Incorporation of fuzzy and geostatistical approaches in soil pH zoning in parts of East and West Azerbaijan provinces

Document Type : Research Paper

Authors

1 Associate Professor, Faculty of Agriculture, Azarbaijan Shahid Madani University

2 B.Sc. student, Faculty of Agriculture, Azarbaijan Shahid Madani University

10.22092/ijsr.2025.367408.764

Abstract

Soil quality information plays an important role in land use planning and resource      management, and knowledge about the spatial distribution of this information is needed in sustainable land management and agricultural production. In this research, a soil pH map was prepared using the information of 53 points in the provinces of East and West Azerbaijan. The zoning map was prepared with three geostatistical approaches (kriging with sensitivity analysis of semivariogram), regression (linear and fuzzy) and a combination of two approaches, fuzzy and kriging. In the regression approach, input layers including soil texture, digital elevation map, slope and aspect were considered. In the prepared maps, the northern areas of the study area have low pH values, and the more you move to the southwest, the pH values ​​increase. The comparison of the approaches showed that the accuracy of the linear regression performance is low, so that the increase of the Theil's inequality coefficient from kriging and fuzzy regression to linear regression is equal to 55.55 and 27.27%, respectively. The values ​​of the Coefficient of Residual Mass in the two methods of kriging and fuzzy regression are very close to each other, but the value of the Coefficient of Residual Mass in the combined method has decreased compared to the two methods (about 57.57%). The significance level of the LSD test at the level of one percent of the combined approach to kriging and fuzzy has decreased by 63.24% and 67%, respectively, that is, the combined approach is closer to the observational data and this shows the accuracy of the combined method. The slope of the trend line on the graph of pH and height was positive in 73 randomly extracted points, which indicates an increase in pH in high areas. Preparation of soil pH zoning map can serve as a guide in determining the right place for cultivation or choosing the right plant for cultivation based on soil pH in the region.

Keywords

Main Subjects

References

  1. بیات، جواد، هاشمی، سید حسین، خوشبخت، کورس، و دیهیم فرد، رضا، 1395. پهنه­بندی عناصر غذایی (نیترات و فسفات)، کربن آلی، هدایت الکتریکی و pH خاک در اراضی جنوب شهر تهران. فصلنامه علوم محیطی، 14(2)، صص. 1-12.
  2. رحیم­پور، فاطمه، علی عباس پور، رحیم، 1393. پهنه­بندی آلودگی فلزات سنگین خاک با استفاده از روش­های کریجینگ و توابع پایه شعاعی (مطالعه موردی: شهرستان هریس). فصلنامه علمی-پژوهشی اطلاعات جغرافیایی، 23(91)، صص. 55-67.
  3. شعبانی، حدیثه، دلاور، محمد امیر، صفری، یاسر، علمداری، پریسا، 1398. پهنه بندی و تحلیل مکانی برخی خصوصیات خاک در اراضی دانشگاه زنجان. تحقیقات کاربردی خاک، 7 (4)، صص 164-187.
  4. طاعتی، عباس، سرمدیان، فریدون، متقیان، حمید رضا، و موسوی، سید روح الله، 1399. پهنه­بندی برخی ویژگی­های سطحی و عمقی پروفیل خاک با استفاده از تکنیک زمین آمار در بخشی از اراضی دشت قزوین. فصلنامه انسان و محیط زیست، 52، صص67-81.
  5. عباسی، طاهره و شمس­نیا سید امیر، 1393. ارزیابی مقایسه­ای سیستم استنتاج فازی-عصبی (ANFIS ) و روش­های متداول درون­یابی در تخمین بارش در استان فارس. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 3(11)، صص 448-460.
  6. فتوحی فیروز آباد، فرزانه و افخمی اردکانی، حمیده، 1401. ارزیابی و مقایسه روش­های درون­یابی و رگرسیون خطی جهت تعیین توزیع مکانی بارش در استان چهارمحال و بختیاری. نشریه محیط زیست و مهندسی آب، 8 (1)، صص 221-232.
  7. کشتکار، سمیرا، جعفری، اعظم و فرپور، محمد هادی، 1397. تاثیر عوامل محیطی و خاکساز بر تنوع خاک های مناطق کرمان و لاله زار. نشریه مدیریت خاک و تولید پایدار، 8(1)، صص 106-89.
  8. کوره­پزان دزفولی، امین، 1384، اصول تئوری مجموعه های فازی و کاربردهای آن در مدلسازی مسایل مهندسی منابع آب، چاپ اول. انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیر کبیر، صص 137-153.
  9. نوروزی، سارا، سهرابی، اکبر، خاوازی، کاظم، متین فر، حمیدرضا ،1397. تاثیر مصرف گوگرد بر روند تغییرات pH و قابلیت جذب فسفر خاک در گندم (Triticum aestivum L.)', ، زیست شناسی خاک، 6(1)، صص 41-29.
  10. هاشمی، مسعود، غلامعلی­زاده آهنگر، احمد، بامری، ابوالفضل، سارانی، فریدون، و حجازی زاده، ابوالفضل، 1395. شناسایی و پهنه­بندی خصوصیات فیزیکی و شیمایی خاک با استفاده از روش­های زمین­آماری درGIS (مورد مطالعاتی: منطقه میانکنگی سیستان). نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 30(2)، صص 443-458.
  11. Barrow, N.J. and Hartemink, A.E., 2023. The effects of pH on nutrient availability depend on both soils and plants. Plant and Soil, 487(1), pp.21-37.
  12. Carter, M.R. and Gregorich, E.G., 2007. Soil sampling and methods of analysis. CRC press.
  13. Fornasier, E., Fornasier, F. and Di Marco, V., 2018. Spectrophotometric methods for the measurement of soil pH: A reappraisal. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 204, pp.113-118.
  14. Hilal, A., Bangroo, S.A., Kirmani, N.A., Wani, J.A., Biswas, A., Bhat, M.I., Farooq, K., Bashir, O. and Shah, T.I., 2024. Geostatistical modeling—a tool for predictive soil mapping. In Remote Sensing in Precision Agriculture, 389-418. Academic Press.
  15. Gia PHam, T., Kappas, M., Van Huynh, C. and Hoang Khanh Nguyen, L., 2019. Application of ordinary kriging and regression kriging method for soil properties mapping in hilly region of Central Vietnam. ISPRS International Journal of Geo-Information, 8(3), pp.147.
  16. Odhiambo, B.O., Kenduiywo, B.K. and Were, K., 2020. Spatial prediction and mapping of soil pH across a tropical afro-montane landscape. Applied Geography, 114, pp.102129.
  17. Powell, B., McBratney, A.B. and MacLeod, D.A., 1991. The application of fuzzy classification to soil pH profiles in the Lockyer Valley, Queensland, Australia. Catena, 18(3-4), pp.409-420.
  18. Yang, H., Zhu, Z., Li, C. and Li, R., 2020. A novel combined forecasting system for air pollutants concentration based on fuzzy theory and optimization of aggregation weight. Applied Soft Computing, 87, pp.105972.
  19. Zeraatpisheh, M., Bakhshandeh, E., Emadi, M., Li, T. and Xu, M., 2020. Integration of PCA and fuzzy clustering for delineation of soil management zones and cost-efficiency analysis in a citrus plantation. Sustainability, 12(14), pp.5809.
  20. Zhang, Y., Ye, H., Liu, R., Tang, M., Nie, C., Han, X., Zhao, X., Wei, P. and Wen, F., 2024. Spatial and Temporal Variations of Soil pH in Farmland in Xinjiang, China over the Past Decade. Agriculture, 14(7), pp.1048.
  21. Zare Mehrjardi, M., Taghizadeh-Mehrjardi, R. and Akbarzadeh, A., 2010. Evaluation of geostatistical techniques for mapping spatial distribution of soil pH, salinity and plant cover affected by environmental factors in Southern Iran. Notulae Scientia Biologicae, 2(4), pp.92-103.
Iranian Journal of Soil Research
Volume 39, Issue 1
June 2025
Pages 1-17

Files

Share

How to cite

Statistics