Evaluation of Three Geostatistical Methods for Estimation of Some Soil Physicochemical Properties and the Effect of Sampling Density on Variogram Parameters

Document Type : Research Paper

Authors

Abstract

This research aimed to study and compare accuracy of three geo-statistical methods (kriging, co-kriging, and inverse distance weighting) in order to estimate some soil properties, and determine the effect of sampling density on variogram parameters. This study was conducted in Laghar plain in south of Fars province with an area of 12986 hectares. Soil particle size percentage,  calcium carbonate equivalent, gypsum percentage, mottling distribution, and soil saturated hydraulic conductivity were measured and studied and zoned based on the most appropriate model. Then, suitable interpolation and evaluation methods as well as suitable interpolator were selected. The results showed that the kriging estimator was better and had less error than the inverse distance weighting and co-kriging methods for interpolating saturated hydrolytic conductivity, mottling, and gypsum percentage. To interpolate sand, silt and clay percentage parameters, the inverse distance weighting method had better results than the other two methods and was preferred. To interpolate calcium carbonate percentage, the co-kriging method presented better results than the kriging and inverse distance weighting methods. Sampling density effect on variogram parameters was studied too.In the first level, all samples (80 samples) and, in the second level, 40 samples were randomly selected and considered for determining variogram and interpolation. According to the results, there was no regular change in values of variogram parameters, but increase in nugget effect could be observed in most of the studied properties.

Keywords

References

  1. اصغری، ش. دیزجقربانی اقدم، ث. اسمعلی عوری، ا. 1393. بررسی تغییرات مکانی برخی شاخص­های کیفیت فیزیکی خاک در منطقه فندقلوی اردبیل با استفاده از زمین­آمار، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد 28، شماره 6، صفحه 1283-1271.
  2. بارانی، س. پاپن، پ. الباجی، م. 1392. تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی خاک در منطقه زیدون، چهارمین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی علوم آب، صفحه 2038-2025.
  3. جلالی، و.ر. خاشعی سیوکی، ع. همایی، م. 1392. مقایسه روش­های زمین­آماری با روش غیرپارامتریک Knn (نزدیک­ترین همسایه) برای برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 20، شماره 5، صفحه 162-147.
  4. دلبری، م. جهانی، س. 1393. بررسی تغییرات مکانی ویژگی­های شوری و سدیمی خاک­های منطقه چات در استان گلستان، نشریه پژوهش­های خاک (علوم خاک و آب)، الف، جلد 28، شماره 2، صفحه 446-433.
  5. فروغی­فر، ح. جعفرزاده، ع. ا. ترابی گلسفیدی، ح. علی­اصغرزاده، ن. تومانیان، ن. دواتگر، ن. 1390. تغییرات مکانی برخی ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک سطحی در شکل­های اراضی مختلف دشت تبریز، نشریه دانش آب و خاک، جلد 21، شماره 3، سال 1390، صفحه 21-1.
  6. کرمی، ع. همایی، م. بای­بوردی، م. محمودیان شوشتری، م. دوات­گر، ن. 1391. پراکنش مکانی پارامترهای نفوذ آب به خاک در مقیاس ناحیه­ای، نشریه دانش آب و خاک، جلد 22، شماره 1. صفحه 31-18.
  7. محمدی، ج. پدومتری، جلد دوم (آمار مکانی)، انتشارات پلک، 453 صفحه.
  8. محمدی، ج. 1378. مطالعه تغییرات مکانی شوری در منطقه رامهرمز (خوزستان) با استفاده از نظریه ژئواستاتیستیک: کوکریجینگ. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، جلد 3، شماره 2، صفحه 8-1.
  9. یزدانی، م. چاوشی، س. شیرانی، ک. خداقلی، م. 1385. بررسی وضعیت خشکسالی در زیر حوضه­ی آبخیز زاینده­رود، اولین همایش منطقه­ای بهره­برداری بهینه از منابع آب حوضه­های کارون. زاینده­رود، دانشگاه شهرکرد، صفحه 1711-1704.
  10. M.h., Shahriari, M.R., and Nielsen, D.R. 1988. Kriging and cokriging of soil properties. Soil Technology, 1: 117-132.
  11. T.M., and Webster, R. 1980. Optimal interpolation and isarithmic mapping of soil properties semi-variogram and punctual kriging. Journal of Soil Science, 31: 31-315.
  12. Cambardella, C.A., Moorman, T.B., Novak, J.M., Parkin, T.B., Karlen, D.L., Turco, R.F., and Konopka, A.E. 1994. Fieldscale variability of soil properties in central Iowa soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 58: 1501–1511.
  13. Cressis, N. 1991. Statistics for spatial data. John Wiley and Sons, Inc., New York.
  14. Duffera, M., White, J.G., and Weisz, R.W. 2007. Spatial variability of southeastern U.S. coastal plain soil physical properties: Implications for site-specific management. Geoderma, 137: 327-339.
  15. Gallichand, J.D., Bouckland, D., Marcotte, D., and Hendry, M.J. 1992. Spatial interpolation of soil salinity and sodicity for a saline soil in southern Alberta. Canadian Journal of Soil Science, 72: 503-516.
  16. Gee, G.W., and Bauder J.W. 1986. Particle size analysis. In: Methods of Soil Analysis, Part I, 2d ed. (A. Klute, ed.), Madison, WI, Am. Soc. Agron., pp. 383-411.
  17. Hosseini, E., Gallichand, J., and Caron, J. 1997. Comparison of several interpolations for smoothing hydraulic conductivity data in south west of Iran. ASAE, 36(6): l687-1693.
  18. Hutchinson, M.F. 1993. On thin plate spline and kriging. PP. 104-1 13. In: M.E. "1 after and M.D. Lock (Eds.), Computing Science and Statistics, Vol. 25, Interface foundation of north America, University of California, Berkeley, CA, USA.
  19. Iqbal, J., Thornasson, J.A., Jenkins, J.N., Owens, P. R., and Whisler, F.D. 2005. Spatial variability analysis of soil physical properties of alluvial soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 69: 1338-1350.
  20. Jensen, M.E., Swarner., L.R., and Phelan, J.T. 1987. Improving irrigation efficiencies. Pp. 1120–1142 In: Hagan RM. Haise .HR. Edminster. TW (eds.). Irrigation of Agricultural Lands. Agron Monogr 11, ASA and SSSA. Madison.
  21. Journel, A.G., and Huijbregts, C.J. 1978. Mining geostatistics, Academic Press. London.
  22. Kostiakov, A.N. 1932. On the dynamics of the coefficient of water percolation in soils and on the necessity of studying it from a dynamic point of view for the purposes of amelioration. Pp.17 – 21. Transactions of the Sixth Congress of International Soc. Soil Sci. Moscow.
  23. T., Jones, A.S., Combs, C.L., Sengupta, M., Vonder Haar, T.H., and Khanbilvardi, R. 2010. Sensors, 10(1): 913-932.
  24. McBratney, A.B., and Webster, R. 1983. Optimal interpolation and isarithmic mapping of soil. Journal of Soil Science, 34(1): 137-162.
  25. Mohammadi, J. 1997. Geostatistical mapping of environmental soil hazards. Ph.D. thesis. Gent univ, 196p.
  26. Mohammadi, J. 1998. Geostatistical mapping of environment soil hazards. Pp: 42-43. Fourth Iranian International Statistic Conference. Shahid Beheshti University. Tehran, Iran.
  27. Mohammadi, J. 2000. Evaluation and mapping of soil salinity hazard in Ramhormoz area (Khuzestan) using disjunctive kriging. Journal of Agricultural Research, 25: 45-57.
  28. Philip, J.R. 1957. The theory of infiltration: 4. Sorptivity and algebraic infiltration equation. Soil Sci., 84: 257-264.
  29. Quine, T.A., and Zhang, Y. 2002. An investigation of spatial variation in soil erosion, soil properties and crop production within an agricultural field in Devon, UKJ. Soil and Water Cons., 57: 50-60.
  30. Sun, B., Zhou, SL., and Zhao . 2003. Evaluation of spatial and temporal changes of soil quality based on geostatistical analysis in the region of subtropical China. Geoderma, 115: 85-99.
  31. Theodossiou, N., and Latinopoulos, P. 2006. Evaluation and optimization of groundwater observation networks using the kriging methodology. Environmental Modelling and Software, 21: 991–
  32. Voltz, M., and Goulard, 1994. Spatial interpolation of soil moisture retention curves, Geoderma, 62: 109-123.
  33. Yemefack, M., Rossiter, D.G., and yomgang, R.N. 2005. Multi-scale characterization of soil variability within an agricultural landscape mosaic system in southern Cameroon. Geoderma, 125: 117-14
Iranian Journal of Soil Research
Volume 30, Issue 4
February 2017
Pages 457-473

Files

Share

How to cite

Statistics