بررسی اثر آتش سوزی در مراتع بر تغییرات کربن آلی خاک با استفاده از شاخص های مبتنی بر سنجش ازدور

پیشینه و هدف مراتع جزء آن دسته از زیست بوم های طبیعی هستند که بخش مهمی از ذخایر کربن خاک را به خود اختصاص داده اند و علاوه بر آن به عنوان ذخیره ژنتیکی بسیار متنوعی، تضمین کننده پویایی اکوسیستم می باشند. آتش سوزی یک عامل طبیعی در مراتع به شمار می رود که طی آن اکثر پوشش های طبیعی موجود می سوزند. بررسی اثرات مثبت و منفی آتش سوزی بر اکوسیستم به ویژه بر خصوصیات خاک محققین را بر آن داشته تا به دنبال روش های جایگزینی، به جای روش های مستقیم و میدانی که عموما بسیار پرهزینه و وقت گیر هستند، باشند. ازجمله روش ها و فناوری های نوینی که در زمینه منابع طبیعی بسیار پرکاربرد و مفید هستند می توان به سنجش ازدور اشاره کرد. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر کوتاه مدت آتش سوزی بر ذخیره کربن آلی، اسیدیته و هدایت الکتریکی خاک مراتع در منطقه گنبد همدان و بررسی قابلیت سنجش از دور در برآورد غیرمستقیم کربن خاک سطحی در مراتع نیمه خشک پس از وقوع آتش سوزی است. مواد و روش هادر این تحقیق از هر سایت ۲۰ نمونه خاک از عمق ۰-۱۰ سانتی متری (درمجموع ۴۰ نمونه) برداشت شد و با دستگاه GPS مختصات تک تک نقاط نمونه برداری ثبت گردید. نمونه برداری ها در فاصله ۱۵ الی ۲۰ روز پس از وقوع آتش سوزی در اوایل مهرماه انجام پذیرفت. نمونه ها پس از انتقال به آزمایشگاه جهت اندازه گیری میزان کربن آلی خاک مورداستفاده قرار گرفتند. سپس ارتباط آماری بین مناطق شاهد با مناطق دچار آتش سوزی با آزمون t مستقل موردبررسی و تجزیه وتحلیل قرار گرفت. همچنین برآورد غیرمستقیم میزان کربن آلی خاک سطحی در دو سایت شاهد و دچار آتش سوزی شده و بررسی روند تغییرات آن ها با استفاده از سنجش ازدور تصاویر ماهواره ای مورد ارزیابی قرار گرفت. به همین منظور پس از انجام پردازش های لازم بر روی داده های ماهواره ای، مقادیر متناظر بازتاب طیفی هر پیکسل با نقاط نمونه برداری در طول موج ها و شاخص های طیفی مختلف استخراج، و میزان همبستگی و ارتباط رگرسیونی هر یک از آن ها با میزان کربن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج و بحث نتایج حاصل از آزمون همبستگی پیرسون نشان داد که در بین تمام شاخص ها طیفی تنها شاخص HI با کربن آلی خاک در کوتاه مدت و در منطقه شاهد همبستگی داشته است. همچنین در بین تمام شاخص ها، شاخص های BI، NDBI، NDVI، SAVI، VCI و VHI با مقدار EC در سایت شاهد همبستگی داشتند. در سایت شاهد بین اکثر شاخص های طیفی و EC خاک همبستگی معنی داری وجود داشت که پس از آتش سوزی این همبستگی در سایت آتش سوزی از بین رفته بود. در مورد همبستگی بین pH و شاخص های طیفی مشاهده گردید بین برخی از شاخص های طیفی و pH همبستگی به وجود آمده است. درواقع می توان نتیجه گرفت که آتش سوزی باعث تغییر بزرگی در میزان انعکاس و انتشار امواج از سطح خاک گردیده است به گونه ای که در سایت شاهد شاخص ها با EC همبستگی داشتند اما در سایت آتش سوزی همبستگی بین شاخص ها و EC به طور کامل از بین رفته است و در عوض بین شاخص ها و pH همبستگی ایجاد گردیده است. همچنین هیچ یک از شاخص های طیفی در فروردین ۱۳۹۶ در سایت شاهد با SOC همبستگی مثبت یا منفی معنی داری نداشتند و نتایج بیانگر این موضوع بود که پس از گذشت شش ماه از وقوع آتش سوزی تغییرات کربن خاک به گونه ای نبوده است که بتوان با شاخص های طیفی روند آن را بررسی کرد. در مقایسه نتایج مهر ۱۳۹۵ با نتایج فروردین ۱۳۹۶ در سایت شاهد مشخص گردید که پس از گذشت شش ماه شاخص NBR همبستگی معنی داری با میزان EC پیدا کرده است اما شاخص های BI و VHI همبستگی خود را ازدست داده اند. با توجه به بحث صورت گرفته در مورد شاخص NBR و حضور باند SWIR۲ در آن به نظر می رسد باگذشت شش ماه از وقوع آتش سوزی، در سایت شاهد تغییراتی به وجود آمده که منجر به ایجاد همبستگی بین این شاخص و EC خاک گردیده است. ازآنجاکه مقدار انرژی بازتابی از سطح زمین به عوامل متعددی نظیر رطوبت خاک، تغییر محتوی ماده آلی خاک و پوشش سطح وابسته است لذا باید تاثیر این عوامل را در فصل رویش بر روی بازتاب خاک مدنظر قرارداد. عدم تغییر این نتایج پس از گذشت شش ماه می تواند این موضوع را به اثبات برساند که اثرات مثبت و منفی آتش سوزی در دوره ای کوتاه مدت در حد شش ماه از بین نرفته و زمان طولانی تری برای بازگشت شرایط به حالت طبیعی نیاز است. نتیجهگیری مطابق با بررسی های صورت گرفته مشخص گردید که ذخیره کربن آلی خاک در مراتع آتش سوزی شده با مراتع شاهد دارای تفاوت معنی داری نیست. تغییر شکل و تثبیت مواد آلی خاک در اثر آتش توسط محققین زیادی مورد بررسی و توجه قرارگرفته است اما تبدیل و دگرگونی ماده آلی خاک در اثر آتش سوزی، اغلب منجر به نتایج ناهمگون و متفاوتی گردیده است. مشخص شده است در عمق ۲۰-۱۰ سانتی متری آتش سوزی تاثیری در میزان کربن آلی خاک نداشته است اما محققین دیگری مشخص کردند ۶ ماه پس از آتش سوزی در خاک های سوخته در مقایسه با خاک های شاهد میزان کربن افزایش داشته است. مشخص شده است که سه ماه پس از آتش سوزی درصد کربن آلی خاک به صورت معنی داری کاهش داشته است. همچنین در بررسی دیگری بر روی اثر آتش سوزی بر کربن آلی خاک مشخص شده است که در منطقه دچار آتش سوزی نسبت به منطقه شاهد در یک سال و دو سال پس از آتش سوزی میزان کربن آلی خاک کاهش معنی داری داشته است. ازآنجاکه اثر آتش سوزی بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک به شدت تحت تاثیر شدت آتش سوزی، رطوبت خاک، اقلیم و پوشش گیاهی است. لذا تمام این عوامل منجر به حصول نتایج متفاوت در بررسی تاثیر آتش سوزی بر کربن آلی خاک گردیده است. با توجه به شرایط محیطی، اقلیم، شیب منطقه، بافت و ساختمان خاک و عوامل مرتبط با آتش سوزی نظیر شدت و مدت آن، مقدار کربن خاک تغییر کرده است. برای مثال در صورت وقوع آتش سوزی متوسط شرایط برای رویش مجدد پوشش گیاهی سریع تر فراهم گردیده است اما در صورت وقوع آتش سوزی های شدید به طور کلی تمام لایه آلی سطح خاک از بین رفته است و به مرور کربن کاهش داشته است. همچنین در بررسی همبستگی بین شاخص های طیفی و کربن آلی خاک مشخص گردید تنها شاخص HI با کربن آلی خاک در سایت شاهد معنی دار بوده است اما در سایت دچار آتش سوزی هیچ گونه همبستگی مشاهده نشده است. این امر را می توان به بررسی طیف طول موج های مرئی آبی و سبز در رابطه ریاضی این شاخص بررسی کرد، زیرا تنها در این شاخص از طیف طول موج سبز و آبی استفاده گردیده است. با توجه به نتایج سایر محققین به نظر می رسد تخمین کربن آلی خاک با استفاده از سنجش از دور دارای پیچیدگی های خاصی است. ازآنجاکه کربن آلی خاک با بیشترین تاثیر خود را بر روی رنگ خاک می گذارد، لذا اگر مقدار آن کم باشد با استفاده از سنجش از دور امکان تخمین آن ضعیف است.

Keywords:

آتش سوزی , مرتع , کربن آلی خاک , شاخص های طیفی , سنجش از دور