Human interactions in soil and geomorphic processes in Nepal: the role of soil fertility in degradation and rehabilitation processes

• Published in: ITC journal Vol. 3; no. 1; pp. 93 - 98
• Main Authors: Schreier, Hans, Brown, Sandra, Shah, Pravakar B, Shrestha, Bhuban, Nakarmi, Gopal, Allen, Richard
• Format: Journal Article Conference Proceeding
• Language: English
• Published: Enschede Elsevier B.V 2001; International Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences
• Subjects: Earth sciences; Earth, ocean, space; Exact sciences and technology; Geomorphology, landform evolution; GIS; Himalayas; land degradation; land use change; nutrient budgets; nutrient decline; nutrient losses; phosphorus; rehabilitation processes; sediments; Soil erosion; Surficial geology; Indian Peninsula; Nepal; GIS; nutrient losses; Soil erosion; nutrient budgets; nutrient decline; rehabilitation processes; Himalayas; land degradation; land use change; sediments; phosphorus; drainage basins; sediment transport; balance; Asia; geographic information systems; soil erosion; soils; nutrients
• ISSN: 0303-2434; 1569-8432
• DOI: 10.1016/S0303-2434(01)85026-1

A GIS approach was used in the determination of soil fertility status in the Jhikhu Khola watershed. The watershed was stratified by topography, climate, soil type and land use using GIS overlay techniques. A (2 × 2 × 2 × 4) factorial approach served as the sampling framework to produce single and combined nutrient deficiency GIS maps. Soil acidity, phosphorus availability and lack of base cations were identified as the key soil fertility issues, with forests having the poorest overall soil nutrient status, followed by rangeland, rainfed agriculture and irrigated agriculture. Nutrient budget calculations revealed significant annual deficits in phosphorus for maizerotations but only minor deficits for rice rotations. The effect of inherited biophysical conditions on nutrient deficits were analyzed statistically and displayed using the GIS overlay method. Poor fertility and annual deficits were linked to erosion and sedimentation by documenting annual erosion losses from rainfed agriculture and degraded areas. Over a 7 year period, typical erosion from maize rotations in rainfed agriculture averaged 19 t/ha annually, while erosion from degraded sites were 75–100 percent higher. Significantly different sediment rating curves were obtained from two micro-watersheds, one with 14 percent and the other 25 percent degraded areas. Annual sediment contributions to the micro-watersheds confirmed that degraded sites increase the suspended sediment load, particularly under lower stream flow conditions. The discharge-sediment regression line was significantly higher during the pre-monsoon period than during the monsoon season. GIS tools were found to be useful in all parts of the analysis. Une approche SIG a été utilisée dans la détermination de l'état de fertilité du sol dans le bassin Jhikhu Khola. Le bassin a été stratifié par la topographie, le climat, le type de sol, et l'utilisation des sols à l'aide des techniques de superposition SIG. Une approche factorielle (2 x 2 x 2 x 4) servait de cadre d'échantillonnage pour produire des cartes SIG simples et combinées représentant des déficiences en d'éléments nutritifs. L'acidité du sol, la disponibilité de phosphore et le manque de cations de base ont été identifiés comme les problèmes clés de la fertilité des sols; c'est dans les forêts que l'on trouve l'état de nutriment global du sol le plus pauvre, suivi par les pâturages extensifs, l'agriculture sèche et l'agriculture irriguée. Des calculs de quantités d'éléments nutritifs ont révélé des déficits annuels significatifs en phosphore pour des rotations de mais et seulement des déficits mineurs pour des rotations de riz. L'effet des conditions biophysiques héritées sur les déficits des nutriments a été analysé statistiquement et affiché en utilisant une méthode de superposition SIG. Une fertilité médiocre et des déficits annuels ont été liés à une érosion et une sédimentation en documentant des pertes d'érosion annuelle dans les zones d'agriculture sèche et des zones dégradées. Sur une période de 7 ans, une érosion typique dans les rotations de mais avec une agriculture sèche avoisine 19t/ha annuellement, alors qu'une érosion dans les zones dégradées était 75 – 100 plus forte. Des courbes d'évaluation de sédiments nettement différentes ont été obtenues à partir deux micro-bassins, l'un avec 14 pour-cent et l'autre avec 25 pour-cent de zones dégradées. Les apports annuels de sédiments aux micro-bassins ont confirmé que les sites dégradés augmentent la charge de sédiment en suspension, particulièrement dans des conditions de faible courant. La ligne de régression déversement-sédiment a été nettement plus élevée durant la période de prémousson que durant la saison de mousson. Des outils SIG se sont révélés utiles dans toutes les parties de l'analyse. Se utilizó un enfoque de SIG para evaluar el estado de la fertilidad de suelos en la cuenca del Jhikhu Khola. Se estratificó la cuenca por topografía, clima, tipo de suelo y uso de las tierras mediante técnicas de superposición en SIG. Se aplicó un esquema factorial de 2x2x2x4 como marco de muestreo para producir mapas en SIG mostrando deficiencias individuales y combinadas de nutrientes. La acidez de suelo, la disponibilidad de fósforo y la falta de cationes básicos se identificaron como los problemas clave de la fertilidad de suelos. Los bosques tienen el nivel general de nutrientes más pobre, seguidos por los pastos, la agriculture de secano y la agricultura de riego. Los cálculos de balance de nutrientes revelaron déficits anuales significativos de fósforo en rotaciones de maíz, pero déficits menores en rotaciones de arroz. Se analizó estadísticamente el efecto de las condiciones biofísicas heredadas sobre los déficits de nutrientes y se desplegaron los resultados mediante el método de superposición en SIG. Se relacionaron la baja fertilidad y los déficits anuales de nutrientes con erosión y sedimentación a partir de la medición de las pérdidas anuales de suelo por erosión en áreas de agricultura de secano y áreas degradadas. En base a mediciones durante un período de siete años, el promedio de la pérdida de suelo en rotaciones de maíz de secano era de 19 t/ha por año, mientras que la erosión en áreas degradadas era 75–100% mayor. Se obtuvieron curvas de estimación de sedimentos significativamente diferentes en dos micro-cuencas, una con 14% de áreas degradadas y la otra con 25%. La producción anual de sedimentos en las dos micro-cuencas confirma que los sitios degradados incrementan la carga de sedimentos en suspensión, particularmente en condiciones de bajo flujo fluvial. La pendiente de la línea de regresión entre caudal y sedimentos era significativamente más pronunciada durante el período pre-monzónico que durante la estación monzónica. Las herramientas de SIG revelaron ser útiles en todas las partes del análisis.