ارزیابی روش های رگرسیون درختی و خطی چندگانه در برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی

آب و خاک

مقاله 9، دوره 29، شماره 3، شهریور 1394، صفحه 683-694   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v0i0.31522

نویسندگان

یاسر استواری^{* 1}؛ کامران عسگری²؛ حمیدرضا متقیان¹

¹دانشگاه شهرکرد

²دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خوراسگان(اصفهان)، باشگاه پژوهشگران جوان، اصفهان، ایران

چکیده

با برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی با استفاده از ویژگی‏های پایه ای و زودیافت خاک می‏توان در وقت و هزینه صرفه‏جویی کرد. هدف این بررسی، مقایسه دو روش رگرسیون درختی و رگرسیون خطی چندگانه در برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) با استفاده از ویژگی‏هایخاک است. برای این منظور از داده های 106 نمونه خاک UNSODA استفاده شد. جهت برآورد CEC با استفاده از روش‏های رگرسیون درختی و رگرسیون خطی از ویژگی های اجزای بافت خاک،pH، ماده آلی و چگالی ظاهری استفاده شد. کارآیی روش رگرسیون درختی در برابر روش رگرسیون خطی چندگانه در برآورد CEC مقایسه شدند. نتایج نشان داد که در برآورد CEC با استفاده از روش های رگرسیونی تنها ضرایب ماده آلی (183/3) و درصد رس (274/0) که بیشترین همبستگی را با CEC دارند معنی دار شده و مدل رگرسیونی بر اساس این دو پارامتر توسعه یافت. همچنین از میان پارمترهای ورودی در روش رگرسیون درختی تنها پارامترهای ماده آلی و درصد رس در درخت رگرسیون ظاهر شد. روش رگرسیون درختی در دو مجموعه داده صحت سنجی و اعتبار سنجی بر اساس آماره های ارزیابی R2، RMSE، ME و GMER کارآیی بالاتری نسبت به روش های رگرسیونی خطی در برآورد CEC داشت. از میان روش های رگرسیونی خطی، مدل پیشنهادی کارآیی بالاتری نسبت به مدل های بل و ونکولن و بروسما و همکاران داشت.

کلیدواژه‌ها

توابع انتقالی؛ درخت رگرسیون؛ CEC؛ UNSODA

مراجع

1- Abbasi Y., Ghanbarian-Alavijeh B., Liaghat A.M., and Shorafa M. 2011. Evaluation of pedotransfer functions for estimating soil water retention curve of saline and saline-alkali soils of Iran. Pedosphere,21(2): 230–237.

2- Bell M.A., and Van Kulen H. 1995. Soil pedotransfer function for four Mexican soils. Soil Science Society of American Journal, 59: 865- 871.

3- Bouma J. 1989. Using soil survey data for quantitative land evaluation. Advance Soil Science, 9:177–213

4- Breeuwsma A., Wosten J.H.M., Vleeshouwer J.J., Van Slobbe A.M., and Bouma J. 1986. Derivation of land qualities to assess environmental problemsfrom soil surveys. Soil ScienceSocietyof AmericanJournal, 50:186-190.

5- Dehghani Baniani s, Ghorbani Dashtaki .Sh, Mohamadi J., and Khodaverdilo H. 2011. Comparing the Performance of Multiple Linear Regression and Regression Tree to Predict Saturated Hydraulic Conductivity and the Inverse of Macroscopic Capillary Length. Iranian water research, 9:193-204.(In Persian with English abstract).

6- Foladmand H.R. 2008. Estimation of CEC using soil properties. Jornal of agricultural science and environmente, 1:1-8. (In Persian).

7- Herbst M., and Diekkruger B. 2002. Statistical regression. Chapter 1 In: Vereecken H and Herbst M (Editors). Developments in Soil Science. Volume 30. Development of pedotransfer functions in soil hydrology. Elsevier Science, Pp: 3-18.

8- Hezarjaribi A., Nosrati Karizak F., Abdollahnezhad K., and Ghorbani Kh. 2013. The Prediction Possibility of Soil Cation Exchange Capacity by Using of Easily Accessible Soil Parameters. Journal of Water and Soil, 27(4):712-719. (in Persian with English abstract)

9- Horn R., Fleige F.H., Richter E. A., Czyz A. Dexter E., Diaz-Pereira Damitru R., Enarche, F., Mayol K., Rajkai D., Delarosa and Simota C. 2005. SIDASS project 5: Prediction of mechanical strength of arable soils and its effects on physical properties atvarious map scales. Soil and Tillage Research, 82:47-56.

10- Keller A., Von Steiger B., Van der Zee S.T., and Schuline R. 2001. A stochastic empirical model for regional heavymetal balances in agroecosystems.Journal of Environtal Quality, 30:1976-1989.

11- Keshavarzi A., Sarmadian F., and Labbafi R. 2011. Modeling of Soil Cation Exchange Capacity Based on Fuzzy TableLook-up Scheme and Artificial Neural Network Approach. Modern Applied Science, 5(1):153-165.

12- Krogh L., Madsen H.B., and Greve M.H. 2000. Cation exchange capacitypedotransfer functions for Danish soils. Acta AgriculturalScienceand Sect. B, Soil and Plant Science, 50:1–12.

13- Manrique L.A., Jones C.A., and Dyke P.T. 1991. Predicting cation exchange capacity from soil physical andchemical properties. Soil Science Society of American Journal, 55:787-794.

14- McBratney A.B., Minasny B., Cattle S.R., and Vervoort R.W. 2002. From pedotransfer function to soil inference systems. Geoderma, 93:225-253.

15- McKenzie N.J., Jacquier D.W.1997. Improving the Field Estimation of SaturatedHydraulic Conductivity in Soil Survey. Australian Journal of Soil Research, 35:803-825.

16- Memarianfar M. and Beigi H. 2008. Comparison of artificial neural network and regressionpedotransfer functionsmodels for prediction of soil cation exchange capacity in Chaharmahal - Bakhtiari province. Water and soil science, 23(4):90-99. (In Persian with English abstract).

17- Mehrabanian M., mehrjedi R., and Dehghani F. 2009. Assessing the Efficiency of Pedotransfer Functions for Estimating CECin some Calcareous and Gypsiferous Soils of Yazd Province. Jornal of Water and Soil Conservation, 17(1):113-129. (in Persian with English abstract)

18- Mirkhani R., ShabanPoor Shahrestani M.V. and Saadat S. 2004. Prediction of soil retention curve using PTFs. Joournal of Agriculture science, 15(3):151-162.(In Persian).

19- Pachepsky Y., and Schaap M. G.,(Editors).2004. Data mining and exploration techniques. Chapter 2 In: Developments in Soil Science. Volume 30. Development of pedotransfer functions in soil hydrology. Elsevier Science, Pp: 21-31.

20- Pachepskya Y.A., and Rawls W. J. 2006. Hydropedology and pedotransfer functions. Geoderma, 131:308– 316.

21- Schaap M. G. 2004. Accuracy and uncertainty in PTF predictions. Chapter 3 In:Pachepsky Y and Rawls W.J (Editors). Developments in Soil Science. Volume 30. Development of pedotransfer functions in soil hydrology. Elsevier Science, Pp: 33-46.

22- Shirani H., and Rafieinejad N. 2011. Prediction of Some Difficult-to-measure Soil properties in Kerman state soils using regrestion and artifitial nural networks. Iranian Journal of Soil Research, 25(4):349-359. (In Persian).

23- StatSoft .2011. STATISTICA (data analysis software system). Version 10. www.statsoft.com.

24- Wosten J.H.M., Pachepsky Y.A., and Rawls W.J. 2001. Pedotransfer functions: bridging the gap between available basic soil data and missing soil hydraulic characteristics. Journal of Hydrology, 251: 123-150.