یکی از عوامل مهم تاثیرگذار بر بازتاب طیفی خاک، درجه همگونی ذرات خاک می باشد که با انحراف معیار هندسی ذرات خاک (sg) سنجیده می شود. تحقیق حاضر، با استفاده از داده های چهار طیفی ماهواره سنجش از دوری هند (پی-6)، اثر انحراف معیار هندسی ذرات در بررسی های طیفی بافت خاک را مورد مطالعه قرار داده است. برای این منظور، پس از دریافت داده های خام ماهواره ای، تصحیحات لازم بر روی آن انجام گرفته و پردازش هایی شامل: شاخص پوشش گیاهی با اختلاف نرمال شده، تجزیه مولفه اصلی، فاصله اقلیدسی از خط خاک و طبقه بندی نظارت نشده انجام شد. در نهایت با استفاده از روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی و بر اساس تصویر رنگی کاذب منطقه و واحدهای همگن رنگی در تصویر اصلی منطقه و لایه های کمکی اطلاعاتی، 95 نقطه تعیین و از عمق 5-0 سانتیمتری سطح خاک، نمونه برداری انجام گرفت. سپس مقادیر اجزای بافت و انحراف معیار هندسی ذرات خاک برای هر نمونه محاسبه گردید. با استفاده از sg محاسبه شده، کل نمونه ها به دو گروه: با 10>انحراف معیار (خاک همگون) و با 10≤انحراف معیار (خاک غیرهمگون) تقسیم شدند. روابط هم بستگی داده های خاک و بازتاب های طیفی در این دو گروه مورد بررسی قرار گرفتند و در ادامه نشان داده شد که در گروه اول (خاک های همگون)، مقادیر رس و شن دارای محدوده هم بستگی 0.8-0.7 با اطلاعات ماهواره ای بوده، در حالی که در گروه دوم (خاک های نا همگون)، این مقادیر به 0.4-0.3 تنزل پیدا کرد. بنابراین مشخص گردید که انحراف معیار هندسی ذرات خاک (sg)، دارای اثر بارزی بر اطلاعات دور سنجی شده از سطح خاک می باشد.

یکنواختی و همگنی ذرات خاک از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر رفتار و ویژگی های طیفی خاک می باشد. درجه یکنواختی خاک با انحراف معیار هندسی ذرات خاک (Geometric standard deviation of soil particles: sg) سنجیده می شود. در این تحقیق که هدف آن مطالعه اثر sg بر بازتاب طیفی سطح خاک (با بررسی میانگین هندسی قطر ذرات (Geometric mean particle diameter or GMPD: dg) و آهک خاک) می باشد، از اطلاعات ماهواره IRS-P6 سنجنده LISS-III در 17 شهریورماه 1386 استفاده گردید. پس از دریافت و اصلاح داده های خام ماهواره ای، تصحیحات لازم بر روی آن انجام و پردازش هایی شامل: شاخص گیاهی نرمال شده، تجزیه مولفه اصلی، فاصله اقلیدسی از خط خاک و طبقه بندی نظارت نشده نیز انجام گرفت. در نهایت با استفاده از روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی و بر اساس تصویر رنگی کاذب و واحدهای همگن رنگی در تصویر اصلی منطقه و اطلاعات کمکی، 95 نقطه تعیین و از عمق 5-0 سانتی متری سطح خاک نمونه برداری انجام گردید. سپس مقادیر آهک، dg و sg برای هر نمونه محاسبه گردید. با استفاده از sg محاسبه شده، کل نمونه ها به دو گروه: sg<10 (خاک نسبتا همگن) و sg³10 (خاک نسبتا غیرهمگن) تقسیم شده و سپس روابط همبستگی داده های خاک و بازتاب های طیفی در این دو گروه مورد بررسی قرار گرفتند. مشخص گردید که در گروه اول که شامل خاک های نسبتا همگون بوده اند، میانگین هندسی قطر ذرات و آهک خاک دارای روابط همبستگی قوی و بارزتری با اطلاعات ماهواره ای بوده، در حالی که در گروه دوم که شامل خاک های ناهمگون از نظر sg بودند، دارای روابط همبستگی ضعیف تری با اطلاعات دورسنجی شده بوده اند. بنابراین مشخص گردید که انحراف معیار هندسی ذرات خاک (sg)، دارای اثر بارز و غالبی بر بازتاب طیفی از سطح خاک می باشد.

منحنی رطوبتی خاک یکی از مهم ترین توابعی است که ویژگی های بخش غیر اشباع خاک را به صورت کمی بیان می کند. اندازه گیری مستقیم این منحنی وقت گیر، دشوار و پرهزینه است. بدین جهت تلاش های زیادی به منظور برآورد غیر مستقیم منحنی رطوبتی از سایر ویژگیهای خاک انجام گرفته است. یکی از روش های غیر مستقیم برآورد منحنی رطوبتی استفاده از توابع انتقالی خاک است. هدف از این پژوهش مقایسه میزان تاثیر محاسبه میانگین هندسی و انحراف معیار هندسی قطر ذرات خاک با سه جز (شن، سیلت و رس) و نه جز (شن خیلی درشت، شن درشت، شن متوسط، شن ریز، شن خیلی ریز، سیلت درشت، سیلت متوسط، سیلت ریز و رس) از ذرات خاک در برآورد نقطه ای و پارامتریک منحنی رطوبتی خاک است. برای انجام این پژوهش 40 نمونه خاک با بافت متوسط بصورت کاملا تصادفی از منطقه کرج انتخاب شد. از کل نمونه های خاک، 35 نمونه برای ایجاد توابع و پنج نمونه ارزیابی اعتبار توابع استفاده شد. فراوانی نسبی ذرات به روش هیدرومتری، جرم مخصوص ظاهری به روش کلوخه، درصد کربنات کلسیم به روش خنثی سازی با اسید، درصد کربن آلی به روش و الکلی و بلک و منحنی رطوبتی با دستگاه صفحات فشاری اندازه گیری شد. از بین متغییرهای مستقل مناسب ترین ترکیب برای برآورد منحنی رطوبتی و پارامترهای معادله وان گنوختن با استفاده از روش رگرسیون با بهترین زیر مجموعه انتخاب و معادلات رگرسیونی با استفاده از رگرسیون چندگانه خطی بدست آمد. منحنی رطوبتی خاک با استفاده از توابع انتقالی ایجاد شد. نتایج نشان داد که با استفاده از سه و یا نه جز از ذرات برای محاسبه dg وσg  در برآورد نقطه ای منحنی رطوبتی خاک اختلاف معنی داری به وجود نمی آید. لیکن، در برآورد پارامتریک منحنی رطوبتی خاک استفاده از نه جز از ذرات در ایجاد توابع نسبت به سه جز برآورد بهتری از رطوبت در مکش های 10، 33 و 100 کیلوپاسکال داشت. با این حال، در مکش های 300، 500 و 1500 کیلو پاسکال استفاده از سه جز از ذرات نسبت به نه جز برآورد بهتری از رطوبت نشان داد. تجزیه های آماری بیانگر اعتبار برآوردهای حاصل از توابع ارایه شده بود.

منحنی رطوبتی خاک در ارزیابی قابلیت دسترسی آب خاک برای گیاه، مطالعات آب خاک و مدل سازی حرکت آب و املاح در خاک های غیراشباع ضروری می باشد. اندازه گیری مستقیم این منحنی در آزمایشگاه، وقت گیر، دشوار و پرهزینه است. از این رو تلاش های زیادی صورت گرفته تا بتوان بطور غیرمستقیم منحنی رطوبتی را با استفاده از سایر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک با دقتی قابل قبول برآورد کرد. هدف از این تحقیق برآورد منحنی رطوبتی و پارامترهای معادله وان گنوختن با استفاده از توابع انتقالی خاک است. برای انجام این پژوهش 40 نمونه خاک با بافت متوسط از منطقه کرج بصورت تصادفی انتخاب شد که 35 نمونه برای ایجاد توابع و 5 نمونه برای ارزیابی اعتبار توابع مورد استفاده قرار گرفت. فراوانی نسبی ذرات به روش هیدرومتری، جرم مخصوص ظاهری به روش کلوخه، درصد کربنات کلسیم به روش خنثی سازی با اسید، درصد کربن آلی به روش و الکلی بلک و منحنی رطوبتی با دستگاه صفحات فشاری اندازه گیری شد. متغیرهای مستقل به دو گروه تقسیم شدند: گروه اول شامل فراوانی نسبی ذرات، جرم مخصوص ظاهری، درصد کربنات کلسیم و درصد کربن آلی و گروه دوم شامل میانگین هندسی قطر ذرات، انحراف معیار هندسی قطر ذرات، جرم مخصوص ظاهری، درصد کربنات کلسیم و درصد کربن آلی بود. از بین متغیرهای مستقل، مناسب ترین ترکیب برای برآورد منحنی رطوبتی و پارامترهای معادله وان گنوختن با استفاده از روش رگرسیون انتخاب و معادلات رگرسیونی برای دو گروه با استفاده از رگرسیون چندگانه خطی بدست آمد و مقایسه گردید. نتایج نشان داد که بین داده های اندازه گیری شده و برآورد شده همبستگی معنی داری وجود دارد. این همبستگی برای توابع انتقالی نقطه ای و توابع برآوردکننده α در سطح احتمال 0.1 درصد، برای توابع برآورد کننده n در سطح احتمال 1 درصد و برای توابع برآورد کننده θr در سطح احتمال 5 درصد معنی دار می باشد. همچنین نتایج نشان داد که استفاده از متغیرهای گروه اول برای برآورد منحنی رطوبتی و پارامترهای وان گنوختن بهتر از گروه دیگر می باشد. تجزیه های آماری برای ارزیابی توابع انتقالی نشان داد که مقادیر GMER (میانگین هندسی نسبت خطا) برای توابع نزدیک به یک و مقادیر GSDER (انحراف معیار هندسی نسبت خطا) نیز کوچک است که نشان دهنده اعتبار بالای تابع ارائه شده می باشد.

فرسایش شیاری یکی ازمهم ترین اشکال فرسایش آبی در دیم زارهای مناطق نیمه خشک می باشد. اهمیت این موضوع در خاک های مناطق نیمه خشک شبیه بسیاری از نقاط ایران که دارای خاک های با ساختمان ناپایدار هستند، بسیار بیش تر است. هدف از تحقیق، بررسینقش ضربه قطره باران در توزیع اندازه و همگنی ذرات رسوب در فرسایش شیاریدر خاک های با بافت مختلف است. به این منظور، توزیع اندازه ذرات رسوب در انتهای شیارهایی به طول 4 متر و با عرض 10/0 متر تحت باران شبیه سازی شده با شدت ثابت 90 میلی متر بر ساعت در چهار شیب (5، 10، 15 و20 درصد) در 12 کلاس بافتی خاک تعیین شد. آزمایش در دو شرایط پوششسطح خاک لخت (تحت ضربه قطره باران) و با حذف ضربه قطره باران (استفاده از توری پلاستیکی) انجام شد. آزمایش در چهار تکرار با مجموع 352 واحد آزمایشی انجام شد. مطالعه منحنی توزیع اندازه ذرات رسوب تفاوت آشکاری بین منحنی ها توزیع اندازه ذرات در دو شرایط با وجود و با حذف ضربه قطرات باراننشان داد. منحنی های توزیع اندازه ذرات رسوب پایین تر از منحنی های توزیع اندازه ذرات خاک اصلی قرار گرفتند که گویای افزایش شاخص میانگین قطر ذرات رسوب و نشانگر افزایش قابلیت انتقال ذرات درشت دانه مانند شن در انتهای آزمایش است. افزایش انحراف معیار هندسی در رسوب کاملاً بستگی به بافت خاک و شیب داشت. برخلاف انتظار، همگنی ذرات رسوب چندان تحت تأثیر حذف ضربه قطرات باران قرار نگرفت. با افزایش شیب در همه کلاس های بافت خاک، ناهمگنی ذرات رسوب به احتمال قوی به دلیل افزایش سرعت جریان و قدرت جریان افزایش یافت. بیش ترین غیر همگنی ذرات رسوب بعداز بارندگی در خاک سیلتی مشاهده شد.

اندازه گیری منحنی مشخصه آب خاک پرهزینه و وقت گیر است. یکی از روش های ساده تخمین منحنی مشخصه استفاده از توابع انتقالی نقطه ای می باشد. در این تحقیق 20 نمونه خاک از مناطق اطراف شهرستان های مرودشت و فسا در استان فارس تهیه و منحنی مشخصه در مکش های صفر، 3، 6، 9، 12، 30، 100، 500، 1000 و 1500 کیلوپاسکال، بافت و سطح ویژه هر خاک اندازه گیری و میانگین هندسی قطر ذرات هر خاک محاسبه شد. سپس روابطی رگرسیونی برای تخمین رطوبت خاک در هر مکش ذکر شده بر اساس سطح ویژه و میانگین هندسی قطر ذرات خاک برقرار گردید. نتایج نشان داد که توابع انتقالی به دست آمده در مکش های صفر تا 12 کیلوپاسکال مناسب نمی باشد، اما توابع انتقالی به دست آمده در مکش های 30 تا 1500 کیلوپاسکال مناسب است.

به علت حساس بودن گیاه نیشکر به شرایط شوری و سدیمی، اکثر خاک های خوزستان برای کشت نیشکر باید اصلاح گردند. به دلیل بالا بودن سطح آب زیرزمینی، سنگین بودن بافت خاک و ضعیف بودن زهکشی درونی و طبیعی، اصلاح این خاک ها باید همراه با ایجاد سیستم زهکشی باشد. تشخیص توانایی خاک در انتقال زه آب از طریق اندازه گیری هدایت آبی امکان پذیر می باشد. در بعضی از مزارع نیشکر جنوب اهواز، بعد از شستشوی املاح لکه هایی در سطح خاک ظاهر می شود که در اراضی حاوی این لکه ها، شور و سدیمی بودن نسبت به خاک مجاور بسیار بالا است. برای بررسی علل پایین بودن آبشویی هدایت آبی، رس پراکنده مکانیکی، پایداری ساختمان و جرم مخصوص ظاهری خاک مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق هدایت آبی با استفاده از دستگاه نفوذسنج گلف در سه مزرعه لکه دار A (خاک بکر)، B (خاکی که یک سال قبل شخم عمیق خورده بود) و C (خاک تحت کشت نیشکر با شخم معمولی) از مزارع واحد میرزا کوچک خان واقع در جنوب اهواز تا عمق 120 سانتی متری در 4 لایه 30 سانتی متری در خاک لکه دار و خاک مجاور آن اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که هدایت الکتریکی عصاره اشباع (ECe) و نسبت جذب سدیم (SAR) در خاک های لکه دار بسیار بیشتر از خاک بدون لکه می باشد. میانگین وزنی قطر خاکدانه های (MWD) خاک بدون لکه در لایه های یاد شده به ترتیب برابر با 0.058, 0.035, 0.063 و 0.062 میلی متر و برای خاک های لکه دار به ترتیب 0.014, 0.012, 0.006 و 0.013 میلی متر به دست آمد (p<0.01). در خاک های بدون لکه همبستگی نسبتا خوبی (R2 = 0.67) بین هدایت آبی و میانگین هندسی قطر ذرات (dg) به دست آمد ولی در خاک لکه دار این رابطه معنی دار نبود. مقادیر چگالی ظاهری در اعماق یاد شده خاک های بدون لکه به ترتیب برابر با 1.39, 1.28, 1.45 و 1.38 تن بر متر مکعب و برای خاک بدون لکه به ترتیب 1.46, 1.47, 1.35 و 1.57 تن بر متر مکعب به دست آمد (p<0.01). هدایت آبی خاک محل لکه ها خیلی کمتر از خاک بدون لکه بود. نود درصد مقادیر هدایت آبی خاک لکه دار سه مزرعه کمتر از 10 درصد در حالی که در خاک بدون لکه فقط 38 درصد مقادیر هدایت آبی کمتر از 10 سانتی متر در روز به دست آمد. بنابراین عدم شستشوی خاک محل لکه ها با توجه به نتایج، به دلیل پایین بودن هدایت آبی خاک محل لکه ها و پایین بودن هدایت آبی به علت بالا بودن چگالی ظاهری و ناپایداری ساختمان خاک می باشد.

تا کنون توابع انتقالی نقطه ای و پارامتریک با روش های زیادی برای تخمین منحنی نگهداری آب خاک (SWRC) استفاده شده اند، اما از روش جنگل تصادفی (RF) با برخی متغیرهای ورودی تا کنون در هیچ مطالعه ای برای ایجاد توابع انتقالی شبه پیوسته استفاده نشده است. تعداد 120 نمونه خاک از دو استان تهران و همدان برداشت و ویژگی های فیزیکی آن ها اندازه گیری گردید. تعداد 10 تابع انتقالی شبه پیوسته با روش های رگرسیون خطی و RF ایجاد شد. از متغیرهای مکش آب خاک، بافت خاک، درصد رس و شن، جرم مخصوص ظاهری، میانگین و انحراف معیار هندسی قطر ذرات، و رطوبت در ظرفیت مزرعه ای (FC) و نقطه پژمردگی دائم (PWP) در ترکیب های مختلف برای تخمین SWRC استفاده شد. استفاده از مکش خاک به عنوان تنها متغیر ورودی برای تخمین SWRC در روش رگرسیون خطی، مدلی با نتایج قابل قبول ایجاد کرد (R2 مراحل آموزش و معتبرسازی به ترتیب 675/0 و 674/0 بود). استفاده از درصد رس و شن به عنوان تخمین گر موجب بهبود تخمین (5/1 تا 0/25 درصد) گردید. جرم مخصوص ظاهری موجب بهبود معنادار درستی تخمین ها در دامنه 9/6 تا 1/13 درصد گردید. بر خلاف PWP، استفاده از FC موجب بهبود درستی تخمین ها در دامنه 5/3 تا 4/24 درصد شد. توزیع خطا (RMSE) بر روی مثلث بافت خاک وابسته به نوع متغیرهای ورودی و روش ایجاد توابع بود. در تمام توابع شبه پیوسته، درستی تخمین ها، بر مبنای RMSE، در روش RF به طور معنادار و قابل توجهی در دامنه 22 تا 46 درصد بیشتر از رگرسیون خطی بود.

اندازه گیری ویژگی های هیدرولیکی خاک در مطالعه حرکت آب و املاح در خاک اهمیت فراوان دارد. چون اندازه گیری این ویژگی ها به صورت مستقیم مستلزم صرف وقت و هزینه فراوان است، استفاده از روش های غیر مستقیم در سال های اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. توابع انتقالی خاک که می توان آن ها را راه کاری ارتباطی بین ویژگی های زود یافت و دیر یافت خاک دانست، یکی از این روش های غیر مستقیم است. هدف از این پژوهش، ایجاد توابع انتقالی نقطه ای برای برآورد منحنی رطوبتی خاک بوده است. همچنین، امکان استفاده از متغیرهای میانگین هندسی و انحراف معیار هندسی قطر ذرات در اشتقاق این توابع مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، 34 نمونه خاک از دشت کرج به صورت تصادفی انتخاب گردید. فراوانی نسبی ذرات خاک به روش هیدرومتری، جرم ویژه ظاهری به روش حجمی و منحنی رطوبتی با استفاده از دستگاه صفحات فشاری اندازه گیری شد. با استفاده از متغیرهای فراوانی نسبی ذرات و جرم ویژه ظاهری خاک از یک سو و متغیرهای جرم ویژه ظاهری، میانگین هندسی و انحراف معیار هندسی قطر ذرات خاک از جهت دیگر، به روش رگرسیون گام به گام، توابعی جهت برآورد شش نقطه از منحنی رطوبتی ایجاد گردید. متغیرهای جرم ویژه ظاهری، میانگین هندسی قطر ذرات و انحراف معیار هندسی قطر ذرات خاک به ترتیب به عنوان شاخص های بیان کننده تخلخل کل خاک و توزیع هندسی تخلخل خاک برآوردی بهتر از مقدار رطوبت در پتانسیل های ماتریک 30-، 100-، 300-، 500- و 1500- کیلو پاسکال نسبت به توابع انتقالی رایج نشان دادند. در پتانسیل های ماتریک ذکر شده، نقش جرم ویژه ظاهری در برآورد رطوبت بسیار کم و اثر میانگین هندسی و انحراف معیار هندسی قطر ذرات به مقدار قابل توجهی افزایش نشان داد. زیرا در رطوبت های نزدیک به اشباع، رطوبت خاک بیشتر تحت تاثیر تخلخل کل خاک و در رطوبت های کمتر به ویژه در مکش های ماتریک نزدیک به ظرفیت زراعی متاثر از توزیع هندسی تخلخل خاک است.