Forests protect the underlying soil

Forests protect the underlying soil from the direct effects of rainfall, generating what is generally an environment in which erosion rates tend to be low. The canopy plays an important role by shortening the fall of raindrops, decreasing their velocity and thus reducing kinetic energy. There are some examples of certain types (e.g., beech) in certain environments (e.g., maritime temperate) creating large raindrops, but
in general most canopies reduce the erosion effects of rainfalls. Possibly more important than the canopy in reducing erosion rates in forest is the presence of
humus in forest soils (Trimble, 1988). This both absorbs the impact of raindrops and has an extremely high permeability. Thus forest soils have high infiltration capacities. Another reason that forest soils have an ability to transmit large quantities of water through their fabrics is that they have many macropores produced by roots and their rich soil fauna. Forest soils are also well aggregated, making them resistant to both
wetting and water drop impact. This superior degree of aggradation is a result of the presence of considerable organic material, which is an important cementing agent in the formation of large water-stable aggregates. Furthermore, earthworms also help to produce large aggregates. Finally, deep-rooted trees help to stabilize steep slopes by increasing the total shear strength of the soils. It is therefore to be expected that with the removal of forest, for agriculture or for other reasons, rates of soil loss will rise (Figure 4.11) and mass movements will increase in magnitude and frequency. The rates of erosion that result will be particularly high if the ground is left bare; under crops the increase will be less marked. Furthermore, the method of plowing, the
time of planting, the nature of the crop, and size of the fields, will all have an influence on the severity of erosion. It is seldom that we have reliable records of rates of erosion over a sufficiently long time-span to show just how much human activities have accelerated these effects, and it is important to try and isolate the role of human impacts from climatic changes (Wilby et al., 1997). Recently, however, techniques have been developed which enable rates of erosion on slopes to be gauged over a lengthy time-span by means of dendrochronological techniques that date the time of root exposure for suitable species of tree. In Colorado, USA, Carrara and Carroll (1979) found that rates over the past 100 years have been about 1.8 mm per year,
whereas in the previous 300 years rates were between 0.2 and 0.5 mm per year, indicating an acceleration of about sixfold. This great jump has been attributed to
the introduction of large numbers of cattle to the area about a century ago. Another way of obtaining long-term rates of soil erosion is to look at rates of sedimentation on continental shelves and on lake floors. The former method was employed by Milliman et al. (1987) to evaluate sediment removal down the Yellow River in China during the Holocene. They found that, because of accelerated erosion, rates of sediment accumulation on the shelf over the past 2300 years have been ten times higher than those for the rest of the Holocene (i.e., since around 10,000 years BP). Another good example of using long-term sedimentation rates to infer long-term rates of erosion is provided by Hughes et al.’s (1991) study of the Kuk Swamp in Papua New Guinea (Figure 4.12). They identify low rates of erosion until 9000 years BP, when, with the onset of the first phase of forest clearance, erosion rates increased from 0.15 cm per 1000 years to about 1.2 cm per 1000 years. Rates remained relatively stable until the past few decades when, following European contact, the extension of anthropogenic grass lands, subsistence gardens, and coffee plantations has produced a rate that is very markedly higher: 34 cm per 1000 years.
A further good long-term study of the response rates of erosion to land use changes is provided by a study undertaken on the North Island of New Zealand by Page and Trustrum (1997). During the past 2000 years of human settlement their catchment has undergone
a change from indigenous forest to fern/scrub following Polynesian settlement (c. 560 years BP) and then a change to pasture following European settlement(ad 1878). Sedimentation rates under European pastoral land use are between five and six times the rates that occurred under fern/scrub and between eight and seventeen times the rate under indigenous forest. In a broadly comparable study, Sheffield et al. (1995) looked at rates of infilling of an estuary fed by a sheepland catchment in another part of New Zealand. In pre-Polynesian times rates of sedimentation were 0.1 mm per year, during Polynesian times the rate climbed to 0.3 mm per year, and since European land clearance in the 1880s the rate has shot up to 11 mm per year (see also Nichol et al., 2000). A good case study of the effect of European settlement on soil erosion rates in neighboring Australia is given by Olley and Wasson (2003). Rates of sediment accumulation on floodplains also give an indication of historical rates of soil erosion.
This is a topic that has been well reviewed by Knox (2002) and which is discussed further in Chapter 6. In a more general sense there are plainly huge difficulties in estimating erosion rates in pre-human times, but in a recent analysis McLennan (1993) has estimated that the pre-human suspended sediment discharge from the continents was about 12.6 × 1015 grams per year, which is about 60% of the present figure. Table 4.9, which is based on data from tropical Africa, shows the comparative rates of erosion for three main types of land use: trees, crops, and barren soil. It is very evident from these data that under crops, but more especially when ground is left bare or under
fallow, soil erosion rates are greatly magnified. At the same time, and causally related, the percentage of rain fall that becomes runoff is increased.In some cases the erosion produced by forest removal will be in the form of widespread surface strip-
ping. In other cases the erosion will occur as more spectacular forms of mass movement, such as mud-flows, landslides, and debris avalanches. Some detailed data on debris avalanche production in North American catchments as a result of deforestation and forest road construction are presented in Table 4.10. They illustrate the substantial effects created by clear-cutting and by the construction of logging roads. It is indeed probable that a large proportion of the erosion associated with forestry operations is caused by road construction, and care needs to be exercised to minimize these effects. The digging of drainage ditches in up-land pastures and peat moors to permit tree-planting in central Wales has also been found to cause accelerated erosion (Clarke and McCulloch, 1979), while the elevated sediment loads can cause reservoir pollution
(Burt et al., 1983). In general, the greater the deforested proportion of a river basin the higher the sediment yield per unit area will be. In the USA the rate of sediment yield appears to double for every 20% loss in forest cover. Soil erosion resulting from deforestation and agricultural practice is often thought to be especially serious in tropical areas or semi-arid areas (see Moore, 1979, for a good case study), but it is also a problem in the UK (Figure 4.13), in mainland Europe (Fuller, 2003), and in Russia (Sidorchuk and Golosov, 2003). Measurements by Morgan (1977) on sandy soils in the English East Midlands near Bedford indicate that rates of soil loss under bare soil on steep slopes can reach 17.69 tonnes per hectare per year, compared with 2.39
under grass and nothing under woodland (Table 4.11), and subsequent studies have demonstrated that water induced soil erosion is a substantial problem, in spite
of the relatively low erosivity of British rainfall. Walling and Quine (1991: 123) have identified the following farming practices as contributing to this developing
problem.
Plowing up of steep slopes that were formerly under grass, in order to increase the area of arable cultivation.
Use of larger and heavier agricultural machinery, which has a tendency to increase soil compaction.
Removal of hedgerows and the associated increase in field size. Larger fields cause an increase in slope length with a concomitant increase in erosion risk.
Declining levels of organic matter resulting from intensive cultivation and reliance on chemical fertilizers,which in turn lead to reduced aggregate stability.
Availability of more powerful machinery, which permits cultivation in the direction of maximum
slope rather than along the contour. Rills often de-
velop along tractor and implement wheel tracks and
along drill lines.
Use of powered harrows in seedbed preparation and
the rolling of fields after drilling.
Widespread introduction of autumn-sown cereals
to replace spring-sown cereals. Because of their
longer growing season, winter cereals produce greater
yields and are therefore more profitable. The change
means that seedbeds are exposed with little vegeta-
tion cover throughout the period of winter rainfall.

Kết quả (Việt) 1:

Rừng bảo vệ đất nằm bên dưới ảnh hưởng trực tiếp của lượng mưa, tạo ra những gì thường là một môi trường trong đó xói mòn tỷ giá có xu hướng được thấp. Những tán cây đóng một vai trò quan trọng của rút ngắn sự sụp đổ của giọt mưa, giảm tốc độ của họ và do đó làm giảm năng lượng động học. Có một số ví dụ về một số loại (ví dụ như, beech) trong môi trường nhất định (ví dụ như, biển ôn đới) tạo giọt mưa lớn, nhưngnói chung hầu hết nhựa giảm hiệu ứng xói mòn của mưa. Có lẽ quan trọng hơn những tán cây trong việc giảm tỷ lệ xói mòn trong rừng là sự hiện diện củamùn trong rừng đất (Trimble, 1988). Điều này cả hấp thụ tác động của giọt mưa, và có một thấm rất cao. Vì vậy, rừng đất có năng lực cao infiltration. Một lý do rằng rừng đất có một khả năng để truyền một lượng lớn nước qua vải của họ là họ có nhiều macropores được sản xuất bởi nguồn gốc và phong phú của đất động vật. Rừng đất cũng được tổng hợp, làm cho chúng đề kháng với cả haiướt và nước thả tác động. Văn bằng này vượt trội của aggradation là kết quả của sự hiện diện của vật liệu hữu cơ đáng kể, đó là một đại lý cementing quan trọng trong sự hình thành các lớn nước-ổn định máy. Hơn nữa, earthworms cũng giúp để sản xuất cốt liệu lớn. Cuối cùng, chốc cây giúp để ổn định dốc bằng cách tăng sức mạnh tất cả cắt của các loại đất. Nó là do đó để được mong đợi rằng với việc loại bỏ của rừng, cho nông nghiệp hoặc vì lý do khác, tỷ lệ thiệt hại đất sẽ tăng lên (hình 4.11) và phong trào quần chúng sẽ tăng cường độ và tần số. Tỷ giá xói mòn mà kết quả sẽ đặc biệt cao nếu mặt đất còn lại trống; dưới cây trồng tăng sẽ được ít đánh dấu. Hơn nữa, phương pháp cày, cácthời gian trồng, bản chất của các cây trồng, và kích thước của fields, tất cả sẽ có một influence trên mức độ nghiêm trọng của xói mòn. Nó là hiếm khi chúng tôi có các hồ sơ đáng tin cậy của các tỷ lệ của xói mòn qua một sufficiently dài thời gian-khoảng để hiển thị như thế nào nhiều hoạt động của con người có tăng tốc những hiệu ứng này, và nó là quan trọng để thử và cô lập vai trò của các tác động của con người từ thay đổi khí hậu (Nuthall và ctv., 1997). Gần đây, Tuy nhiên, kỹ thuật đã được phát triển mà sử tỷ lệ xói mòn trên các sườn núi để được đo trong một khoảng thời gian dài bằng phương tiện kỹ thuật dendrochronological ngày đó thời gian gốc tiếp xúc cho phù hợp với loài cây. Ở Colorado, Hoa Kỳ, Carrara và Carroll (1979) tìm thấy rằng tỷ lệ trong 100 năm qua đã khoảng cách 1.8 mm mỗi năm,trong khi trong 300 năm trước tỷ giá đã được từ 0.2 đến 0,5 mm mỗi năm, chỉ ra một gia tốc khoảng sixfold. Nhảy tuyệt vời này đã được quy chogiới thiệu một số lượng gia súc lớn đến khu vực về một thế kỷ trước. Một cách khác để có được tỷ lệ dài hạn của xói mòn đất là để nhìn vào tỷ lệ bồi lắng trên thềm lục địa và hồ floors. Các phương pháp cũ được sử dụng bởi Milliman et al. (1987) để đánh giá các trầm tích bỏ xuống sông Hoàng Hà tại Trung Quốc trong thế Holocen. Họ thấy rằng, vì tăng tốc xói mòn, tỷ lệ tích lũy trầm tích trên kệ trong quá khứ 2300 năm đã mười lần cao hơn so với phần còn lại của thế Holocen (tức là, từ khoảng 10.000 năm BP). Một ví dụ tốt của việc sử dụng dài hạn bồi lắng tỷ giá để suy ra các tỷ lệ dài hạn của xói mòn được cung cấp bởi Hughes et al. (1991) nghiên cứu của các đầm lầy Kuk tại Papua New Guinea (hình 4,12). Họ xác định các mức giá thấp của xói mòn cho đến 9000 năm BP, khi nào, với sự khởi đầu của giai đoạn chính của giải phóng mặt bằng rừng, xói mòn tỷ giá tăng từ 0,15 cm mỗi 1000 năm đến khoảng cách 1.2 cm mỗi 1000 năm. Tỷ giá vẫn tương đối ổn định cho đến vài thập kỷ qua khi, theo châu Âu liên hệ, phần mở rộng của vùng đất anthropogenic cỏ, khu vườn tự cung tự cấp và đồn điền cà phê đã sản xuất một tỷ lệ rất rõ rệt cao: 34 cm mỗi 1.000 năm.A further good long-term study of the response rates of erosion to land use changes is provided by a study undertaken on the North Island of New Zealand by Page and Trustrum (1997). During the past 2000 years of human settlement their catchment has undergonea change from indigenous forest to fern/scrub following Polynesian settlement (c. 560 years BP) and then a change to pasture following European settlement(ad 1878). Sedimentation rates under European pastoral land use are between five and six times the rates that occurred under fern/scrub and between eight and seventeen times the rate under indigenous forest. In a broadly comparable study, Sheffield et al. (1995) looked at rates of infilling of an estuary fed by a sheepland catchment in another part of New Zealand. In pre-Polynesian times rates of sedimentation were 0.1 mm per year, during Polynesian times the rate climbed to 0.3 mm per year, and since European land clearance in the 1880s the rate has shot up to 11 mm per year (see also Nichol et al., 2000). A good case study of the effect of European settlement on soil erosion rates in neighboring Australia is given by Olley and Wasson (2003). Rates of sediment accumulation on floodplains also give an indication of historical rates of soil erosion.This is a topic that has been well reviewed by Knox (2002) and which is discussed further in Chapter 6. In a more general sense there are plainly huge difficulties in estimating erosion rates in pre-human times, but in a recent analysis McLennan (1993) has estimated that the pre-human suspended sediment discharge from the continents was about 12.6 × 1015 grams per year, which is about 60% of the present figure. Table 4.9, which is based on data from tropical Africa, shows the comparative rates of erosion for three main types of land use: trees, crops, and barren soil. It is very evident from these data that under crops, but more especially when ground is left bare or underfallow, soil erosion rates are greatly magnified. At the same time, and causally related, the percentage of rain fall that becomes runoff is increased.In some cases the erosion produced by forest removal will be in the form of widespread surface strip-Ping. Trong trường hợp khác sự xói mòn sẽ xảy ra là các hình thức hơn ngoạn mục của phong trào quần chúng, chẳng hạn như bùn-flows, lở đất và mảnh vỡ tuyết lở. Một số dữ liệu chi tiết về mảnh vỡ avalanche sản xuất ở Bắc Mỹ catchments là kết quả của nạn phá rừng và xây dựng đường rừng được trình bày trong bảng 4.10. Họ minh họa cho những tác động đáng kể, tạo ra bởi rõ ràng-cắt và xây dựng đăng nhập đường. Đó là thực sự có thể xảy ra rằng một tỷ lệ lớn các xói mòn liên quan đến hoạt động lâm nghiệp là do xây dựng đường, và chăm sóc cần được thực hiện để giảm thiểu những hiệu ứng này. Đào thoát nước mương trong up-đất đồng cỏ và than bùn moors cho phép cây trồng ở trung tâm thành phố Wales đã được tìm thấy gây ra xói mòn nhanh (Clarke và McCulloch, 1979), trong khi tải cao trầm tích có thể gây ra hồ chứa ô nhiễm(Burt et al., 1983). In general, the greater the deforested proportion of a river basin the higher the sediment yield per unit area will be. In the USA the rate of sediment yield appears to double for every 20% loss in forest cover. Soil erosion resulting from deforestation and agricultural practice is often thought to be especially serious in tropical areas or semi-arid areas (see Moore, 1979, for a good case study), but it is also a problem in the UK (Figure 4.13), in mainland Europe (Fuller, 2003), and in Russia (Sidorchuk and Golosov, 2003). Measurements by Morgan (1977) on sandy soils in the English East Midlands near Bedford indicate that rates of soil loss under bare soil on steep slopes can reach 17.69 tonnes per hectare per year, compared with 2.39under grass and nothing under woodland (Table 4.11), and subsequent studies have demonstrated that water induced soil erosion is a substantial problem, in spiteof the relatively low erosivity of British rainfall. Walling and Quine (1991: 123) have identified the following farming practices as contributing to this developingproblem.Plowing up of steep slopes that were formerly under grass, in order to increase the area of arable cultivation.Use of larger and heavier agricultural machinery, which has a tendency to increase soil compaction.Removal of hedgerows and the associated increase in field size. Larger fields cause an increase in slope length with a concomitant increase in erosion risk.Declining levels of organic matter resulting from intensive cultivation and reliance on chemical fertilizers,which in turn lead to reduced aggregate stability.Availability of more powerful machinery, which permits cultivation in the direction of maximumslope rather than along the contour. Rills often de-velop along tractor and implement wheel tracks andalong drill lines.Use of powered harrows in seedbed preparation andthe rolling of fields after drilling. Widespread introduction of autumn-sown cerealsto replace spring-sown cereals. Because of theirlonger growing season, winter cereals produce greateryields and are therefore more profitable. The changemeans that seedbeds are exposed with little vegeta-tion cover throughout the period of winter rainfall.