر گروه های بزرگ خاک در محدوده مورد مطالعه 11 کلاس بود. کمترین مقدار خطای تخمین نمونه های اعتبار سنجی در مدل سازی 53/52 بدست آمد. نتایج نشان داد که کلاس هایی که نمونه بیشتری داشتند خطای کمتری داشتند. کلاس های جیپسیک آکویی سالیدز با 22، آکوئیک کلسی زرپتز با 9 و تیپیک هاپلوزرپتز با 22 نقطه مشاهداتی به ترتیب دارای خطای 22، 25 و 37 درصد بودند. کلاس های جیپسیک هاپلوزرپتز با 6، تیپیک آکویی سالیدز با 5، تیپیک کلسی زرپتز و تیپیک کلسی زرولز با 4 و تیپیک هالوآکوئپتز با 3 نقطه مشاهداتی دارای خطای 100 درصد بودند. بین متغیر های مختلف شاخص پوشش گیاهی، ژئومورفولوژی، ارتفاع و جهت شیب دارای بیشترین اهمیت در تخمین کلاس بودند. نتایج نشان داد که روش RF می تواند یک روش قابل اعتماد و با دقت مناسب باشد که با تعداد نمونه کم تخمین قابل قبول ارائه می دهد.
    کلید واژگان: : نقشه برداری رقومی, درختان تصمیم گیری تصادفی, دقت نقشه, استان گلستان}
    Mohammad Reza Pahlavan
    Soil maps are the major sources for management of lands، natural resources and environmental aspects. Digital soil mapping methods can decrease the cost of mapping and are not time-consuming. Conditioned Latin Hypercube Sampling for determining the sites of sampling and Random Forest to predict soil sub group classes were evaluated at an area of 85000 ha in Golestan province. 12 environmental variables including terrain attribute، geomorphology units and vegetation cover index were used as predictor parameters. There were11 sub group classes in the soils of study area. The results revealed that the lowest OOB estimate error rate in modeling was 52. 53 %. The soil classes with higher frequency had lower OOB error. Gypsic Aquisalids with 22 samples and Aquic Calcixerepts with 9 and Typic Haploxerepts with 22 samples had the OOB error rates 22، 25 and 37%، respectively. Gypsic Haploxerepts (6 samples)، Typic Aquisalids (5 samples) Typic Calcixerepts (4 samples)، Typic Calcixerolls (4 samples) and Typic Halaquepts (3 samples) had OOB error rate 100%. SAVI، geomorphology، elevation and aspect were the most importance parameters in prediction of soil map and increasing model accuracy. Results indicate that RF technique can be reliable and appropriate method to give satisfactory results with small samples.
    Keywords: Digital soil mapping, Random Forest, Map accuracy, Golestan province}
  • کمال نبی الهی، احمد حیدری، روح الله تقی زاده مهرجردی
    در مطالعه حاضر جهت پهنه بندی رقومی کلاس های بافتی خاک در منطقه بیجار کردستان، 103 پروفیل حفر، تشریح و از افق های سطحی A نمونه برداری شد. متغیرهای محیطی یا فاکتورهای خاک سازی که در این پژوهش استفاده شد شامل اجزاء سرزمین، داده های تصویر +ETM ماهواره لندست و نقشه سطوح ژئومورفولوژی می باشد. همچنین، جهت ارتباط دادن بین داده های خاک (رس، شن و سیلت) و متغیرهای کمکی از مدل های شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون درختی بهره گرفته شد. نتایج این تحقیق نشان داد که مدل رگرسیون درختی دارای دقت بیشتری نسبت به شبکه عصبی مصنوعی به منظور پیش بینی هر سه پارامتر رس، شن و سیلت می باشد. برای جزء رس، مدل رگرسیون درختی و شبکه عصبی مصنوعی دارای ضریب تبیین و میانگین ریشه مربعات خطا 46/0، 81/0 و 10/17، 50/12 براساس داده های آزمون (20درصد) می باشد. نتایج نشان داد که برای پیش بینی رس، شن و سیلت پارامترهای سطوح ژئومورفولوژی، شاخص خیسی، شاخص همواری دره با درجه تفکیک بالا، ارتفاع، طول شیب و باند 3 مهم ترین بوده اند. در کل نتایج نشان داد که مدل های درختی دارای دقت بالاتری نسبت به روش شبکه عصبی مصنوعی بوده و همچنین تفسیر نتایج مدل درختی بسیار راحت تر می باشد. لذا پیشنهاد می شود که جهت تهیه نقشه رقومی خاک از مدل های درختی در مطالعات آینده استفاده شود.
    کلید واژگان: متغیرهای محیطی, تغییرات مکانی, نقشه برداری رقومی}
    Kamal Nabiollahi, Ahmad Haidari, Rohollah Taghizade Mehrjardi
    xture is an important soil physical property that governs most physical, chemical, biological, and hydrological processes in soils. Detailed information on soil texture variability is crucial for proper crop and land management and environmental studies. Therefore, at present research, 103 soil profiles were dogged and then sampled in order to prepare digital map of soil texture in Bijar, Kurdistan. Auxiliary data used in this study to represent predictive soil forming factors were terrain attributes, Landsat 7 ETM+ data and a geomorphologic surfaces map. To make a relationship between the soil data set (i.e. Clay, sand and silt) and auxiliary data, regression tree (RT) and artificial neural network (ANN) were applied. Results showed that the RT had the higher accuracy than ANN for spatial prediction of three parameters. For the clay fraction, determination of coefficient (R2) and root mean square root (RMSE) calculated for two models were 0.46, 0.81 and 17.10, 12.50, based on validation data set (20%). Our results showed some auxiliary variables had more influence on predictive soil class model which included: geomorphology map, wetness index, multi-resolution index of valley bottom flatness, elevation, slope length, and B3. In general, results showed that decision tree models had higher accuracy than ANN models and also their results are more convenient for interpretation. Therefore, it is suggested using of decision tree models for spatial prediction of soil properties in future studies.
    Keywords: Auxiliary data, Spatial variation, Digital soil mapping}
  • روح الله تقی زاده مهرجردی، فریدون سرمدیان، محمود امید، غلامرضا ثواقبی، نورایر تومانیان، محمد جواد روستا، محمدحسن رحیمیان
    در پاسخ به تقاضای اطلاعات مکانی خاک، به کاربردن داده های کمکی رقومی و ارتباط آن ها با داده های مشاهداتی صحرایی در حال افزایش است. استفاده از اطلاعات رقومی از طریق روش های کامپیوتری، که اصطلاحا نقشه برداری رقومی خاک خوانده می شود، قابل اعتمادتر و کم هزینه تر از روش های سنتی نقشه برداری خاک است. بنابراین، در پژوهش حاضر از مدل های درخت تصمیم و شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی مکانی کلاس های تاکسونومیک خاک در منطقه ای خشک، به وسعت 720 کیلومتر مربع در اردکان، استفاده شد. عملیات نقشه برداری در آنجا بسیار سخت است. در این منطقه بر اساس روش مربع لاتین مکان جغرافیایی 187 پروفیل خاک مشخص و سپس تشریح و نمونه برداری شدند و طبقه بندی بر اساس سیستم امریکایی انجام گرفت. متغیرهای محیطی یا نمایندگان فاکتورهای خاک سازی، که در این پژوهش استفاده شد، شامل اجزای سرزمین، داده های تصویر ETM+ ماهواره لندست، و نقشه سطوح ژئومورفولوژی است. نتایج این تحقیق نشان داد، برای پیش بینی کلاس خاک، مدل درخت تصمیم نسبت به شبکه عصبی مصنوعی حدود هفت درصد دقیق تر است. مدل درختی و شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب دقت کلی و ضریب تبیین و ضریب کاپای 48 درصد، 52 درصد، 34/0 و 46/0 و 13/0 و 25/0 دارند. نتایج نشان داد برای پیش بینی کلاس خاک شاخص خیسی، سطوح ژئومورفولوژی، و شاخص همواری دره با درجه تفکیک بالا مهم ترین پارامترها هستند. مدل های درختی نسبت به روش شبکه عصبی مصنوعی دقت بالاتری دارند و همچنین تفسیر نتایج مدل درختی بسیار راحت تر است. لذا پیشنهاد می شود در مطالعات آینده برای تهیه نقشه رقومی خاک از مدل های درختی استفاده شود.
    کلید واژگان: پیش بینی مکانی, گروه های بزرگ خاک, مربع لاتین, نقشه برداری رقومی}
    Rohollah Taghizadeh-Mehrjardi, Farvardin Sarmadian, Mahmoud Omid, Gholam Reza Savaghebi, N. Toomanian, Mohammad Javad Rousta, Mohammad Hasan Rahimian
    In response to the demand for soil spatial information، the acquisition of digital auxiliary data and matching it to field soil observation is increasing. With the harmonization of these data sets، through computer based methods، so-called Digital soil Maps are increasingly being found to be as reliable as traditional soil mapping practices but without the prohibitive costs. Therefore، at present research، we have attempted to develop decision tree (DTA) and artificial neural network (ANN) models for spatial prediction of soil taxonomic classes in an area covering 720 km2 located in arid region of central Iran where traditional soil survey methods are very difficult to undertake. In this area، using the conditioned Latin hypercube sampling method، location of 187 soil profiles were selected، which then described، sampled، analyzed and allocated in taxonomic classes according to soil taxonomy of America. Auxiliary data used in this study to represent predictive soil forming factors were terrain attributes، Landsat 7 ETM+ data and a geomorphologic surfaces map. Results showed that the DTA had the higher accuracy than ANN about 7% for prediction of soil classes. Determination of coefficient (R2)، overall accuracy and kappa coefficient calculated for two models were 0. 34، 0. 46، 48%، 52%، 0. 13 and 0. 25، respectively. Our results showed some auxiliary variables had more influence on predictive soil class model which included: wetness index، geomorphology map and multi-resolution index of valley bottom flatness. In general، results showed that decision tree models had higher accuracy than ANN models and also their results are more convenient for interpretation. Therefore، it is suggested using of decision tree models for spatial prediction of soil properties (category and continuous soil data) in future studies.
    Keywords: Digital soil mapping, Latin hyper cube, Soil great groups, Spatial prediction}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال