Soil Erosion Images - Bodemerosie in Beeld

Soil Erosion Images -
Bodemerosie in beeld

Frans J.P.M. Kwaad,
physical geographer/fysisch geograaf

The site is under construction

Runoff and soil loss plots, Experimental Farm Wijnandsrade, South-Limbourg, The Netherlands

Introduction
Soil erosion is topsoil loss, either by rain or wind. Soil erosion by rain can only take place on sloping land. Soil erosion by wind can also take place on level land. Topsoil is the upper one metre or so of soil, where plant roots, including those of arable crops, are growing and take up water and nutrients. Topsoil is slowly formed (from rock or sediment) by a set of natural processes, including biologic activity. A very important sublayer of the topsoil, from the point of view of soil fertility, is the dark layer, rich in organic matter (humus), that follows directly below the soil surface. By definition, soil erosion is the loss of topsoil at a faster rate than it is formed. Gradually, deeper layers of soil than the humus-rich, natural topsoil, that was originally present, are incorporated in the plough layer by continued farming on sloping fields.

Do erosion and topsoil formation than take place simultaneously? Yes. Erosion is the removal of soil material at the soil surface by the process of rain wash. Soil formation is the downward growth and extension of the soil profile, and its various horizons, by percolating rain water and through biologic activity. Under natural conditions (e.g. forest) on sloping land, there is a balance between the process of soil formation on the one hand and surface removal of soil material on the other hand. When and where this is the case, we speak of geologic or normal erosion. The soil profile is the long term expression of this balance. This balance can and will be disturbed, when sloping land is used for agricultural purposes. The rate of soil loss by erosion increases ten to hundred-fold under agriculture, without a concomitant and comparable, compensating increase of the rate of soil formation. This is called accelerated erosion above the geologic norm, or soil erosion s.s. It leads to the rapid loss of the soil's superficial horizons, called truncation of the soil profile. Ultimately, the soil can be washed away altogether, down to the underlying bed-rock. In this way, soil that was formed over a period of hundreds or thousands of years, can be lost within years. Besides, linear erosion features (rills and gullies) can develop in the soil and its underlying substrate, if this is composed of unconsolidated material. The productivity of land and soil decreases, when this happens. This is an irreversible process, that cannot be made good with fertilizers. Once the soil is gone, it is gone for many generations to come.

The counterpart of soil erosion in certain parts of the landscape, is increased deposition or sedimentation in other parts of the
landscape. Even river regimes can be altered, due to upsetting of the water balance by soil erosion, giving rise to problems of
flooding and siltation. These so called off-site effects of soil erosion can be just as deleterous as the on-site effects.

Soil conservation is the protection of the soil against soil erosion. It comprises the whole range of measures that can be taken to prevent or reduce soil loss by soil erosion. The goal of soil conservation is to maintain sustained productivity of the soil and to combat the off-site effects of soil loss.

Soil erosion by rainwater occurs, when more rain falls than can be absorbed by the soil. When this is the case, part or all of the rainwater flows downslope across the soil surface. This is termed overland flow. The overland flow carries soil particles that are detached by the flow and/or by the impact of falling raindrops (splash erosion). Concentration of overland flow can give rise to rill erosion and ultimately to gully erosion.

Two different sets of conditions can give rise to overland flow:
(a) During high intensity rainfall, more rain may fall per time unit than can enter the soil through the soil surface. Only part of the rain infiltrates into the soil. The excess rainfall moves downslope as overland flow. The soil may be dry, when this happens. In technical terms: the infiltration capacity (i.e. maximum rate of infiltration) of the soil is exceeded by the rainfall rate or intensity, both expressed in mm/hour.
(b) The infiltration of rainwater in the soil is completely checked, when a (perched) groundwater table is present at, or rises to, the soil surface during rainfall. The storage capacity of the soil for water above an impeding layer is the controlling variable in this situation, expressed in mm of rain.

To Slides

Multislot divisor for sampling runoff from an experimental plot

Inleiding (Nederlands)
Bodemerosie door water is het wegspoelen van bodemmateriaal door bovengronds afstromend neerslagwater op een helling. Stilzwijgend houdt het begrip bodemerosie in, dat bodemmateriaal sneller wordt weggespoeld dan nieuw bodemmateriaal kan worden aangemaakt door de natuurlijke processen van bodemvorming. Men spreekt daarom ook wel van 'versnelde erosie'. Dit leidt ertoe, dat in een tijdsbestek van enige tientallen jaren de ondergrond van de bodem wordt blootgelegd. Dit heeft nadelige gevolgen voor de vruchtbaarheid van de bodem.

In de bodemkunde wordt onder 'bodem' de bovenste 1 à 2 m van de aardkorst verstaan, voor zover zich daarin onder invloed van verschillende processen zgn. bodemhorizonten hebben gevormd. Tesamen vormen deze bodemhorizonten het zgn. bodemprofiel. De bodemhorizonten zijn vaak te herkennen als gekleurde lagen in een kuil of in een grondboring. Belangrijke processen in de bodem, waardoor bodemhorizonten ontstaan, zijn de vorming van humus uit plantenresten en de vermenging van de humus met de minerale aarde. Hierbij spelen verschillende vormen van bodemleven (van bacteriën tot regenwormen) een hoofdrol. Verder is van belang de verticale verplaatsing van humuszuren, ijzerverbindingen en kleideeltjes door percolerend regenwater. Het 'moedermateriaal' van de bodem kan zijn: (a) vast gesteente dat is verweerd tot los materiaal, zoals we dat kennen uit de Ardennen en de andere Europese middelgebergten, of (b) los sediment, zoals het zand, de klei en de löss waaruit Nederland vooral is opgebouwd. Op hellingen wordt de bodem beschermd tegen wegspoelen door de begroeiing. Als de begroeiing onvoldoende is of wordt verwijderd, dan kan erosie van de bodem door water en wind optreden.

Bodemerosie treedt op op onbegroeid hellend akkerland, als er zoveel regen valt, dat niet al het regenwater op hetzelfde moment door de bodem kan worden opgenomen. Deze situatie kan zich voordoen tijdens (a) korte stortbuien of (b) langdurige regenval.

In het eerste geval is de momentane neerslagintensiteit, uitgedrukt in mm/uur, bepalend voor het optreden van bodemerosie. Het regent dan zó hard, dat niet al het regenwater op hetzelfde moment in de bodem wegzakt. De zgn. infiltratiecapaciteit van de bodem wordt overschreden door de neerslagintensiteit. Een deel van de regen infiltreert in de bodem. Het deel van de regen, dat niet kan infiltreren, stroomt over de hellende akker naar beneden. De toestand van het bodemoppervlak speelt hierbij een cruciale rol.

In het tweede geval is de totále hoeveelheid regen van de regenbui, uitgedrukt in mm, de bepalende factor. Er valt dan tijdens de hele bui zóveel regen, dat de grondwaterspiegel stijgt tot aan het bodemoppervlak en de bodem geen water meer kan opnemen. Vanaf dat moment stroomt al het regenwater over de helling naar beneden. Dit doet zich doorgaans niet voor op de hogere delen van de hellingen maar op de lagere hellingdelen. Het kan hierbij ook gaan om een zgn. schijngrondwaterspiegel die zich tijdens regen vormt boven een ondoorlatende of slecht doorlatende laag in de bodem.

Door het stromende water wordt bodemmateriaal losgewoeld en meegevoerd. Bovendien worden bodemdeeltjes losgemaakt door de 'inslag' van vallende regendruppels, zgn. spaterosie. Onderaan de hellende akker of helemaal aan de voet van de helling wordt de meegevoerde grond weer afgezet. Dat betekent modderoverlast op wegen en straten. De meegevoerde grond kan ook terechtkomen in duikers, rioleringen, kelders, sousterrains, beken, rivieren en (stuw)meren. Hierdoor kunnen deze verstopt of opgevuld raken.

De schade door bodemerosie is dus tweeledig: (a) er verdwijnt vruchtbare grond van de akkers, en (b) er is sprake van sedimentoverlast in de lager gelegen gebiedsdelen en in de waterlopen.

Nog een derde vorm van schade is de uitschuring van geulen op de hellende akkers. Dit doet zich voor, als het regenwater zich concentreert in stroombanen. Dit is vaak het geval.

Slides - Foto's
Photographs were taken by the author as lecturer at the Department of Physical Geography and Soil Science, University of Amsterdam, The Netherlands.
De hierna volgende foto's zijn gemaakt door de auteur als universitair docent aan de Vakgroep Fysische Geografie en Bodemkunde van de Universiteit van Amsterdam.

Use of the photographs for educational purposes is permitted. Commercial use of the photographs in any form is nót permitted. When in doubt, please, contact the author.

By left-clicking once on a thumbnail photo, the image is shown.
Door éénmaal links te klikken op een nummer of duimafdruk wordt de foto getoond.

Fragment of the topographic map 1:50.000 of Beni Boufrah and surrounding area, Morocco

During heavy rainfall near Beni Boufrah, Rif Mountains, Morocco

1. Series of slides of a soil erosion event in the eastern part of the Rif Mountains, North-Morocco:
Serie dia's van een erosiegebeurtenis in het oostelijk deel van het Rifgebergte, Noord-Marokko:

On slide 1, a mountain slope in the village of Dhar Zikhlev, south of Beni Boufrah, is shown before the rain. Barley (to be sown) and almond trees are grown on the fairly steep slope. On slides 2 and 3 the same slope is shown about 10 minutes after the start of the rain. The slope is glistening with overland flow. Muddy water is flowing in the (normally dry) wadi at the foot of the slope. Slides 4-8 show rill flow patterns on the terraced slope. The flow pattern follows the microtopography or roughness of the soil surface, that is covered with rock fragments. Slide 9 shows freshly deposited colluvium or slope wash material lying against the low terraces. On slide 10 the slope is ploughed the next day, and on slide 11 the partly ploughed slope is shown, with all traces of the rill flow patterns and fresh colluvium erased by ploughing. No visible evidence is left of the downslope movement of soil material during the rain of the previous day. Slides 12 and 13 are close-ups of the very turbid and turbulent water flow in the wadi at the foot of the slope of slides 2 and 3 during the storm. Slide 14 is the same wadi at the same place as slide 13, the next day. Slide 15 shows a road blocked with stones where the wadi crosses the road without a bridge. Slide 16 shows flooding of the main valley. Slides 17 and 18 show thick deposits of fresh colluvium.

Photo 1 Photo 2 Photo 3 Photo 4