Temporal variations of natural soil salinity in an arid environment using satellite images

In many remote arid areas the scarce amount of conventional soil salinity data precludes detailed analyses of salinity variations for the purpose of predicting its impact on agricultural production. A tool that is an appropriate surrogate for on-ground testing in determining temporal variations of soil salinity is Landsat satellite data. In this study six Landsat scenes over El Cuervo, a closed basin adjacent to the middle Rio Conchos basin in northern Mexico, were used to show temporal variation of natural salts from 1986 to 2005. Natural salts were inferred from ground reference data and spectral responses. Transformations used were Tasseled Cap, Principal Components and several (band) ratios. Classification of each scene was performed from the development of Regions Of Interest derived from geochemical data collected by SGM, spectral responses derived from ENVI software, and a small amount of field data collected by the authors. The resultant land cover classes showed a relationship between climatic drought and areal coverage of natural salts. When little precipitation occurred three months prior to the capture of the Landsat scene, approximately 15%–20% of the area was classified as salt. This is compared to practically no classified salt in the wetter years of 1992 and 2005 Landsat scenes.

ResumenEn áreas remotas y áridas la cantidad de datos de salinidad obtenidos por métodos convencionales es escasa por lo general, siendo esto un impedimento para realizar estudios detallados de salinidad y su impacto a cultivos. El análisis de imágenes satelitales es una herramienta útil para la determinación de variaciones estacionales de salinidad de suelo en estas áreas. En este estudio utilizamos seis imágenes de satélite de la cuenca cerrada El Cuervo, situada en el norte de México y adyacente a la cuenca del rio Conchos, con el objeto de dar seguimiento a las variaciones naturales de salinidad de suelo entre 1986 y 2005. Los niveles de salinidad se establecieron a partir de mediciones de campo y de información espectrográfica de las imágenes. Se aplicaron las transformaciones de Tasseled Cap, Componentes Principales, y algunos cocientes de bandas. La clasificación de las imágenes se obtuvo por medio de la técnica de Regiones de Interés e integrando datos geoquímicos de sedimentos (Servicio Geológico Mexicano, SGM), técnicas espectrométricas de análisis incluidas en el programa de sensores remotos ENVI y resultados de muestras de campo (autores). Los resultados muestran una relación substancial entre salinidad y episodios de sequia. Para imágenes con escasa precipitación de tres meses o más, aproximadamente 15 a 20% del área clasificó como suelo salino, mientras que en años de más intensa precipitación como 1992 y 2005 ningún área fue clasificada como suelo salino.

Research highlights
► Six Landsat scenes over a closed basin in northern Mexico were used to show temporal variation of natural salts from 1986 to 2005.
► Natural salts were inferred from ground reference data and spectral responses using Tasseled Cap, Principal Components and several (band) ratios.
► A relationship was found between climatic drought and areal coverage of natural salts.