موسسه تحقیقات خاک و آب پژوهش های خاک 2228-7124 34 3 2020 11 21 Estimating Fractal Dimensions of Calcareous Soils Using Soil Texture Data برآورد ابعاد فرکتالی خاک‌های آهکی با استفاده از داده‌های بافت خاک 387 406 122730 10.22092/ijsr.2020.342420.519 FA حسن مظفری دانشجوی دکتری، بخش علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران سید علی اکبر موسوی دانشیار بخش علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران Journal Article 2020 04 25 <span>Mass-fractal models have been frequently used to quantify soil particles size distribution</span><span>. Since fractal dimension has numerous capabilities to predict different soil properties, this study aimed to determine the best soil primary particles size groups in estimation of fractal dimension of soil primary particles size. This study was done with 186</span><span>samples of calcareous soils in southern parts of Iran located in Fars province</span><span lang="FA" dir="RTL">.</span><span> Soil particles size distribution was determined using combination of wet sieving and modified hydrometer method. Fractal dimensions were calculated using three methods including </span><span>Tyler and Wheatcraft (D_T), Sepaskhah and Tafteh (D_S), and Kravchenko and Zhang (D_K). Then, the relationship between D_T and D_K with contents of soil primary particles in different size groups were established. Results showed that regression relationship (</span><span>power 2)</span><span> between D_T and D_K was very strong (with determination coefficient of 1). In addition, D_S regression relationship (</span><span>linear)</span><span> with D_T and D_K was strong. Results also revealed that mean values of D_K and D_S were significantly higher and lower than D_T, respectively.</span><span>As the particles size became smaller, accuracy of regression relationships between smaller particles size percent of a specific diameter and soil fractal dimensions (D_T and D_K) becomes more, and the maximum accuracy was observed in logarithmic relationship between fractal dimensions and clay percent. R² of training data and that of test data, normalized root mean square error (%), and </span><span>Nash-Sutcliffe</span><span> coefficient statistics were 0.99, 0.98, 0.6, and 0.95 for logarithmic model between clay content and D_T, and 0.98, 0.99, 0.25, and 0.94 for logarithmic model between clay content and D_K, showing very strong relationship between clay content and fractal dimensions. Therefore, it is possible to calculate Tyler and Wheatcraft and Kravchenko and Zhang fractal dimensions by using clay content and very simple equations in a wide range of calcareous soils with different mechanical components. Thus, those fractal dimensions can be used to estimate physical, chemical, and especially hydraulic properties of calcareous soils, whose measurements are complex, expensive, and time consuming.</span><span>It should be pointed out that the proposed relations are valid when primary particle size distribution of soil is determined using the method used in the present study. Otherwise, the relations should be tested and validated. </span> <strong><span lang="FA" dir="RTL"><strong><span lang="FA" dir="RTL">مدل­های فرکتالی جرم-پایه، به­وفور در کمی کردن منحنی توزیع اندازه ذرات خاک مورد استفاده قرار گرفته­اند. از آنجا­که بعد فرکتالی قابلیت­های زیادی در برآورد ویژگی­های مختلف خاک دارد، این پژوهش با هدف تعیین مناسب­ترین گروه­ اندازه­ای ذرات اولیه برای برآورد بعد فرکتالی خاک انجام شد. نمونه­برداری از 186 نقطه از برخی خاک­های آهکی جنوب ایران واقع در استان فارس انجام شد. اندازه­گیری توزیع اندازه ذرات خاک با ترکیب روش الک تر و روش تغییر یافته هیدرومتر</span><span lang="FA" dir="RTL">انجام شد. ابعاد فرکتالی به سه روش تیلر و ویت­کرافت (</span><span>D_T</span><span lang="FA" dir="RTL">)، سپاسخواه و تافته (</span><span>D_S</span><span lang="FA" dir="RTL">)، و کراوچنکو و ژانگ (</span><span>D_K</span><span lang="FA" dir="RTL">) محاسبه </span><span lang="FA" dir="RTL">شد. سپس روابط رگرسیونی بین </span><span>D_T</span><span dir="RTL"> <span lang="FA">و </span></span><span>D_K</span><span lang="FA" dir="RTL"> و مقادیر فراوانی گروه­های مختلف اندازه­ی ذرات اولیه خاک برقرار شد.</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> نتایج نشان داد که ارتباط رگرسیونی </span><span lang="FA" dir="RTL">(</span><span lang="AR-SA" dir="RTL">درجه 2)</span><span lang="FA" dir="RTL"> بین</span><span>D_T</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> و </span><span>D_K</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> بسیار قوی (</span><span lang="FA" dir="RTL">با ضریب تعیین 1) </span><span lang="AR-SA" dir="RTL">بود. همچنین ارتباط رگرسیونی (خطی) </span><span>D_S</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> با </span><span>D_T</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> و </span><span>D_K</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> نیز قوی بود. نتایج همچنین مشخص کرد که میانگین </span><span>D_K</span><span lang="FA" dir="RTL">و </span><span>D_S</span><span lang="FA" dir="RTL"> به­ترتیب </span><span lang="AR-SA" dir="RTL">به­طور معنی­داری بیشتر و کمتر از میانگین </span><span>D_T</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> بود. با ریزتر شدن اندازه ذرات، دقت </span><span lang="FA" dir="RTL">روابط</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> رگرسیونی بین درصد اندازه ذرات کوچکتر از یک قطر مشخص با ابعاد </span><span lang="FA" dir="RTL">فرکتالی (</span><span>D_T</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> و </span><span>D_K</span><span lang="FA" dir="RTL">) خاک</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> بیشتر شد تا جایی­که در ارتباط لگاریتمی بین ابعاد </span><span lang="FA" dir="RTL">فرکتالی</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> با درصد رس، حداکثر مقدار دقت مشاهده شد. آماره­های ضریب تعیین داده­های آموزش، ضریب تعیین داده­های آزمون</span><span lang="FA" dir="RTL">، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده (درصد) و ضریب نش-ساتکلیف برای مدل لگاریتمی بین مقدار رس و </span><span>D_T</span><span lang="FA" dir="RTL"> به­ترتیب برابر 99/0، 98/0، 6/0 و 95/0 و همچنین برای مدل لگاریتمی با </span><span>D_K</span><span dir="RTL"> <span lang="FA">به­ترتیب برابر 98/0، 99/0، 25/0 و 94/0 بودند که بیانگر ارتباط بسیار قوی مقدار رس با ابعاد فرکتالی است</span></span><span lang="AR-SA" dir="RTL">. </span><span lang="FA" dir="RTL">بنابراین با داشتن مقدار رس می­توان با روابط بسیار ساده، مقادیر ابعاد </span><span lang="FA" dir="RTL">فرکتالی </span><span lang="AR-SA" dir="RTL">تیلر و ویت­کرافت و کراوچنکو و ژانگ را در محدوده وسیعی از خاک­های آهکی با ترکیبات مکانیکی مختلف محاسبه کرد و از این ابعاد </span><span lang="FA" dir="RTL">فرکتالی</span><span lang="AR-SA" dir="RTL"> برای تخمین ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی و به­ویژه هیدرولیکی خاک­های آهکی که در بسیاری از موارد اندازه­گیری آنها مشکل، هزینه­بر، و وقت­گیر است استفاده کرد.</span><span lang="AR-SA" dir="RTL">لازم به ذکر است که روابط ارائه شده زمانی معتبر می­باشند که توزیع اندازه ذرات اولیه خاک با روش ارائه شده در پژوهش حاضر تعیین شده باشد و در غیر این­صورت روابط مزبور بایستی آزمون و اعتبارسنجی شوند.</span></strong></span></strong> https://srjournal.areeo.ac.ir/article_122730_f314ab5907e05583518078ee9b929439.pdf