Mapping soil texture with a gamma-ray spectrometer : comparison between UAV and proximal measurements and traditional sampling : validation study

The need for up-to-date soil information for e.g. spatial planning, infrastructure, agriculture and nature conservation has resulted in the Dutch Key Registration of the Subsurface (BRO), which also contains the 1: 50,000 soil map of the Netherlands. Classifying properties for this map are a.o. related to soil texture. Therefore, methods are needed that efficiently and effectively measure these at the right scale level and with the required accuracy. This report describes a validation study into the possibility, accuracy and costs of mapping clay and loam content of the tillage layer (0 - 30 cm) by augering, by measuring gamma radiation from a UAV (unmanned aerial vehicle or drone) or on foot. The research was carried out in an agricultural area of 40 ha in the Flevoland polder, the Netherlands. The results show that the accuracy and precision of the UAV and soil-bound measurements is largely comparable. A higher point density and smaller spatial support of the ground-bound sensor have a positive effect on capturing spatial patterns, accuracy and precision. After correction for the difference in point density, results are comparable. The difference in deployment costs is limited. The effect of the use of a national reference calibration set on costs and accuracy is a lot bigger and lowers both. However, when using national calibration scale accuracy could be increased with the inclusion of more soil geographic situations. We advise assessing similar questions by first assessing the required accuracy, measurement depth and resolution, then select possible platforms and choose calibration scale within budget limits. Gamma radiation measurements for mapping soil texture is potentially a scalable and cost-efficient technique for supporting actualisation of the Soil Map of the Netherlands and for applications with higher resolution such as precision agriculture and local spatial planning.---De behoefte aan actuele bodeminformatie voor bijv. ruimtelijke ordening, infrastructuur, landbouw en natuurbehoud heeft geresulteerd in de Basisregistratie Ondergrond (BRO) van Nederland die onder andere de 1: 50.000 Bodemkaart van Nederland bevat. Classificerende eigenschappen hiervoor zijn onder meer gerelateerd aan de bodemtextuur. Daarom zijn methoden nodig die deze op het juiste schaalniveau en met de vereiste nauwkeurigheid efficiënt en effectief inmeten. Dit rapport beschrijft een validatiestudie naar de mogelijkheid, nauwkeurigheid en kosten voor het karteren van klei en leemgehalte van de bouwvoor (0 - 30 cm) door boringen, door metingen van gammastraling vanaf een UAV (unmanned aerial vehicle of drone) of lopend. Het onderzoek is uitgevoerd op een landbouwareaal van 40 ha in de polder van Flevoland. De resultaten laten zien dat de nauwkeurigheid en precisie van de UAV-metingen grotendeels vergelijkbaar zijn met de grondgebonden metingen. Een hogere puntdichtheid en kleinere ruimtelijke ondersteuning van de lopende meting heeft een positief effect op het verklaren van de ruimtelijke patronen, nauwkeurigheid en precisie. Wanneer voor puntdichtheid wordt gecorrigeerd, zijn de resultaten vergelijkbaar. Het verschil in kosten van de inzet van de verschillende platforms is beperkt. Het effect van het gebruik van een nationale referentie kalibratieset op de kosten en nauwkeurigheid is een stuk groter, beide worden dan lager. De nauwkeurigheid met nationale kalibratieschaal kan worden verhoogd wanneer meer bodemtypen en grondsoorten zouden zijn opgenomen. We adviseren om bij een vergelijkbare vraag eerst de vereiste nauwkeurigheid, meetdiepte en resolutie te beoordelen, vervolgens mogelijke platforms te selecteren en de kalibratieschaal te kiezen binnen budgetgrenzen. Gamma-stralingsmetingen voor het karteren van bodemtextuur vormt in potentie een schaalbare en kostenefficiënte techniek om het actualiseren van de Bodemkaart van Nederland te ondersteunen en voor toepassingen met hogere resolutie zoals precisielandbouw en lokale ruimtelijke planning

Mapping soil texture with a gamma-ray spectrometer : comparison between UAV and proximal measurements and traditional sampling : validation study

The need for up-to-date soil information for e.g. spatial planning, infrastructure, agriculture and nature conservation has resulted in the Dutch Key Registration of the Subsurface (BRO), which also contains the 1: 50,000 soil map of the Netherlands. Classifying properties for this map are a.o. related to soil texture. Therefore, methods are needed that efficiently and effectively measure these at the right scale level and with the required accuracy. This report describes a validation study into the possibility, accuracy and costs of mapping clay and loam content of the tillage layer (0 - 30 cm) by augering, by measuring gamma radiation from a UAV (unmanned aerial vehicle or drone) or on foot. The research was carried out in an agricultural area of 40 ha in the Flevoland polder, the Netherlands. The results show that the accuracy and precision of the UAV and soil-bound measurements is largely comparable. A higher point density and smaller spatial support of the ground-bound sensor have a positive effect on capturing spatial patterns, accuracy and precision. After correction for the difference in point density, results are comparable. The difference in deployment costs is limited. The effect of the use of a national reference calibration set on costs and accuracy is a lot bigger and lowers both. However, when using national calibration scale accuracy could be increased with the inclusion of more soil geographic situations. We advise assessing similar questions by first assessing the required accuracy, measurement depth and resolution, then select possible platforms and choose calibration scale within budget limits. Gamma radiation measurements for mapping soil texture is potentially a scalable and cost-efficient technique for supporting actualisation of the Soil Map of the Netherlands and for applications with higher resolution such as precision agriculture and local spatial planning.---De behoefte aan actuele bodeminformatie voor bijv. ruimtelijke ordening, infrastructuur, landbouw en natuurbehoud heeft geresulteerd in de Basisregistratie Ondergrond (BRO) van Nederland die onder andere de 1: 50.000 Bodemkaart van Nederland bevat. Classificerende eigenschappen hiervoor zijn onder meer gerelateerd aan de bodemtextuur. Daarom zijn methoden nodig die deze op het juiste schaalniveau en met de vereiste nauwkeurigheid efficiënt en effectief inmeten. Dit rapport beschrijft een validatiestudie naar de mogelijkheid, nauwkeurigheid en kosten voor het karteren van klei en leemgehalte van de bouwvoor (0 - 30 cm) door boringen, door metingen van gammastraling vanaf een UAV (unmanned aerial vehicle of drone) of lopend. Het onderzoek is uitgevoerd op een landbouwareaal van 40 ha in de polder van Flevoland. De resultaten laten zien dat de nauwkeurigheid en precisie van de UAV-metingen grotendeels vergelijkbaar zijn met de grondgebonden metingen. Een hogere puntdichtheid en kleinere ruimtelijke ondersteuning van de lopende meting heeft een positief effect op het verklaren van de ruimtelijke patronen, nauwkeurigheid en precisie. Wanneer voor puntdichtheid wordt gecorrigeerd, zijn de resultaten vergelijkbaar. Het verschil in kosten van de inzet van de verschillende platforms is beperkt. Het effect van het gebruik van een nationale referentie kalibratieset op de kosten en nauwkeurigheid is een stuk groter, beide worden dan lager. De nauwkeurigheid met nationale kalibratieschaal kan worden verhoogd wanneer meer bodemtypen en grondsoorten zouden zijn opgenomen. We adviseren om bij een vergelijkbare vraag eerst de vereiste nauwkeurigheid, meetdiepte en resolutie te beoordelen, vervolgens mogelijke platforms te selecteren en de kalibratieschaal te kiezen binnen budgetgrenzen. Gamma-stralingsmetingen voor het karteren van bodemtextuur vormt in potentie een schaalbare en kostenefficiënte techniek om het actualiseren van de Bodemkaart van Nederland te ondersteunen en voor toepassingen met hogere resolutie zoals precisielandbouw en lokale ruimtelijke planning