Monitoring the Land Degradation Neutrality in Saline and Sodic Lands after Reclamation and Agricultural Activities

Abstract

Prevention of agricultural land degradation due to the natural or anthropogenic impacts and recovery of degraded lands have recently become among the strategic targets of many countries. In this context, the concept of land degradation neutrality (LDN) is defined as an indicator of reducing the rate of land degradation and increasing the rate of improvement in degraded lands. Land degradation neutrality in a region or in the terrestrial ecosystem can be achieved if productive land area and thus sustainable land use remains constant or increases. In this study, the effects of reclamation activities and agricultural production initiated in the pasture, which was naturally occurred with saline/sodic properties, were evaluated within the framework of LDN. In the assessment of LDN, net primary productivity (NPP) of pasture under post-reclamation agricultural activities, the normalized difference vegetation index (NDVI) for pre-reclamation and post-reclamation periods, and soil organic carbon stock (TOCS) data were used. Irrigation water was not sufficient for the whole area; therefore, reclamation was carried out in an area of approximately 1200 ha. In this context, disturbed and undisturbed soil samples were taken from 202 points of the study area in 2008 and 2012. Organic matter (OM), bulk density, soil reaction (pH) and electrical conductivity (EC) of soil samples were determined and evaluated. The mean TOCS content of the study area in the pre-reclamation period was 40.51 tons ha-1, while it was increased to 44.68 tons ha-1 after the reclamation and agricultural activities. The NDVI and NPP values, which were between -0.044 and + 0.060 and 125 and 250 g C m-2 in pre-reclamation period, increased to 0.419 - 0.631 and 0.234 - 0.551; and 200 - 475 g C m-2 and 200 - 407 g C m-2 after the reclamation and agricultural activities in 2013 and 2017, respectively. The mean OM content of the study area in the pre-reclamation period was 2.09% and the OM content increased to 2.16% in the pre-reclamation period. The EC values decreased from 4.08 dS m-1 to 2.26 dS m-1. The findings of the study indicated that land management practices adopted in the land reclamation had a positive impact on land productivity as well as to the LDN. In addition, this study reveals the importance of updated databases for monitoring land degradation and neutrality.

Keywords

• Salinity
• sodicity
• Landsat
• normalized difference vegetation index (NDVI)
• land degradation neutrality

Project Number

GOÜ-2011/101 nolu BAP

Tuzlu ve Sodik Arazilerde Islah ve Tarımsal Faaliyetler Sonrası Arazi Tahribatının Dengelenmesinin İzlenmesi

Abstract

Tarım arazilerinin doğal veya insan kaynaklı etkiler ile bozulmasının önlenmesi ve tahrip olan arazilerin geri kazanımı son zamanlarda birçok ülkenin en önemli stratejik hedefleri arasına girmiştir. Bu kapsamda, arazi tahribatının dengelenmesi (ATD) kavramı, arazi bozulması oranının düşürülmesi ve bozulmuş alanların iyileştirilme oranının artırılmasının göstergesi olarak tanımlanmaktadır. Bir bölgede veya karasal ekosistemde verimli arazi alanı ve dolayısıyla sürdürülebilir arazi kullanımı sabit kaldığında veya arttığında ATD’ye ulaşıldığı düşünülebilir. Bu çalışmada, doğal olarak oluşmuş tuzlu/sodik özelliklere sahip merada, ıslah faaliyetleri ve sonrası başlatılan tarımsal üretimin etkileri, ATD çerçevesinde değerlendirilmiştir. ATD’nin değerlendirilmesinde, meranın ıslah sonrası tarımsal faaliyetler altındaki üretkenliği, ıslah öncesi ve ıslah sonrası dönemlere ait normalize edilmiş fark bitki örtüsü indeksi (NDVI), net birincil verimlilik (NPP) ile toprak organik karbon stoku (TOCS) verileri kullanılmıştır. Tüm alanda sulama imkânı bulunmadığından yaklaşık 1200 hektarlık alanda ıslah çalışması yürütülmüştür. Bu kapsamda 2008 ve 2012 yıllarında çalışma alanında 202 noktadan bozulmuş ve bozulmamış toprak örnekleri alınmıştır. Toprak örneklerinin organik madde (OM), hacim ağırlığı, toprak reaksiyonu (pH) ve elektriksel iletkenlikleri (EC) belirlenmiş ve değerlendirilmiştir. Islah kapsamındaki arazilerde başlangıçta ortalama 40.51 ton ha-1 olan TOCS, ıslah ve tarımsal faaliyetler sonrası 44.68 ton ha-1’a çıkmıştır. Islah öncesi -0.044 ile + 0.060 ve 125 ile 250 g C m-2 arasında olan NDVI ve NPP değerleri, ıslah sonrası önemli bir artış göstererek, 2013 ve 2017 yıllarında sırası ile 0.234-0.551 ve 0.419-0.631 ve 200-475 g C m-2 ve 200-407 g C m-2 aralığında kayıt edilmiştir. Islah çalışması yürütülen alanlarda ıslah öncesi ortalama OM değeri % 2.09 iken, ıslah sonrası ortalama % 2.16’ya çıkmıştır. EC değerleri ise 4.08 dS m-1’den 2.26 dS m-1’e düşmüştür. Elde edilen bulgular arazi ıslah çalışmalarında benimsenen arazi yönetim uygulamalarının arazi üretkenliğine dolayısı ile ATD'ye olumlu bir etki yaptığını ortaya koymaktadır. Aynı zamanda bu çalışma, arazi bozulması ve dengelenmesinin izlenmesi için güncel veri tabanlarının önemini de ortaya koymaktadır.

Keywords

• Tuzluluk
• sodiklik
• Landsat
• normalize edilmiş fark bitki örtüsü indeksi
• arazi tahribatının dengelenmesi

Supporting Institution

Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü

Project Number

GOÜ-2011/101 nolu BAP

Thanks

Bu çalışmada kullanılan 2008 yılı verilerine ait analizler GOÜ-2011/101 nolu BAP projesi kapsamında yapılmıştır. Bu bağlamda Gaziosmanpaşa Üniversitesi BAP koordinatörlüğüne ve 2008 ve 2012 yıllarındaki arazi çalışmalarında sağladığı desteklerden dolayı Cıngıllı Organik Tarım İşletmeleri Anonim Şirketine teşekkür ederiz.

References

1. Acir, N., 2014. Kurak ve yarı-kurak bölge topraklarının toprak kalitesinin belirlenmesinde kullanılacak minimum veri setlerinin hazırlanması. Doktora tezi, Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tokat.
2. Ali, R.R., El-Kadera, A.A., Essaa, E.F., Abdel Rahman, M.A., 2019. Application of remote sensing to determine spatial changes in soil properties and wheat productivity under salinity stress. Plant Arch, 1(19): 616-621.
3. Anonim, 2020a. Ülke Düzeyinde Arazi Tahribatının Dengelenmesi ATD Hedef Belirlemenin Yapı Taşları. (https://www.tarimorman.gov.tr/CEM/Belgeler/yay%C4%B1nlar/yay%C4%B1nlar%202017/AT DxHedefxBelirlemexTasxTRxm.pdf), (Erişim tarihi: 05.03.2020).
4. Anonim, 2020b. Niğde İli İklim verileri. (https://www. mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-statistik. aspx?k=A&m=NIGDE), (Erişim tarihi: 10.03.2020).
5. Anonim, 2020c. Niğde İli 2013 Yılı Çevre Durum Raporu. (https://webdosya.csb.gov.tr/db/ced/editor dosya/Nigde_icdr2013.pdf), (Erişim tarihi: 22.03.2020).
6. Anonim, 2020d. Niğde 2017 Yılı Yağış Miktarı. (http://www.nigde.gov.tr/cografi-yapi), (Erişim tarihi: 22.03.2020).
7. Anonymous, 2015. Convention to Combat Desertification and the Intergovernmental. Report of the Conference of the Parties on its 12th Session, 12 to 23 October 2015, Ankara, p. 3-24.
8. Ateşoğlu, A., Şenyaz, A., 2018. Arazi tahribatının dengelenmesi bilimsel kavram çerçevesi kapsamında Collect Earth metodolojisinin değerlendirilmesi. VII. Uzaktan Algılama-CBS Sempozyumu (UZAL-CBS 2018), 18-21 Eylül, Eskişehir, s. 1-13.

9. Bai, Z.G., Dent, D.L., Olsson, L., Schaepman, M.E., 2008. Proxy global assessment of land degradation. Soil Use and Management, 24(3): 223-234.
10. Buchhorn, M., Raynolds, M.K., Walker, D.A., 2016. Influence of BRDF on NDVI and biomass estimations of Alaska Arctic tundra. Environmental Research Letters, 11(12): 125002.
11. Budak, M., 2012. Tuzlu alkali toprakların oluşumu, sınıflandırılması ve klasik toprak etüt ve jeoistatistik yöntemlerle haritalanması. Doktora Tezi, Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tokat.
12. Chasek, P., Akhtar-Schuster, M., Orr, B.J., Luise, A., Ratsimba, H.R., Safriel, U., 2019. Land degradation neutrality: The science-policy interface from the UNCCD to national implementation. Environmental Science & Policy, 92: 182-190.
13. Cowie, A.L., Orr, B.J., Sanchez, V.M.C., Chasek, P., Crossman, N.D., Erlewein, A., Louwagie, C., Maron, M., Metternicht, G., Minelli, S., Tengberg, A.E., Walter, S., Welton, S., 2018. Land in balance: The scientific conceptual framework for Land Degradation Neutrality. Environmental Science & Policy, 79: 25-35.
14. Dengiz, O., Öztaş, T., Haliloğlu M., Şahin, N., 2020. Arazi tahribatının dengelenmesi. Türkiye Ziraat Mühendisliği IX. Teknik Kongresi, Tam Metin Bildiri Kitabı,13-17 Ocak, Ankara s. 81-104.
15. Faritfeh, J., Farshad, A., George, R.J., 2005. Assessing salt-affected soils using remote sensing, solute modelling, and geophysics. Geoderma, 130(3-4): 191-206.
16. Gichenje, H., Godinho, S., 2018. Establishing a land degradation neutrality national baseline through trend analysis of GIMMS NDVI time‐series. Land Degradation & Development, 29(9): 2985-2997.
17. Gilbey, B., Davies, J., Metternicht, G., Magero, C., 2019. Taking land degradation neutrality from concept to practice: Early reflections on LDN target setting and planning. Environmental Science & Policy, 100: 230- 237.
18. Grainger, A., 2015. Is land degradation neutrality feasible in dry areas? Journal of Arid Environments, 112: 14- 24.
19. Haberl, H., Erb, K.H., Krausmann, F., 2001. How to calculate and interpret ecological footprints for long periods of time: the case of Austria 1926-1995. Ecological Economics, 38(1): 25-45.
20. Hansen, M.K., Brown, D.J., Dennison, P.E., Graves, S.A., Bricklemyer, R.S., 2009. Inductively mapping expert-derived soil-landscape units within dambo wetland catenae using multispectral and topographic data. Geoderma, 150(1-2): 72-84.
21. Kiani-Harchegani, M., Sadeghi, S.H., 2020. Practicing land degradation neutrality (LDN) approach in the Shazand Watershed, Iran. Science of the Total Environment, 698: 1-11.
22. Kucharik, C.J., Brye, K.R., Norman, J.M., Foley, J.A., Gower, S.T., Bundy, L.G., 2001. Measurements and modeling of carbon and nitrogen cycling in agroecosystems of southern Wisconsin: potential for SOC sequestration during the next 50 years. Ecosystems, 4(3): 237-258.
23. Lal, R., 2014. Soil conservation and ecosystem services. International Soil and Water Conservation Research, 2(3): 36-47.
24. Liu, G.M., Zhang, X.C., Wang, X.P., Shao, H.B., Yang, J.S., Wang, X.P., 2017. Soil enzymes as indicators of saline soil fertility under various soil amendments. Agriculture Ecosystems & Environment, 237: 274-279.
25. Lu, X., Liao, Y., 2017. Effect of tillage practices on net carbon flux and economic parameters from farmland on the Loess Plateau in China. Journal of Cleaner Production, 162: 1617-1624.
26. Pan, C., Zhao, H., Zhao, X., Han, H., Wang, Y., Li, J., 2013. Biophysical properties as determinants for soil organic carbon and total nitrogen in grassland salinization. PloS One, 8(1): 1-6
27. Qadir, M., Quillérou, E., Nangia, V., Murtaza, G., Singh, M., Thomas, R.J., Drechsel, P., Noble, A.D., 2014. Economics of salt‐induced land degradation and restoration. Natural Resources Forum, 38: 282-295.
28. Sujatha, G., Mitran, T., Tummala, K., Janaki Rama Suresh, K.G., Fyzee, M.A., Sreenivas, K., Ravisankar, T., 2019. A decision based approach to develop action plans for land degradation neutrality using geospatial techniques in a semi-arid region of India. Journal of Geomatics, 13(2): 188-194.
29. Tóth, G., Hermann, T., Da Silva, M.R., Montanarella, L., 2018. Monitoring soil for sustainable development and land degradation neutrality. Environmental Monitoring and Assessment, 190(2): 1-4.
30. Yadav, S.K., Borana, S.L., 2019. Modis derived NDVI based time series analysis of vegetation in the Jodhpur Area. ISPRS-GEOGLAM-ISRS Joint International Workshop on “Earth Observations for Agricultural Monitoring”, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XLII- 3/W6, 18-20 February, New Delhi, India, p. 535-539.
31. Yan, Y., Liu, X., Ou, J., Li, X., Wen, Y., 2018.Assimilating multi-source remotely sensed data into a light use efficiency model for net primary productivity estimation. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 72: 11-25.
32. Zhang, M.Y., Wang, F.J., Chen, F., Malemela, M.P., Zhang, H.L., 2013. Comparison of three tillage systems in the wheat-maize system on carbon sequestration in the North China Plain. Journal of Cleaner Production, 54: 101-107.