Hur hanterar man vattenerosion?

Erosion är ett resultat av naturkrafter som verkar på jordar och andra jordmaterial. Förskjutning av jordpartiklar av vattenkraften följt av deras transport bort från sin ursprungliga plats kan kallas vattenerosion.

Detta spelar en viktig roll i förlusten av matjord, vilket är de viktiga översta centimetrarna i alla jordekosystem och innehåller den största mängden jordnäring och mikrobiell mångfald. Det finns flera former av detta som alla förändrar marken på olika sätt.

Medan alla platser på planeten är benägna att eroderas av vatten, är regioner med sluttande topografi normalt mer extremt drabbade än de med plattare landskap. Bland de sårbara områdena finns de med lägre innehåll av organiskt material i jorden, ogenomträngliga jordlager samt siltiga jordar.

Vad är vattenerosion?

Vattenerosion är en komplicerad process med många olika former, men den kan sammanfattas som borttagning eller förskjutning av jord från sin ursprungliga plats av vattnet. Detta är ett resultat av regn, smält snö, strömmande floder, glaciärers rörelse eller frysnings-/tiningcykler.

I likhet med erosion orsakad av vatten kommer den långsamt att erodera bort landskap med tiden om den lämnas oåtgärdad och kan vara mycket farlig för dem vars försörjning är beroende av att marken förblir intakt, såsom jordbruksmarker och ekologiska landskap.

Olika former av vattenerosion som vanligtvis förekommer är bäckarerosion, ravinerosion, stänkeffekterosion, skiverosion och tunnelerosion, vilka var och en kommer att behandlas mer i detalj nedan.

Vad orsakar vattenerosion?

Liksom många miljöfenomen finns det både naturliga och förvärrade former av erosion, varav de senare är ett direkt eller indirekt resultat av våra aktiviteter. Till exempel är erosionen av stränder från rinnande floder under hundratals år en naturlig form av vattenerosion som skulle inträffa med eller utan mänsklig inblandning.

Omvänt kan vattenerosion som har intensifierats eller skapats av vår aktivitet innefatta allt från översvämningar och den resulterande nedbrytningen av jordbruksmark från felaktig bevattning till den accelererade smältningen av glaciärer på grund av den förstärkta växthuseffekten från mänskligt orsakade föroreningar.

Det kan vara svårt att fastställa den exakta orsaken bakom vattenerosion med tanke på de komplexa interaktioner som finns i de ekologiska och fysiska system som påverkas, men det är tydligt att vår aktivitet har ökat totalt sett, särskilt i världens största jordbruksregioner.

Den främsta orsaken till vattenerosion i jordbruksmark kan dock hänföras till flera avsiktliga eller oavsiktliga aktiviteter, såsom felaktig bevattning, olämplig kvalitet och mängd gödningsmedel, extrem eller otillräcklig vattentillgång, skadliga odlingsmetoder etc.

Följande faktorer är ansvariga för att definiera dess omfattning:

1. Regnförhållanden:

Nederbörd kan betraktas som den största boven i dramat för vattenerosion eftersom det mesta av vattnet cirkulerar som nederbörd i vattnets kretslopp. Dessutom påverkas det i hög grad av nederbördens intensitet, mängden nederbörd och den säsongsmässiga fördelningen av nederbörd.

Det är uppenbart att ju högre intensiteten och mängden nederbörd är, desto större är sannolikheten för dess intensitet. Dessutom spelar den säsongsbetonade fördelningen av nederbörd en viktig roll, särskilt i dagens föränderliga klimat eftersom oregelbunden nederbörd i allt högre grad har varit ett stort problem för regndrivna jordbrukssystem runt om i världen.

2. Avrinningsområdesegenskaper:

Avrinningsområdet är den markyta som har ett gemensamt utlopp för det rinnande vattnet. Huruvida vattnet förekommer i ett avrinningsområde beror till stor del på flera avrinningsområdens egenskaper, såsom avrinningsområdets storlek, form och lutning samt förekomsten eller frånvaron av en väldefinierad vattenkanal.

Som tidigare nämnts har ett område med större lutning högre risk för vattenerosion eftersom vattnets effekt förvärras av gravitationen. Ett väldränerat avrinningsområde har lägre risk för vattenerosion än ett utan vattenkanaler.

3. Jordens egenskaper:

Jordmånen skiljer sig från plats till plats och varje jordtyp reagerar olika på effekten av eroderande vatten. De egenskaper som påverkar jorden är fysikaliska egenskaper (textur, struktur, porositet och densitet), kemiska egenskaper (pH, katjonbyteskapacitet, näringsinnehåll) och biologiska egenskaper (närvaro eller frånvaro av vegetation, mikroorganismer och markfauna).

4. Atmosfäriska egenskaper:

Klimat- och väderförhållandena i regionen bidrar också i hög grad till erosion genom vattnet. Väderhändelser kan påverka den hydrologiska cykeln såväl som vegetationens biologiska cykel, vilket i sin tur påverkar den.

Typer av vattenerosion

Det finns fem huvudtyper av vattenerosion, som alla uppstår på grund av separata omständigheter eller väderhändelser, och många av dem är sammankopplade med varandra. Vissa är allvarligare än andra, såsom erosion från raviner och tunnlar, och alla är naturliga händelser som vi har sett förstärkas av mänsklig aktivitet, särskilt i jordbruksområden.

1. Stänkerosion

Stänkerosion uppstår genom att regndroppar slår mot den känsliga matjorden, vilket skapar en liten krater som kan vidgas med tiden. Vanligtvis avlägsnas enstaka eller små jordpartiklar från den huvudsakliga jordstrukturen.

Den vetenskapliga förklaringen till regndropparnas stänkeffekt är att en rörlig (fallande) kropp har kinetisk energi och vid kollisionen överförs den energin för att lossa jordpartiklar från marken.

Även om de enskilda händelserna har mindre påverkan än andra typer av vattenerosion på den här listan, är det den kombinerade effekten av otaliga regndroppar som gör effekten betydande. Särskilt stänkerosion är ett problem i områden som helt saknar vegetation.

2. Ark erosion

Skiverosion är erosion av jord i tunna lager genom att överskottsvatten rinner som skivor ovanför jorden. När mängden nederbörd eller vatten på land överstiger markens förmåga att absorbera vatten, kan vatten inte infiltrera ner i marken och det bär med sig ett tunt lager jord när det rinner nedför sluttningen.

Skiverosion kan definieras som överflöd av vatten ovanför marken i ett jämnt lager och eroderande de små och lätta partiklarna som finns i det översta lagret. Skiverosion är relaterad till bildandet av raviner, där det dunkande regnet överstiger jordens förmåga att absorbera vattnet.

På en kulle eller ett sluttande landskap kan detta resultera i att jordpartiklar ansamlas i en kulle längst ner i sluttningen, och därmed till och med resultera i bildandet av en ränna i ytskiktet.

3. Bäckerosion

Precis som pålejon skapar bäckerosion, leder bäckerosion så småningom till bäckravinerosion om den inte åtgärdas. En bäck kan definieras som en grund kanal som har utvecklats från vattenerosion och vanligtvis inte överstiger 30–50 cm i bredd eller djup.

Det är initieringen av utvecklingen av vattenrännor som med tiden ökar i djup och bredd allt eftersom de eroderar mer och mer av jordmaterial och bär den nedströms genom bäckarna.

De finns vanligtvis i kuperade eller sluttande områden, såväl som i områden där jorden är bar och sårbar för erosion, som avskogade områden eller kommersiell jordbruksmark.

4. Ravinerosion

Ravinerosion är en typ av avancerad vattenerosion som uppstår genom bildandet av rännor som fördjupas tills de gradvis blir djupa och breda diken som är mycket svårare att reparera och mycket opraktiska för maskiner inom jordbruk.

Vattnet som rinner genom raviner är också ofta av sämre kvalitet eftersom det innehåller en hög koncentration av sediment och jordpartiklar i takt med att det fortsätter att erodera landskapet.

Raviner är ett mycket allvarligt problem för jordbruksproduktionen såväl som för all annan markanvändning eftersom de kräver mer tid och ansträngning att reparera, och om de inte åtgärdas ordentligt och under gynnsamma förhållanden kan de fortsätta att växa till en punkt där hela marken måste göras oanvändbar.

I områden där avancerade raviner finns är sedimentbelastning i nedströms floder också ett allvarligt problem.

5. Tunnelerosion

Tunnelerosion är en unik typ av underjordisk vattenerosion som vanligtvis orsakas av vattenpenetration i en ihålig underjordisk zon som sedan flyttar jordpartiklar bort från sin ursprungliga plats under jordytan och bildar tunnlar.

Denna typ av erosion är mycket farlig eftersom den kanske inte är synlig på ett tag men skapar instabila landskap som är benägna att kollapsa. Tunnelerosion förekommer främst i specifika jordarter som sodosol som har en instabil undergrund.

Förvärrad tunnelerosion sker när vatten tränger in i marken genom hål eller sprickor i marken som bildats av trädrötter eller andra orsaker. Tunnelerosion påverkar allvarligt markens vattenhållande förmåga.

Att hantera vattenerosion

Det förekommer i olika former och grader av allvarlighetsgrad, vilka alla leder till markförstöring och förlust av markens produktionskapacitet.

Medan de mest exakta och effektiva lösningarna för att hantera vattenerosion beror på faktorer som topografi, vegetation, atmosfäriska förhållanden etc., finns det några etablerade metoder eller metoder som ensamma, eller likgiltiga kombinationer, kan användas för att förebygga, mildra eller minska åtgärden och dess effekter:

1. Välj lämplig markanvändning

Den markanvändning som väljs för ett givet område bör matcha jordens typ och sårbarhet för erosion. Jordens läge, fysiska och kemiska egenskaper bör styra valet av markanvändning.

Till exempel är branta sluttningar bäst lämpade för produktion av fodergrödor medan skogar är lämplig markanvändning för marginella marker med nedbrutna och lågproduktiva jordar.

2. Bibehåll organiskt material

Organiskt material är det som binder samman jorden. Jordar med högre halt organiskt material är mer stabila med god infiltration och hög vattenhållningsförmåga, vilket gör jorden mindre benägen att eroderas.

Inte bara det, organiskt material är avgörande för mikroorganismers aktivitet och bättre vegetationsproduktion. Detta hjälper ytterligare jorden att vara motståndskraftig mot vattnets eroderande verkan. Det är främst effektivt för att förhindra bäckerosion, skiverosion, tunnelerosion etc.

Att upprätthålla innehållet av organiskt material kräver vanligtvis att balansen mellan nedbrytningshastigheten och hastigheten för uppbyggnad av organiskt material kontrolleras. Planerade metoder som att minska störningar i markstrukturen och tillsätta gödsel eller lämna kvar grödorester tjänar till att upprätta och upprätthålla den balansen.

3. Etablera täckning av grödorester

Att täcka jorden genom att lämna grödorester på marken är en beprövad metod för att främst minska stänkerosion. Genom att göra det kommer regnet inte i direkt kontakt med jorden och eroderas därför inte lätt. Dessutom kontrollerar det även sikerosion genom att minska vattenflödet på ytan.

Etablering av grödorester uppnås genom att minska jordbearbetningen eller genom att använda konservativ jordbearbetningsmetod.

4. Minskad jordbearbetning

Intensiv jordbearbetning används i hopp om att göra jorden mer åkerbar, men det gör jorden lätt eroderbar. Det stör jordens strukturella integritet, minskar fukthalten och gör den sårbar för stänk från regndroppar.

Så en minskning av jordbearbetningen eller användning av alternativa metoder är avgörande för att hantera alla typer av erosion.

5. Använd noll jordbearbetning eller direktsådd

Nollbearbetning och direktsådd är två effektiva metoder för att hantera jorderosion och används ofta i kombination för att öka jordbruksproduktiviteten. Nollbearbetning lämnar det mesta av grödoresterna jämnt fördelade över området och stubben lämnas också intakt.

Direktsådd innebär att grödor sås direkt på tidigare grödorester med hjälp av gödningsmedel och herbicider som ersättning för jordbearbetning för ogräsbekämpning och näringscykling. Det är en ekonomisk och fördelaktig metod för att minska de negativa effekterna av vattenerosion samt öka produktionen.

6. Använd bevarandeträda

Användningen av träda har varit en effektiv metod för att återuppliva markens produktivitet genom att lämna den karg under en eller flera vegetationsperioder.

Fall av måttlig till svår erosion har dock varit vanligt förekommande i trädor som lämnats utan något täcke av grödorester eftersom halten organiskt material i jorden minskar med ökad nedbrytning.

För att lösa detta problem lämnar bevarandeträda grödorester i trädan, vilket fortsätter att tillföra organiskt material till jorden samtidigt som det minskar jordbearbetningsarbetet.

7. Odla grovfoder och använd växtföljder

Användningen av växtföljder och integreringen av grovfoder i växtföljden minskar vattenerosionen på gårdar avsevärt. De fleråriga grovfodren har ett fibröst rotsystem som skyddar jorden både ovanför och under markytan.

Genom att välja lämplig tid för rotation samt de bästa grödsorterna kan gården upprätthålla en hälsosam näringscykel. Baljväxter och spannmål ger bäst resultat när de roteras med grovfoder.

8. Använd direktsådd för betesmarksomvandling

Metoden att så grödor direkt i gräsmattan hjälper till att eliminera de tunga plöjnings- och harvningskraven på betesmarkerna samtidigt som samma mängd avkastning. Direktsådd kan göras med hjälp av både en tallrik och en tryckluftssåmaskin.

9. Bekämpning av allvarlig erosion

Även om det är effektivt att anta god praxis för att hantera normal vattenerosion, kräver kontroll av allvarliga fall som raviner och extrem sedimentation mer specialiserade åtgärder, såsom:

10. Gräsbevuxna vattenvägar

Precis som namnet antyder är gräsbevuxna vattendrag kanaler i jordbruksmarker som har gräs på sig för att transportera stora mängder vatten från marken till ett säkert utlopp. Vattendrag tjänar till att göra sig av med överskottsvatten från jordbruksmarken utan att låta det erodera jordbruksmarken.

Nybyggda vattenvägar är dock benägna att gå sönder på grund av vattnets eroderande verkan. Att upprätthålla ett bra grästäcke på vattenvägarna säkerställer därför hållbarhet.

Gräsbevuxna vattendrag bör vara tillräckligt stora för att kunna dränera vattentoppar från stormar och smältande snö och bör därför ta hänsyn till historiska data samt storleken på den mark som ska dräneras med hjälp av vattenvägen.

Vid anläggning av en gräsvattenväg bör en svag lutning anläggas och det normala dräneringsmönstret följas så långt det är möjligt.

11. Fodrade kanaler

Konstgjorda kanaler, såväl som naturliga raviner, hjälper till att leda bort överflödigt vatten från jordbruksmarkerna. Att bekläda kanalerna med mattor som hjälper till att kontrollera erosionen i kanalen bidrar till att göra kanalerna mer stabila mot erosion från kanalbankar och kanalbäddar.

De fodrade kanalerna kan konstrueras med hjälp av biologiska metoder som torv, stenar och gräs samt tillverkade geotextilier och betong, vilka båda är mycket effektiva för att begränsa expansionen av raviner och leda periodiskt vatten över sluttningar med en lutning på 10 procent. Fodrade kanaler hjälper också till att bibehålla vattenkvaliteten nedströms.

12. Droppstrukturer

Kanalen genom vilken vatten rinner är knappast jämn och plan. Ibland är höjdskillnaden över ett litet avstånd tillräckligt stor för att accelerera vattnets kinetiska och gravitationella krafter som orsakar erosion.

På sådana platser konstrueras fallkonstruktioner för att säkert sänka vattnet ner till lägre mark. För att göra detta används olika typer av fallkonstruktioner, såsom vertikala fallkonstruktioner, injekterade fallkonstruktioner och rörfallkonstruktioner. Bland dessa är rörfallkonstruktioner enklare och billigare att konstruera.

13. Tvärsnitt av en rörkonstruktion:

Rörfallskonstruktioner kan också variera beroende på platsens behov och konstruktionsmetoden. De enklaste typerna av rörfallskonstruktioner inkluderar att lägga ut ett rör längs flödet i kanalen som förbinder de uppåtgående och nedåtgående höjderna.

Det strömmande vattnet koncentreras i rörets inlopp och sedan rinner vattnet in i röret som släpps ut tillbaka i kanalen genom utloppet.

En mer komplex rörfallsstruktur innefattar att konstruera en vallar eller ett lagringsområde uppströms där vatten tillfälligt lagras.

Ett eller flera plaströr med små öppningar som inlopp i vallgraven läggs ner i marken med sina utlopp som mynnar ut i rännorna nedanför. Därigenom avlägsnas vattnet i en långsammare takt, och att hålla vatten uppströms bidrar också till att öka fuktighetsnivåerna.

14. Terrassering

I oländig topografi med branta, oavbrutna sluttningar är terrasser det bästa alternativet för att hantera vattenerosion och massförflyttningar som jordskred orsakade av den.

Att anlägga kanaler i branta sluttningar är svårt och de naturliga vattenkanalerna kan inte dränera hela området. Som ett resultat tenderar vatten att rinna längs sluttningen och genom marken nedför sluttningen. Terrasser byggs längs konturen för att kontrollera vattenflödet.

15. Tvärsnitt av terrassen

Att etablera terrasser i sådana områden resulterar i att avrinningsvattnet fångas upp av terrasserna och det uppsamlade vattnet dräneras genom de kanaler som skiljer terrasserna åt.

Att bygga terrasser i slaskig mark innebär att man skär eller tar bort material för att bilda kanaler och använder materialet för att bilda plan mark som kallas vallar där grödor odlas.

Det är ganska dyrt att bygga terrasser, men med tanke på bristen på alternativ i sluttande mark är terrasser ett av de bästa alternativen för att kontrollera det, vilket ytterligare bidrar till att stabilisera sluttningen och öka jordens produktiva potential.

Exempel på vattenerosion

Exempel på vattenerosion kan ses överallt omkring oss. Den säregna formen på kullar och berg är ett resultat av den konstanta slitageverkan från vatten och vind. Några exempel på detta inkluderar:

1. Grottor: Grottor är en av de mest fascinerande naturliga landformerna som finns på jorden och bildas till stor del av strömmande vatten under många år.

Denna process förvärras ytterligare av kolsyra från bergets kalciumkarbid, vilket kan resultera i grottor hundratals kilometer långa, likt den mammutgrottan i USA.

2. Flodstranderosion: Floderosion är borttagningen av flodmaterial som finns i flodens stränder när rinnande vatten dunkar i flodens krökar.

Floderosion är ett allvarligt problem i jordbrukssystem på flodslätter där tusentals hektar odlingsbar mark spolas bort årligen på grund av att flodbankar skärs ner.

3. Kanjoner: Ett av de största exemplen på vattenerosion är Grand Canyon, som bildades av Coloradoflodens eroderande verkan för miljontals år sedan.

Grand Canyon och andra kanjoner över hela världen är natursköna representationer av dess kraft.

4. Kusterosion: Kusterosion är erosionen av mark längs kusten vilket resulterar i bildandet av kustklippor och regelbunden borttagning av kustmark.

Slutsats

Vatten är en stark naturkraft och dess eroderande effekt kan orsaka allvarliga skador på jordbruksmarkens totala produktivitet överallt, särskilt på marginella marker. Även om orsakerna till vattenerosion kan vara både naturliga och påskyndade av människor, finns det vissa faktorer som markegenskaper och nederbördsegenskaper som definierar dess svårighetsgrad.

Dessutom är det bäst att åtgärda det så tidigt som möjligt där normal jordbearbetning och god jordbrukspraxis kan kontrollera det effektivt och ekonomiskt. Allvarlig erosion orsakad av vatten eller dess potentiella erosionsrisk kräver dock andra åtgärder såsom fallskydd, terrasser, gräsbevuxna vattendrag och kantade kanaler.

Slutligen kan metoderna för att kontrollera vattenerosion sammanfattas till att upprätthålla ett gott krontäcke och jordens strukturella integritet. Att förebygga och mildra detta är avgörande för att upprätthålla jordbruksverksamhet på jordbruksmark.

Vanliga frågor och svar

1. Vilken typ av vattenerosion uppstår när vatten rör sig nedför sluttningar i små kanaler?

Bäckerosion är den typ som uppstår när vatten rinner nerför sluttningar i små kanaler. Det uppstår när regnvatten eller avrinning skapar små, grunda kanaler i marken.

Bäckerosion kan vara ett förstadium till allvarligare former av erosion om den lämnas okontrollerad. Det är viktigt att implementera lämpliga markvårdsmetoder för att förebygga och mildra bäckerosion.

2. Vilken är den mest erosiva vattenkraften?

Den mest erosiva vattenkraften kallas "skiverosion". Det inträffar när ett tunt lager vatten rinner över ett stort område, vilket orsakar lösgöring och transport av jordpartiklar.

Skiverosion kan vara särskilt skadligt eftersom det kan leda till förlust av bördig matjord. Genomförande av markvårdande åtgärder, såsom konturplogning och terrassering, kan bidra till att mildra effekterna av skiverosion och skydda marken.

3. Hur kan eroderad jord komma in i ett vattendrag?

Eroderad jord kan komma in i ett vattendrag genom en process som kallas "sedimentation". När jorderosion inträffar förs de eroderade jordpartiklarna bort av vattenavrinning eller vind. Dessa partiklar kan så småningom ta sig in i närliggande floder, vattendrag eller sjöar och förorena vattnet.

Sedimentation utgör risker för akvatiska ekosystem, eftersom det kan störa vattenlevande organismer, minska vattenkvaliteten och påverka vattenförekomstens allmänna hälsa. Genom att implementera markvårdsmetoder och upprätthålla vegetativa buffertar kan man minska jorderosion och förhindra sedimentation i vattenförekomster.