Understanding the relationship among geomorphometry, spectral indices, and some soil properties in a watershed scale

Abstract

This research aims to provide an understanding of the complex ecological relationships with geomorphometry, remote sensing (RS) indexes and some soil features in watershed scale. The study was carried out in an area of 9950 ha watershed in Erzurum, Turkey. Sentinel-2 MSI data were used for mapping spectral indices such as; NDVI, NDWI, NDMI, soil bare index (SBI). Digital elevation model (DEM) was used to mapping transportation capacity index (TCI), stream power index (SPI), compound topographic index (CTI), curvature, slope, and altitude. Some soil physical and chemical properties were analyzed using 120 topsoils (0-30 cm). According to the results, the highest correlation (p<0.01) was found between slope and NDVI (-0.410), NDWI (0.386), NDMI (-0.372), SBI (0.384), pH (0.163) and, Na (0.174). The highest correlation (p<0.05) was found between CTI and NDVI (0.358), NDWI (-0.336), NDMI (0.372), SBI (-0.298), pH (-0.165), and phosphorus (0.164). The highest correlation (p<0.01) was found between SPI, and Phosphorus (0.301). The highest correlation was found between altitude and CTI. In this study, the most important variable was the altitude effected on morphometric characteristics, spectral indices, and soil properties. In previous studies, CTI had been used to model the spatial model of potential soil moisture and to identify areas susceptible to erosion and landslides. In this study, especially the effect of topography on hydrological processes on nutrients was determined. Це дослідження спрямоване на те, щоб забезпечити розуміння складних екологічних взаємозв'язків із геоморфометрією, індексами дистанційного зондування (ДЗ) та деякими особливостями ґрунту у масштабі вододілу. Дослідження проводилося на території вододілу площею 9950 га в Ерзурумі, Туреччина. Дані Sentinel-2 MSI використовувалися для картування спектральних індексів, таких як; NDVI, NDWI, NDMI, індекс оголеності ґрунту (SBI). Цифрова модель рельєфу (DEM) використовувалася для відображення індексу транспортної пропускної спроможності (TCI), індексу потужності потоку (SPI), складового топографічного індексу (CTI), кривизни, ухилу та висоти. Деякі фізичні та хімічні властивості ґрунту були проаналізовані у 120 зразків ґрунту (0-30 см). За результатами найбільша кореляція (p<0,01) обрахована між нахилом та NDVI (-0,410), NDWI (0,386), NDMI (-0,372), SBI (0,384), pH (0,163) та Na (0,174). Найвища кореляція (p<0,05) була виявлена між CTI та NDVI (0,358), NDWI (-0,336), NDMI (0,372), SBI (-0,298), pH (-0,165) та фосфором (0,164). Найбільш висока кореляція (p<0,01) була виявлена між SPI та фосфором (0,301). Також висока кореляція була встановлена між висотою над рівнем моря та CTI. У цьому дослідженні найважливішою змінною була висота, що впливає на морфометричні характеристики, спектральні індекси та властивості ґрунту. У попередніх дослідженнях CTI використовувався для моделювання просторової моделі потенційної вологості ґрунту та для визначення областей, схильних до ерозії та зсувів. Зокрема, було встановлено вплив топографії на гідрологічні процеси та режим поживних речовин.