نقشه برداری دیجیتال از کربن خاک در یک منطقه کشت انگور در جنوب برزیل Digital mapping of soil carbon in a viticultural region of Southern Brazil

رشته های مرتبط: مهندسی عمران، شیمی، نقشه برداری، خاک و پی، شیمی محیط زیست و شیمی آلی
در این ناحیه ها نیاز به ارزیابی خاک C در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری و جود دارد. هدف ما تعیین داده های جغرافیایی غلظت کربن آلی خاک(SOC) و ذخایر تحت استفاده زمین های مختلف و انواع خاک در محدوده ای ۸۱۱۸ هکتاری در جنوب برزیل است. خاک های رایج در این منطقه عبارتند از اینسپتیسول ها، آلتیسول و مولیسول و خاک مورد استفاده غالب که خاک جنگل و تاکستان است. داده های کربن آلی خاک با ۵ معیار عمق استخراج از توابع عددی مدل شدند. برای مدل کردن غلظت کربن آلی خاک برای هر عمق تاcm 100 و برای تولید نقشه عمق خاک از کریجینگ رگرسیون استفاده شد. عدم قطعیت با استفاده از روش تجربی و با استفاده از شبیه سازی زمین آماری پی در پی گاوس از رسوبات برآورد شد. روش پیش بینی پوشش گیاهی طبیعی کربن خاک(PNVSC) برای ارزیابی تغییرات در کربن خاک برای تغییر کاربری خاک استفاده شد. تراکم زیاد به وسیله توابع انتقالی محاسبه شد. ذخایر کربنی آلی خاک با استفاده از پیش بینی کربن آلی خاک محاسبه شدند، و تراکم زیاد و نقشه عمق خاک، و ذخایر کربنی آلی خاک به وسیله مختصات جرم تجمعی اصلاح شدند. مدل ها پیش بینی غلظت کربن آلی خاک را در حدود ۴۴% مغایرت در عمق ۳۰ – ۶۰ cm با مقادیر نسبتاً کمتری برای عمق های دیگر توضیح دادند. متغیرهای مهم برای پیش بینی، ترتیب لایه های خاک (انتیسول ها)، مختصات X ، بعد و مدل سه بعدی دیجیتال ارتفاع خاک ( DEM( بودند. این مدل برای پیش بینی عمق ۴۳% مغایرت را نشان داد که متغیرهای مهم ترتیب لایه های خاک (انتیسول، مولیسول، آلتیسول)، عمق دره و TWI بودند. خاک های جنگلی، کربن را بیش از ۳۰ cm انباشته می کنند درحالیکه خاک های مراتع سطح کربن آلی بیشتر و عمق بیشتری دارند. خاک های محصولات زراعی و تاکستان ها کمترین غلظت کربن آلی خاک را دارند. غلظت کربن آلی خاک به وسیله عمق ، و همچنین پیش بینی فواصل عدم قطعیت، تا عمق ۶۰cm افزایش می یابد. ذخایر کربن آلی خاک (۱۰۰-۰) در مقایسه با هنگامی که پیش بینی می شد آنها در خاک های جنگل باشند بین ۱۰۴ tc/هکتار نسبت به آلفیسول ها در تاکستان و ۲۸۰ هکتار/tc در محدوده های مرتعی نسبت به آکسیسول متغیر است. تجزیه تحلیل های پیش بینی پوشش گیاهی طبیعی کربن خاک PNVSC نشان دادند که قسمت بیشتری از خاک در مقایسه با هنگامی که آنها در خاک های جنگلی وجود داشتند کربن آلی را از دست داده بود. ۱- مقدمه ارزیابی مقدار و توزیع سطوح کربن آلی خاک (SOC) به اندازه فراهم کردن اطلاعات مورد حاصلخیزی خاک، درجه های جدا سازی کربن، بهبود خاک تخریب شده یا به اندازه تأثیر تغییرات کاربری زمین اهمیت دارد. نقشه برداری غلظت کربن آلی خاک و ذخایر به خاطر تغییر و انعطاف پذیری قابل ملاحظه ای، چالش برانگیز است. تغییرات موقتی کربن آلی خاک به وسیله عوامل طبیعی و آنتروپیک تحت تأثیر قرار گرفته اند که شامل شیوه های مدیریت و تغییرات کاربری زمین می شود. مطالعات اخیر کربن آلی خاک را پیش بینی و به تصویر کشیده اند (Adhikariet al., 2014; Padarian et al., 2012; Kirsten et al., 2015; Malone et al.2009Mendonça-Santos et al., 2010; Ross et al., 2013; Zhang and Shao, 2014) و این محاسبه بر اساس رابطه بین متغیرهای کمکی ( کاربری زمین، نوع خاک، شیب، بعد، و غیره) و سطوح کربن آلی خاک می باشد. متغیرهای کمکی مختلف برای توضیح توزیع کربن آلی خاک در مدل ها یافت شدند. Thompson and Kolka (2005) متوجه شدن که بیش از ۷۱% تغییر کربن آلی خاک می تواند به وسیله شیب، بعد، انحنا، شاخص رطوبت توپوگرافی و فاصله جریان زمینی توضیح داده شود. ویسمر و همکاران. (۲۰۱۴) متوجه شدن که مهمترین عوامل برای پیش بینی ذخایر کربن آلی خاک کاربری زمین، نوع خاک، رطوبت خاک، و آب و هوا هستند. آدیکاری و همکاران. (۲۰۱۴) غلظت کربن آلی خاک در عمق های مختلف خاک را پیش بینی کردند و گزارش دادن که اهمیت متغیرها به وسیله عمق تغییر می کند. میناسنی و همکاران (۲۰۱۳) مطالعات تصویر برداری دیجیتال زیادی را از کربن های آلی خاک باهم ترکیب کردند و به این نتیجه رسیدند که متغیرهای کمکی مختلف می توانند تغییر کربن آلی خاک وابسته به پیچیدگی خاکبرداری را تفسیر کنند. ارزیابی موجودی کربن آلی خاک تا به امروز بیشتر بر روی لایه های سطحی ۲۰-۰cm یا ۳۰-۰cm تمرکز کرده است، در حالیکه مقدار قابل توجهی از کربن آلی خاک می تواند در عمق بیشتری در نمایه خاک ارائه شود Lal, 2005; Rumpel and Kögel-Knabner, 2011; Minasny et al., 2013; Boddey et al., 2010).Sisti et al. (2004(. گفتند که ذخایر کربن آلی خاک مطالعه شده تا خاکورزی یعنی ۱۰۰cm در عمق و خاکورزی مرسوم و یافت شده، در چرخش با باقلای کاشته شده به عنوان محصول سبز- کود زمستانی، کربن خاک بسیار زیاد و غلظت نیتروژن زیرصفر خاکورزی، با بیشترین اختلاف دقت در عمق ۸۵-۳۰ cm، کاهش می یابد. انگرس و اریکسن-همل (۲۰۰۸) تفاسیر مختلفی از ذخایر کربن آلی خاک، هنگامی که عمق های مختلف مورد نظر در خاکورزی صفر کشت و زرع تمام وارونه وجود نداشتند را نشان دادند. خاکورزی تمام وارونه می تواند کربن بیشتری را در کف لایه شخم انباشت کند، اما کربن آلی خاک به طور کامل افزایش تحت خاکورزی صفر در سطح افق را جبران نمی کند. محققان اهمیت در نظر گرفتن نمایه کامل برای درک توزیع ذخایر کربن آلی خاک را برجسته کردند. کاربری زمین تأثیر عمده ای بر روی غلظت و ذخایر کربن آلی خاک دارد. هرچند، این تأثیرات نیز به وسیله طبقه و عمق خاک تحت تأثیر قرار می گیرند ( هارتمینک و مک سوئینی، ۲۰۱۴؛ نیدر و بنبیو ۲۰۰۸). تغییرات در کاربری خاک بر روی سطوح کربن آلی خاک تأثیر می گذارد و ویژگی های خاک را اصلاح می کند. مطالعات مختلفی تغییرات کربن آلی خاک با تغییر کاربری زمین را شرح داده اند. کانانت و همکاران. (۲۰۱۱)، ۱۱۵ تحقیق را بازبینی کردند و فهمیدند که در حدود نزدیک به ۷۰% تحقیقات تغییر از زمین اصلی ( بیشتر جنگل های انبوه) به مراتع، باعث افزایش محتوای کربن خاک شده است. گوا و جیفرد (۲۰۰۲)، با تدوین ۷۴ نشریه، فهمیدند که دخایر کربن آلی خاک بعد از کاربری تغییر یافته از مرتع به کشت و زرع (۱۰%-)، جنگل اصلی به کشت وزرع (۱۳-%)، جنگل اصلی به محصولات کشاورزی(۴۲-%) و مرتع به محصولات کشاورزی (۵۹-%) کاهش یافته اند. هرچند، ذخایر کربن آلی خاک هنگامی که، جنگل اصلی به مرتع (۸+%)، محصولات کشاورزی به مرتع (۱۹+%)، محصول به کشت و زرع (۱۸+%)، و محصول به جنگل ثانویه (۵۳+%) تبدیل شدند، افزایش یافتند. کری و آندروکس (۱۹۹۰) نشان دادن که سطوح کربن بعد از ۵۰ سال کشت نیشکر، در سائوپولوی برزیل ۴۶% از سطوح جنگل های اولیه را تشکیل دادند. اگرچه در اینجا مقدار قابل ملاحظه ای از تحقیقات بر روی تصویربرداری دیجیتال از کربن آلی خاک در مناطق معتدل وجود دارد، اما مطالعات کمی در مورد محدوده های گرمسیری و نیمه گرمسیری انجام شده اند. مثال هایی از این مطالعات عبارتند از برهانگری و همکاران (۲۰۱۳) محاسبه ذخایر کربن آلی خاک در پامپاس آرژانتین، چنگ و همکاران، (۲۰۰۴) پیش بینی غلظت کربن آلی خاک در منطقه نیمه گرمسیری در چین، وسک و همکاران (۲۰۱۰) محاسبه ذخایر کربن آلی خاک در حوضه نیمه گرمسیری در فلوریدا. تصویر برداری دیجیتال از خاک در برزیل به کار گرفته شد ( گیاشن و همکاران ۲۰۰۶؛ مندوکا-سانتوز و سانتوز، ۲۰۰۷) و مثال هایی از پیش بینی های کربن آلی خاک شامل مطالعات انجام شده توسط مندوکا و همکاران (۲۰۱۰) می شوند، کسی که برای ارزیابی ذخایر کربن آلی خاک در ایالت ریو دوژانیرو از روش کرجینگ – رگرسیون استفاده کرد و دسوزا و همکاران نیز در سال ۲۰۱۴ برای پیش بینی کربن آلی خاک و محتوای خاک در ریو دوس بیسین از این روش استفاده کردند. تحقیقات دیگری نیز در اینجا وجود داشتند (برای مثال، کری و همکاران، ۲۰۰۷؛ ترنکیست و همکاران، ۲۰۰۹) جایی که مدل های اکوسیستمی مانند مدل کربن راثمند یا سنچری را برای محاسبه پویایی های کربن آلی خاک در لایه های بالایی خاک از مناطق مختلف در برزیل به کار گرفته شدند. هدف این تحقیق این است که توزیع کربن خاک در ناحیه رشد انگور در منطقه وال دوس ویندوس، در ایالت گرند ریو دو سل، برزیل، تجزیه تحلیل کند. اهداف عبارتند از: (i) تعیین و درک تغییر جغرافیایی غلظت کربن آلی خاک به وسیله عمق از طریق تصویربرداری دیجیتال از خاک، و برای ارزیابی عدم قطعیت، (ii) تعیین و به تصویر کشیدن ذخایر کربن آلی خاک، و (iii) محاسبه تغییرات کربن آلی خاک به خاطر تغییر کاربری زمین.