Analyzing long-term soil erosion in a ridge-shaped persimmon plantation in eastern Spain by means of isum measurements

Fig. 3.
A newly ridge-shape planted persimmon orchard (a), changes after 25-yrs (b), as well as the graft, primary and secondary topsoil level (c).
Fig. 4.
Calculation the volume of lost soil between the surface and the reference plane in GIS based on lake pattern.
F. Bayat, et al.
Catena 183 (2019) 104176
4

---

2.3. Micro-topographical changes and soil erosion estimations
We created a shapefile from the measured points to generate a di-
gital elevation model (DEM) using an interpolation tool (
Topo to raster
)
with ArcMap 10.2 software (ESRI, USA). This tool is able to employ
known points on a surface and then apply limitations on the process to
create a contiguous drainage structure to better demonstrate micro-
relief (ESRI, 2012). The resultant map had a cell size and resolution of
1:47290. The final map was divided into four parts to enable an analysis
of every erosion feature with more precision and to estimate the total
soil erosion in Mg ha
−1
yr
−1
using the volume differences (m
3
) be-
tween the planting and 25-years after planting maps.
We used 100 steel rings (100 cm
3
) pressed into the soil (intact core)
and determined the weight after drying in an oven at 105 °C for 24 h to
calculate the bulk density (
McKenzie et al., 2004
). We collected 40
samples spaced 0.5, 1.5, 2.5, 3.5 and 4.5 m from the line of trees cov-
ering all the inter-rows (1.5, 2.5 and 3.5 m distance) and the rows (0.5
and 4.5 m distance samples) at 2, 12, 22, 32, 42, 52, 62 and 72 m
distance along the row researched to determine the soil bulk density. A
topographical survey was done with GPS (1 cm resolution), and the
topography drawn by means of ArcGIS software.
The volume of lost soil was estimated using three different methods.
Firstly, we used ArcGIS 10.2.2 to calculate the volume of the mobilized
soil using the Surface Volume tool (
Baskin, 2005
;
Hollister and
Milstead, 2010
;
Yao et al., 2012
), which was developed to estimate the
volume of water in lakes, ponds, and reservoirs or the total volume of
accumulated materials in a mountain. If the mobilized soil is considered
as a lake, the reference plane will be set below and the plane height
location set to intersect the surface (
Fig. 4
). If it is imagined as a
mountain, the reference plane will be set above and the plane height
location intersects the surface. So, in the first step, the soil erosion data
were derived after subtracting the primary soil surface level (at planting
date) from the secondary (current) one. In the second step, we applied
the surface volume tool in ArcGIS.
Secondly, we used MATLAB R2016-b software to determine the
volume of soil erosion between 4 trees within an area of 12.5 m
2
. This