Home About Browse Search
Svenska


Impacts of forestry operations on soil physical properties, water and temperature dynamics

Hansson, Linnea (2019). Impacts of forestry operations on soil physical properties, water and temperature dynamics. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2019:18
ISBN 978-91-7760-354-2
eISBN 978-91-7760-355-9
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
8MB

Abstract

Soil physical disturbances caused by forestry operations can be both intentional, e.g., soil scarification, and unintentional, e.g., soil compaction and rutting as a consequence of off-road traffic. All disturbances may alter the soil, and thus change its water and temperature dynamics, with consequences for both forest production and the surrounding ecosystems.

The overall aim of this thesis was to summarize how forestry operations – here: off-road traffic and soil scarification – affect the soil, its water content and tem-perature at clearcuts, as well as what implications this may have for, e.g., tree seed-ling establishment, field vegetation, and the surrounding ecosystems. The sum-mary is based on four studies, three on off-road traffic at two clearcuts in northern Sweden and one on soil scarification (disc trenching) at a clearcut in central Sweden. The methods used were soil sampling, X-ray tomography, image and soil physical analyses, in situ measurements of soil temperature and water content, vegetation survey, evaluation of abiotic growing conditions, and finally, hydrolog-ical modelling.

The most notable results were that even stony till soils in recharge areas were compacted by off-road traffic, which especially affected hydraulic conductivity, reducing it by 70%. Changes in soil physical properties caused by traffic may lead to longer periods of high water content, increased risk of surface runoff and insufficient root aeration. Five years after the operation, volumetric water content was higher in wheel tracks, and this was corroborated by the species composition of the vegetation. Simulations demonstrated how the changed soil hydrological properties influenced the water dynamics. Restricted aeration was more frequent in wheel tracks and could explain patches of bare soil in the lower parts of the slopes of the experimental plots. Logging mats and residues prevented creation of deep wheel tracks by off-road traffic, despite the additional passes necessary to apply (and remove) them. However, the logging residues were pressed into the soil, with potential soil compaction and element concentration beneath them as a result. To con-clude, care should be taken when planning off-road traffic, even on sandy till soils with high stone content.

After soil scarification, the soil temperature during growing season was higher in the furrows than in the area without disc trenching; the temperature effect lasted for at least six years, but decreased over time. No microsite was wet enough to hamper soil aeration after disc trenching. In conclusion, furrows offered a suitable microclimate for planting at the dry, boreal site.

Authors/Creators:Hansson, Linnea
Title:Impacts of forestry operations on soil physical properties, water and temperature dynamics
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Fysikaliska markstörningar är en del av ett produktivt skogsbruk och görs både avsiktligt, t. ex. markberedning, och oavsiktligt i form av t. ex. markpackning och körskador vid terrängtransport och annan körning i samband med skogsbruksåtgärder. Alla störningar förändrar marken, och därmed kan även dess vatten- och temperaturdynamik ändras, med konsekvenser både för skogsproduktion och miljö.

Syftet med denna avhandling var att sammanfatta hur skogsbruksåtgärder (här terrängtransport och markberedning) påverkar marken, dess vatten- och temperaturdynamik samt vilka konsekvenser det kan få för t. ex. plantetablering, fältvegetation och de omgivande ekosystemen. Avhandlingen bygger på fyra studier, tre om körskador på två hyggen i Västerbotten och två om markberedning (harvning) på ett hygge i Värmland. Metoderna som användes var markfysikaliska analyser, röntgenskanning, bild- och laboratorieanalyser, fältmätningar av marktemperatur och vattenhalt, vegetationsinventering, utvärdering av abiotiska växtförhållanden och slutligen hydrologisk modellering.

De mest anmärkningsvärda resultaten var att körningen orsakade markpack-ning även på grova jordar i inströmningsområden, vilket särskilt påverkade den hydrauliska konduktiviteten som reducerades med 70 %. Markpackning kan leda till längre perioder med hög vattenhalt, ökad risk för ytavrinning och otillräcklig luftning av växtrötterna. Fem år efter körning var vattenhalten högre i körspåren, vilket bekräftades av artsammansättningen där. Modellsimuleringar med Hydrus-1D visade hur förändringarna i markens hydrologiska egenskaper påverkade vattenhaltsdynamiken. Otillräcklig luftning var vanligare i hjulspår och kunde förklara varför det fortfarande fanns fläckar av bar mark i de nedre delarna av sluttningarna. Användandet av stockmattor och grot (grenar och toppar) förhindrade djupa körspår, trots att det krävdes ytterligare körningar för att lägga ut (och ta bort) dem. Groten pressades dock in i marken, vilket kan ha resulterat i mark-packning och även en förhöjd risk för ämnesutlakning under groten. Samman-fattningsvis bör man vara noga när man planerar skogsbruksåtgärder också på grova steniga marker, eftersom det översta markskiktet, där majoriteten av alla rötter finns, ändå kan vara känsligt för markpackning.

Efter markberedning var marktemperaturen under växtsäsongen högre i fårorna än i mark som inte var markberedd och temperatureffekten varade i minst sex år men minskade över tiden. Ingen mikromiljö hade tillräckligt hög vattenhalt för att hindra markluftningen efter markberedning. Sammanfattningsvis var mikroklimatet i fårorna lämpligt för plantering på det relativt torra hygget i Värmland.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2019
Depositing date:14 February 2019
Volume:2019:18
Number of Pages:78
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IHansson, L., Koestel, J., Ring, E., Gärdenäs, A. (2018) Impacts of off-road traffic on soil physical properties of forest clear-cuts: X-ray and laboratory analysis. Scandinavian Journal of Forest Research, 33 (2), pp. 166-177.
IIHansson, L., Šimůnek, J., Ring, E., Bishop, K., Gärdenäs, A. (2019) Soil compaction effects on root-zone hydrology and vegetation in boreal forest clearcuts. Soil Science Society of America Journal, 83 (S1) (in print)
IIIRing, E., Högbom, L., Hansson, L., Nordlund, S., Andersson, M. (2019) Logging mats and logging residue as ground protection during forwarder traffic on till hillslopes (manuscript)
IVHansson, L., Ring, E., Franko, M., Gärdenäs, A. (2018) Soil temperature and water content dynamics after disc trenching a sub- xeric Scots pine clearcut in central Sweden. Geoderma, 327, pp. 85-96.
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Soil and Environment, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-7760-354-2
ISBN for electronic version:978-91-7760-355-9
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:K Forestry > K10 Forestry production
K Forestry > K70 Forest injuries and protection
P Natural resources > P33 Soil chemistry and physics
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Forest Science
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Soil Science
Keywords:off-road traffic, soil compaction, soil physical properties, soil temperature, aeration, moisture content, Ellenberg, Hydrus-1D, X-ray computed tomography
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-5227
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-5227
ID Code:15912
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Soil and Environment
(S) > Dept. of Soil and Environment
Deposited By: Linnea Hansson
Deposited On:18 Feb 2019 08:24
Metadata Last Modified:05 Mar 2019 08:09

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits