Study of soil organic carbon changes in two critical and vulnerable areas of Qahavand plain rangelands using remote sensing and GIS

Subject Areas : Geospatial systems development

Behnaz Attaeian ¹ , Shahrokh Shojaeefar ² , Vahid Zandieh ³ , Soheila S. Hashemi ⁴

1 - Assis. Prof. College of Natural Resources and Environments, Malayer University
2 - MSc. Graduated of Rangeland Sciences, Malayer University
3 - Young Researchers and Elite Club, Malayer Branch, Islamic Azad University, Malayer, Iran
4 - Assis. Prof. College of Agriculture, Malayer University

Received: 2017-10-31 Accepted : 2018-01-20 Published : 2018-02-20

Keywords: LANDSAT 8, Soil organic carbon, Spectral indices, Qahavand plain,

Abstract :

Organic carbon is a major source of soil organic matter and an indicator of soil quality in natural ecosystems. Therefore, monitoring soil organic carbon reservoirs under different circumstances seems necessary to understand the global C cycles. The present study was aimed to evaluate soil organic carbon content in two critical and vulnerable sites of the Qahavand rangeland ecosystem which has experienced extensive desertification in the last decades. The soil sampling from 20 cm was done at 63 points at random locations in two critical and vulnerable sites. Then, 9 different indices of vegetation and light Including NDVI, RVI, SAVI, MSAVI, TSAVI, OSAVI, WDVI, NDBI and BI related to 63 sampling point was calculated based on satellite images. Furthermore, the NDVI, RVI, SAVI, MSAVI, TSAVI, OSAVI, NDBI and BI indices showed a relatively good Pearson correlation with soil organic carbon content with the R2 values of 0.41, 0.38, 0.38, 0.41, 0.40, 0.39, -0.44 and 0.48. These results represent the possibility of using Landsat 8 satellite image indices to monitor soil organic carbon reservoirs in the Qahavand plain.

References:

1. احمدی، م. و م. نارنگی­فرد. 1394. برآورد کیفیت و آشکارسازی تغییرات پهنه­های جنگلی با استفاده از تصاویر ماهواره­ای (مطالعة موردی: شهرستان رستم، فارس). سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 6(3): 87-100.

2. احمدیان، م.، م. پاک­پرور و د. عاشورلو. ١٣89‏. بررسی تغییرات شوری خاک به کمک پردازش رقومی اطلاعات ماهواره لندست در دشت قهاوند (استان همدان). پژوهش­های خاک (علوم خاک و آب)، 24(2‏): 179-191.

3. درویش­زاده، ر.، ع. ا. متکان، ا. حسینی اصل و م. ابراهیمی خوسفی. 1391‏. تخمین درصد پوشش گیاهی منطقه خشک ایران مرکزی با استفاده از تصاویر ماهواره­ای (مطالعه موردی: حوزه شیطور، بافق). خشک­بوم، 2(1‏): 25-38.

4. شتایی جویباری، ش. و ا. عبدی. ١٣٨6. تهیه نقشه کاربری اراضی در مناطق کوهستانی زاگرس با استفاده از داده های سنجنده ⁺ETM (منطقه مورد مطالعه: حوزه سرخاب خرم­آباد لرستان). علوم کشاورزی و منابع طبیعی، 14(1): 50-60.

5. شکل­آبادی، م.، ح. خادمی، م. کریمیان اقبال و ف. نوربخش. 1386. تأثیر اقلیم و قرق دراز مدت بر برخی از شاخص‌های بیولوژیکی کیفیت خاک در بخشی از مراتع زاگرس مرکزی. علوم آب و خاک، 11(41): 103-116.

6. فاطمی، س. ب. و ی. رضایی. 1391‏. مبانی سنجش از دور. چاپ سوم، انتشارات آزاده. 296 صفحه.

7. قربان­نیا خیبری، و.، م. م. میرسنجری و م. آرمین. 1396. پیش­بینی تغییرات کاربری جنگل در حوزه آبخیز چالوس رود. سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 8(2): 79-91.

8. قربانی­نژاد، س.، م. دانشفر، ا. رحمتی، ف. فلاح، ع. حقی­زاده و ن. طهماسبی­پور. 1396. پتانسیل‌یابی منابع آب زیرزمینی دشت ازنا – الیگودرز با استفاده از متغیرهای محیطی و مدل نسبت فراوانی. سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 8(2): 62-78.

9. کاشی زنوزی، ل.، ش. بانج شفیعی و ح. سعادت. 1395. بررسی رابطه خصوصیات فیزیکوشیمیایی خاک با برخی از گونه‌های مرتعی. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 23(1): 150-160.

10. محقق، پ.، م. نادری و ج. محمدی. ١٣95. تعیین شاخص­های مؤثر برای ارزیابی کیفیت خاک در کاربری­های مختلف حوضه آبخیز چغاخور. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 5(3): 55-71.

11. ﻣﻬﺪوی، ع. و س. ر. فلاح ﺷﻤﺴﻲ. 1391. تهیه نقشه تغییرات سطح جنگل با استفاده از عکس‌های هوایی و تصاویر LISS-III ماهواره IRS (مطالعه موردی: شهرستان ایلام). ﻣﺠﻠﻪ ﭘﮋوﻫﺶﻫﺎی علوم و فناوری چوب و جنگل، 19(1): 77-92.

12. Abdul-Qadir A, Benni TJ. 2010. Monitoring and evaluation of soil salinity in term of spectral response using Landsat images and GIS in Mesopotamian plain/Iraq. Journal of Iraqi Desert Studies, 2: 19-32.

13. Christensen BT. 2001. Physical fractionation of soil and structural and functional complexity in organic matter turnover. European Journal of Soil Science, 52(3): 345-353.

14. Conant RT, Six J, Paustian K. 2003. Land use effects on soil carbon fractions in the southeastern United States. I. Management-intensive versus extensive grazing. Biology and Fertility of Soils, 38(6): 386-392.

15. Demattê JA, Campos RC, Alves MC, Fiorio PR, Nanni MR. 2004. Visible–NIR reflectance: a new approach on soil evaluation. Geoderma, 121(1): 95-112.

16. Jiang Q, Chen Y, Guo L, Fei T, Qi K. 2016. Estimating Soil Organic Carbon of Cropland Soil at Different Levels of Soil Moisture Using VIS-NIR Spectroscopy. Remote Sensing, 8(9): 755-771.

17. Kandeler E, Stemmer M, Klimanek E-M. 1999. Response of soil microbial biomass, urease and xylanase within particle size fractions to long-term soil management. Soil Biology and Biochemistry, 31(2): 261-273.

18. Lal R. 1997. Degradation and resilience of soils. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 352(1356): 997-1010.

19. Lorenz K, Lal R, Shipitalo M. 2008. Chemical stabilization of organic carbon pools in particle size fractions in no-till and meadow soils. Biology and Fertility of Soils, 44(8): 1043-1051.

20. Rahmati M, Neyshabouri MR, Oskouei MM, Fard AF, Ahmadi A. 2016. Soil organic carbon prediction using remotely sensed data at Lighvan watershed, Northwest of Iran. Azarian Journal of Agriculture, 3(2): 45-49.

21. Reeder J, Schuman G. 2002. Influence of livestock grazing on C sequestration in semi-arid mixed-grass and short-grass rangelands. Environmental Pollution, 116(3): 457-463.

22. Snyman Hd, Du Preez C. 2005. Rangeland degradation in a semi-arid South Africa—II: influence on soil quality. Journal of Arid Environments, 60(3): 483-507.

23. Stephens SL. 2005. Forest fire causes and extent on United States Forest Service lands. International Journal of Wildland Fire, 14(3): 213-222.

24. Walkley A, Black IA. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, 37(1): 29-38.