Χαρτογράφηση αποθεμάτων εδάφους οργανικού άνθρακα σε ορεινές υποτροπικές περιοχές με χρήση τρισδιάστατου μικτού μοντέλου με δυνατότητες αναβάθμισης
Η νέα πρόσβαση στην αγορά κάποτε απομακρυσμένων περιοχών οδήγησε σε αύξηση της γεωργικής παραγωγής σε ορεινές υποτροπικές περιοχές. Με την ταχεία αλλαγή τέτοιων τοπίων, οι εδαφικοί πόροι συχνά χάνονται με ανησυχητικό ρυθμό.
Το καταφύγιο Naban, με έκταση 270 km² (22°11′ N, 100°39′ E) στην επαρχία Yunnan της Κίνας, δεν αποτελεί εξαίρεση. Καλύπτει υψομετρική κλίση από 600 έως 2000 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Τις τελευταίες δεκαετίες, η περιοχή γνώρισε έντονη εντατικοποίηση της γεωργικής παραγωγής από τους παραδοσιακούς ορυζώνες και τη γεωργία τεμαχισμού και καύσης μέχρι το ζαχαροκάλαμο, τον αραβόσιτο, καθώς και την εισαγωγή του καουτσούκ (Liu et al., 2015). Αυτές οι νέες χρήσεις γης αντικατέστησαν συχνά γηγενείς ή δευτερεύουσες δασικές εκτάσεις και θαμνώδεις εκτάσεις σχετικά χαμηλής έντασης με περιστασιακή καλλιέργεια. Αυτή η αλλαγή χρήσης γης συχνά συνοδεύεται από απώλεια υπέργειων αποθεμάτων άνθρακα. Ακόμη πιο ανησυχητικό είναι το γεγονός ότι πολλές από αυτές τις νέες χρήσεις γης είναι πολύ πιο εντατικές και ενοχλητικές για τα τοπικά εδάφη. Τα εδάφη, επομένως, συχνά χάνουν σημαντικές ποσότητες οργανικής ύλης και είναι πολύ πιο επιρρεπή στη διάβρωση. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πολύ γρήγορη υποβάθμιση της γονιμότητας του εδάφους και απώλεια εδαφικών πόρων.
Ως εκ τούτου, είναι κρίσιμο να παρακολουθούνται οι αλλαγές στους πόρους του εδάφους σε επίπεδο τοπίου με υψηλή ανάλυση. Για το σκοπό αυτό χρειάζεται ψηφιακή χαρτογράφηση εδάφους. Ορισμένες προσεγγίσεις μοντελοποίησης, που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ψηφιακών χαρτών, συνδέουν επίσης τις σημαντικές ιδιότητες του εδάφους, π.χ. αποθέματα άνθρακα του εδάφους, σε περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως η χρήση γης ή η απότομη κλίση. Ενώ οι χάρτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση των αλλαγών στις ιδιότητες του εδάφους με την πάροδο του χρόνου, η σύνδεσή τους με περιβαλλοντικούς παράγοντες βοηθά στον εντοπισμό χρήσεων γης που προστατεύουν το έδαφος και περιοχών με ιδιαίτερη ευπάθεια. Αυτό βοηθά στον εντοπισμό πιθανών περιοχών hotspot όπου πρέπει να εφαρμοστούν μέτρα διατήρησης.
Τα στατιστικά μικτά μοντέλα είναι μια εύκολη και απλή μέθοδος για την επίτευξη αυτών των δύο στόχων και μπορούν να μοντελοποιήσουν την αλλαγή των ιδιοτήτων του εδάφους με βάθος. Επομένως, είναι αποτελεσματικά εργαλεία τρισδιάστατης χαρτογράφησης εδάφους. Έχουν επίσης τη δυνατότητα να αναβαθμίσουν τα αποτελέσματα σε όσο μεγαλύτερη είναι η γύρω περιοχή, εάν οι περιβαλλοντικοί παράγοντες είναι παρόμοιοι. Δείξαμε ότι τα δεδομένα από προφίλ εδάφους από μια μικρότερη λεκάνη απορροής μόνο 43 km² εντός του αποθέματος Naban μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία χαρτών της περιεκτικότητας σε οργανικό άνθρακα του εδάφους και των αποθεμάτων για οποιοδήποτε βάθος για ολόκληρο το απόθεμα. Τα αποτελέσματα ήταν πολλά υποσχόμενα, παρόλο που ο σχεδιασμός της δειγματοληψίας έπρεπε να προσαρμοστεί λόγω του δύσκολου εδάφους και ήταν ελαφρώς προκατειλημμένος για απομακρυσμένες περιοχές. Με το στατιστικό μοντέλο, είναι επίσης δυνατό να δημιουργηθούν διαστήματα πρόβλεψης για τις ιδιότητες του εδάφους που καλύπτουν την πραγματική τιμή σε κάθε τοποθεσία με ακρίβεια που καθορίζεται από τον χρήστη (συνήθως ορίζεται σε 95% εμπιστοσύνη).
Το στατιστικό μικτό μοντέλο έχει επίσης το πλεονέκτημα ότι συνδέει τις ιδιότητες του εδάφους με περιβαλλοντικούς παράγοντες. Μέσω αυτού, αποδείχθηκε ότι οι πολυετείς χρήσεις γης στο αποθεματικό Naban, όπως το δάσος, το καουτσούκ και οι θαμνώδεις εκτάσεις, είχαν σημαντικά υψηλότερα αποθέματα άνθρακα από τις ετήσιες χρήσεις γης, όπως το αναποφλοίωτο ρύζι ή το καλαμπόκι. Η ανύψωση μιας τοποθεσίας, η οποία συνδέεται στενά με τη μέση ετήσια θερμοκρασία, είχε επίσης πολύ σημαντική επίδραση.
Θα μπορούσε να αποδειχθεί ότι η πρόσφατα προτεινόμενη προσέγγιση τρισδιάστατου στατιστικού μικτού μοντέλου είναι ανώτερη από τις περισσότερες καθιερωμένες τεχνικές χαρτογράφησης, οι οποίες βασίζονται στη μοντελοποίηση τεχνητά δημιουργημένων διαστημάτων βάθους ίσου μεγέθους (όπως 0–5 cm, 5-15 cm, κάτω έως 60-100 cm). Η προσέγγιση μικτού μοντέλου είναι σχετικά εύκολη στην εφαρμογή και τα αποτελέσματά της είναι ανταγωνιστικά με το πιο σύνθετο τρισδιάστατο γεωστατιστικό μοντέλο, όπως η προσέγγιση 3D kriging των Brus et al., (2016). Σε σύγκριση με πολλές άλλες τεχνικές χαρτογράφησης, έχει το πρόσθετο πλεονέκτημα ότι μπορεί να αναβαθμιστεί.
Αναφορές:
- Brus, D.J., Yang, R.-M., Zhang, G.-L., 2016. Τρισδιάστατη γεωστατιστική μοντελοποίηση του οργανικού άνθρακα του εδάφους:Μια μελέτη περίπτωσης στα Όρη Qilian, Κίνα. Catena 141, 46–55. doi:10.1016/j.catena.2016.02.016
- Liu, S., An, N., Yang, J., Dong, S., Wang, C., Yin, Y., 2015. Πρόβλεψη της μεταβλητότητας της οργανικής ύλης του εδάφους που σχετίζεται με διαφορετικούς τύπους χρήσης γης σε ορεινό τοπίο στη νοτιοδυτική επαρχία Γιουνάν της Κίνας. Catena 133, 137–144. doi:10.1016/j.catena.2015.05.010
