اشتقاق توابع انتقالی برای برآورد مقاومت فروروی، پایداری خاکدانه و پارامترهای مدل منحنی رطوبتی ونگنوختن در اراضی جنگلی فندقلوی اردبیل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه علوم خاک، دانشکده فناوری کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی

2 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد گروه علوم خاک، دانشکده فناوری کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی

3 دانشیار گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Derivation of Pedotransfer Functions for Estimating Penetration Resistance, Aggregate Stability and Parameters of van Genuchten Moisture Curve Model in Fandoglou Forest Lands of Ardabil

نویسندگان [English]

  • SA Asghari 1
  • E Roozban 2
  • H Khodaverdiloo 3
چکیده [English]

Direct measurement of soil hydraulic and mechanical properties is time consuming, costly and
sometimes unreliable due to soil heterogeneity and experimental errors. On the other hand, these
properties can be estimated from readily available soil properties using pedotransfer functions
(PTFs). This research describes regression based PTFs to predict dependent soil properties including
penetration resistance (PR), mean weight diameter of aggregates (MWD), some points of soil water
retention curve (SWRC), its slope at the inflection point (Sp), the van Genuchten a and n
parameters from independent soil properties including sand, silt, clay, geometric mean (dg) and
standard deviation (δg) of the soil particles diameter, relative bulk (Db-rel) and particle density (Dp),
total porosity (n), water repellency (WR), initial water content (Pm), organic carbon (OC) and
equivalent calcium carbonate (CaCO3). Totally, 75 soil samples were taken from Fandoglou forest
lands of Ardabil, Iran. Then they were randomly divided in two sets for training (60 data) and
testing (15 data) the derived models. The best PTF for estimating the saturated water content (qs)
was obtained with input variables of OC, Db-rel and CaCO3 according to the coefficient of agreement
(d), mean error (ME), root mean square error (RMSE) and bias-variance trade-off (BVTO) statistics.
Also, the best PTFs for estimating the PR were obtained with input variables of Pm, Db-rel, dg and
CaCO3 and for MWD with input variables of clay to silt ratio, OC and Db-rel. The results showed
that in the studied forest soil, 79 percent of the physical quality index (Sp) variations were
determined by Db-rel and CaCO3 variables.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Forest soil
  • Physical quality
  • Regression
  • Water repellency
منابع مورد استفاده
اصغری ش، عباسی ف، نیشابوری م­ر، اوستان ش و علی­اصغرزاد ن، 1390. اثرات چهار اصلاح کننده آلی خاک بر پارامترهای هیدرولیکی و انتقال املاح در یک خاک لوم شنی. مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 18، شماره 2، صفحه­های 177 تا 194.
امامی ح،  لکزیان ا و مهاجرپور م، 1389. بررسی رابطه بین شیب منحنی رطوبتی و بعضی از ویژگی­های فیزیکی کیفیت خاک. نشریه آب و خاک، جلد 24، شماره 5، صفحه­های 1027 تا 1035.
امیرعابدی ح، اصغری ش، مصری گندشمین ت و کیوان بهجو ف، 1392. برآورد رطوبت­های ظرفیت زراعی، پژمردگی دائم و قابل استفاده در خاک­های دشت اردبیل با استفاده از مدل­های رگرسیونی و شبکه عصبی مصنوعی. مجله تحقیقات کاربردی خاک، جلد 1، شماره 1، صفحه­های 88 تا 109.
بیات ح، جوانشیر ش، دواتگر ن و نیشابوری م­ر، 1392. تأثیر پارامترهای توزیع اندازه ذرات و خاکدلنه­های ریز بر تخمین نقطه­ای منحنی نگهداری آب خاک. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 20، شماره 4، صفحه­های 27 تا 49.
تاجیک ف، 1383. ارزیابی پایداری خاکدانه­ها در برخی مناطق ایران. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، جلد 8، شماره 1، صفحه­های 125 تا 134.
جره م، بیات ح، صفری سنجابی ع­ا و دواتگر ن، 1392. برآورد مقاومت فروروی با بهره گیری از پارامترهای فراکتالی توزیع اندازه ذرات و خاکدانه ها. نشریه دانش آب و خاک، جلد 23، شماره 2، صفحه­های 13 تا 27.
حق­وردی ا، قهرمان ب، جلینی م، خشنود یزدی ع­ا و عربی ز، 1390. مقایسه روش­های مختلف هوش مصنوعی در مدل­سازی منحنی مشخصه رطوبتی خاک (مطالعه موردی: شمال و شمال شرق ایران). مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 18، شماره 2، صفحه­های 65 تا 84.
ذوالفقاری ع­ا و حاج عباسی م­ع، 1387. تأثیر تغییر کاربری اراضی بر خصوصیات فیزیکی وآبگریزی خاک در مراتع فریدون شهر و جنگل­های لردگان. مجله آب و خاک، جلد 22، شماره 2، صفحه­های 251 تا 262.
رمضانی م، قنبریان علویجه ب، لیاقت ع و صالحی خشکرودی، ش، 1390. برآورد توابع انتقالی به منظور تخمین منحنی مشخصه رطوبتی خاک­های شور و شور – سدیمی. مجله مدیریت آب و آبیاری، جلد 1، شماره 1، صفحه­های 99 تا 110.
رضایی ع و سلطانی ا، 1377. مقدمه­ای بر تحلیل رگرسیون کاربردی. انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان.
شیرانی ح و رفیع­نژاد ن، 1390. برآورد برخی ویژگی­های دیریافت خاک­های استان کرمان با استفاده از توابع انتقالی رگرسیونی و شبکه عصبی مصنوعی.، مجله پژوهش­های خاک، جلد 25، شماره 4، صفحه­های 349 تا 359.
علی­جان­پور شلمانی ع، شعبانپور م، اسدی ح و باقری ف، 1390. تخمین پایداری خاکدانه در خاک­های جنگلی استان گیلان به­وسیله شبکه­های عصبی مصنوعی و توابع انتقالی رگرسیونی. نشریه دانش آب و خاک، جلد 21، شماره 3، صفحه­های 153 تا 162.
فراهانی ا، مصدقی م­ر و محبوبی ع­ا، 1391. اندازه­گیری مقاومت مکانیکی و بررسی پدیده سخت شوندگی در برخی از خاک­های استان همدان. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال 16، شماره 61، صفحه­های 181 تا 194.
فرخیان فیروزی ا و همایی م، 1384. ایجاد توابع انتقالی نقطه­ای برای برآورد منحنی رطوبتی خاک­های گچی. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، جلد6 ، شماره24، صفحه­های 129 تا 142.
قربانی دشتکی ش و همایی م، 1381. برآورد پارامتریک توابع هیدررولیکی بخش غیر اشباع خاک با استفاده از توابع انتقالی. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، جلد3، شماره12، صفحه­های 1 تا 15.
قنبریان علویجه ب و لیاقت ع، 1390. ارزیابی توابع انتقالی و تأثیر ماده آلی در پیش­بینی رطوبت اشباع خاک. نشریه آب و خاک، جلد 25، شماره 5، صفحه­های 1016 تا 1024.
Asgarzadeh H, Mosaddeghi MR, Mahboubi AA, Nosrati A and Dexter AR, 2011. Integralenergy of conventional available water, least limiting water range and integral water capacity for better characterization of water availability and soil physical quality. Geoderma 166: 34–42.
Bauer A and Blak AL, 1992. Organic carbon effects on available water capacity of three soil textural groups. Soil Science Society of America Journal 56׃ 248-254.
Baker L and Ellison D, 2008. The wisdom of crowds – ensembles and modules in environmental modelling. Geoderma 147: 1–7.
Bayat H, Neyshabouri MR, Hajabbasi MA, Mahboubi AA and Mosaddeghi MR, 2008. Comparing neural networks, linear and nonlinear regression techniques to model penetration resistance. Turkish Journal of Agriculture and Forestry 32: 425-433.
Blake GR and Hartge KH, 1986a. Particle density. Pp. 377-381. In׃ Klute A (ed). Methods of Soil Analysis. Part 1, 2 nd ed. Agronomy Monograph. 9. ASA and SSSA, Madison, WI.
Blake GR and Hartge KH, 1986b. Bulk density. Pp. 363-375. In׃ Klute A (ed). Methods of Soil Analysis. Part 1, 2 nd ed. Agronomy Monograph. 9. ASA and SSSA, Madison, WI.
 Brahim N, Bernoux M and Gallali T, 2012. Pedotransfer functions to estimate soil bulk density for Northern Africa: Tunisia case. Journal of Arid Environments 81: 77-83.
Bouma J, 1989. Using soil survey data for quantitative land evaluation. Advanced Soil Science 9:177–213.
Botula YD, Cornelis WM, Baert G and Van Ranst E, 2012. Evaluation of pedotransfer functions for predicting water retention of soils in Lower Congo (D.R. Congo). Agricultural Water Managment 111: 1-10.
Busscher WJ, Bauer PJ, Camp CR and Sojka RE, 1997. Correction of cone index for soil water content differences in a coastal plain soil. Soil & Tillage Research 43: 205-217.
Cornelis WM, Ronsyn J, van Meirvenne M and Hartmann R, 2001. Evaluation of pedotransfer functions for predicting the soil moisture retention curve. Soil Science Society of America Journal 65: 638–648.
Dekker LW and Jungrius PD, 1990. Water repellency in the dunes with special reference to the Netherlands. Catena 18:173-183.
Dexter AR, 2004. Soil physical quality. Part I: Theory, effects of soil texture, density and organic matter, and effects on root growth. Geoderma 120: 201–214.
Dexter AR and Bird NRA, 2001. Methods for predicting the optimum and the range of water contents for tillage based on the water retention curve. Soil & Tillage Research 57: 203–212.
Evrendilek F, Celik I and Kilic S, 2004. Changes in soil organic carbon and other physical soil properties along adjacent Mediterranean forest, grass land, and crop land ecosystem Turkey. Journal of Arid Environments 59: 743–752.
Gardner WH, 1986. Water content. Pp. 493-544. In: Klute A (ed). Methods of Soil Analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Methods. 2nd ed. American Society of Agronomy, Madison, WI.
Gee GW and Or D, 2002. Particle-size analysis. Pp. 255–293. In: Dane J H and Topp G C (eds.). Methods of Soil Analysis. Part 4. SSSA Book Series No. 5. Soil Science Society of America, Madison, WI.
Ghorbani Dashtaki S, Homaee, M and Khodaverdiloo H, 2011. Derivation and validation of pedotransfer functions for estimating soil water retention curve using a variety of soil data. Soil Use and Mangement 26: 68-74.
Gorucu S, Khalilian A, Han YJ, Dodd RB and Smith BR, 2006. An algorithm to determine the optimum tillage depth from soil penetrometer data in Coastal Plain soils. Applied Engineering Agriculture 22: 625-631.
Hillel D, 2004. Environmental Soil Physics. Academic Press. USA.
Kaufmann M, Tobias S and Schulin R, 2010. Comparison of critical limits for crop plant growth based on different indicators for the state of soil compaction. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 173: 573–583.
Kemper A and Rosenau RC, 1986. Aggregate stability and size distribution. Pp. 425-437. In׃ Klute A (ed). Methods of Soil Analysis. Part 1, 2 nd ed. Agronomy Monograph. 9. ASA and SSSA, Madison, WI.
Kelishadi H, Mosaddeghi MR, Hajabbasi MA and Ayoubi S, 2014. Near-saturated soil hydraulic properties as influenced by land use management systems in Koohrang  region of central Zagros, Iran. Geoderma 213: 426–434.
Khodaverdiloo H, Homaee M, van Genuchten  MTh and Ghorbani Dashtaki Sh, 2011. Deriving and validating pedotransfer functions for some calcareous soils. Journal of Hydrology 399: 93-99.
Kozak E, Pachepsky YA, Sokolowski S, Sokolowska Z and Stepniewski W, 1996. A modified number-based method for estimating fragmentation fractal dimensions of soils. Soil Science America of  Journal 60: 1291-1297.
Lemenih M, Karltun E and Olsson M, 2005. Assessing soil chemical and physical property responses to deforestation and subsequent cultivation in smallholders farming system in Ethiopia. Agriculture, Ecosystems and Environment 105: 373–386.
Ley GJ, Mullins CE and Lal R, 1995. Root penetration profiles of wheat and barley as affected by soil penetration resistance in field conditions. Canadian  Journal of Soil Science 74: 193-200.
Merdun H, 2010. Alternative methods in the development of pedotransfer functions for soil hydraulic characteristics. Eurasian Soil Science 43(1): 62–71.
Minansy B, Mcbartney AB, 2002. The neuro-m method for fitting neural network parametric pedotransfer functions. Soil Science Society of America Journal 66: 352-361.
Mosaddeghi MR and. Mahboubi  AA, 2011. Point pedotransfer functions for prediction of water retention of selected soil series in a semi-arid region of western Iran. Archives of Agronomy and Soil Science 57: 327-342.
Nelson DW and Sommers LE, 1982. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Pp. 539–579. In: Page AL, Miller RH, Keeny DR (eds). Methods of Soil Analysis, Part 2. Agronomy Monograph. 9. ASA and SSSA, Madison, WI.
Nemes A, Schaap M G and Wösten J H M, 2003. Functional evaluation of pedotransfer functions derived from different scales of data collection. Soil Science Society of America Journal 67: 1093–1102.
Ryan BF and Joiner BL, 1994. Minitab Handbook. Pp. 483-485.
Salchow E, Lal R, Fausey NR and Ward A, 1996. Pedotransfer functions for variable alluvial soils in Southern Ohio. Geoderma 73: 165–181.
Schaap MG, Leij FJ and van Genuchten MTh, 2001. Rosetta: a computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions. Journal of Hydrology 250 :3–4.
Shirazi MA and Boersma L, 1984. A unifying quantitative analysis of soil texture. Soil Science Society of America Journal 48: 142–147.
van Genuchten  MTh, 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal 44: 892–898.
van Genuchten MTh, Leij FJ and Yates SR, 1991. The RETC code for quantifying the hydraulic functions of unsaturated soils. EPA/600/2-91/065 R.S.Kerr Environmental Research Laboratory, US Environmental Protection Agency, Ada,OK, p. 93.
Vereecken  H, Diels  J, van Orshoven J, Feyen J and Bouma J. 1992. Functional evaluation of pedotransfer functions for the estimation of soil hydraulic properties. Soil Science Society of America Journal 56: 1371–1378.
Warrick AW, 2002. Soil Physics Companion. CRC press. New York.
Willmott CJ, 1981. On the validation of models. Physical Geography. 2: 184–194.
Xiangsheng Yi, Guosheng Li and Yanyu Yin, 2013. Comparison of three methods to develop pedotransfer functions for the saturated water content and field water capacity in permafrost region. Cold Regions Science and Technology 88: 10–16.