基于GIS的埃及Damietta省土地退化评估

例如，《生物化学和生物技术科学杂志》2（2015） 183E189主办方：评论文章基于GIS的埃及Damietta省土地退化风险评估M.I. El-Gammala，R.R. Alib，R.M. Abou Samraa，*a埃及Damietta大学理学院环境科学系b埃及开罗国家研究中心土壤和水利用部A R T I C L E I N F O文章历史记录：收到日期：2014年3月23日收到日期：2015年1月23日2015年1月25日接受2015年2月11日在线发布保留字：土地退化风险土壤压实地理信息系统AB S T R A C T本研究旨在利用地理信息系统（GIS）技术评估该省的土地退化风险。利用遥感数据对该地区的地貌进行了初步该区包括洪泛平原、湖积平原和滨海平原。共18个土壤剖面代表不同的绘图单元进行了研究。采集了36个土壤样品进行实验室分析。土壤容重和电导率的变化与不同地貌类型有关利用Arc-GIS 10. 2软件的空间分析功能，建立了土壤退化的专题图层所获得的结果表明，物理（即土壤压实） 和化学脆弱性（即土 壤侵蚀）的高风险。 盐渍化面积为86.02km2（12.83%），2.28km2（0.34%）。表层土壤压实造成的土地退化危害程度就次表层土壤而言，物理退化和化学退化的高风险覆盖面积为127.8km2（19.06%），10.6km2（1.58%）。由于次表层土壤压实造成的土地退化危害为中度到高度，而盐碱化程度为低度到极高。版权所有2015年，曼苏拉大学。由Elsevier B. V.制作和托管。这是一个CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1.介绍土地是生产粮食、燃料和许多其他必需品的最宝贵的自然资源，这些必需品是满足人类和动物需求所必需的[1]。土壤是有限的资源，可以被认为是不可再生的[2];它是连续的暴露于降解过程[3]。土地退化是指由于气候变化和人类活动导致的土地生物生产力下降，是一个严重的环境问题[4]。耕地约占全球的40至50%[5]，其中20%严重退化[6，7]。在干旱气候条件下的灌溉农田中，渍害和盐渍化是主要的土地类型*通讯作者。联系电话：传真：20 572403868。电子邮件地址：yahoo.com（R.M. Abou Samra）。由曼苏拉大学负责进行同行审查。http://dx.doi.org/10.1016/j.ejbas.2015.01.0012314- 808 X/版权所有2015年，曼苏拉大学。由爱思唯尔公司制作和主持 这是一篇CC BY- NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirect杂志主页：http://ees.elsevier.com/ejbas/default.asp184埃及生物多样性和应用科学杂志2（2015） 183和189降解过程[8]。这些过程中的大多数都直接受到人类活动的影响[9，10]。土地退化导致土壤生产力逐渐下降[11]，阻碍可持续发展[12，13]，因此预计会出现粮食缺口[14]。埃及查明的土地退化的主要类型是盐碱化、苏打化、压实和水涝[15]。经济收入和农业生态系统服务的惊人损失表明，迫切需要对土地退化进行监测并分析其原因，以便就土地恢复措施的空间目标向决策者提出建议[16]。本研究旨在解决Damietta省的土地退化风险。土地测量数据、实验室分析、遥感和地理信息系统是实现这一目标的主要工具图2e. 2000年至2001年期间，2.材料和方法2.1.研究区达米埃塔省位于尼罗河三角洲东北部，经度为3 1280&3 20 40，纬度为3 11 00&3 13 00。①的人。 总督府占地面积227575平方米。32英亩，占共和国面积的0. 1%，包括4个区、10个城市、47个农村单位和85个村庄。根据2006年人口普查的初步结果，人口约为110万人;其中38.4%居住在城市地区，61.6%居住在农村地区。该省耕地面积10.88万英亩，以种植小麦、玉米、棉花、水稻、土豆、柠檬、葡萄和西红柿而闻名[17]。2.2.数字图像处理- 在这项研究中，使用了2013年期间获得的Landsat-8图像（路径176，行038）对图像进行了辐射测量和几何校正，以精确图像上的不规则传感器响应，并校正由于地球旋转引起的几何失真[18]。- 利用卫星数据和数字高程模型（从现有的等值线图中提取Damietta省，在Ali和Shalaby之后修改[19]。1：25，000）该地区的地形图是由阿里和沙拉比[19]制作的。根据Dobos et al.[20]，在实地工作期间检查并更新了不同的地形单元2.3.实地工作和实验室分析- 在整个调查区进行了半详细的调查，以获得对土壤模式的评价。在野外共研究了18个地面实况站点，从中收集了18个土壤剖面和36个土壤样品，以代表不同的地形单元（图1）。 2）。- 按 照 USDA[21] 和 Klute[22] 详 述 的 程 序 分 析 土 壤 样品。- 利用Arc-GIS 10. 2软件将土地调查和实验室分析数据录入地形图属性表。2.4.土壤性质空间插值通常用于在不同位置图1e埃及地图上达米埃塔省的位置（左），2013年获得的该省Landsat-8图像（右）。185例如，《生物化学和生物技术科学杂志》2（2015） 183E1892.5.土壤退化评价土地退化风险评估遵循粮农组织[24]和环境署[25]制定的方法。表1说明了取决于EC和体积密度值的土地退化风险位置（例如土壤剖面）。反距离加权（IDW）是一种插值方法，它对周围的已知值进行加权，以获得对未测量位置的估计。然而，权重不仅基于已知点和未测量点之间的距离，而且基于已知点之间的整体地质统计关系[23]。Arc-GIS 10.2软件已被用于插入土壤属性，即电导率（EC）;土壤pH值;和使用IDW方法的体积密度。3.结果和讨论3.1.地貌研究区主要有三种景观类型：洪泛平原、湖泊平原和滨海平原。洪泛平原主要分布在南部地区，包括低海拔河流阶地、高海拔河流阶地、河流堤防、溢流地幔、倾析盆地和溢流盆地。北部为海相平原，由高隆起席状砂、低隆起席状砂、沙滩、表2e所研究土壤剖面的一些物理和化学特性配置属性号地貌深度（cm）EC（1：1）dS m-1pH值（1：2.5）纹理类别体积密度g/cm31溢出槽第30集2.27.9C1.2430e 602.28.0C1.272溢出槽第30集1.98.2C1.2630e 602.18.2C1.313溢出槽第30集2.88.63CL1.3330e 6038.7CL1.294溢流地幔第30集3.98.5CL1.2930e 603.38.0CL1.35溢流地幔第30集2.67.6CL1.2830e 602.47.8CL1.326溢流地幔第30集2.37.9CL1.4030e 602.47.9CL1.277高位河流阶地第30集37.6CL1.2730e 602.27.7CL1.278低高架席状砂第30集1.98.3LS1.3630e 601.358.4LS1.529高位河流阶地第25集3.18.1C1.2625e803.88.1C1.2910低海拔河流阶地第30集5.48.1C1.2630e1005.98.1C1.2411河堤防第35集3.98.1C1.2835e903.88.1C1.3112溢出槽第25集2.17.4SCL1.3925e703.27.5SL1.3713倾析池第35集7.48.2C1.2235e806.88.1C1.2414沙滩第30集6.18.4S1.32第30集第 75集3.28.5S1.3315溢流地幔第30集2.38.5C1.2630 e801.48.6C1.2116低高架席状砂第25集4.27.9S1.5825e606.27.9S1.5717高位席状砂第20集11.47.6S1.65第20集第 85集20.67.7S1.618吊床第30集1.87.9S1.5430 e702.38.0S1.6注：C¼粘土、SCL¼砂质粘壤土、SL¼砂质壤土、S¼砂质、LS¼壤质砂。表1e土壤退化风险等级危害类型指示器单元低风险等级中高非常高盐渍压实EC散装dS/mg/cm3<4<1.24e 81.2e1.4第八季第十六集1.4e 1.6>16岁>1.6186埃及生物多样性和应用科学杂志2（2015） 183和189表3e某些土壤特性的统计摘要土壤深度参数表层土壤（0e 30cm）平均最小值最大底土平均值(30e60cm）最小值最大EC dS m-13.781.811.394.231.3520.59体积密度g/cm31.341.221.651.351.211.60pH8.067.48.638.077.58.7湿地和吊床。鱼塘和湖泊平原水体的地貌在该省东北部占主导地位。3.2.土壤性质3.2.1.表土层表2列出了不同地貌单元土壤的一些物理和化学分析，表3列出了一些土壤特性的汇总统计数据。在这项研究中，数据表明，土壤质地为粘土砂质，细质地归因于河漫滩。土壤pH值呈弱碱性，在不同土壤中介于7.4和8.63之间;溢流盆地的pH值最高表层的平均pH值为8.06。研究区EC的空间分布表明，表层EC值在1.8 ~ 11.39（dS/m）之间。表层平均EC值为3.78（dS/m）。最高值主要分布在高海拔席状砂的表层土壤中。高EC值可能归因于母质的来源和高地下水位[15]。根据FAI[26]，EC值低于0.80（dS/m）的土壤被认为是正常的堆积密度的空间分布表明，堆积密度在1.22 ~ 1.65（g/cm3）之间，最高值位于高海拔席状砂的表层表层的平均BD值为1.34（g/cm3）。堆积密度的高值可能是由于在表层上使用重型机械的影响[27，28]。这些结果与其他相关研究[例如[15，29，30]]的结果相似，这些研究研究了尼罗河三角洲北部图 3代表空间图3e土壤表层EC的空间分布图4e表土层容重的空间分布EC和Fig. 4代表研究区表层土壤容重的空间分布。3.2.2.次表层土壤数据表明，土壤质地为粘土质至砂质，质地较细，为河漫滩。土壤pH值呈弱碱性，在不同土壤中介于7.5和8.7之间;溢流盆地的pH值最低。次表层的平均pH值为8.07。研究区EC的空间分布表明，表层EC值为1.35 ~20.58（dS/m）。结果表明，低海拔沙地土壤EC值最低（1.35），高海拔沙地最高（20.58）;次表层平均EC值为4.23（dS/m）。这与Berhe等人[31]的观点一致，Berhe等人发现次表层的平均EC值高于表层的平均EC值。高EC值可能归因于过度灌溉和其他形式的不良农业和土壤管理做法[32]。堆积密度（BD）的空间分布表明，BD值图5e EC在次表层土壤中的空间分布187例如，《生物化学和生物技术科学杂志》2（2015） 183E189图6e次表层土壤容重的空间分布图 7 e表土层土壤盐分风险等级。范围为1.21 ~ 1.60（g/cm3），高值区位于吊床和高隆起 的 砂 席 的 次 表 层 。 次 表 层 的 平 均 BD 值 为 1.35（g/cm3）。Singh等人也得到了类似的结果[33]他发现次表层的平均BD值高于表层的平均BD值。体积密度随深度的增加是由于淤泥和粘土从上层迁移到该层，导致土壤的牢固填充（固结）[34]。图图5表示EC的空间分布，图6表示EC的空间分布。 6代表了研究区各亚表层堆积密度的空间分布。3.3.土壤退化风险3.3.1.表面表4列出了受表层土壤影响的退化风险的类型、等级和区域。获得的数据显示，土壤具有中度至极高的土壤压实风险和低至高的盐分风险土壤压实和盐渍化的高风险区面积为86.02km2，占总面积的12.83%;2.28km2（0.34%）。人为引起的盐碱化可能由两个原因造成：灌溉计划管理不善，灌溉水含盐量高或对灌溉农田的排水重视一表4e受影响的表层土壤退化风险的类型、等级和地区。类型风险类别面积（平方公里）面积（%）盐渍化低467.3469.70中度200.8829.96高2.280.34非常高ee压实低ee中度584.4787.17高85.3512,73非常高0.670.1总670.5100第二种类型是人类活动导致含盐量高的母质或含盐地下水地区土壤水分蒸散量增加[35]。El-Nahry[36]也有类似的发现，他发现位于北部Isamillia省和南部Port Said省之间的一个地区的土地退化主要类型是由于人类活动、土壤管理不当、使用重型机械和人为干预自然排水系统造成的盐碱化和压实。 图图7表示表层土壤盐分风险等级，图8表示表层土壤盐分风险等级。8代表研究区表层土壤压实风险等级。3.3.2.地下表5列出了研究区受退化风险影响的次表层土壤的类型、等级和面积。获得的数据显示，地下土壤遭受中度至高度的物理退化风险（土壤压实）和低至非常高的化学退化风险（盐碱化）。物理退化（土壤压实）和化学退化（盐碱化）的高风险面积分别为127.8km2（19.06%）和10.6km2（1.58%）图8e表土层土壤压实风险等级188埃及生物多样性和应用科学杂志2（2015） 183和189土壤压实的风险在研究区的地下土层。分别Wahab等人获得了相同的结果[29]他发现，在尼罗河三角洲北部 图图9表示地下土壤层中的土壤盐分风险等级，图10表示地下土壤层中的土壤盐分风险等级。10个代表类图9e次表层土壤的盐分风险等级图10e次表层土壤的压实风险等级4.结论和建议了解土壤性质的空间分布及其与地形的关系是制定适当的土地管理的关键。本文应用空间分析技术，研究了达米埃塔省不同地貌类型（洪泛平原、湖积平原和滨海平原）的土壤性质分布。土壤性质的分布，即EC和体积密度（BD）代表了这些地形的变化很大可以得出的结论是，该省的一个重要地区面临土壤压实和盐碱化的高风险此外，不同土地单元的土壤压实和盐渍化程度也有由低到高的变化。地理信息系统是存储、处理和定量评价土壤退化的有力工具。此外，为减少该市的土地退化，提出了以下建议● 在农业或住宅使用之前，制定补救任何退化土地的方法（即盐碱化、侵蚀、水蛭、停滞、化学成分等）。● 减少土壤压实可以通过避免可能破坏土壤结构的田间实践来实现。因此，应尽量减少在潮湿土壤上使用重型机器进行田间作业。● 各国政府应成立委员会，促进合理使用土地的做法。● 引入受控环境温室的概念，作为其土地容易遭受土地退化的农场的备选办法/替代办法● 恢复轮作等农业做法，以保持土壤质量。● 改用滴灌方法以保持土壤质量。● 采用最少/保护性耕作方法。● 使用精准农业方法。● 促进提供永久植被的土地使用制度，以保护土壤，提高肥力和优化水的渗透。● 在制定解决办法之前查明土地退化的原因。● 在开发土地之前，应建立和执行明确的评估程序。● 政府应该通过立法，保护土地不受导致退化的做法的影响。● 建立社区环境意识项目。● 关于土地使用的决定应基于对土地状况和稳定性的● 应在社区内定期举行关于土地使用对环境影响的情况介绍● 教育人民尊重土地和使用可持续的土地做法。● 使用能为土地使用者提供短期和长期经济利益的技术表5e受影响的次表层土壤退化风险的类型、等级和地区。类型风险类别面积（平方公里）面积（%）盐渍化低474.8570.82中度185.0627.60高9.391.4非常高1.20.18压实低ee中度542.780.94高127.819.06非常高ee总670.5100189例如，《生物化学和生物技术科学杂志》2（2015） 183E189● 制定长期的土地保护计划。● 如果要制定土地使用和养护政策，则应提供关于土地资源的数据，e● 评估土地资源并查明土地滥用的原因。雷弗伦 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