scholarly journals Sonic anemometry and sediment traps to evaluate the effectiveness of windbreaks in preventing wind erosion

2017 ◽  
Vol 74 (6) ◽  
pp. 425-435 ◽  
Author(s):  
Alejandro López ◽  
Diego Luis Valera ◽  
Francisco Domingo Molina-Aiz ◽  
Francisco Javier Lozano ◽  
Carlos Asensio
Keyword(s):  
2021 ◽  
Author(s):  
Thomas Weninger ◽  
Simon Scheper ◽  
Nathan King ◽  
Karl Gartner ◽  
Barbara Kitzler ◽  
...  

<p>Wind erosion of arable soil is considered a risk factor for Austrian fields, but direct measurements of soil loss are not available until now. Despite this uncertainty, vegetated windbreaks have been established to minimize adverse wind impacts on arable land. The study addresses these questions: i) How relevant is wind erosion as a factor of soil degradation? ii) How important is the protective effect of vegetated windbreaks? iii) Are systematic patterns of spatial and temporal variability of wind erosion rates detectable in response to weather conditions? </p><p>Two experimental fields adjacent to windbreaks were equipped with sediment traps, soil moisture sensors, and meteorological measurement equipment for microclimatic patterns. Sediment traps were arranged in high spatial resolution from next to the windbreak to a distance of ten times the windbreak height. Beginning in January 2020, the amount of trapped sediment was analyzed every three weeks. The highest wind erosion rates on bare soil were observed in June and July. For unprotected fields with bare soil, upscaled annual erosion rates were as high as 0.8 tons per hectare, and sediment trapped increased in a linear fashion with distance from the windbreak. Soil water content near the surface (5 cm depth) was three percent higher at a distance of two times the height of the windbreak than at a distance of six times the height. For the same respective distances from the windbreak, we observed 29 days of soil water contents below the wilting point compared with 60 days.</p><p>The preliminary outcomes confirmed the expected effects of windbreaks on soil erosion and microclimate in agricultural fields. Prospective results from multiple vegetation periods will be used in an upscaling approach to gain informations for the whole basin. That is meant to be done by a combination with a soil wind erosion model which was so far used for regional modelling of wind erosion susceptibility.</p>


2020 ◽  
Author(s):  
Thomas Weninger ◽  
Nathan King ◽  
Karl Gartner ◽  
Barbara Kitzler ◽  
Simon Scheper ◽  
...  

<p>The degrading impact of wind on agricultural soils has been observed throughout centuries in the Pannonian region of central Europe. Nevertheless, soil loss was not yet quantified and the extent or relevance of the problem are unknown for this agriculturally important region. Especially dry soil surface is highly prone to erosion and as drought periods are expected to become more frequent and severe with changing climate, the risk of wind erosion will increase accordingly. Living windbreaks and similar agro-forestry systems are supposed to be highly effective measures against wind erosion. In an extensive research project, multiple approaches are integrated to obtain a broad view onto the relevance of soil degradation by wind on plot scale and its regional distribution.</p><p>More in detail, case studies are conducted where the soil loss by wind erosion is measured in sediment traps. Data about driving and stabilizing factors like wind speed, soil moisture, vegetation density etc. are measured in high spatial and temporal resolution. The measurements started in December 2019. Besides, wind erosion risk is modelled and mapped on regional scale applying state-of-the-art model procedures. The measurement results are used in an attempt to down-scale the model application and thus create a link to ground-truth data. Information about spatial and temporal variability of the driving factors is used for implementation of stochastic calculation procedures in a sensitivity study which determines the most relevant factors for wind erosion mitigation.</p><p>The used modelling approach also includes the effects of wind shelters what enables a partly evaluation of the existing network of such elements in the Pannonian region. There, the Authority of Land Reform has been supporting and documenting the installation of wind shelters for more than 60 years. Incorporating this data base, quantitative and qualitative statements will be developed about the state of the shelter belts and their relevance concerning erosion rates. Additionally, the potential and actual value of living windbreaks will be determined with special regards to physiological and ecological characteristics, stability under future climate conditions and further ecosystem services in agricultural landscapes.</p>


2011 ◽  
Vol 60 (1) ◽  
pp. 87-102 ◽  
Author(s):  
Andrea Farsang ◽  
József Szatmári ◽  
Gábor Négyesi ◽  
Máté Bartus ◽  
Károly Barta

Összefoglalva megállapítható, hogy nagyobb szélsebesség hatására több talajanyag erodálódott, és ezzel együtt megnőtt az áthalmozott tápanyag mennyisége is. Minden vizsgált szélsebesség esetében a szélerózió következtében 3–7%-kal megnőtt az 1 mm és annál nagyobb szemcsék, illetve aggregátumok aránya a kiindulási talajanyag felső 0–1 cm-es rétegében. A finomabb szemcse-, illetve aggregátum-átmérők esetén a fújatást követően csökkenést tapasztaltunk. A leginkább a 315 μm és az annál kisebb szemcsék aránya csökkent, átlagosan 1–2%-kal. A minták kémiai és fizikai elemzéseiből megállapítható, hogy a láda utáni humuszosabb, aggregátumosabb szerkezetű minták N-tartalma nagyobb, mint az alapmintáé. A fogók mintáiban nem tapasztaltunk feldúsulást egy vizsgált elem esetében sem, a fogókban összegyűlt talajanyag kálium- és foszfortartalma is kisebb volt, mint az alapmintáé. Ennek oka, hogy az itt csapdázódott üledékben kisebb a tápanyag-megkötődés helyéül szolgáló leiszapolható rész aránya, mint a kiindulási talajanyagban. A vizsgálatainkból látszik, hogy a szélerózió hatására a lebegtetve, illetve ugráltatva áthalmozott talajszemcsékkel és aggregátumokkal szállított humusz 500–3500 kg/ha nagyságrendben mozoghat a vizsgált csernozjom területen akár egyetlen szélesemény hatására is. A kálium-áthalmozódás mértéke elérheti a 100 kg/ha értéket, a foszforé a 70 kg/ha-t, a nitrogénveszteség mértéke pedig akár 200–300 kg/ha is lehet egy szélesemény alkalmával. E tápanyagmennyiség nagy része több száz méter, de akár kilométeres távolságokra is távozhat a területről. Az általunk végzett szélcsatornás vizsgálatok eredményei becslésnek tekinthetők, hiszen vizsgálatunk során növénymaradvány-mentes, szitált és légszáraz talajanyaggal dolgoztunk. A szitálás eredményeként csupán a 2 mm-es és annál kisebb aggregátumok maradtak meg, ami azonban az intenzív művelés alá vont, porosodott, leromlott szerkezetű talajfelszín körülményeit jól közelíti. Ugyanakkor a természetben zajló széleróziós eseményeknek a szélcsatorna-kísérlet csak leegyszerűsített modellváltozata, hiszen az általunk szimulált szélesemények 15 percig tartottak, s nem tudtunk széllökéseket előállítani, melyek a széleróziós események alakulásában nagy jelentőségűek. Ennek tudatában kell a kapott eredményeket értékelni, mégis érdemes velük foglalkozni. A terepi mérésekkel szemben a szélcsatornában végzett vizsgálatoknak éppen az a legfontosabb előnye, hogy ellenőrzött, kontrollált körülmények között végezzük a méréseket, így rengeteg olyan szempontot meg tudunk vizsgálni, amit terepi mérésekkel lehetetlen lenne. Ilyen szempontok a pontos szélsebesség és szélirány hatása, az erodált felület nagysága és tulajdonságai. Kutatásunk következő lépése a szélcsatornás kísérletekkel vizsgált mintaterületeken terepi, mobil szélcsatornás vizsgálatok végzése, valamint terepi üledékcsapdák elhelyezésével a valós szélesemények által elszállított talaj mennyiségének és minőségének meghatározása. Célunk mind pontosabb képet alkotni a hazai jó minőségű csernozjom talajok szélerózió okozta tápanyagveszteségének mértékéről. A mezőgazdasági művelés alatt álló csernozjom területek feltalajában a tápanyag és szerves anyag szélerózió útján történő mozgási törvényszerűségeinek feltárása több szempontból is hasznos: segítséget jelent a területi tervezésben, a defláció szempontjából optimális területhasználat és művelési módok meghatározásában. Képet kapunk arról, hogy a legnagyobb gazdasági potenciállal rendelkező termőtalajunk milyen veszélyeknek van kitéve, s hogy a nem megfelelő időben, nem megfelelő nedvességviszonyok mellett történő talajművelés következtében kialakuló szerkezetromlás (porosodás) miatti deflációs károk milyen tápanyagveszteséggel járhatnak együtt.


2009 ◽  
Vol 17 (2) ◽  
pp. 244-249
Author(s):  
Wen-Ying ZHANG ◽  
En-He ZHANG ◽  
Rui JING ◽  
Gao-Bao HUANG

Author(s):  
Chaonan Zhao ◽  
Hanbing Zhang ◽  
Man Wang ◽  
Hong Jiang ◽  
Jian Peng ◽  
...  

2021 ◽  
Vol 13 (2) ◽  
pp. 283
Author(s):  
Junzhe Zhang ◽  
Wei Guo ◽  
Bo Zhou ◽  
Gregory S. Okin

With rapid innovations in drone, camera, and 3D photogrammetry, drone-based remote sensing can accurately and efficiently provide ultra-high resolution imagery and digital surface model (DSM) at a landscape scale. Several studies have been conducted using drone-based remote sensing to quantitatively assess the impacts of wind erosion on the vegetation communities and landforms in drylands. In this study, first, five difficulties in conducting wind erosion research through data collection from fieldwork are summarized: insufficient samples, spatial displacement with auxiliary datasets, missing volumetric information, a unidirectional view, and spatially inexplicit input. Then, five possible applications—to provide a reliable and valid sample set, to mitigate the spatial offset, to monitor soil elevation change, to evaluate the directional property of land cover, and to make spatially explicit input for ecological models—of drone-based remote sensing products are suggested. To sum up, drone-based remote sensing has become a useful method to research wind erosion in drylands, and can solve the issues caused by using data collected from fieldwork. For wind erosion research in drylands, we suggest that a drone-based remote sensing product should be used as a complement to field measurements.


2021 ◽  
Vol 127 ◽  
pp. 107599
Author(s):  
Hanbing Zhang ◽  
Jian Peng ◽  
Chaonan Zhao ◽  
Zihan Xu ◽  
Jianquan Dong ◽  
...  

Author(s):  
David K. Ralston ◽  
Brian Yellen ◽  
Jonathan D. Woodruff

AbstractObservations and modeling are used to assess potential impacts of sediment releases due to dam removals on the Hudson River estuary. Watershed sediment loads are calculated based on sediment-discharge rating curves for gauges covering 80% of the watershed area. The annual average sediment load to the estuary is 1.2 Mt, of which about 0.6 Mt comes from side tributaries. Sediment yield varies inversely with watershed area, with regional trends that are consistent with substrate erodibility. Geophysical and sedimentological surveys in seven subwatersheds of the Lower Hudson were conducted to estimate the mass and composition of sediment trapped behind dams. Impoundments were classified as (1) active sediment traps, (2) run-of-river sites not actively trapping sediment, and (3) dammed natural lakes and spring-fed ponds. Based on this categorization and impoundment attributes from a dam inventory database, the total mass of impounded sediment in the Lower Hudson watershed is estimated as 4.9 ± 1.9 Mt. This represents about 4 years of annual watershed supply, which is small compared with some individual dam removals and is not practically available given current dam removal rates. More than half of dams impound drainage areas less than 1 km2, and play little role in downstream sediment supply. In modeling of a simulated dam removal, suspended sediment in the estuary increases modestly near the source during discharge events, but otherwise effects on suspended sediment are minimal. Fine-grained sediment deposits broadly along the estuary and coarser sediment deposits near the source, with transport distance inversely related to settling velocity.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document