Date of Award

4-2021

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Geology

First Advisor

Prof. Salem Issa

Second Advisor

Prof. Taoufik Ksiksi

Abstract

The United Arab Emirates (UAE) has undertaken huge efforts to green the desert and afforestation projects (planted mainly with date palms) hence, reducing its carbon footprint, which have never been accounted for, because of lack of implemented mechanisms and tools to assess the amount of biomass and carbon stock (CS) sequestered by plants in the country. The purpose of this dissertation is to implement a new approach towards assessing the carbon sequestered by date palm (DP) plantations in Abu Dhabi, in both their biomass compartment as well as the soils under beneath, using geospatial technologies (RS and GIS) assessed by field measurements. The methodology proposed in this dissertation relied on both fieldwork and labwork, besides the intensive use of geospatial technology including, digital image processing of multi-scale, multi-resolution satellite imagery as well as Geographical Information Systems (GIS) modelling.
For detecting and mapping the DP, the research proposes a framework based on using multi-source/ multi-sensor data in a hierarchical integrated approach (HIA) to map DP plantations at different age stages: young, medium, and mature. The outcomes of the implemented approach were the creation of detailed and accurate maps of DP at three age stages. The overall accuracies for mixed-ages DP the value reached up to 94.5%, with an overall Kappa statistic estimated at 0.888 with total area of DP equal to 7,588.04 ha and the total number of DP planted in the study area counted an estimated number of 8,966,826 palms.
The study showed that the correlation of mature DP class alone (>10 years) with single bands was significant with shorwave infrared 1 (SWIR1) and shortwave infrared 2 (SWIR2), while the correlation was significant with all tested vegetation indices (VI) except for tasseled cap transformation index for brightness (TCB) and for greenness (TCG). By using different types of regression equations, tasseled cap transformation index for wetness (TCW) showed the strongest correlation using a second-order polynomial equation to estimate the biomass of mature DP with R² equal to 0.7643 and P value equal to 0.007. The exponential regression equation that uses renormalized difference vegetation index (RDVI) as RS predictor was the best single VI and had the strongest correlation among all RS variables of Landsat 8 OLI for AGB of non-mature DP, with an R2 value of 0.4987 and P value equal 0.00002.
The findings of the dissertation work are promising and can be used to estimate the amount of biomass and carbon stock in DP plantations in the country as well as in arid land in general. Therefore, it can be applied to enhance the decision-making process on sustainable monitoring and management of carbon sequestration by date palms in other similar ecosystems. The research’s approach has never been developed elsewhere for date palms in arid areas.

Arabic Abstract

بذلت دولة الإمارات العربية المتحدة جهوداً جبّارة لزراعة الصحراء ومشاريع التشجير (المزرعة أساساً بنخيل التمر) وبالتالي خفض بصمتها الكربونية التي لم يتم احتسابها قط بسبب الإفتقار إلى الآليات والأدوات المناسبة القابلة للتطبيق في لتقييم كمية الكتلة الحيوية والكربون المخزون والذي تحتجزه النباتات في الدولة. إن الغرض من هذه الأطروحة تطبيق مقاربة جديدة لتقدير الكربون المحتَجَز بواسطة نخيل التمر في مزارع إمارة أبوظبي سواء في كتلته الحيوية أو في التربة المزروع عليها، باستخدام التقانات الجيومكانية (الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية) التي تم قياسها ميدانياً. اعتمد منهجنا المقترَح في هذه الأطروحة على كل من العمل الميداني والمخبري، وكذلك تحليل بيانات الإستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية للنمذجة المكانية. عمدت الدراسة الى استخدام بيانات للاستشعار عن بعد متعددة المصادر/ متعددة المجسّات في نهجٍ هرمي متكامل وذلك بهدف رسم خرائط لمزارع النخيل في مختلف فئاته العمرية (صغير/ متوسط/ كبير). كانت نتائج هذه المقاربة التي تم تطبيقها هو رسم خرائط مفصلة ودقيقة لنخيل التمر في مراحله العمرية المختلفة. كانت درجات الدقة الكلية ل نخيل التمر مختلط الأعمار هو 94.5% مع تقدير إجمالي لمعامل كابّا الإحصائي عند 0.888. تم تقدير إجمالي مساحة مزارع نخيل التمر في إمارة أبوظبي ب 7588.04 هكتار كما تم تقدير أعداد نخيل التمر في إمارة أبوظبي بـ 8,966,826 نخلة. أظهرت الدراسة أن عامل الإرتباط بين الكتلة الحيوية لفئة نخيل التمر كبير العمر مع النطاقات (القنوات الفضائية) الخاصة بالقمر الصناعي لاندسلات-8، كان ارتباطاً قوياً مع نطاقي الطول الموجي القصير للأشعة تحت الحمراء الأولى والثانية، وكان معامل الارتباط قويا أيضاَ مع كافة مؤشرات الغطاء النباتي التي تم استخدامها في هذا البحث عدا المؤشران اللذان يستخدمان تقنية تحويلات غطاء تاسلد لكشف الخضرة والسطوع (تي سي جي وأيضاً تي سي بي). وعند استخدام أنواع مختلفة من معادلات الإنحدار، وجدنا أن تقنية تحويلات غطاء تاسلد لكشف الرطوبة (تي سي دبليو)، كمؤشر للغطاء النباتي قد أظهرت أقوى معامل ارتباط باستخدام معادلة متعددة الحدود من الدرجة الثانية لتقدير الكتلة الحيوية في نخيل التمر الكبير بقيمة معامل تحديد وصلت إلى 0.7643 وقيمة احتمالية تساوي 0.007 . كما وجدت الدراسة أن معادلة الإنحدار الأسي والتي تستخدم مؤشر الفرق المُعادة معايرته للغطاء النباتي (آر دي في آي) للتنبؤ بالكتلة الحيوية لنخيل التمر غير الكبير هي الأقوى في معامل الإرتباط بين جميع متغيرات الاستشعار عن بعد المستخدمة في الدراسة، بقيمة معامل تحديد تساوي 0.4987 وقيمة احتمالية معنوية تساوي 0.00002. أظهرت النتائج أن مساحة تاج النخلة هي الأفضل لتقدير كل من الكتلة الحيوية لتاجها وكذا الكربون العضوي في التربة المزروع عليها النخيل. كما أن ارتفاع جذع النخلة كان الأفضل لتقدير الكتلة الحيوية لجذعها. إن نتائج هذه الدراسة واعدة ويمكن استخدامها لتقدير الكتلة الحيوية والكربون المحتجز في مزارع نخيل التمر في عموم الدولة وكذلك في الأقاليم القاحلة بشكل عام. لذلك، يمكن تطبيقها لتعزيز عملية صنع القرار لرصدٍ وإدارةٍ مستدامين في احتجاز الكربون بواسطة نخيل التمر المزروع في أنظمة بيئية مماثلة. إن مقاربتنا المقترحة في هذه الأطروحة هي الأولى من نوعها من حيث تطبيقها على نخيل التمر في المناطق.

Download

Included in

Life Sciences Commons

Share

COinS