سهام میرزایی

سابقه و هدف: تعیین تغییرات مقدار کربن آلی در مزرعه، به دلیل اهمیت و نقش مقدار کربن آلی در خاک، ازجمله نقش مؤثر آن در افزایش مقاومت خاک در برابر فرسایش باد و آب، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، توانایی روش طیف سنجی Vis/NIR بازتابی به منظور سنجش و پیش بینی مقدار کربن آلی نمونه های خاک، در هفت تیمار رطوبتی و همچنین اثر پیش پردازش های گوناگون طیفی در دقت مدل های چندمتغیره پیش بینی کننده، مطالعه شد. مواد و روش ها: طیف گیری از نمونه های خاک در هفت تیمار رطوبتی، در مد اندازه گیری برهم کنش و محدوده طیفی 350-2500 نانومتر و به صورت تماسی، از پنج ناحیه متفاوت انجام شد. داده های طیفی به دست آمده از اسپکترومتر، افزون بر اطلاعات نمونه، شامل اطلاعات ناخواسته پس زمینه و نویزها نیز می شوند. به همین دلیل برای دستیابی به مدل های واسنجی پایدار و دقیق و مورد اعتماد، به پیش پردازش داده های طیفی پیش از تدوین مدل های رگرسیون نیاز است. بدین منظور، این پردازش ها برای سنجش و پیش بینی مقدار کربن آلی خاک انجام شد: تدوین مدل های واسنجی چندمتغیره رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLS) برپایه اندازه گیری های مرجع و اطلاعات طیف های پیش پردازش شده، با ترکیب روش های گوناگون هموارسازی (میانگین گیری متحرک (MA)، ساویتزکی – گولای (SG))، نرمال سازی (تصحیح پخش افزاینده (MSC)، توزیع نرمال استاندارد (SNV)) و افزایش قدرت تفکیک طیفی (مشتق های اول و دوم (D 1 و D 2 )). نتایج و بحث: نتایج نشان داد که از روش طیف سنجی می توان برای سنجش مقدار کربن آلی خاک بهره برد. مدل PLS، برپایه ترکیب SG+MSC، بهترین پیش بینی را در مقدار کربن آلی (OC) نمونه های خاک داشت؛ به گونه ای که پیش پردازش SG+MSC (81/0R 2 c =، 239/0RMSEC=، 79/0R 2 p =، و 252/0RMSEP=) با دقت مناسبی (17/2SDR=) توانست مقدار OC را پیش بینی کند. بررسی نتایج نشان داد که با افزایش رطوبت، مقدار بازتاب کاهش پیدا می کند و از توانایی مدل PLS برپایه روش های گوناگون پیش پردازش در سنجش مقدار کربن آلی نمونه ها کاسته می شود. همچنین مقادیر شاخص های تعیین شده و معیارهای اعتبارسنجی نشان داد که مدل PLS برپایه ترکیب های SG+D1+MSC، SG+MSC، SG+MSC، SG+D1+MSC، SG+SNV و SG+SNV بهترین نتایج پیش بینی مقدار کربن آلی را به ترتیب، برای تیمارهای رطوبتی 6، 12، 18، 24، 30 و 36% دارد. نتیجه گیری: طیف سنجی Vis/NIR را می توان، به منزله روشی جایگزین برای روش های مرسوم آزمایشگاهی، در تعیین مقدار کربن آلی خاک به کار برد. نتایج پژوهش ها حاکی از آن است که استفاده از طیف سنجی Vis/NIR در تعیین مقدار کربن آلی خاک می تواند، در مدیریت موضعی مزارع، مورد توجه قرار گیرد و این کار به صرفه جویی در نهاده ها و کاهش فشار بر محیط زیست منجر می شود.

کلروفیل و نیتروژن برگ، به دلیل نقش مهمی که در فتوسنتز دارند، از شاخص های بیولوژیک مهم وضعیت فیزیولوژیک گیاهان به شمار می روند. توانایی در کمّی سازی میزان کلروفیل و نیتروژن می تواند اطلاعات مهمی در زمینه فعالیت های کشاورزی دقیق، برنامه ریزی مدیریت منابع گیاهی و کشاورزی، و مدل سازی خدمات و قابلیت های تولید اکوسیستم تهیه کند. هدف از این مطالعه ارزیابی قابلیت شاخص ها، به منظور تخمین میزان کلروفیل و نیتروژن گندم، با استفاده از داده های طیف سنجی در سطح تاج پوشش و همچنین تعیین مناسب ترین نواحی طیفی و پدیده های جذبی است. این پژوهش در محیط گلخانه انجام شد و اندازه گیری طیفی با دستگاه طیف سنج Fieldspec-3-ASD صورت گرفت. چهار شاخص باریک باند گیاهی، در قالب دو دسته شاخص های نسبتی (NDVI، RVI و DVI) و شاخص تعدیل کننده تأثیر خاک (SAVI 2 ) برای بازتاب طیفی و مشتق اول طیف برای کل نمونه ها، محاسبه و نتایج آنها مقایسه شد. پارامترهای عمق باند ماکزیمم، طول موج عمق باند ماکزیمم، مساحت، چولگی و پهنای کامل در نصف مقدار بیشینه، درمورد هفت پدیده جذبی محاسبه و همبستگی این شاخص ها با غلظت کلروفیل و نیتروژن گندم بررسی شد. نتایج نشان دادند، درصورتی که از طیف بازتابندگی استفاده شود، شاخص SAVI 2 ارتباطی قوی تر (۱۲ / ۰ =RMSE، ۸۵ / ۰=R 2 ) از دیگر شاخص ها با میزان کلروفیل نشان می دهد و درمورد شاخصNDVI  نیز، این ارتباط قوی تر (۳۰ / ۰ =RMSE، ۶۹ / ۰=R 2 ) از شاخص های دیگر با میزان نیتروژن خواهد بود؛ درحالی که با استفاده از مشتق اول بازتاب طیفی شاخص NDVI نتایج بهتری ارائه می دهند. مساحت و عمق محدوده جذبی ۷۶۰-4۳0 نانومتر برای مطالعه میزان کلروفیل و نیتروژن گندم بهترین شاخص ها محسوب می شوند.

فراوانی و شدت وقوع پدیده طوفان های گردوغبار طی چند سال اخیر در منطقه غرب آسیا و به ویژه در کشور ایران، افزایش پیدا کرده است. تاکنون آثار زیانبار این پدیده در مراحل گوناگون زندگی گیاهی، جانوری و انسانی بررسی شده است. در این پژوهش، تأثیر این پدیده در بازتابندگی طیفی گیاه گندم که مهم ترین گونه کشاورزی کشور به شمار می رود، بررسی و باندهای بهینه برای هریک از شاخص های باریک باند در مطالعه تأثیر این پدیده در گندم تعیین شده است. دو رقم از گندم (Triticum aestivum L. ) در محیط گلخانه و در شرایط کنترل شده پرورش داده شد و با استفاده از دستگاه تونل باد در طول روزهای متفاوت، بدون گردوغبار، دو، چهار و شش روز، و دو دوره رشد متفاوت، سه برگی شدن و خوشه دهی، درمعرض گردوغبار قرار گرفتند. اندازه گیری طیفی با استفاده از دستگاه طیف سنج Fieldspec-3-ASD با محدوده طیفی کامل انجام شد. چهار شاخص باریک باند طیفی جدید شامل NDVI، RVI، SAVI و PVI برای کل نمونه ها و همچنین، برای نمونه های مراحل سه برگی شده و خوشه دهی به طور جداگانه محاسبه و همبستگی بین این شاخص ها و تعداد روزهای گردوغباری بررسی شد. دقت نتایج تخمین تعداد روزهای گردوغباری با استفاده از R 2 و RMSE و روش اعتبار متقابل سنجیده شد. فقط باندهای بهینه انتخاب شده در شاخص SAVI2 محاسبه شده برای داده های مرحله خوشه دهی در محدوده طیفی SWIR قرار داشت. نتایج نشان دادند که در کل سه حالت، شاخص PVI ارتباط قوی تری (70/0 =RMSE،80/0=R 2 ) به نسبت دیگر شاخص ها، با تعداد روزهای گردوغباری نشان می دهد. همچنین، شاخص ها قابلیت بهتری در تخمین تعداد روزهای گردوغباری در داده های مرحله سه برگی شدن (77/0 67/0 و 80/0 63/0)، درقیاس با داده های مرحله خوشه دهی (91/0 73/0 و 71/0 62/0) نشان دادند. بنابراین، تعداد روزهای گردوغباری با استفاده از روش شاخص های باریک باند در مراحل ابتدای رشد گیاه با دقت بالاتری تخمین زده می شود.