Growth Characteristics and Anti-Wind Erosion Ability of Three Tropical Foredune Pioneer Species for Sand Dune Stabilization

Rainstorms frequently cause runoff and then the runoff carries large amounts of sediments (sand, clay, and silt) from upstream and deposit them on different landforms (coast, plain, lowland, piedmont, etc.). Afterwards, monsoons and tropical cyclones often induce severe coastal erosion and dust storms in Taiwan. Ipomoea pes-caprae (a vine), Spinifex littoreus (a grass), and Vitex rotundifolia (a shrub) are indigenous foredune pioneer species. These species have the potential to restore coastal dune vegetation by controlling sand erosion and stabilizing sand dunes. However, their growth characteristics, root biomechanical traits, and anti-wind erosion abilities in sand dune environments have not been documented. In this study, the root growth characteristics of these species were examined by careful hand digging. Uprooting test and root tensile test were carried out to measure their mechanical strength, and wind tunnel (6 m × 1 m × 1.3 m, L × W × H) tests were executed to explore the anti-wind erosion ability using one-year-old seedlings. The results of root growth characteristics demonstrate that I. pes-caprae is superior to S. littoreus and V. rotundifolia. Moreover, uprooting resistance of V. rotundifolia seedlings (0.074 ± 0.032 kN) was significantly higher than that of I. pes-caprae (0.039 ± 0.015 kN) and S. littoreus (0.013 ± 0.005 kN). Root tensile strength of S. littoreus (16.68 ± 8.88 MPa) and V. rotundifolia (16.48 ± 4.37 MPa) were significantly higher than that of I. pes-caprae (6.65 ± 2.39 MPa). In addition, wind tunnel tests reveal that sand wind erosion rates for all three species decrease with increasing vegetation cover, but the anti-wind erosion ability of S. littoreus seedlings is significantly higher than I. pes-caprae and V. rotundifolia. Results of root tensile strength and anti-wind erosion ability clearly show that S. littoreus is superior to I. pes-caprae and V. rotundifolia. Taken together, our results suggest that I. pes-caprae and S. littoreus are beneficial for front line mixed planting, while V. rotundifolia is suitable for second line planting in foredune areas. These findings, along with the knowledge on adaption of foredune plants following sand accretion and erosion, provide us critical information for developing the planting strategy of foredune pioneer plants for the sustainable management of coastal foredune ecosystem.

Download Full-text

Root Traits and Biomechanical Properties of Three Tropical Pioneer Tree Species for Forest Restoration in Landslide Areas

Forests ◽

10.3390/f11020179 ◽

2020 ◽

Vol 11 (2) ◽

pp. 179 ◽

Cited By ~ 3

Author(s):

Lee ◽

Chu ◽

Lin ◽

Kung ◽

Lin ◽

...

Keyword(s):

Tensile Strength ◽

Young’S Modulus ◽

Tree Species ◽

Young's Modulus ◽

Root Traits ◽

Biomechanical Properties ◽

Pioneer Species ◽

Root Tensile Strength ◽

Pioneer Tree ◽

Macaranga Tanarius

Frequent earthquakes, monsoon torrential rains and typhoons cause severe landslides and soil erosion in Taiwan. Hibiscus taiwanensis, Macaranga tanarius, and Mallotus paniculatus are major pioneer tree species appearing on landslide-scarred areas. Thus, these species can be used to restore the self-sustaining native vegetation on forest landslides, to control erosion, and to stabilize slope. However, their growth performance, root traits and biomechanical properties have not been well characterized. In this study, root system and root traits were investigated using the excavation method, and biomechanical tests were performed to determine the uprooting resistance, root tensile strength and Young’s modulus of 1-year-old Hibiscus taiwanensis, Macaranga tanarius, and Mallotus paniculatus seedlings. The results reveal that relative to H. taiwanensis, M. tanarius and M. paniculatus seedlings had significantly larger root collar diameter, longer taproot length, higher root biomass, higher root density, higher root length density, heavier root mass, larger external root surface area, higher root tissue density, larger root volume, longer total root length, and a higher root tip number. Additionally, the height of M. paniculatus seedlings was significantly higher than those of H. taiwanensis and M. tanarius. Furthermore, the uprooting resistance and root tensile strength of M. paniculatus seedlings was significantly higher than those of H. taiwanensis and M. tanarius. Young’s modulus of M. paniculatus and M. tanarius seedlings was also significantly higher than that of H. taiwanensis. These growth characteristics and biomechanical properties demonstrate M. paniculatus and M. tanarius are superior than H. taiwanensis, considering growth performance, root anchorage capability, tensile strength and Young’s modulus. Taken as a whole, the rank order for species selection of these pioneer species for reforestation comes as: M. paniculatus M. tanarius H. taiwanensis. These results, along with knowledge on vegetation dynamics following landslides, allow us to better evaluate the effect of selective removal management of pioneer species on the resilience and sustainability of landslides.

Download Full-text

Estimation of nutrient movement caused by wind erosion on chernozem soils in wind tunnel experiments

Agrokémia és Talajtan ◽

10.1556/agrokem.60.2011.1.7 ◽

2011 ◽

Vol 60 (1) ◽

pp. 87-102 ◽

Cited By ~ 4

Author(s):

Andrea Farsang ◽

József Szatmári ◽

Gábor Négyesi ◽

Máté Bartus ◽

Károly Barta

Keyword(s):

Wind Tunnel ◽

Wind Erosion ◽

Wind Tunnel Experiments ◽

Chernozem Soils

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.

Download Full-text

Coastal sand dune vegetation of Velika plaža (Montenegro)

Acta Botanica Croatica ◽

10.37427/botcro-2020-003 ◽

2020 ◽

Vol 79 (1) ◽

pp. 43-54 ◽

Cited By ~ 1

Author(s):

Danijela Stešević ◽

Filip Küzmič ◽

Đorđije Milanović ◽

Milica Stanišić-Vujačić ◽

Urban Šilc

Keyword(s):

Sand Dune ◽

Sandy Beach ◽

Field Work ◽

Dune Vegetation ◽

Sand Beach ◽

New Associations ◽

Comprehensive Survey ◽

Sand Dune Vegetation ◽

Phytosociological Study

Velika plaža (Ulcinj, Montenegro) is the largest sandy beach along the coast of the eastern Adriatic that still has well-developed sand-dune vegetation. Although the characterization of the flora and vegetation of Velika plaža has been addressed by many authors, knowledge on its vegetation remained poor. We made a phytosociological study of sand beach vegetation comprising both dunal and wetland areas to provide a comprehensive survey of sand dune vegetation and habitat typology of Velika plaža. Based on 149 relevés (both from literature and recent field work), and with numerical classification (Flexible beta) and ordination (Non-metric multidimensional scaling) our results show that the vegetation of Velika plaža is much more diverse than previously known. Altogether, 19 plant communities from 6 vegetation classes were identified. Among them we described two new associations: Cuscuto cesatianae-Phyletum nodiflorae and Onobrychido caput-galli-Vulpietum fasciculatae.

Download Full-text