The use of multivariate statistical analysis and soil quality indices as tools to be included in regional management plans: A case study from the Mashhad Plain, Iran

• Rodrigo-Comino, J. ^[1] ; Keshavarzi, A. ^[2] ; Bagherzadeh, A. ^[3] ; Brevik, E.C. ^[4]
  1. [1] Universidad de Málaga

     Universidad de Málaga

     Málaga, España

     
  2. [2] University of Tehran

     University of Tehran

     Irán

     
  3. [3] Islamic Azad University

     Islamic Azad University

     Irán

     
  4. [4] Dickinson State University

     Dickinson State University

     City of Dickinson, Estados Unidos

     

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• Localización: Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters, ISSN-e 1697-9540, ISSN 0211-6820, Vol. 45, Nº 2, 2019, págs. 687-708
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • El uso de análisis estadístico multivariante y de índices de calidad del suelo como herramientas que deben incluirse en los planes de gestión regional: El caso de la llanura de Mashhad, Irán
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• Resumen
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    Muchos métodos permiten modelizar la realidad para tratar de explicar la formación y evolución del suelo. Sin embargo, a una escala suelo y a diferentes profundidades, no existe una gran cantidad de estudios que también mencionen los indicadores de calidad para ser incluidos en la ordenación del territorio. Por lo tanto, los principales objetivos de esta investigación son: i) evaluar las diferencias entre propiedades del suelo (tamaño de partículas, punto de saturación, densidad aparente, materia orgánica, pH y conductividad eléctrica) a diferentes profundidades (0-30 cm y 30-60 cm); ii) su posible correlación estadística con indicadores de calidad de suelo (capacidad de intercambio catiónico, N total, Olsen-P, K disponible, Na intercambiable, carbonato cálcico equivalente, Fe, Mn, Zn y Cu); y, iii) elaborar un índice de calidad del suelo con su respectivo mapa para cada capa estudiada. Para alcanzar dicho objetivo, 48 muestras fueron recogidas y analizadas en el laboratorio, comparadas con diferentes métodos estadísticos (ANOVA, correlación de Spearman y análisis de componentes principales) y utilizadas para la creación de un índice de calidad del suelo en una cuenca de un ambiente semiárido al Noreste de Irán, caracterizada por una agricultura por irrigación y documentados procesos de degradación. Las principales conclusiones alcanzadas fueron: i) la materia orgánica y la densidad aparente fueron diferentes para cada profundidad; ii) el carbonato cálcico y el contenido en arenas estaba altamente correlacionado con la materia orgánica y la densidad aparente; iii) el contenido en materia orgánica mostró la mejor correlación con los indicadores de calidad del suelo; iv) el tamaño de las partículas del suelo condicionó la capacidad de intercambio catiónico; y, v) los metales pesados como el Mn y el Cu estuvieron fuertemente correlacionados con el carbono orgánico debido, posiblemente, a las malas prácticas agrícolas. Basados en el análisis de comunalidad del índice de calidad del suelo, para ambas profundidades, la capacidad de intercambio catiónico, Mn, Zn y Cu obtuvieron los mayores pesos, coincidiendo con su importancia dentro del análisis multivariante realizado anteriormente. Por el contrario, el Na intercambiable, CaCo3 y el Fe obtuvieron los valores más bajos. N, P y K alcanzaron valores intermedios. En general el mapa de calidad del suelo mostró valores menores en el horizonte sub-superficial que en la capa superficial.

  • English

    Several methods have been used to model reality and explain soil pedogenesis and evolution. However, there is a lack of information about which soil properties truly condition soil quality indicators and indices particularly at the pedon scale and at different soil depths to be used in land management planning. Thus, the main goals of this research were: i) to assess differences in soil properties (particle size, saturation point, bulk density, soil organic carbon, pH and electrical conductivity) at different soil depths (0-30 and 30-60 cm); ii) to check their statistical correlation with soil quality indicators (CEC, total N, Olsen-P, available K, exchangeable Na, calcium carbonate equivalent, Fe, Mn, Zn, and Cu); and, iii) to elaborate a soil quality index and maps for each soil layer. To achieve this, forty-eight soil samples were analysed in the laboratory and subjected to statistical analyses by ANOVA, Spearman Rank coefficients and Principal Component Analyses. Finally, a soil quality index was developed based on indicators of sensitivity. The study was conducted in a semiarid catchment in northeast Iran with irrigated farming and well-documented land degradation issues. We found that: i) organic carbon and bulk density were not similar in the topsoil and subsoil; ii) calcium carbonate and sand content conditioned organic carbon content and bulk density; iii) organic carbon showed the highest correlations with soil quality indicators; iv) particle size conditioned cation-exchange capacity; and, v) heavy metals such as Mn and Cu were highly correlated with organic carbon due to non-suitable agricultural practices. Based on the communality analysis to map of soil quality, CEC, Mn, Zn, and Cu had the highest weights (≥0.11) at both depths, coinciding with the same level of relevance in the multivariate analysis. Exchangeable Na, CaCO3, and Fe had the lowest weights (≤0.1) and N, P, and K had intermediate weights (0.1- 0.11). In general, the map of the soil quality index shows a lower soil quality in the subsoil increment than in the topsoil.