سنجش از دور و علوم خاك
خاك و شناسايي خصوصيات آن:
تکنيکهای انعكاسيِ سنجش از دور(طيف الکترو مغناطيس مرئی و مادون قرمز انعکاسی) براي مطالعه بافت و ساختمان خاك:
به طور کلی خاک با افزايش طول موج، انعکاس بيشتری را از خود نشان میدهد. در صورت فقدان آب در خاک، خاکهای دانه درشت بازتاب طيفی کم و خاکهای دانه ريز بازتاب طيفی نسبتاً زياد دارند. در نتيجه در تصاوير ماهوارهای، پديدههای مزبور اولی تيرهتر و دومی روشنتر ظاهر میشود. شكل زير خصوصيات طيفي دو خاك خشك با بافت شني و سيلتي را در طيف اُپتيكي نشان ميدهد.
بافت خاك در ارتباط زيادي با ساختمان و رطوبت خاك در بازتاب امواج الكترومغناطيس ميباشد. ميزان رطوبت، بافت و ساختمان خاك، بسيار پيچيده و وابسته به يكديگر هستند. رطوبت خاك، موجب كاهش بازتاب در بخش مرئي و مادون قرمز انعكاسي ميشود. در خاك خشك فضاي بين ذرات خاك با هوا اشغال ميشود. با افزايش رطوبت خاك، آب جاي هوا را اشغال ميكند و بازتاب خاك كاهش مييابد. شكل زير.
بيان رابطة بين بافت، ساختمان و رطوبت خاك، با توجه به مقايسة نوع خاك بهتر قابل انجام است. خاك رسي كه مقدار زيادي رطوبت در خود نگه مي‌دارد، انعكاس كمتري دارد. زماني‌كه خاك مرطوب باشد، در واقع هر ذره خاك با لايه‌اي از آب احاطه شده است. بنابراين خاك داراي ذرات ريزتر، سطح بيشتري در واحد حجم دارد (زيرا هرچه بافت خاك ريزتر باشد، سطح كل ذرات بيشتر ميشود)، در نتيجه آب زيادتري در خود نگه‌مي‌دارد. از اين رو زماني‌كه بازتاب طيفي دو خاك كاملاً خشك و مرطوب را مقايسه كنيم، اين اثر آشكار ميشود.
طبق نظر Hoffer و Johannen(1969)، به نقل از علويپناه(1382)، شرايط بافت و ساختمان خاك سطحي اثر زيادي روي بازتاب دارد. ذرات بزرگ شن شرايط خشك‌تري را نسبت به خاك رسي ايجاد ميكند، بنابراين شني كه در هواي آزاد خشك شده، نسبت به رسي كه در هواي آزاد خشك شده، آب كمتري دارد.
ساختمان خاك نيز نقش مهمي در بازتاب طيفي دارد. دانه‌بندي ريز، حجم خاك را بيشتر پر ميكند و منجر به سطح صاف خاك ميشود، در حالي‌كه دانه‌بندي درشت با اشكال نامنظم، سطح غيرصاف ايجاد ميكند. فضاهاي خالي بين دانه‌بندي‌ها، حالت نامنظم به سطح خاك ميدهد. بنابراين خاكهاي بدون ساختمان، نسبت به خاكهاي داراي ساختمان، بازتاب بيشتري دارند. همان‌گونه كه اشاره شد، رطوبت موجب كاهش بازتاب طيفي در قسمت اپتيكي طيف الكترومغناطيس ميشود. در خاكهاي رسي، باندهاي جذبي هيدروكسيل در طول موج حدود 4/1 و 2/2 ميكرومتر ديده ميشود. بافت خاك[1] (نسبت شن، سيلت و رس) عامل بسيار مهم و تعيين‌كننده‌اي در ميزان رطوبت خاك است. خاكهاي درشت بافت مانند خاك شني، به‌راحتي زهكش مي‌شوند و در نتيجه، رطوبت كمي در خود نگه مي‌دارند و موجب افزايش بازتاب طيفي مي‌شوند. خاكهاي ريزبافت نظير خاكهاي رسي و سيلتي رسي، داراي زهكش ضعيف‌اند در نتيجه بازتاب طيفي كمتري دارند. برخي تحقيقات نشان ميدهد علي‌رغم عدم وجود رطوبت، خاك درشت‌بافت ممكن است تيرهتر از خاك ريزبافت ظاهر شود. بنابراين در تفسير بازتاب‌هاي طيفي، همواره بايد به اين مهم توجه داشت كه عوامل مؤثر بر بازتاب‌هاي طيفي پيچيده و متعددند و عوامل ديگري مانند همواري سطح زمين، وجود مواد آلي خاك و اكسيد آهن نيز در كاهش بازتاب طيفي در بخش مرئي مؤثرند.
تكنيك هاي حرارتي و راداري در مطالعه ي بافت خاك:
* تكنيك هاي حرارتي:
در شرايط خاك خشك، بين خاك ريزدانه و درشتدانه تفاوتي وجود ندارد ولي در شرايط خاك مرطوب هر چه خاك ريزدانهتر باشد به دليل ظرفيت نگهداري آب بيشتر در خود، داراي حرارت كمتري ميباشد و با ترسيم نقشة حرارتي خاك ميتوان پي به نوع بافت خاك برد .
تصاوير سنجنده ASTER داراي 14 باند بوده كه 5 باند آن (باندهاي 10 الي 14) در طول موج حرارتي تصوير برداري ميكنند. با استفاده از تصاوير اين سنجنده ميتوان نقشههاي حرارتي توليد و بافت خاك را مورد مطالعه قرار داد.
* تكنيكهاي راداري براي مطالعه بافت خاك:
زبري سطح يكي از پارامترهاي زميني است كه نقش بسيار زيادي در تفسير تصاوير ماهوارهاي ايفا ميكند. بافتهاي مختلف زبريهاي مختلفي را ميتوانند در سطح زمين به وجود آورند. هر چه زبري سطح كمتر باشد سطح مانند يك سطح صيقلي عمل ميكند و پراكنش برگشتي به سمت رادار كاهش مييابد و بر روي تصوير رادار به صورت منطقه تاريك نشان داده ميشود.
تكنيك هاي انعكاسي سنجش از دور براي مطالعه مواد آلي خاك:
مادة آلي، نقش مهمي در فرايندهاي شيميايي و فيزيكي خاك و در نتيجه اثر زيادي روي ويژگيهاي طيفي خاك دارد. مادة آلي خاك مخلوطي از بافتهاي تجزيه‌شدة گياهي، جانوري و مواد مترشحه است. عمل تجزية مادة آلي درخاك، توسط فعاليت موجودات ذره بيني انجام ميشود كه در مراحل ابتدايي، تغييرات اندكي روي شيمي مواد آلي اتفاق مي‌افتد. در مراحل نهايي، فعاليت موجود ذره‌بيني تركيبات كمپلكس ايجاد ميكند كه هوموس ناميده ميشود. هوموس، نقش مهمي در دانه‌بندي، حاصلخيزي، نگهداري آب، تبديل آنيوني و رنگ خاك دارد. مادة آلي اثر قابل توجهي روي ناحية طيفي VNIR 1 و SWIR 2 دارد(علويپناه، 1382). خاک آلی انعکاس کمتری از ماسه و آن نيز کمتر از سيليس انعکاس دارد، بنابراين خاک آلی در تصاوير اپتيكي تيرهتر مشاهده ميشود. تحقيقات نشان ميدهد وقتي مادة آلي خاك كمتر از 2 درصد باشد، اثر آن بر روي بازتاب طيفي بسيار كم است (Baumgardner و همكاران،1985). و هر چه بر ميزان مادة آلي خاك افزوده ميشود سبب ميشود كه بازتابش کمتر از حالت معمولی گردد. هنگامي‌كه ميزان مادة آلي به حدود 9 درصد برسد، معمولاً اثر پارامترهاي ديگر خاك روي بازتاب محو و ناپديد ميشود ( Montgomery، 1976). Baumgardner و همكاران (1985) بازتاب‌هاي طيفي سه نوع مادة آلي خاك با تجزية مختلف را مطالعه كردند. مطالعاتي انجام شده، يك رابطه منفي بين كربن سطحي و بازتاب طيفي خاك در ناحية مرئي(VIS) و مادون قرمز نزديك(NIR) نشان داده است. (Baumgardner و همكاران،1970؛ Sudduth و Hummel، 1991؛ Henderson و همكاران، 1992). همچنين Coleman و Montgomery(1987)، يك رابطة منفي قوي (r=-0.58) بين كربن و بازتاب طيفي در ناحية NIR ( 9/0-76/0 ميكرومتر) در خاكهايVertisols و Alfisols در منطقة Alabama پيدا كرد.
تكنيك هاي انعكاسي سنجش از دور براي مطالعه كاني هاي خاك:
خاكهاي مناطق خشك و بياباني، از مادة آلي و رطوبت پاييني برخوردارند. اگرچه مادة آلي در خاكهاي مناطق خشك كمتر است، ولي در عوض كاني‌هايي مانند كوارتز، كلسيت، دولوميت و اكسيدهاي آهن اثر قابل توجهي روي بازتاب‌هاي خاك دارند. بازتاب‌هاي سطح خاك را ميتوان يك خاصيت تجمعي ناشي از رفتار طيفي تركيب غير يكنواخت خاك (مواد آلي، معدني و رطوبت) دانست. مطــالعات متعدد، سهم برخي پارامترهاي خاك مانند اكسيد آهن و بعضي كاتيون‌ها در شرايط طبيعي خاك را در بازتاب سطحي نشان ميدهد.
در مجموع، خاكهاي كم تحول يافته كه داراي مادة معدني بالايي مي‌باشند، اثر قابل توجهي بر بازتاب‌هاي طيفي در محدودة اپتيكي طيف الكترومغناطيس دارند. اين موضوع بايد در مطالعات سنجش از دور مد نظر قرار گيرد كه اثر آب مولكولي كاني‌هاي تبخيري خاك بر بازتاب متفاوت است و بسته به شكلي كه مولكول‌هاي آب به كانيها مرتبط شده‌اند، بازتاب نيز ممكن است متفاوت باشد و وجود باند جذبي آب نيز فرق ميكند ( HuntوSalisbury ،1970؛ Drake ، 1995). بسياري از كاني‌هاي تبخيري نظير اپسوميت[4] با دما، آب را جذب ميكند يا از دست داده و تشكيل كاني‌هاي جديدي با ويژگي هيدراسيون مختلفي مي‌دهند.
شكل زير منحني بازتاب طيفي پنج نوع خاك، حاصل 485 آزمايش بازتاب طيفي خاكهاي سطحي در بخش طيفي مرئي و مادون قرمز نزديك در برزيل را نشان ميدهد(به نقل از علوي پناه، 1382) براي مثال، پنجمين منحني (e) مربوط به نمونه‌هايي است كه اكسيد آهن آنها غالب ميباشد و در ناحية زير 75/0 ميكرومتر، با افزايش طول موج، بازتاب‌هاي سطحي كاهش مييابد.
بازتاب‌هاي طيفي پنج نوع خاك معدني: a) مادة آلي غالب و بافت متوسط تا ريز، b) مادة آلي كم و اكسيد آهن متوسط، c) داراي اكسيدهاي آهن با مادة آلي كم و بافت متوسط تا درشت و d) اكسيد آهن و بافت ريز e) اكسيد آهن غالب (بسيار زياد) و بافت ريز Stoner) و Baumgardner ،1981).
حمیدرضاحسن آبادی هستم