مقدمه

ارزیابی تناسب اراضی در دشت ورامین که یکی از قطبهای کشاورزی استان تهران است، با استفاده از سامانههای اطلاعات جغرافیایی (G.I.S) و پردازش رقومی تصاویر ماهوارهای١ انجام گردید. بطور کلی نقشه تناسب اراضی برای یک محصول خاص، الگوی توزیع مناسب بودن آن محصول را برای هر واحد نقشه در داخل یکایک واحدهای اراضی نشان میدهد (١٣).

سامانههای اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور را میتوان به تنهایی و جدا از یکدیگر در این نوع مطالعات بکار برد. اما استفاده توأم از آنها راندمان مطالعه را دوچندان می نماید، چرا که این دو در واقع مکمل هم هستند. همانطور که میدانید بخش اعظمی از کشـورمان را مناطق خشک و نیمهخشک فرا گرفته و در این مناطق نیز خاکهای نیمه بیابانی و بیابانی وسعت زیادی دارند. اینگونه خاکها دارای مقدار نسبتا زیادی کوارتز میباشند که در مقایسه با خاکهای مشابه دیگر انعکاس طیفی متفاوتی دارند. این تأثیر وقتی قطعیت مییابد که ترکیبات نمکی بصورت قشری اگرچه نازک سطح روی خاک را بپوشانند که در اینصورت این نوع خاکها بر روی تصاویر ماهوارهای زمینه رنگی روشنتری نسبت به خاکهای معمولی دارند. ترکیبات نمکی موجود در خاک نظیر کربنات کلسیم، کلرید سدیم و پتاسیم هیدروﮊن سولفات در ناحیه طول موج مرئی (٧/٠-٤/٠ میکرومتر) چنانچه بر روی سطح خاک قرار گیرند، گاهی بین ٦٥% تا ٨٩% طول موج را بازتاب میکنند. با توجه به اهمیت و کارایی استفاده از اطلاعات ماهوارهای جهت انجام مطالعات خاکشناسی، دانشمندان به منظور افزایش کاربرد این فنآوری تحـقیقات زیادی را کردهاند. از آنجمله آر.ئی.فراست عقیده دارد که خاکهای دارای خصوصیات مشـابه در محدودههای انعکاس طیفی مشابهی وجود دارند. پارکس

(١٩٧٣) سه اجتماع خاک در ایالت تنسی آمریکا را با استفاده از خصوصیات بازتابی خاکها و از طریق تجزیه و تحلیل رایانهای و استفاده از تصاویر باند ٧ (٨/٠-١/١ میکرومتر) سنجنده M.S.S

جدا کرد و نقشه خاک منطقه را رسم نمود. محقق مذکور بیان میدارد که خاک یکی از چندین عاملی است که بر روی خصوصیات تصاویر اثر میگذارد و لذا جدا کردن خاک از سایر

۱ . Digital Image Processing

عوامل تنها بوسیله رایانه عملی دشوار است. وی در پایان، نتیجه میگیرد که تجزیه و تحلیل رایانهای اطلاعات حاصله از ماهوارهها در مواقعی که تغییرات بطور کلی معلول خواص خاک باشد، کاری مفید و نتیجهبخش است (٤). ماهوارههای بسیاری در فضا وجود دارد که در زمینه جمعآوری اطلاعات در مورد منابع زمینی در حال فعالیت هستند از آنجمله میتوان به ماهوارههای اسـپات٢ فرانسه، I.R.S هندوستان و لندست٣ آمریکا اشاره داشـت که هر یک سنجندههای خاص خود را داشته و دارای قابلیتهای منحصر به فردی میباشند. در این تحقیق از ماهوارههای لندست که سنجندههای آنها به نامهای M.S.S٤ و T.M٥ معروف است، استفاده گردید. ازجمله مشکلات استفاده از دادههای این نوع سنجندهها که کیوسکلی و همکارانش (١٩٨٨) در تحقیقات خود به آن اشاره کردند، این است که ارزش انعکاس طیفی یک پیکسل (حداقل مساحتی که میتوان در روی تصویر ماهوارهای جدا و قابل تشخیص نمود)

این سنجندهها (خاصه (T.M مخلوطی از خصوصیات طیفی خاک و پوشش گیاهی است. به همین دلیل در بررسی خصوصیات خاکها بوسیله سنجنده فوق بهتر است که از دادههای تهیه شده در اوایل فصل بهار (ماههای فروردین و اردیبهشت) که عامل پوشش گیاهی در حداقل است، استفاده شود. آنها همچنین متذکر میشوند که داده های سنجنده T.M

میتواند برای طبقهبندی عمومی (کلی) خاکها استفاده گردد.

اما مطالعات جزئیتر و دقیقتر مانند آنچه که در مطالعات صحرایی انجام میشود، مقدور نیست (این مسئله به قدرت تفکیک زمینی و ابعاد پیکسلهای آن ارتباط دارد). همچنین استفاده از دادههای توپوگرافی مانند مدل رقومی ارتفاع در تعریف کلاسهای خاک، برای مناطقی که دارای شیب و پستی و بلندی زیادی هستند، ضروری میباشد. وضوح و روشنایی پدیدههای موجود در تصویر سهم بسزایی در دقت طبقهبندی دارند. بطور کلی طبقهبندی خاکها در جاهایی مؤثر است که بین خاکهای مورد مطالعه تفاوت فاحشی از نظر بافت خاک

۲ . SPOT 3 . Landsat 4 . Multispectral Scanner

۵ . Thematic Mapper

Land scapes

T.M.U٣
سرمدیان و همکاران: بررسی تناسب اراضی برای محصولات تحت آبیاری با استفاده… ٩٠١

سطحی، میزان ماده آلی یا وضعیت زهکشی خاکها وجود دارد.

آنها معتقدند که دو باند مادون قرمز میانی یعنی باندهای ٥ و ٧ یا (٧٥/١-٥/١ میکرومتر) و (٣٥/٢-٠٨/٢ میکرومتر) مناطق مهمی از دادههای سنجنده T.M برای بررسی مشخصات خاک هستند(١٠). لی و همکاران (١٩٨٧) دریافتند که دادههای

T.M میتوانند بطور موفقیتآمیزی روی یک دشت تقریبا مسطح حاصل از رسوبات آتشفشانی برای تعیین مرز بین خاکهای شنی با زهکشی خوب و هیستوسولها استفاده شوند.

باید توجه داشت که در ترکیب دادههای T.M و مدل رقومی ارتفاع، دقت مکانی مسئله بسیار مهمی است چرا که سریهای متفاوتی از دقت مکانی١ با استفاده از یک پایه مشترک، با هم ترکیب میشدند (بطور مثال مختصاتهای هندسی). به همین دلیل، تبدیل مختصات که نیاز به استفاده از تکنیکهای بازنویسی مجدد دارد، ضروری می باشد (٩). استفاده از دادههای سنجنده M.S.S ماهوارههای لندست برای تفکیک و بررسی خاکها در سطح مطالعات اجمالی توسط راندابوش و همکارانش

(١٩٨٥) توصیه شده است (١٦). تامپسون و همکاران (١٩٨٤)

دادههای T.M را برای جدا و تفکیک نمودن واحدهای

نقشهبرداری خاک روی زیر پوشش گیاهی با

استفاده از روش نمونهبرداری ارزیابی کردند. نتایج آنها پیشنهاد میکند که باندهای طیفی جدید در سنجنده T.M (٥،٦، ٧)

پتانسیل خوبی برای تفکیک نمودن خصوصیات مهم خاک، حتی اگر خاکهای مطالعه شده زیر پوشش گیاهی باشد دارد (١٠).

در تحقیقی که بوسیله گروهی از محققین دانشگاه کالیفرنیا در سال ١٩٩٩ انجام شد، در یک روش جدید که بنام روش تجزیه و تحلیل مقدم و موخر شاخه درختی ٢موسوم است، آنها به این نتیجه رسیدند که اگر این روشها در کنار آنالیز تصاویر ماهوارهای با قدرت تفکیک زمینی و طیفی مناسب بکار برده شود، میتوان بطور مؤثری بین خاکها و پوشش گیاهی و نیز بین خصوصیات مختلف خاکها تفکیک قائل شد، اگرچه وجود پوشش گیاهی هنوز عاملی گیج کننده در مطالعات خصوصیات خاکها به شمار میرود (١٤).

همانطور که در ابتدای بحث ذکر شد، سنجش از دور یا R.S

۱ . Resolution 2 . Hierarchical Forground and Background Analysis

و سامانههای اطلاعات جغرافیایی یا G.I.S تکمیل کننده نیازهای یکدیگر میباشند. مثلا G.I.S ابزاری بسیار مفید برای

آمادهسازی نقشه میباشد. ادغام نقشههای

زمینشناسی، توپوگرفی و مدلهای رقومی عوارضی زمینی یا

D.T.M تفسیر شده براساس اطلاعات سنجنده T.M، بوسیله G.I.S بسیار دقیقتر و سریعتر انجام میشود. همچنین زمان لازم برای ورود دادهها و گرفتن خروجی را نیز بسیار کاهش میدهد. (در حدود ٨٠%ـ٦٠%). لینگساکولا، مک پایتون واتانا و هیوزینگ در تحقیقی(١٩٩٣) که در تایلند انجام دادهاند برخی از نتایج و یافتههای خود را بدینگونه بیان میکنند که استفاده از G.I.S دقت نقشهها بویژه تهیه نقشه کلاسهای شیب منطقه مورد مطالعه را افزایش میدهد. استفاده از نقشههای واحد عوارض زمینی (T.M.U) بدست آمده از G.I.S سبب کاهش زمان مطالعات میدانی و صحرایی میشود، اما این صرفهجویی در زمان احتمالا کیفیت مطالعات را محدود میکند. از سوی دیگر G.I.S منجر میشود که تعداد واحدهای T.M.Us بسیار زیاد شده (بعلت دقت بسیار بالا) و در نتیجه زمان مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل خصوصیات خاک و اراضی زیاد شود. همچنین افزایش واحدهای T.M.Us ودقیقتر شدن آنها سبب همگنتر شدن واحدهای خاک میشود و نتیجتا زمان مورد نیاز برای بررسی خصوصیات خاکها را کاهش میدهد. آنها دریافتند که پردازش رقومی تصاویر ماهوارهای (شامل مراحل پیشپردازش تصاویر، کنترل صحرایی و تهیه نقشه نهایی) بطور قابل توجهی زمان مطالعات را در مقایسه با روشهای سنتی تفسیر عکسهای هوایی، کاهش میدهد. همچنین نقشههای رقومی کاربری پوشش اراضی دارای دقت مکانی بالاتری خواهند شد (١١). یکی از توانائیهای استفاده از فنآوریهای G.I.S و R.S تهیه نقشههایی است که از روی هماندازی سایر نقشهها حاصل میشود و انجام این عمل بوسیله دست و روشهای سنتی بسیار مشکل و وقتگیر است. برای مثال گریسلدا آرمستو و گاستاوو کالزانس (١٩٩٣) از اطلاعات نقشههای باروری خاک به ازاﺀ هر هکتار و شدت کاربری اراضی کشاورزی، نقشه بهرهوری مؤثر هر واحد اراضی را تهیه کردند (١٣). گروهی از محققین دانشگاه آتن در یونان از تئوریهای فازی و زمین آمار به همراه G.I.S

۳ . Thematic Mapping Unit

٩٠٢ مجله علوم کشاورزی ایران، جلد ٣٤، شماره ٤، سال ١٣٨٢

برای تهیه نقشه خاک بهره بردند. آنها به این نتیجه رسیدند که روش پیشنهادی آنها منجر به تهیه نقشههایی با دقت بالا و هزینه کمتر در مقایسه با روشهای سنتی، میشود (٨). رحمان و مان و وانس (١٩٩٤) پیشنهاد کردند که استفاده از G.I.S در افزایش راندمان و دقت نقشههای خاک کمک خواهد کرد و احتمالا میتواند ابزاری برای تولید نقشههای خاک اجمالی در شروع مطالعات دقیقتر بکار رود. این دانشمندان اقدام به بررسی ﮊنز خاکهای جنگلی حوضه آبخیز لیبی کریک کردند و نقشههای بدست آمده با کمک G.I.S و نقشههایی که توسط سازمان جنگلهای ایالت متحده تهیه شده است را مقایسه نمودند (١٥). در سال ١٩٩٨ گروهی از طراحان کاربری اراضی کشور هند از G.I.S و دادههای ماهواره I.R.S-LISS III برای تجزیه و تحلیل اطلاعات منابع خاک در طراحی کاربری اراضی منطقه اورنگآباد این کشور استفاده کردند. آنها G.I.S را برای مدیریت دادههای منابع اراضی وکیفیت خاک بکار بردند. بگونهای که هر واحد نقشه در محیط G.I.S حاوی کلیه اطلاعات خاکشناسی، فیزیوگرافی، عناصر توپوگرافی و… در خود میباشد (١٢). در نهایت استفاده از G.I.S در مطالعات تناسب اراضی سبب افزایش دقت و سرعت تحقیق میشود(١٩).

در این تحقیق نیز بطور همزمان از فنآوری پردازش تصاویر ماهوارهای و سامانههای اطلاعات جغرافیایی در ارزیابی تناسب اراضی استفاده شده است.

اهداف

١ـ ارزیابی قابلیتهای تصاویر رقومی ماهوارهای و G.I.S در مطالعات بررسی تناسب اراضی.

٢ـ مقایسه روشهای سنتی و رایج با روشهای رقومی تولید نقشههای موضوعی در چنین مطالعاتی.

٣ـ ارزیابی تناسب اراضی برای محصولات گندم و جو و نیز ذرت دانهای و پنبه در بخشی از اراضی دشت ورامین.
منطقه مطالعاتی

منطقه مورد بررسی در جنوب شرقی استان تهران (ایران)

قرار گرفته است. مختصات جغرافیایی آن در سیستم U.T.M

بین طولهای ٥٦٠٠٠٠ تا ٥٨٠٠٠٠ متر و بین عرضهای ٣٩١٠٢٣٦ تا ٣٩٢٠٢٣٦ متر میباشد. این منطقه وسعتی معادل ٢٠٠٠٠ هکتار (٢٠٠کیلومتر مربع) را دربر میگیرد که از شمال به دامنههای جنوبی البرز، از شرق به ایوانکی و دریاچه

نمک، از غرب به شهرری و از جنوب به کوههای بیبی شهربانو محدود میشود (شکل ١). اقلیم این منطقه خشک و دارای زمستانهای خنک و خیلی کوتاه است. میانگین سالانه بارندگی نیز بین ١٥٠-١٤٠ میلیمتر و میانگین روزانه دما حدود ١٨ درجه سانتیگراد میباشد. فیزیوگرافی غالب در منطقه شامل اراضی باربزنی شکل سنگریزهدار واریزهای، باربزنی شکل سنگریزهدار آبرفتی، دشتهای دامنهای و دشتهای سیلابی است (٧). از نظر توپوگرافی، مسطح و با شیبهای از صفر تا پنج درصد در اکثر مناطق میباشد. رﮊیم رطوبتی و حرارتی منطقه با توجه به دادههای ایستگاه هواشناسی موجود در منطقه و طبق روش نیوهال به ترتیب خشک ضعیف١ و Thermic است. بخش عمدهای از منطقه تحت زراعت آبی قرار دارد و سایر قسمتهای آن به سبب محدودیتهای مختلف به شکل چراگاههای موقتی استفاده میشود. زراعتهای عمده آن شامل غلات و محصولات صیفی و جالیزی میباشد (٥).

شکل ١- موقعیت جغرافیایی منطقه مطالعاتی

مواد و روشها

ـ مواد:

مواد بکار بره شده دراین مطالعه شامل:

١ـ نقشه توپوگرافی منطقه (١٩٧٥) با مقیاس ٥٠٠٠٠: ١

٢ـ نقشه زمینشناسی استان تهران با مقیاس ١٠٠٠٠٠: ١

٣ـ آمار هواشناسی یک دوره ١٠ ساله مربوط به منطقه تحت بررسی از ایستگاه هواشناسی مامازن

٤ـ اطلاعات رقومی ماهواره لندست چهار (سال ١٩٨٧)، سنجنده T.M