The effect of tillage and residue cover on runoff and soil loss from two land units
Loading...
Files
Date
Authors
Woyessa, Yali Edessa
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English:Land degradation, due to soil erosion, is a serious problem in many parts of the world.
Productivity of large areas of cultivated land is decreasing due to severe soil degradation.
A major factor responsible for the degradation of this natural resource is accelerated soil
erosion. Water erosion is responsible for the biggest share of this degradation,
contributing about 50-60%. This shows that soil erosion by water is the most important
form of human induced land degradation. Every year, erosion undermines the sustainable
use of land and land resource and threatens the livelihood of those depending on
agriculture and beyond. Choosing the most appropriate tillage practices for a particular
soil often decreases soil erosion and increases available water for crops. A conservation
tillage practice such as no-tillage is generally credited with reducing soil losses when
compared with conventional tillage. Field experiments were conducted on two land units. The first experiment was conducted
at the University of the Free Sate (UFS) experimental site (South Africa) on a sandy soil
with 8.4% clay in the topsoil under simulated rainfall conditions. The second field study
was conducted at the Alemaya University (AU) experimental site (Ethiopia) on a clay soil
with 45.1% clay in the topsoil. At both sites, the experiment consisted of three tillage
practices, namely no-tillage, stubble mulch (traditional tillage for the experiment at AU)
and conventional tillage with mouldboard ploughing, combined with four rates of wheat
(Triticum aestivum L.) residue, namely 0, 2, 4 and 8t/ha. The experiment at AU was
conducted for two consecutive main rainfall seasons. The results of the experiment at the UFS showed that the type of tillage had a significant
effect on the initial infiltration rate of soil whereas the final infiltration rate was affected
by the residue amount. Runoff and soil loss were also affected by the residue rate. Both
runoff and soil loss decreased significantly with an increase in residue rate. When
averaged over the four rates of residue cover, no-tillage had the highest runoff and soil
loss followed by the stubble mulch tillage. Conventional tillage had the lowest runoff and soil loss. Given the type of soil, which was sandy without structure, conventional tillage
practice appeared to have created structure which increased the infiltration rate and
consequently decreased runoff and soil loss. A substantial decrease in runoff and soil loss
was obtained when conventional tillage practice was combined with residue cover. On
conventional tillage practices with higher residue cover rates, such as 4 and 8t/ha, the
infiltration rate remained close to the rain application rate, thus controlling runoff and soil
loss. Generally it was observed that a residue cover rate of 2t/ha was sufficient to
effectively reduce runoff and soil loss on all the three tillage practices. The results of the experiment at the AU showed similar effects of tillage and residue
cover on runoff and soil loss as that of the UFS. When averaged over the four rates of
residue cover, no-tillage had a higher runoff and soil loss compared with the traditional
and conventional tillage practices. It was also observed that rainfall characteristics in
general and rainfall intensity in particular were found to be among the important factors
affecting runoff and soil loss. The amount of residue cover required to effectively control
runoff and soil loss was dependent on the rainfall intensity. Similar to the UFS site, a
residue cover rate of 2t/ha was sufficient to effectively reduce runoff and soil loss for
most of the erosive storms, with the exception of a single high intensity storm for which
residue rates of 4t/ha and higher was required to control erosion. Soil loss was very well
related to the rainfall erosivity index and accordingly classes of erosivity indices were
defined where low to high soil losses may be expected.Comparison of results from the two land units showed that, generally, both tillage and
residue cover affected runoff and soil loss in a similar way, but to a different degree. The
general tendency reported in literature towards the superiority of no-tillage compared
with conventional tillage could not be found in this study. At the UFS site, conventional
tillage was found to be more effective than no-tillage in reducing runoff and soil loss.
Although results for more seasons are required to draw a final conclusion for the AU site
regarding the effectiveness of tillage, it was found that no-tillage was less effective in
conserving water and soil compared to traditional and conventional tillage. It was therefore recommended that farmers should use tillage practices consisting of loosening
of the soil, combined with maintaining at least 2t/ha or 62% cover of wheat residue.
An attempt was made to predict runoff from rainfall characteristics (amount and intensity)
for the AU site. Empirical relationships, established between runoff and rainfall amount,
with the inclusion of all rainstorms and for erosive storms only, from the first year's data
were used to predict runoff for the second year data. The predicted values agreed well
with the measured ones for both conditions. The indices of agreement for the two
approaches were 0.79 and 0.89, for the equation based on only erosive storms and on all
storms respectively.Another approach was followed for the prediction of runoff from rainfall intensities and
infiltration rates of the soil. A procedure was developed, based on area under the curve
method, for the first year's data and it was then used to predict runoff for the second
year's data. The predicted runoff values, using the area under the curve method, were
comparable to the measured values for the same season. The agreement was good as
shown by the high index of agreement (D-index = 0.92) between the two sets of values.
This procedure was also used to estimate runoff at the UFS site, from the simulated
rainfall intensity and infiltration rate obtained from the double ring infiltrometer. It was
found that runoff could be estimated using this procedure when the predicted values were
corrected for the depth of tillage.
Afrikaans:Land agteruitgang, as gevolg van gronderosie, is 'n ernstige probleem in baie dele van die wêreld. Dit lei tot 'n verlaging in die produktiwiteit van bewerkte gronde. Watererosie dra 50-60% by tot hierdie mensgeïnduseerde degradasie. Die keuse van die mees geskikte bewerkingspraktyk vir 'n spesifieke grond kan tot 'n verlaging in erosie en verhoging In die beskikbaarheid van water VIr gewasse bydrae. Bewaringsbewerkingspraktyke soos geenbewerking het gewoonlik 'n vermindering In grondverliese, in vergelyking met konvensionele bewerking, tot gevolg. Veldproewe is op twee landeenhede uitgevoer. Die eerste is op die navorsingsterrein van die Universiteit van die Vrystaat (UV) in Suid-Afrika, op 'n sanderige grond met 8.4% klei in die bogrond, met gesimuleerde reën uitgevoer. Die tweede is op die kampus van die Alemaya Universiteit (AU) in Ethiopië op 'n kleigrond met 45.1% klei in die bogrond, uitgevoer. By beide lokaliteite is drie bewerkingspraktyke, nl. geenbewerking, deklaagbewerking (tradisionele bewerking In Ethiopië) en konvensionele skaarploegbewerking, elk gekombineer met vier deklaagpeile van koringstrooi (Triticum aestivum L.) nl. 0, 2, 4 en 8 t/ha. By konvensionele bewerking is die strooideklae op die oppervlak uitgestrooi nadat die grond geploeg is. Die proewe by AU is vir twee opeenvolgende reënseisoene uitgevoer.Die resultate van die eksperimente by die UV het getoon dat die tipe bewerking 'n beduidende effek op die aanvanklike infiltrasietempo gehad het terwyl die finale infiltrasievermoë 'n funksie van die hoeveelheid deklaag was. Afloop en grondverlies het betekenisvol met 'n verhoging in die hoeveelheid deklaag afgeneem. Wanneer die gemiddelde afloopwaardes van die deklaagpeile vergelyk word, het geenbewerking die hoogste en konvensionele bewerking die laagste afloop en grondverlies gehad, met deklaagbewerking tussenin. Dit was duidelik dat diepbewerking van hierdie sanderige grond 'n tydelike struktuur skep wat die infiltrasietempo verhoog, en afloop en grondverlies verlaag. Die uitstrooi van plantreste of instandhouding van 'n deklaag op die losgemaakte grond, beskerm die tydelike struktuur en deklaagpeile van 4 en 8 t verseker dat die infiltrasietempo hoog bly. Strooideklae van 2 t/ha ofhoër was voldoende om afloop en grondverliese effektief, op aldrie bewerkingspraktyke, te verminder. Die resultate van die veldproef by AU het grootliks met dié van die UV -eksperimente ooreengestem, ten opsigte van die effek van die bewerkingspraktyke en deklaagpeile op afloop en grondverlies. Wanneer die gemiddelde afloop- en grondverliese van die bewerkspraktyke vergelyk word, was geenbewerking hoër as tradisionele en konvensionele bewerking. Die intensiteit en karakteristieke van 'n reënbui was van die belangrikste aspekte wat die afloop en grondverlies geaffekteer het. Die hoeveelheid deklaag wat benodig is om afloop te beheer was van die reënintensiteit afhanklik. Soos by die UV-terrein, was 'n deklaagpeil van 2 t/ha voldoende om afloop en grondverlies tydens meeste reënbuie te beheer maar tydens hoë intensiteit buie word minstens 4 t/ha deklaag vereis. Grondverlies was ook direk van die reënval erosiwiteitsindeks afhanklik en klasse van erosiwiteit is gedefinieër.'n Vergelyking van die twee landeenhede het getoon dat die resultate VIr beide bewerkingspraktyke en deklaagpeile dieselfde was, maar die grade het verskil. Anders as wat meestal in die literatuur berig word, was geenbewerking by beide terreine minder suksesvol as konvensionele bewerking om afloop en grondverliese te verminder. Hoewel resultate oor meer reënseisoene by die AU-terrein nodig is, wil dit voorkom of geenbewerking selfs op hierdie kleierige grond minder effektief as tradisionele of konvensionele bewerking is, om afloop en grondverlies te beheer. Die aanbeveling aan boere is dat hulle grondbewerkings sodanig moet wees dat die grond diep «150 mm) losgemaak word en terselfdetyd moet 'n strooideklaag van minstens 2 t/ha of 60% grondbedekking behou word. Pogings is ook aangewend om afloop vanaf die hoeveelheid en intensiteit van reënbuie, vir die AU-terrein te voorspel. Empiriese verwantskappe tussen afloop en hoeveelheid reënval van die eerste jaar is afgelei, waar alle reënbui en waar slegs reënbuie met afloop, ingesluit is. Hierdie verwantskappe is gebruik om die afloop vir die tweede reënseisoen te voorspel. Die voorspelde waardes het goed met die werklike gemete waardes ooreengestem, met D-waardes van ooreenstemming van 0.79 en 0.89 vir die twee verwantskappe onderskeidelik. 'n Ander benadering wat gevolg is, was om afloop vanaf reënintensiteit en die infiltrasievermoë van die grond te voorspel. 'n Prosedure is met die data van die eerste reënseisoen ontwikkel, wat gebasseer is op die oppervlakte onder die reënintensiteitkurwe-metode. Hierdie metode is toe gebruik om die afloop vir die tweede reënseisoen te voorspel. Die voorspelde en gemete waardes het goed ooreengestem met 'n D-indeks van ooreenstemming gelyk aan 0.92. Dieselfde benadering is ook gebruik om afloop vir die UV-terrein te voorspel. Die voorspelde afloop het ook goed met die gemete waardes vergelyk mits, die voorspelde waardes gekorrigeer word vir die effek van bewerkingsdiepte.
Afrikaans:Land agteruitgang, as gevolg van gronderosie, is 'n ernstige probleem in baie dele van die wêreld. Dit lei tot 'n verlaging in die produktiwiteit van bewerkte gronde. Watererosie dra 50-60% by tot hierdie mensgeïnduseerde degradasie. Die keuse van die mees geskikte bewerkingspraktyk vir 'n spesifieke grond kan tot 'n verlaging in erosie en verhoging In die beskikbaarheid van water VIr gewasse bydrae. Bewaringsbewerkingspraktyke soos geenbewerking het gewoonlik 'n vermindering In grondverliese, in vergelyking met konvensionele bewerking, tot gevolg. Veldproewe is op twee landeenhede uitgevoer. Die eerste is op die navorsingsterrein van die Universiteit van die Vrystaat (UV) in Suid-Afrika, op 'n sanderige grond met 8.4% klei in die bogrond, met gesimuleerde reën uitgevoer. Die tweede is op die kampus van die Alemaya Universiteit (AU) in Ethiopië op 'n kleigrond met 45.1% klei in die bogrond, uitgevoer. By beide lokaliteite is drie bewerkingspraktyke, nl. geenbewerking, deklaagbewerking (tradisionele bewerking In Ethiopië) en konvensionele skaarploegbewerking, elk gekombineer met vier deklaagpeile van koringstrooi (Triticum aestivum L.) nl. 0, 2, 4 en 8 t/ha. By konvensionele bewerking is die strooideklae op die oppervlak uitgestrooi nadat die grond geploeg is. Die proewe by AU is vir twee opeenvolgende reënseisoene uitgevoer.Die resultate van die eksperimente by die UV het getoon dat die tipe bewerking 'n beduidende effek op die aanvanklike infiltrasietempo gehad het terwyl die finale infiltrasievermoë 'n funksie van die hoeveelheid deklaag was. Afloop en grondverlies het betekenisvol met 'n verhoging in die hoeveelheid deklaag afgeneem. Wanneer die gemiddelde afloopwaardes van die deklaagpeile vergelyk word, het geenbewerking die hoogste en konvensionele bewerking die laagste afloop en grondverlies gehad, met deklaagbewerking tussenin. Dit was duidelik dat diepbewerking van hierdie sanderige grond 'n tydelike struktuur skep wat die infiltrasietempo verhoog, en afloop en grondverlies verlaag. Die uitstrooi van plantreste of instandhouding van 'n deklaag op die losgemaakte grond, beskerm die tydelike struktuur en deklaagpeile van 4 en 8 t verseker dat die infiltrasietempo hoog bly. Strooideklae van 2 t/ha ofhoër was voldoende om afloop en grondverliese effektief, op aldrie bewerkingspraktyke, te verminder. Die resultate van die veldproef by AU het grootliks met dié van die UV -eksperimente ooreengestem, ten opsigte van die effek van die bewerkingspraktyke en deklaagpeile op afloop en grondverlies. Wanneer die gemiddelde afloop- en grondverliese van die bewerkspraktyke vergelyk word, was geenbewerking hoër as tradisionele en konvensionele bewerking. Die intensiteit en karakteristieke van 'n reënbui was van die belangrikste aspekte wat die afloop en grondverlies geaffekteer het. Die hoeveelheid deklaag wat benodig is om afloop te beheer was van die reënintensiteit afhanklik. Soos by die UV-terrein, was 'n deklaagpeil van 2 t/ha voldoende om afloop en grondverlies tydens meeste reënbuie te beheer maar tydens hoë intensiteit buie word minstens 4 t/ha deklaag vereis. Grondverlies was ook direk van die reënval erosiwiteitsindeks afhanklik en klasse van erosiwiteit is gedefinieër.'n Vergelyking van die twee landeenhede het getoon dat die resultate VIr beide bewerkingspraktyke en deklaagpeile dieselfde was, maar die grade het verskil. Anders as wat meestal in die literatuur berig word, was geenbewerking by beide terreine minder suksesvol as konvensionele bewerking om afloop en grondverliese te verminder. Hoewel resultate oor meer reënseisoene by die AU-terrein nodig is, wil dit voorkom of geenbewerking selfs op hierdie kleierige grond minder effektief as tradisionele of konvensionele bewerking is, om afloop en grondverlies te beheer. Die aanbeveling aan boere is dat hulle grondbewerkings sodanig moet wees dat die grond diep «150 mm) losgemaak word en terselfdetyd moet 'n strooideklaag van minstens 2 t/ha of 60% grondbedekking behou word. Pogings is ook aangewend om afloop vanaf die hoeveelheid en intensiteit van reënbuie, vir die AU-terrein te voorspel. Empiriese verwantskappe tussen afloop en hoeveelheid reënval van die eerste jaar is afgelei, waar alle reënbui en waar slegs reënbuie met afloop, ingesluit is. Hierdie verwantskappe is gebruik om die afloop vir die tweede reënseisoen te voorspel. Die voorspelde waardes het goed met die werklike gemete waardes ooreengestem, met D-waardes van ooreenstemming van 0.79 en 0.89 vir die twee verwantskappe onderskeidelik. 'n Ander benadering wat gevolg is, was om afloop vanaf reënintensiteit en die infiltrasievermoë van die grond te voorspel. 'n Prosedure is met die data van die eerste reënseisoen ontwikkel, wat gebasseer is op die oppervlakte onder die reënintensiteitkurwe-metode. Hierdie metode is toe gebruik om die afloop vir die tweede reënseisoen te voorspel. Die voorspelde en gemete waardes het goed ooreengestem met 'n D-indeks van ooreenstemming gelyk aan 0.92. Dieselfde benadering is ook gebruik om afloop vir die UV-terrein te voorspel. Die voorspelde afloop het ook goed met die gemete waardes vergelyk mits, die voorspelde waardes gekorrigeer word vir die effek van bewerkingsdiepte.