انفورماتیک خاک، سیستم پشتیبانی تصمیم گیری مبتنی بر GIS، به تعیین پتانسیل ها و محدودیت های خاک های مختلف برای تولید محصول کمک می کند. یک روش جدید ترکیبی از شاخص های بررسی خاک با مواد مغذی موجود (P و K) برای ارزیابی بهره وری خاک توسعه داده شد. نقشه فیزیوگرافی خاک با تفسیر داده های ماهواره ای IRS 1C/1D LISS III و بررسی خاک در منطقه کشاورزی پنجاب، هند تولید شد. نمونه های خاک سطح زمین مرجع (0 متر – 0.15 متر) از 267 سایت با استفاده از سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) جمع آوری شد. محتوای فسفر موجود (Olsen P) از 5.49 کیلوگرم در هکتار – 1 تا 67.0 کیلوگرم در هکتار – 1 و پتاسیم موجود (1N NH 4 OAc K قابل استخراج) از 44.8 کیلوگرم در هکتار – 1 تا 784 کیلوگرم در هکتار در هکتار متغیر است .. نقشه های مواد مغذی (P و K) تولید شده با استفاده از ArcGIS به وضوح به مناطق خاصی اشاره می کند که کمبود مواد مغذی تولید محصول را محدود می کند. نقشه چند ماده مغذی (PK) نشان داد که کمبود ترکیبی فسفر و پتاسیم در یک مکان ناچیز است. شاخص بهره‌وری با در نظر گرفتن بافت خاک و مواد مغذی موجود برای ارزیابی بهره‌وری خاک در هر واحد نقشه‌برداری محاسبه شد. این رویکرد به عنوان روشی برای ارزیابی مدیریت پایدار خاک پیشنهاد شده است.

1. مقدمه

کیفیت خاک معمولاً بر حسب بهره وری خاک و به طور خاص با توجه به ظرفیت خاک برای حفظ و پرورش رشد گیاه تعریف می شود [ 1 ]. دلیل اصلی شروع بررسی خاک، ارزیابی بهره‌وری خاک بود که شامل ترکیبی از مدل‌های رتبه‌بندی کیفی و کمی است [ 2 ]. در حالی که تلاش ها برای تعریف و کمی سازی بهره وری خاک جدید نیست، ایجاد یک اجماع با توجه به مجموعه ای از شرایط استاندارد (خواص خاک) که برای ارزیابی بهره وری خاک استفاده می شود دشوار است [ 3 ]. چنین پایگاه‌هایی را می‌توان در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی رایانه‌ای (GIS) برای توسعه ارزیابی منطقه‌ای وسیع از کیفیت ذاتی خاک و کیفیت چشم‌انداز تجزیه و تحلیل کرد [ 4 ]]. مفهوم رتبه‌بندی خاک برای رشد گیاه (SRPG) توسط کارکنان USDA-NRCS برای رتبه‌بندی خاک‌ها برای رشد گیاه در مقیاس شهرستانی توسعه داده شد [ 5 ].

در طول بیش از سه دهه گذشته، برنج و به دنبال آن گندم، یک سیستم کشت غالب در پنجاب، هند بوده است. بهره وری این سیستم شروع به نشان دادن علائم خستگی کرده است. بدیهی است که نیاز حیاتی به شناسایی محدودیت‌های بهره‌وری و یافتن راه‌حلی برای پایداری سیستم گندم برنج در پنجاب وجود دارد [ 6 ]. هر دوی این محصولات برای دستیابی به پتانسیل عملکرد کامل نیاز به استفاده از دوزهای سنگین مواد مغذی دارند. استفاده بی رویه از کودها در طی یک دوره زمانی منجر به تجمع عناصر مغذی مانند فسفر و کمبود پتاسیم در بسیاری از مکان ها شده است [ 7 ].]. از این رو برای پایداری سیستم کشاورزی فعلی و مدیریت منابع خاک، تاکید بر مدیریت منطقی حاصلخیزی خاک ضروری است که مستلزم درک چگونگی تغییر مواد مغذی در سراسر زمین است [ 8 ].]. با این حال، تا به امروز، بسیاری از مطالعات ارزیابی منابع زمین به طور کامل از فرصت های ارائه شده توسط تکنیک های جدید در تجزیه و تحلیل جغرافیایی و مدیریت اطلاعات استفاده نکرده اند. مطالعات قبلی در مورد مناسب بودن خاک برای کشت محصولات زراعی شامل اجرا و تفسیر بررسی‌ها و مطالعات شکل‌های زمین، خاک، کاربری اراضی، پوشش گیاهی و آب و هوا و غیره بود. ارزیابی و نقشه برداری بهره وری خاک با استفاده از سنجش از دور، GIS و سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) در ناحیه موگا در پنجاب، هند.

2. منطقه مطالعه

منطقه مورد مطالعه ( شکل 1 ) که بخشی از دشت آبرفتی هند و گنگ را تشکیل می دهد، در بخش مرکزی پنجاب، هند واقع شده است. رودخانه ساتلوج مرز بالایی این منطقه را تشکیل می دهد.

شکل 1 . موقعیت منطقه مطالعه

از نظر ژئومورفولوژیکی، این منطقه یک گستره وسیع از آبرفت های قدیمی و اخیر در سن کواترنر است که توسط فرآیندهای کوهزایی مرتبط با کنش رودخانه ای اصلاح شده است. چشم‌انداز کنونی نتیجه ترکیب اثر بازسازی موضعی میله‌های ماسه‌ای و تپه‌های ماسه‌ای رسوب‌شده قبلی با عمل بادی، تسطیح و حمل و نقل به مکان‌های دیگر است.

3. مواد و روشها

3.1. نقشه برداری و نقشه برداری خاک

تجزیه و تحلیل فیزیوگرافی داده های سنجش از دور هندی IRS 1C/1D LISS III (کامپوزیت های رنگ کاذب، وضوح فضایی 23.5 متر) در سال 2004 برای تشخیص انواع اصلی زمین و انواع فرعی انجام شد. تقسیم بندی انواع زمین عمدتاً بر اساس ترکیب عناصر مربوط به تفسیر تصویر، مانند رنگ، تن، بافت، اندازه، شکل، الگو، شرایط زهکشی، شیب و کاربری زمین است. یک بررسی شناسایی از منطقه با استفاده از مشاهدات مته سوراخ برای تایید واحدهای فیزیوگرافی و بررسی ترکیب خاک انجام شد. خاک‌ها به‌وسیله پیش‌بینی و حفاری پروفیل‌های اصلی تا عمق 1.5 متری مورد مطالعه قرار گرفتند. نقشه فیزیوگرافی خاک در مقیاس 1:50000 نهایی و با استفاده از Arc GIS دیجیتالی شد. نمودار جریان رویکرد دنبال شده در شکل 2 آورده شده است.

3.2. جمع آوری و تجزیه و تحلیل نمونه های خاک

نقشه خاک ( شکل 3 ) که به این ترتیب ایجاد شد برای تهیه طرح نمونه برداری استفاده شد به طوری که تمام واحدها/خاک های فیزیوگرافی به خوبی نشان داده شوند. نمونه‌های خاک سطح زمین مرجع (0 – 15 سانتی‌متر) از 267 سایت ( شکل 4 ) که خاک‌های مختلف را نشان می‌دهند در اوایل آوریل 2005 جمع‌آوری شد.

شکل 2 . نمودار شماتیک رویکرد ارزیابی بهره وری خاک.

شکل 3 . نقشه فیزیوگرافی خاک منطقه مورد مطالعه.

شکل 4 . سایت های نمونه برداری خاک

نمونه‌های خاک آسیاب شدند، از الک 2 میلی‌متری عبور داده شدند و از نظر فسفر (P) و پتاسیم (K) قابل آنالیز شدند. اولسن P (P در دسترس) با محلول 0.5 مولار NaHCO 3 بافر شده در pH 8.5 [ 9 ] استخراج شد. K موجود توسط 1N NH 4 OAc (pH 7.0) و پتاسیم موجود در عصاره با استفاده از شعله فتومتر [ 10 ] اندازه گیری شد.

3.3. نسل نقشه ها

نقشه‌های مکان‌های نمونه‌برداری خاک/گیاه جغرافیایی با استفاده از ArcGIS تولید شد. نقشه‌های مواد مغذی فردی (P و K) تهیه و ادغام شدند تا ماده مغذی چند ماکرو (P و K) در محیط GIS استخراج شود.

4. نتایج و بحث

4.1. فیزیوگرافی و خاک

بر اساس تفسیر بصری داده های ماهواره ای IRS LISS-III (رزولوشن فضایی 23.5 متر) برای سال 2006، منطقه به دو واحد اصلی فیزیوگرافی تقسیم شده است. دشت آبرفتی (Ap) و دشت سیلابی (FP). دشت آبرفتی بخش عمده منطقه مورد مطالعه را تشکیل می دهد و بیشتر به دشت آبرفتی با پوشش ماسه ای (Ap1)، دشت آبرفتی بالا (Ap2) و دشت آبرفتی پایین (Ap3) و دشت سیلابی (FP) طبقه بندی شده است. دشت آبرفتی با پوشش شنی (Ap1) شامل برخی از مناطق مجتمع تپه های ماسه ای احیا شده است ( شکل 3 ).

دشت آبرفتی بالایی (Ap2) و پایینی (Ap3) به ترتیب مناطق تحت کشت و آبیاری فشرده با خاک های بافت متوسط ​​تا سنگین هستند. دشت سیلابی (FP) بخش کوچکی از منطقه را اشغال می کند و دارای خاک های طبقه بندی شده است ( جدول 1 ).

کمترین مقدار ماسه (8/37 تا 9/48 درصد) در پروفیل خاک‌های دشت آبرفتی پایین (Ap3) بود. در پروفیل توسعه یافته در دشت آبرفتی با پوشش ماسه (62.7 تا 81.4 درصد ماسه)، رس با عمق نامنظم پراکنده شده و در مقایسه با سایر واحدها کمترین میزان را دارد. خاک‌های دشت آبرفتی بالا و پایین دارای میزان رس بالاتری بودند و به جز در افق‌های قبل از میلاد و C با عمق روند افزایشی نشان دادند. خاکها از نظر واکنش قلیایی بودند (PH بین 5/8 تا 2/9 بود). محتوای کربن آلی خاک ها از 0.04 تا 0.81 درصد با کربن آلی بالاتر در افق های سطحی متغیر بود. توزیع نامنظم کربن آلی در خاک از تمام واحدهای فیزیوگرافی به جز Ap2 و Ap3 نشان دهنده منشاء اخیر این خاکها است. CaCO 3محتوای این خاکها از صفر تا 17.9 درصد متغیر بود.

4.2. مشخصات شیمیایی و وضعیت درشت مغذی خاک

خاک های سطحی ( شکل 4 ) منطقه مورد مطالعه در واکنش خنثی تا قلیایی بودند. بیشتر خاک ها عاری از مشکل شوری و قلیایی بودند. کربن آلی در این خاک ها بین 0.17 درصد تا 0.98 درصد با مقدار متوسط ​​0.63 درصد متغیر بود. محتوای کربنات کلسیم از صفر تا 5.40 درصد با مقدار متوسط ​​2.20 درصد متغیر بود. میزان فسفر موجود (Olsen P) خاکها از 5.49 کیلوگرم در هکتار تا 67.0 کیلوگرم در هکتار در هکتار به طور متوسط ​​تا 31.8 کیلوگرم در هکتار متغیر بود .

جدول 1 . رابطه فیزیوگرافی خاک در ناحیه موگا.

از نظر فضایی 1.9، 14.8، 80.1 درصد از کل مساحت جغرافیایی منطقه ( شکل 5 ) با توجه به محدوده فسفر موجود در جدول 2 ، به ترتیب دارای محتوای کم، متوسط ​​و زیاد فسفر بودند . مقدار کافی فسفر در نواحی خاص ممکن است به کاربرد کودهای فسفاته به هر دو محصول در توالی کشت برنج-گندم نسبت داده شود که منجر به تجمع فسفر می شود.

محتوای K (1 N NH 4 OAc (pH 7.0) – K قابل استخراج) از 44.8 کیلوگرم در هکتار – 1 تا 784 کیلوگرم در هکتار در هکتار با مقدار متوسط ​​255 کیلوگرم در هکتار – 1 متغیر بود ( جدول 2 ). اکثر خاکها دارای محتوای پتاسیم متوسط ​​و 2/56 و 9/40 درصد از کل مساحت به ترتیب دارای محتوای پتاسیم در محدوده متوسط ​​و زیاد بودند، در حالی که 9/2 درصد سطح باقیمانده دارای کمبود پتاسیم بود ( شکل 6 ).

شکل 5 . وضعیت فسفر خاک های سطحی (0.15-0 متر) منطقه مورد مطالعه.

جدول 2 . معیارهای مورد استفاده برای ارزیابی وضعیت عناصر غذایی (kg·ha -1 ) خاک.

شکل 6 . وضعیت پتاسیم خاک های سطحی (0.15-0 متر) منطقه مورد مطالعه.

4.3. کمبودهای چند درشت مغذی

نقشه چند درشت مغذی ( شکل 7 ) نشان داد که تنها بخش کوچکی از کل منطقه جغرافیایی منطقه دارای کمبود فسفر و پتاسیم هر دو در یک مکان است. P موجود در محدوده بالا (H) و در محدوده متوسط ​​(M)، دسته HM، 62.5 درصد از کل منطقه را پوشش می دهد. پس از آن دسته‌های HH (بالا) و MM (متوسط-متوسط) به ترتیب 10.2 و 8.8 درصد مساحت را پوشش می‌دهند. دسته های دیگر مانند LM (کم متوسط)، LM (کم-متوسط)، ML (متوسط- کم) و HL (بالا-کم) منطقه بسیار کوچکی از ناحیه را اشغال کردند ( جدول 3 ).

4.4. ارزیابی شاخص بهره وری

نقشه فيزيوگرافي خاك ( شكل 4 ) با نقشه چند درشت مغذي (P و K) ( شكل 7 ) در ArcGIS ادغام شد تا واحدهاي خاك مركب ( شكل 8 ) بافت خاك، فسفر موجود و K موجود را مشخص كند. به منظور كمي كردن بهره وري برای خاک، رویکرد پارامتریک [ 11 ] دنبال شد که با توجه به شرایط محلی اصلاح شد. تفاوت معنی داری در سایر پارامترهای رویکرد Riquier و همکاران، 1976 وجود نداشت. بنابراین، شاخص بهره وری خاک را با احتساب بافت خاک، فسفر موجود و پتاسیم مورد ارزیابی قرار دادیم. رتبه بندی به هر واحد خاک بر حسب درجه ارزیابی شد. از محدودیت شاخص بهره وری کلی (PI) به صورت زیر محاسبه شد:

شاخص بهره وری (PI) = TPK که در آن T = امتیاز برای بافت خاک به عنوان (100 برای بافت مناسب برای رشد محصولات مختلف مانند لومی ریز)، (80 برای بافت متوسط ​​یعنی لومی درشت) و (60 برای خاک های درشت بافت و/یا طبقه بندی شده) در نظر گرفته می شود. ).

P = امتیاز برای فسفر قابل دسترس (در نظر گرفته شده به عنوان کسری از 1)، (برای خاک های با فسفر بالا = 1، خاک های فسفر متوسط ​​= 0.8 و خاک های کم فسفر = 0.6).

جدول 3 . منطقه تحت دسته های مختلف چند درشت مغذی.

امتیاز K= برای پتاسیم موجود (در نظر گرفته شده به عنوان کسری از 1)، (برای خاک های با پتاسیم بالا = 1، خاک های K متوسط ​​= 0.8 و خاک های K پایین = 0.6).

کلاس بهره وری برای هر واحد خاک با توجه به مقادیر PI تعیین شد و ویژگی ها پس از تولید نقشه ها در ArcGIS تعیین شد ( شکل 8 ). مناطق با مقادیر PI <40 به عنوان کلاس بهره وری پایین، 41 – 60 به عنوان متوسط، 61 – 80 به عنوان بالا و > 80 به عنوان به عنوان بسیار بالا رتبه بندی شدند.

شکل 7 . چند درشت مغذی خاکهای منطقه مورد مطالعه.

شکل 8 . بهره وری خاک منطقه مورد مطالعه.

تغییرات فیزیوگرافی تأثیر زیادی بر توزیع مواد مغذی داشت. در خاک های ریز بافت Ap3 بیشتر بود. همانطور که در مطالعات قبلی گزارش شده است، خاکهای Ap1 و FP با کمترین مقدار مواد مغذی بودند [ 12 ]]. مقادیر PI در تمام واحدهای فیزیوگرافی با P و K پایین کمتر از 40 بود. مقدار PI خاک‌های Ap1 و Ap2 با فسفر زیاد و پتاسیم پایین کمتر از 40 بود، در نتیجه، این خاک‌ها برای کلاس کم تولید نیز واجد شرایط بودند. با این حال، خاک های لومی ریز Ap3 با فسفر بالا و پتاسیم پایین دارای مقادیر PI 60 بودند. فاکتور PI برای خاک‌های درشت و طبقه‌بندی شده (Ap1 و FP) و خاک‌های با بافت متوسط ​​(Ap2) با فسفر متوسط ​​و پتاسیم پایین کم (<40) بود در حالی که برای خاک‌های با بافت ریز (Ap3) متوسط ​​(41 – 60) بود. خاک‌های درشت بافت (Ap1 و FP) با P و K متوسط ​​برای کلاس بهره‌وری پایین واجد شرایط بودند. خاک‌های متوسط ​​و ریزبافت (Ap3) با وضعیت مغذی مشابه (متوسط ​​P و K) در کلاس‌های بهره‌وری متوسط ​​و بالا طبقه‌بندی شدند. به ترتیب. PI برای خاک‌های واحدهای Ap1 و FP با مقادیر K متوسط ​​و فسفر بالا به‌دلیل محدودیت‌های بافتی، علی‌رغم وضعیت غذایی متوسط ​​تا بالا، متوسط ​​بود. از این رو، این خاک ها در کلاس بهره وری متوسط ​​طبقه بندی شدند. PI Ap2 و Ap3 به ترتیب 64 و 80 بود. کلاس بهره وری با P و K بالا برای FP و Ap1 متوسط، برای Ap2 زیاد و برای Ap3 بسیار بالا بود که به وضوح نقش بافت را در تعیین PI نشان می دهد.

توزیع منطقه ای طبقات مختلف بهره وری به ترتیب بالا (65.4%) > متوسط ​​(19.9%) > کم (8.0%) > خیلی زیاد (6.7%) بود. این امر بیانگر آن است که خاکهای با رده بهره وری بالا و بسیار بالا محدودیتی از نظر بافت و وضعیت غذایی ندارند و به ترتیب 4/65 درصد و 7/6 درصد از مساحت کل منطقه جغرافیایی منطقه را پوشش می دهند. خاکهای کم تولید و متوسط ​​به دلیل بافت یا وضعیت کم مواد مغذی محدود بودند. خاکهای با بهره وری پایین عمدتاً از Ap1 و FP هستند، به این ترتیب، این خاکها عمدتاً برای کشت بادام زمینی، گرم، خردل و غیره مناسب هستند.

5. نتیجه گیری ها

این مطالعه نشان داد که خاکهای با رده بهره وری بالا تا بسیار بالا برای کشت برنج و گندم مناسب هستند، در حالی که خاکهای با بهره وری پایین عمدتاً برای کشت بادام زمینی، گرمی، خردل و غیره مناسب هستند.

راج ستیا، ویپان ورما، پاوان شارما با استفاده از این داده ها و سایر اطلاعات مکانی کمکی در محیط GIS، می توان ویژگی های مشابه خاک را شناسایی و نقشه برداری کرد که می تواند برای پیش بینی پتانسیل ها و محدودیت های زمین برای تولید محصول خاص مورد استفاده قرار گیرد.

منابع

  1. MR Cater، EG Greogirch، DW Anderson، HH Janzen و FJ Pierce، “مفاهیم کیفیت خاک و اهمیت آنها”، تحولات در علوم خاک، جلد. 25, Elsevier Science, Amsterdam, 1997, pp. 1-19.  [زمان(های استناد): 1]
  2. JH Huddleston، “توسعه و استفاده از رتبه بندی بهره وری خاک در ایالات متحده”، Geoderma، جلد. 32، شماره 4، 1984، صص 297-317. doi:10.1016/0016-7061(84)90009-0  [زمان(های استناد): 1]
  3. DL Karlen و DE Stott، “چارچوبی برای افزایش شاخص های فیزیکی و شیمیایی کیفیت خاک،” Soil Science Society of America, Vol. 35، 1994، صص 53-72.  [زمان(های استناد): 1]
  4. GW Petersen, GC Bell, K. McSweeney, GA Nielsen and PC Robert, “Geographical Information System in Agronomy” Advances in Agronomy, Vol. 55، 1995، صص 67-111. doi:10.1016/S0065-2113(08)60538-6  [زمان(های استناد): 1]
  5. کارکنان بررسی خاک، “رده بندی خاک برای رشد گیاهان، سیستمی برای چیدمان خاک ها بر اساس بهره وری ذاتی و مناسب بودن آنها برای محصولات”، USDA، خدمات حفاظت از منابع طبیعی، مرکز ملی بررسی خاک، لینکلن، 2000.  [زمان(های استناد): 1]
  6. JM Duxbury، IP Abrol، RK Gupta و KF Bronson، “Analysis of Long-Term Soil Fertility Experiments with Rice-Wheat Rotations in South Asia”، در: IP Abrol، و همکاران، Eds., Long-Term Soil Fertility Experiments with چرخش برنج-گندم در جنوب آسیا، کنسرسیوم گندم برنج برای دشت های هندوستان گنگ، دهلی نو، 2000، ص 7-22.  [زمان(های استناد): 1]
  7. PK Sharma، “تکنولوژی های نوظهور سنجش از دور و GIS برای توسعه زیرساخت داده های مکانی”، مجله انجمن علوم خاک هند، جلد. 52، شماره 4، 1383، صص 384-406.  [زمان(های استناد): 1]
  8. A. Huete, “Remote Sensing of Soils and Soil Processes,” in: S. Ustin, Ed., Remote Sensing for Natural Resources Management and Environmental Monitoring: Manual of Remote Sensing, 3rd Edition, John Wiley and Sons, Inc., New یورک، 2004.  [زمان(های استناد): 1]
  9. SR Olsen، CV Cole، FS Watanabe و LA Dean، “تخمین فسفر موجود در خاک با استخراج با NaHCO 3 “، USDA Circulation، واشنگتن دی سی، 1954.  [زمان(های استناد): 1]
  10. PF Pratt، “پتاسیم”، در: AL Page، RH Miller و DR Keeney، Eds.، Methods of Soil Analysis. قسمت دوم. خواص شیمیایی و میکروبیولوژیکی، انجمن کشاورزی آمریکا، مدیسون، 1982، صفحات 225-246.  [زمان(های استناد): 1]
  11. JD Riquier، B. Luis و JP Cornet، “سیستمی برای ارزیابی خاک از نظر بهره وری واقعی و بالقوه”، خدمات توسعه و حفاظت از منابع خاک، بخش توسعه زمین و آب، 1970، صفحات 1-35.   [زمان(های استناد): 1]
  12. VK Verma، RK Setia، PK Sharma، C. Singh و A. Kumar، “تغییرات پدوسفری در توزیع DTPA- ریز مغذی های قابل استخراج در خاک توسعه یافته بر روی واحدهای مختلف فیزیوگرافی در بخش های مرکزی پنجاب، هند،” مجله بین ا

مقالات داخلی و بین المللی

مطالب مرتبط ...

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید