تعیین مهم‌ترین ویژگی‌های موثر بر شاخص‌های تجمعی سلامت خاک در منطقه خانقاه نمین

سلامت خاک تحت تاثیر ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک قرار دارد و ارزیابی جمعی آن، به در نظر گرفتن اثر جمعی این ویژگی ‌ها نیازمند است. هدف از این پژوهش، تعیین شاخص ‌های تجمعی سلامت خاک با استفاده از مدل های کیفیت خاک است؛ برای این منظور، مجموعه ویژگی‌ های فیزیکی، شیمیایی و زیستی در 72 نمونه خاک سطحی مربوط به زمین های کشاورزی و مرتعی منطقه خانقاه نمین استان اردبیل تعیین شد. سپس با استفاده از pca از بین شانزده ویژگی فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک که به عنوان ویژگی های موثر بر کیفیت خاک در نظر گرفته شد (tds) پنج ویژگی به عنوان مهم ترین ویژگی های موثر بر سلامت خاک (mds) انتخاب شد که شامل تنفس پایه خاک، کربن زیست توده میکروبی، نیتروژن زیست توده میکروبی، جرم مخصوص ظاهری و تخلخل کل بود. شاخص های تجمعی سلامت خاک بر اساس دو مدل شاخص تجمعی کیفیت خاک (iqi) و شاخص کیفیت نمرو (nqi)، و هر یک با استفاده از دو سری داده tds و mds محاسبه شد. همبستگی معنی ‌دار بین شاخص های iqitds و iqimds و شاخص های nqitds و nqimds نشان داد که mds انتخاب شده می ‌تواند نماینده خوبی از میان کل ویژگی ‌های خاک برای تعیین شاخص سلامت خاک باشد؛ این همبستگی هم در داده ‌های کل منطقه و هم در دو کاربری مرتع و کشاورزی معنی ‌دار بود. میانگین شاخص ‌های تجمعی سلامت خاک iqitds، iqimds، nqitds و nqimds در مرتع به ترتیب 71/0، 67/0، 03/0 و 082/0 و در زمین ‌های کشاورزی به ترتیب 66/0، 66/0، 027/0 و 08/0 بود. مقایسه میانگین این شاخص ‌ها بین دو کاربری مرتع و کشاورزی نشان داد که اختلاف بین iqitds و nqitds در سطح 1 درصد معنی ‌دار است، ولی این اختلاف در مورد iqimds و nqimds معنی ‌دار نیست. بنابراین، مشاهده می ‌شود که استفاده از کل ویژگی ‌ها در تعیین شاخص ‌های تجمعی سلامت خاک (tds)، می ‌تواند تاثیر کاربری زمین بر سلامت خاک را بهتر نشان دهد.سلامت خاک تحت ‌تاثیر ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک قرار دارد و ارزیابی جمعی آن، به در نظر گرفتن اثر جمعی این ویژگی ها نیازمند است. هدف از این پژوهش، تعیین شاخص‌ های تجمعی سلامت خاک با استفاده از مدل های کیفیت خاک است؛ برای این منظور، مجموعه ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و زیستی در 72 نمونه خاک سطحی مربوط به زمین های کشاورزی و مرتعی منطقه خانقاه نمین استان اردبیل تعیین شد. سپس با استفاده از pca از بین شانزده ویژگی فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک که به عنوان ویژگی های موثر بر کیفیت خاک در نظر گرفته شد (tds) پنج ویژگی به عنوان مهم ترین ویژگی های موثر بر سلامت خاک (mds) انتخاب شد که شامل تنفس پایه خاک، کربن زیست توده میکروبی، نیتروژن زیست توده میکروبی، جرم مخصوص ظاهری و تخلخل کل بود. شاخص های تجمعی سلامت خاک بر اساس دو مدل شاخص تجمعی کیفیت خاک (iqi) و شاخص کیفیت نمرو (nqi)، و هر یک با استفاده از دو سری داده tds و mds محاسبه شد. همبستگی معنی ‌دار بین شاخص ‌های iqitds و iqimds و شاخص های nqitds و nqimds نشان داد که mds انتخاب شده می ت‌واند نماینده خوبی از میان کل ویژگی ‌های خاک برای تعیین شاخص سلامت خاک باشد؛ این همبستگی هم در داده ‌های کل منطقه و هم در دو کاربری مرتع و کشاورزی معنی ‌دار بود. میانگین شاخص های تجمعی سلامت خاک iqitds، iqimds، nqitds و nqimds در مرتع به ترتیب 71/0، 67/0، 03/0 و 082/0 و در زمین های کشاورزی به ترتیب 66/0، 66/0، 027/0 و 08/0 بود. مقایسه میانگین این شاخص ‌ها بین دو کاربری مرتع و کشاورزی نشان داد که اختلاف بین iqitds و nqitds در سطح 1 درصد معنی‌ دار است، ولی این اختلاف در مورد iqimds و nqimds معنی‌ دار نیست. بنابراین، مشاهده می ‌شود که استفاده از کل ویژگی‌ ها در تعیین شاخص ‌های تجمعی سلامت خاک (tds)، می ت‌واند تاثیر کاربری زمین بر سلامت خاک را بهتر نشان دهد.

Determining of most important characteristics for soil health indices in Khaneghah Namin area

Extended abstract1 IntroductionThe ability of soil to provide products in the ecosystem, protect soil and water and perform its environmental functions reflects the quality and health of the soil. Soil health is an index for assessing soil functions such as crop production and growth of microorganisms. Soil health is affected by soilchr('39')s physical, chemical, and biological properties, and its integrated evaluation needs to consider the collective effect of these characteristics. In this study, to present the cumulative soil health index, an integrated quality index (IQI) and Nemero quality index (NQI) were used. These indices are designed initially to assess soil quality, but they are used to assess soil health in this study. To determine these Indices, the most important characteristics affecting soil health were determined by the PCA method.2 MethodologyIn this study, 72 soil samples were taken from 208 hectares in the Khaneghah Namin area of Ardabil province, which included 19 samples of agricultural lands and 53 samples of rangelands. In each soil sample, 16 physical, chemical, and biological properties of soil (pH, EC, organic carbon, percentage of lime, percentage of sand, silt and clay, porosity, bulk density, the population of soil microorganisms, basic microbial respiration, microbial respiration Substrate stimulated, microbial biomass carbon, microbial biomass nitrogen, biomass carbon to organic carbon ratio and metabolic fraction) were determined as total data set (TDS). Among these properties, five factors were obtained as minimum data set (MDS) using PCA. Then, soil health indices were calculated based on the two methods of the integrated quality index (IQI) and Nemero quality index (NQI), and using two TDS and MDS data sets. The significant correlation of indices calculated by TDS with MDS (Correlation of IQITDS with IQIMDS and NQITDS with NQIMDS) confirmed the efficiency of selected MDS to determine the soil health indices. Also, the difference of soil health indices between agricultural and rangelands was compared by a nonpaired ttest. 3 Results Based on PCA results, five biological and physical soil properties were selected as the minimum data set. These properties include basal soil respiration, soil biomass carbon, soil biomass nitrogen, bulk density, and total soil porosity as the most important characteristics affecting soil health. In IQI index for a combination of soil properties as an integrated index, weighted scores of properties calculated. For scoring the soil properties used from fuzzy membership functions that scoring between 01. The commonality of properties is divided by the sum of commonalities in a data set to weighting the properties. The results showed that IQITDS and IQIMDS soil health indices rated the regionchr('39')s soils as grade II, while NQITDS and NQIMDS indices ranked the soils as grade IV. A significant correlation was obtained between the indicators calculated with TDS and MDS in the region and rangeland and agricultural land use. The average IQITDS, IQIMDS, NQITDS, and NQIMDS indices in the rangeland were 0.71, 0.67, 0.03, and 0.082, respectively. The indices in agricultural fields were 0.66, 0.66, 0.027, and 0.08, respectively. The mean comparison between two landuse shows that IQITDS and NQITDS have a significant difference, and IQIMDS and NQIMDS do not have a significant difference. These results show that rangelands have significantly more soil health in comparison to agricultural lands. Also, these results show that the integrated quality index (IQI) is more suitable for evaluating soil health in comparison to nemero quality index (NQI). 4 Discussion ConclusionsThis study shows that the PCA method had efficient in selecting the most important characteristics that affect soil health. Qi et al. (2009) and Shahab et al. (2018) confirmed the PCA efficiency in MDS selection. It was also observed that the use of soil biological properties in determining the cumulative indices of IQI and NQI could lead to better modeling of soil quality and health so that most of the characteristics selected as MDS by PCA are the biological characteristics. Zhou et al. (2020) reported that the use of soil biological properties as indicators of soil health could be used to detect soil degradation. Comparison of soil health between agricultural and rangeland showed that cumulative indicators with TDS data could provide a better index for evaluating land use impact on soil health.