توصيفگر ها :
طيف سنجي خاك , يادگيري ماشين , كود دهي خاك , جنگل تصادفي
چكيده فارسي :
فسفريكي از پرمصرف ترين و مهم ترين عناصر غذايي و معدني براي رشد محصولات زراعي است و نقش مهمي در چندين فرآيند فيزيولوژيكي و بيوشيميايي گياه مانند فتوسنتز، سنتز پروتئين، تنفس، انتقال انرژي، تقسيم و گسترش سلولي، رشد ريشه، گلدهي و تشكيل بذر دارد. بنابراين، عرضه كافي فسفر براي افزايش رشد و بهره وري محصول و حفظ امنيت غذايي براي جمعيت رو به افزايش جهان، ضروري است. ظرفيت بافري يك خاك نشان دهنده توانايي خاك براي مقاومت در مقابل تغييرات فسفر محلول مي باشد. ظرفيت بافري عامل مهم تأثير گذار بر دسترسي فسفر براي گياهان است، زيرا كنترل كننده آزاد سازي فسفر از منبع آن به محلول خاك مي باشد. در اين پژوهش، ارزيابي كارايي مدلهاي هوشمند جهت پيش بيني شاخص¬هاي بافري جذب فسفر خاك و تعيين مهمترين ويژگيهاي محيطي و خاكي مؤثر بر شاخصهاي بافري فسفر در منطقه مورد مطالعه تحت بررسي قرار گرفته است. همچنين كارايي روش¬هاي اسپكترومتري مرئي تا مادون قرمر نزديك نيز در برآورد اين شاخص ها در 100 نقطه مطالعاتي در منطقه سنندج استان كردستان مورد ارزيابي قرار گرفت. به منظور رسيدن به اهداف اين پژوهش در بخشهاي مختلف از دادههاي متفاوتي استفاده شد كه شامل مجموعهاي از شاخصهاي استخراج شده از تصاوير ماهوارهاي، مدل رقومي ارتفاع، نقشههاي موضوعي و طيفهاي بازتابي خاك بودند. در اين مطالعه برخي از شاخص هاي بافري فسفر در خاك با استفاده از مدلهاي مختلف يادگيري ماشين (كوبيست (Cu)، جنگل تصادفي (RF)، ماشينهاي بردار پشتيبان (SVM) و رگرسيون فرآيند گاوسي (GPR)) پيشبيني شد. نتايج مطالعات طيف سنجي نشان داد كه هفت روش پيش پردازش بر روي دادههاي طيفي خام اعمال شد و بهترين پيش پردازشهاي انتخاب شده براي شاخص MBC و SPR به ترتيب BC و MSC ميباشد و براي PBC، SBC،Qmax پيش پردازش SNV انتخاب گرديد. همچنين ضريب تعيين پيش بيني ("R" _"p" ^"2" ) هر كدام از اين پيش پردازشها به ترتيب برابر43/0، 33/0، 67/0، 49/0، 48/0 است. نتايج يادگيري ماشيت نشان داد كه استفاده از ويژگيهاي توپوگرافي به عنوان تنها متغيرهاي كمكي براي پيش بيني پارامترهاي جذب فسفر كافي نيست. با اين حال، دادههاي سنجش از دور و تركيب آن با ويژگيهاي خاك به طور قابل اعتمادي براي پيش بيني پارامترهاي جذب فسفر مورد استفاده قرار گرفت (41/0 = R2 براي MBC توسط مدل RF، 49/0 = R2 براي PBC توسط مدل Cu، 37/0 = R2 براي SPR با مدل Cu و 38/0 = R2 براي مدل SBC توسط مدل RF). كمترين مقادير RMSE براي MBC توسط مدل RF، PBC توسط مدل SVM، SPR توسط مدل Cubist و SBC توسط مدل RF به دست آمد. نتايج همچنين نشان داد كه دادههاي سنجش از دور بهعنوان مجموعه دادههاي بهراحتي در دسترس ميتوانند بهطور قابل اعتمادي پارامترهاي جذب فسفر را در منطقه مورد مطالعه پيشبيني كنند. نتايج تحليل اهميت متغير نشان داد كه از بين ويژگيهاي خاك ظرفيت تبادل كاتيوني (CEC) و محتواي رس و در بين شاخصهاي سنجش از دور B5/B7، شاخص مياني، شاخص رنگبندي، شاخص اشباع و OSAVI ضروريترين عوامل براي پيشبيني پارامتر جذب فسفر بودند. مطالعات بيشتر براي استفاده از ساير دادههاي سنجش از نزديك به منظور بهبود پيشبيني پارامترهاي جذب فسفر براي تصميمگيري دقيق در سراسر چشمانداز توصيه ميشود.
چكيده انگليسي :
Abstract
Phosphorous (P) is one of the most important nutritional and mineral elements for the growth of crops and plays critical roles in several physiological and biochemical processes of plants such as photosynthesis, protein synthesis, respiration, energy transfer, cell division and expansion, root growth, flowering and seed formation. Therefore, an adequate information about the buffering capacity of soil for P is crucial to increase crop growth and productivity and maintain food security for the growing world population. Buffering capacity is an important factor influencing the availability of phosphorus for plants, because it controls the release of phosphorus from its source to the soil solution. In this research, efficiency of intelligent models for predicting soil phosphorus absorption indices and determining the most important environmental and soil characteristics affecting phosphorus absorption indices were examined. Also, the effectiveness of visible to near-infrared spectrometry approach was evaluated in estimating these indices in 100 selected locations in Sanandaj region of Kurdistan province. In order to achieve the goals of this research, different data set were used included a set of indicators extracted from satellite images, digital elevation model, thematic maps and soil reflection spectra. In this study, some soil phosphorus buffering capacity were predicted using different machine learning models (Cubist (Cu), Random Forest (RF), Support Vector Machines (SVM) and Gaussian Process Regression (GPR)). The results of spectroscopic studies showed that among the seven pre-processing methods were applied on the raw spectral data, the best pre-processing selected for MBC and SPR index were BC and MSC, respectively, and SNV pre-processing was selected for PBC, SBC, Qmax. Also, the prediction determination coefficient (R2) of each of these pre-processing were 0.43, 0.33, 0.67, 0.49, and 0.48, respectively. The results of digital soil mapping showed that the use of topographic attributes as the only auxiliary variable is not enough to predict phosphorus buffering capacity indices. However, remote sensing data and its combination with soil properties were reliably used to predict phosphorus buffering capacity indices (R2 = 0.41 for MBC by the RF model, R2 = 0.49 for PBC by the Cu model, R2 = 0.37 for SPR with Cu model and R2 = 0.38 for SBC model by RF model). The lowest RMSE values were obtained for MBC by RF model, PBC by SVM model, SPR by Cubist model and SBC by RF model. The results also showed that remote sensing data as an easily available data set can reliably predict phosphorus buffering capacity indices in the study area. The results of variable significance analysis showed that among soil characteristics, cation exchange capacity (CEC) and clay content and among remote sensing indices B5/B7, middle index, coloration index, saturation index and OSAVI were the most essential factors for predicting phosphorus buffering capacity indices. Further studies are recommended to use other proximal sensing data to improve the prediction of phosphorus buffering capacity indices for accurate decision making across the landscape