بررسی توانایی سنجنده‌های ماهواره‌های لندست8 و سنتینلa2 در تخمین ماده آلی و فسفر قابل استفاده خاک در دشت سمنان

شناسایی تغییرات مربوط به کیفیت خاک ازجمله مقدار ماده آلی خاک (som)، از مهم‌ترین کاربردهای سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی است. فسفر قابل استفاده نیز عنصر اصلی برای رشد مناسب گیاهان است. هدف از این تحقیق، بررسی قابلیت داده‌های حاصل از تصاویر ماهواره‌ای و مقایسه دقت نقشه‌های پیش بینی ماده آلی و فسفر قابل استفاده خاک تهیه‌شده با استفاده از تصاویر لندست 8 و سنتینل a2 بود. مکان نقاط نمونه‌برداری با استفاده از روش ابر مکعب لاتین مشروط (clhs) برای 84 نمونه خاک در اراضی کشاورزی دشت سمنان تعیین شد. مقادیر ماده آلی به روش اکسیداسیون تر، واندازه ذرات شن، رس و سیلت به روش هیدرومتری و فسفر قابل استفاده خاک به روش اولسن و سامرز اندازه‌گیری شد. متغیر‌های کمکی شامل باندها و ترکیب باندها بودند. نتایج نشان داد که فسفر قابل استفاده خاک بیشترین همبستگی را با مقدار ماده آلی خاک داشت. نتایج حاصل از الگوریتم جنگل تصادفی نشان داد که متغیرهای کمکی مستخرج از سنجنده تصویربردار چندطیفی (ماهواره سنتینل 2) نسبت به متغیرهای کمکی حاصل از ماهواره لندست 8 مقدار ماده آلی و فسفر قابل استفاده خاک را با دقت بیشتری برآورد کرده بود. همچنین، روش غیرخطی جنگل تصادفی با مقدار خطای اندک و ضریب تبیین مناسب، مقادیر مربوط به ماده آلی و فسفر قابل استفاده خاک را به‌خوبی برآورد کرد. مقدار ریشه میانگین مربعات خطا (rmse) و ضریب تبیین (r^2) در برآورد som برای سنجنده تصویربردار چندطیفی (ماهواره سنتینل 2) به ترتیب 0.413 و 0.758 و برای سنجنده عملیاتی تصویربرداری (ماهواره لندست 8) از زمین به ترتیب 0.432 و 0.736 به دست آمد. افزون بر آن، مقدار rmse و r^2 در برآورد فسفر قابل استفاده برای سنجنده تصویربردار چندطیفی به ترتیب 5.96 و 0.74 و برای سنجنده عملیاتی تصویربرداری از زمین به ترتیب 7.24 و 0.56 به دست آمد.

Investigating the Ability of Landsat 8 and Sentinel 2A Satellite Images for Estimating Soil Organic Matter and Available Phosphorus in Semnan Plain

Identification of soil quality changes, including soil organic matter (SOM), is one of the most important usages of remote sensing and geographical information system. Available phosphorus is also an important nutrient for optimal growth of plants. The purposes of this study were to investigate the capability of satellite images data and to compare the accuracy of SOM and available phosphorus maps by using Landsat 8 and Sentinel 2A satellite images. The location of sampling points was determined by using conditional Latin hypercube sampling for 84 soil samples in agricultural lands of Semnan plain. The SOM content, the particle size fractions including sand, clay, and silt were measured using wet oxidation and hydrometer methods, respectively, and available phosphorus was measured by the Olsen method. The auxiliary variables included the bands and combination of bands. The results showed that soil available phosphorus had the highest correlation with SOM content. Results of Random Forest algorithm indicated that axillary variables derived from multispectral instruments (Sentinel 2A satellite) evaluated the amount of SOM and available phosphorus more accurately than the axillary variables extracted by Landsat 8 satellite images. The random forest nonlinear method estimated the amounts ​​of SOM and available phosphorus with low error values ​​and a relatively high coefficient of determination. The root means square error (RMSE) and coefficient of determination (R2) for prediction of SOM were 0.413 and 0.758 for the multispectral instrument, and 0.432 and 0.736 for the operational land imager, respectively. Also, the RMSE and R2 for prediction of available phosphorus were 5.96 and 0.74, for the multispectral instrument, and 7.24 and 0.56 for the operational land imager, respectively.