Managementul mediului, evaluarea, atenuarea, restaurarea, educația și informarea

literatură

Aceasta este o versiune extinsă a unei lucrări prezentate la o conferință la Universitatea de Stat din Oregon, „Native Plants: Propagation and Planting”, 9-10 decembrie 1998.

Abstract

Eroziunea la suprafață și pierderile masive-sol din alunecări de teren sunt de mare îngrijorare pentru administratorii de terenuri. Eroziunea accelerată și instabilitatea pantei pot fi cauzate sau exacerbate de activitățile umane. Creșterea eroziunii poate provoca efecte negative cumulative ale bazinului hidrografic prin creșterea sedimentării, degradarea aprovizionării cu apă, reducerea productivității pădurilor, distrugerea habitatului peștilor anadromi și degradarea altor valori esențiale de mediu. Comunitățile de plante mature, complexe și floristice, reduc semnificativ eroziunea suprafeței și contribuie în mare măsură la menținerea stabilității pantei. Gestionarea vegetației zonelor împădurite, de coastă, urbane, agricole și riverane ar trebui să păstreze și să mențină o acoperire vegetală adecvată pentru a fi eficientă. Eficacitatea relativă a vegetației în orice locație specifică va fi o funcție de calitatea vegetației, topografie, panta, hidrologie, geologie și soluri.

Cuvinte cheie: Stabilitatea pantei, plante non-native, țărmuri, riverane, conservarea solului, restaurare, biologie de conservare.

1. Introducere

Solul este cea mai de bază resursă; asigurând mediul pentru creșterea plantelor și reținerea apei. Eroziunea și alunecările de teren sunt de mare îngrijorare pentru administratorii de terenuri din întreaga lume. Reducerea eroziunii și conservarea capacității productive a terenului este un prim pas critic în menținerea productivității terenurilor agricole, a resurselor piscicole, a lemnului și în reducerea daunelor aduse zonelor dezvoltate. Menținerea și refacerea acoperirii vegetative este un mijloc eficient de reducere a eroziunii.

1.1 Eroziune la suprafață

Conservarea solului a fost un obiectiv crucial de gestionare a terenurilor de mulți ani. În anii 1930, VanDersal (1938) a declarat „În niciun moment nevoia de conservare a resurselor noastre naturale nu a fost mai evidentă așa cum este în prezent. Am văzut distrugerea risipitoare a celei mai elementare resurse a noastră, solul, având loc într-un ritm în continuă creștere într-un interval relativ scurt de ani. ” „Eroziunea nu este în niciun caz un fenomen nou”, scrie John Burton Woods, „este, de fapt, un proces natural care își are locul în menținerea echilibrului naturii. … Eroziunea apei, vântul, eroziunea glaciară și alte forme de intemperii mecanice și chimice au participat la modelarea majorității terenului actual. Efectele acestei eroziuni naturale sau geologice (de suprafață) se văd peste tot, dar această eroziune naturală funcționează încet ... Deoarece funcționează atât de încet, efectele acestui tip de eroziune sunt greu de resimțit și nu prezintă nicio problemă serioasă. Problema reală de astăzi nu este eroziunea naturală, ci intensificarea acestei acțiuni, cunoscută sub numele de eroziune accelerată (de suprafață). Spre deosebire de eroziunea naturală, eroziunea accelerată (de suprafață) este rezultatul activităților umane ... ”, (Woods, 1938).

Eroziunea de suprafață include procesele de ploaie de ploaie, spălare a foilor, furajare și înfășurare și râu uscat. Experimente ample efectuate de numeroși cercetători în anii 1950 și 1960 au produs ecuația universală a pierderii solului (USLE), care calculează eroziunea suprafeței agricole în funcție de gradientul pantelor de deal, tipul solului, lungimea pantei, intensitatea și durata ploilor, gestionarea și acoperirea vegetației. (Wischmeier și Smith, 1978; Reid, 1993). USLE a fost ulterior modificat pentru a prezice mai bine eroziunea de suprafață pe terenurile forestiere și funcția de acoperire a vegetației (factorul C) a fost extinsă pentru a reflecta complexitatea și importanța sa. (Dissmeyer și Foster, 1981; 1984).

1.2 Procese solare în masă

Deși mai puțin frecventă și mai episodică decât eroziunea de suprafață; risipirea în masă a solului sau alunecările de teren sunt din ce în ce mai preocupate. „În Statele Unite, pierderile cauzate de alunecări de teren, subvenții și alte defecțiuni la sol depășesc pierderile din toate celelalte pericole naturale combinate” (Sangrey, și colab., 1985). Exploatarea minieră, blocarea apei, gestionarea lemnului și construcția de drumuri au avut loc din ce în ce mai mult atât în ​​zonele muntoase, cât și în zonele de coastă predispuse la risipa de sol în masă. Concomitent cu accesibilitatea îmbunătățită și utilizarea resurselor la distanță anterior; urbanizarea a crescut.

1.3 Pante împădurite

În timp ce alunecările de teren apar în mod natural datorită activității tehnice, precipitațiilor sezoniere intense și pante abrupte; practicile de construcție de drumuri, recoltare de cherestea și pregătire a șantierului pot avea un impact semnificativ asupra stabilității versanților în nord-vestul Pacificului. (Sidle, 1980). Pante împădurite netulburate în aceste zone sunt adesea semnificativ mai abrupte decât unghiul de repaus pentru solurile lor goale. Rahn (1969) a concluzionat că „diferența este atribuită influenței stabilizatoare a vegetației forestiere”. Tubbs (1975) remarcă rolul probabil de ancorare al rădăcinilor plantelor în a permite acumularea unei grosimi mai mari a materialului de regulit decât ar putea fi susținută doar de puterea solului.

„Acoperirea pădurilor pe versanții montani din nord-vestul Pacificului este un control natural important al eroziunii solului și al proceselor de pantă” (Fredriksen și Harr, 1981).

1.4 Zone de coastă

Zonele de coastă din regiune sunt supuse atât eroziunii țărmului, cât și alunecărilor de teren. Eroziunea maritimă a țărmului este o preocupare pentru proprietarii de proprietăți de coastă și pentru cei care utilizează și gestionează resursele publice de coastă. (Macdonald și Witek, 1994). Deși țărmurile sunt supuse multor influențe erozive, vegetația poate juca un rol important în menținerea stabilității și reducerea eroziunii (Menashe, 1993).

1.5 Zonele riverane

Zonele riverane rulează ca niște fire, legând munții de zonele de coastă. Procesele de eroziune și pantă pot avea un impact profund asupra acestor legături fragile, dar cruciale. „Cele mai productive habitate pentru salmonide sunt cursurile mici asociate cu păduri de conifere mature și vechi, unde resturile organice mari și copacii căzuți influențează foarte mult caracteristicile fizice și biologice ale acestor cursuri.” (Maser și colab. 1988). Vegetația riverană influențează geomorfologia fluxului și a câmpiei inundabile prin captarea sedimentelor, stabilizarea malurilor și susținerea fluxurilor naturale (Connin, 1991). Vegetația menținută imediat adiacentă canalelor de drenaj și în întregul bazin hidrografic protejează habitatul acvatic (Marchent și Sherlock, 1984).

2. Rolul vegetației

"Vegetația afectează atât stabilitatea superficială, cât și stabilitatea masei versanților în moduri semnificative și importante." „Beneficiile de stabilizare sau de protecție ale vegetației depind atât de tipul de vegetație, cât și de tipul procesului de degradare a pantei. În cazul stabilității masei, beneficiile de protecție ale vegetației lemnoase variază de la întărirea mecanică și reținerea de către rădăcini și tulpini la modificarea hidrologiei pantei ca urmare a extragerii umidității solului prin evapotranspirație. ” (Grey și Sotir, 1996).

„Pierderea sau îndepărtarea vegetației pantei poate duce fie la rate crescute de eroziune, fie la frecvențe mai mari ale eșecului pantei. Această relație cauză-efect poate fi demonstrată convingător ca rezultat al multor studii de teren și de laborator raportate în literatura tehnică. ” (Grey și Sotir, 1996).

2.1 Beneficiile vegetației în prevenirea eroziunii superficiale

Au fost elaborate protocoale pentru a descrie factorii care contribuie la eficacitatea vegetației în limitarea eroziunii suprafeței. Wischmeier (1975) a identificat trei sub-factori majori: (I) baldachin, (II) acoperirea suprafeței și (III) sub efectele suprafeței. Dissmeyer și Foster (1984) au modificat și au completat lucrările anterioare pentru ao adapta la condițiile de pădure. Sub-factorii de bază ai pădurilor, utili în aplicarea ecuației modificate pentru pierderea solului modificată, discutați în introducere, includ acoperirea solului, copertina, reconsolidarea solului, conținutul organic, rădăcinile fine, efectul de legare reziduală și stocarea la fața locului a apei.

Gray și Leiser (1982) oferă un rezumat al efectelor majore ale vegetației erbacee și într-o măsură mai mică a vegetației lemnoase în minimizarea eroziunii solurilor superficiale. Ei includ:

  1. Interceptare - frunzele și reziduurile plantelor absorb energia de ploaie și împiedică compactarea solului.
  2. Reținere - sistemele radiculare leagă fizic sau restrâng particulele de sol în timp ce reziduurile supraterane filtrează sedimentele în afara scurgerii.
  3. Întârziere - reziduurile supraterane cresc rugozitatea suprafeței și încetinesc viteza de scurgere.
  4. Infiltrarea - rădăcinile și resturile de plante ajută la menținerea porozității și permeabilității solului.
  5. Transpirație - epuizarea umidității solului de către plante întârzie apariția saturației și scurgerea.

Greenway (1987) remarcă faptul că „rădăcinile întăresc solul, crescând rezistența la forfecare a solului”, „rădăcinile leagă particulele de sol de la suprafața solului, reducând susceptibilitatea lor la eroziune” și „rădăcinile extrag umiditatea din sol ..., ducând la scăderea porilor- presiunile apei. ” Wilford (1982) a observat că resturile organice mari din pădurile de creștere veche oferă elemente importante de depozitare a sedimentelor, în special pe versanți. Mai multe straturi de acoperire de vegetație, inclusiv creșterea erbacee, arbuști și copaci, înmulțesc beneficiile discutate mai sus. (Menashe, 1993).

Figura 1 ilustrează valorile și influențele acoperirii vegetative.

Figura 1 Sursa: Din Macdonald și Witek (1994)

2.2 Limitări ale vegetației în prevenirea eroziunii superficiale

În timp ce vegetația naturală, matură este de obicei eficientă în prevenirea eroziunii de suprafață, pe siturile perturbate sau degradate care suferă eroziune continuă, condițiile pot împiedica stabilirea unei acoperiri vegetale eficiente. Îndepărtarea vegetației originale, indiferent de motiv, inițiază adesea un proces de degradare a solului, determinând amplasamentul să devină mai puțin productiv. (Marchent și Sherlock, 1984). Vegetația poate fi relativ ineficientă în prezența modificărilor pantei, a influențelor hidrologice, a proceselor fluviale sau de pe țărm și în cazul în care speciile invazive, non-native, au devenit stabilite.

2.3 Avantajele vegetației în stabilizarea pantei

Există un corp enorm de cercetări legate de vegetație și stabilitatea pantelor. Cea mai mare parte a literaturii susține afirmația că, în marea majoritate a cazurilor, vegetația ajută la stabilizarea unei pante (Macdonald și Witek, 1994). După cum au remarcat Gray și Leiser (1982), „neglijarea rolului vegetației lemnoase (și, în unele cazuri, eliminarea ei directă) în stabilizarea pantelor și întărirea solurilor este surprinzătoare”. Urmează rezumatul lor al influențelor benefice ale vegetației lemnoase:

  1. Întărirea rădăcinilor - rădăcinile întăresc mecanic solul prin transferul eforturilor de forfecare din sol la rezistența la tracțiune din rădăcini.
  2. Modificări ale umidității solului - evapotranspirația și interceptarea în frunziș limitează acumularea stresului de umiditate al solului. Vegetația afectează, de asemenea, rata topirii zăpezii, care la rândul său afectează regimul de umiditate al solului.
  3. Contrafort și arcuire - tulpinile ancorate și încorporate pot acționa ca piloni de contrafort sau bonturi de arc într-o pantă, contracarând tensiunile de forfecare. Gray și Sotir (1996) au adăugat un al patrulea efect benefic. (Lucrarea anterioară o menționa ca fiind potențial negativă).
  4. Supraîncărcare - greutatea vegetației poate, în anumite cazuri, crește stabilitatea prin creșterea stresului limitat (normal) pe suprafața defecțiunii.

Greenway (1987) a fost de acord cu lucrările de mai sus și observă că, pe măsură ce vegetația este îndepărtată dintr-un bazin hidrografic, randamentul apei crește și nivelul freatic crește ca răspuns la exploatare. Aceste apariții ar tinde să crească saturația și scurgerea solului.

Zeimer (1981) afirmă că „degradarea rădăcinii după tăierea lemnului poate duce la defectarea pantei. Măsurătorile in situ ale solului cu rădăcini ale copacilor au arătat că rezistența solului a crescut liniar pe măsură ce a crescut biomasa rădăcinii ”.

Figura 2 ilustrează un proces ipotetic de deteriorare a rădăcinii și efectul asupra stabilității pantelor.

Zeimer și Swanston (1977) au descoperit că „rădăcinile adaugă forță solului prin ancorarea verticală prin masa solului în eșecurile din roca de bază și prin legarea laterală a pantei între zonele de slăbiciune sau instabilitate”. Sidle (1985) comentează, de asemenea, importanța rădăcinilor copacilor și citează numeroase studii coroboratoare.

Zeimer (1981) raportează că rădăcinile vii de perie erau de două ori mai puternice decât rădăcinile de conifere de aceeași dimensiune. Woods (1938), Marchent și Sherlock (1984), VanDersal (1938), Menashe (1993), Meyers (1993) și Gray și Sotir (1996) oferă informații despre eficacitatea și utilizarea vegetației erbacee și lemnoase în stabilizarea pantei.

Figura 2: Grafic hipotetic care indică deteriorarea rezistenței rădăcinii după recoltarea lemnului, rezistența la înrădăcinare a vegetației sitului regenerator și rezistența netă la înrădăcinare. Sursa: From Sidle, 1984.

2.4 Limitări ale vegetației în stabilizarea pantei

Gray și Leiser (1982), Greenway (1987) și Gray și Sotir (1996) raportează influențe destabilizante ale vegetației lemnoase. Cele aplicabile condițiilor din Pacificul de Nord-Vest sunt rezumate mai jos:

„Influența primară dăunătoare asupra stabilității masei asociată cu vegetația lemnoasă pare să fie îngrijorarea cu privire la încărcarea externă și pericolul răsturnării sau dezrădăcinării în vânturi sau curenți puternici. (Gray și Sotir, 1996). (Gray și Leiser (1982) observă că aruncarea vântului poate afecta negativ stabilitatea.) Greenway (1987) concluzionează că, deși copacii expuși vântului pot transmite forțe dinamice în pantă, este puțin probabil ca stresul de forfecare, datorat numai vântului, să fie suficient. a slăbi o pantă până la eșec.

Gray și Leiser (1982) menționează că greutatea vegetației lemnoase pe o pantă poate exercita un stres de stabilizare la o pantă în timp ce Cundy (1988) concluzionează că greutatea unui copac este neglijabilă dacă regulitul este mai mare de 2 picioare adâncime.

Vegetația este relativ ineficientă în prezența activității seismice, a instabilității profunde, a proceselor fluviale și de țărm severe, a pierderii active a solului, a pantelor modificate sau a influențelor hidrologice.

Stabilirea vegetației dorite pe siturile perturbate este adesea complicată de concurența plantelor invazive, substraturile degradate și condițiile de mediu dure. Un sit trebuie să fie suficient de stabil pentru a permite înființarea și dezvoltarea unei comunități de plante eficiente, adesea până la 15 ani.

3. Concluzii

„Vegetația îmbunătățește rezistența pantelor atât la eroziunea superficială, cât și la risipa de masă. Dimpotrivă, îndepărtarea vegetației pantei tinde să accelereze sau să mărească eșecurile pantei. ” Gray și Sotir (1996). „Îndepărtarea la scară largă sau tăierea liberă a copacilor de pe versanți agravează problemele de stabilitate. O preponderență a dovezilor din studiile din întreaga lume susține această concluzie ... ”. (Gray și Leiser, 1982). „Vegetația, odată stabilită, oferă un control permanent (eroziune) permanent auto-perpetuant și din ce în ce mai eficient”. (Kittredge, 1948). "După cum știe fiecare conservator al solului, există o relație foarte clară între densitatea acoperirii vegetale a solului, cantitatea de sol pierdută prin eroziune și productivitatea acelui sol." (VanDersal, 1938).

Există o mare nevoie de mai multe cercetări în ceea ce privește controlul eroziunii și valoarea stabilizării pantei plantelor. Se știe puțin despre rezistența la tracțiune, morfologia și rata de răspândire a sistemelor radiculare ale anumitor specii. Fără aceste cunoștințe este dificil să se formuleze ghiduri prudente de gestionare a terenurilor pentru zonele predispuse la eroziune sau instabile.

Întrucât cercetările existente cu privire la vegetație și eroziune cuprind o multitudine de discipline, inclusiv silvicultură, geologie, hidrologie, arboricultură, botanică, agricultură și inginerie, este dificil de accesat și de utilizat. Un proiect care produce o bibliografie adnotată din diferite literaturi ar fi de mare valoare pentru administratorii de terenuri.

Citate din literatura

Disponibil pentru descărcare în format PDF.