Influence of Topography and Land Use on Physical Soil Properties at the Wundanyi Catchment Area in Taita Hills, Kenya

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017112252341
Title: Influence of Topography and Land Use on Physical Soil Properties at the Wundanyi Catchment Area in Taita Hills, Kenya
Author: Laakso, Janita
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2013
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017112252341
http://hdl.handle.net/10138/230484
Thesis level: master's thesis
Discipline: Geology
Geologia
Geologi
Abstract: Tropical Africa has been under intense land cover change during the last decades. Human activities have had an impact on natural ecosystems and this has accelerated changes in them. Soil can be considered as an ecosystem and changes in natural soil formation can lead to soil loss and erosion. Taita Hills located in south-east Kenya are no exception. Almost all recoverable land is used for agriculture in these subtropical hills despite the great altitude differences and steepness of the hill slopes. Wundanyi catchment at the altitude 1400 - 2100m above sea level was studied in order to identify certain physical parameters of the soil in the hills and to define if these could be explained by changes in the physical environment like alteration in altitude, slope angle and land uses. A total of 68 study points were selected within the catchment in order to represent different physical environments. At each study point, the slope angle was measured, an approximately one meter deep soil cut was dug into the hill slope of which the soil profile was drawn and the subsamples were taken for the grain size analysis and bulk density determination. At 21 study points, the soil was not sampled due to a thick humus layer. The soil hydraulic conductivity was determined experimentally at three study points with an infiltration ring and theoretically for the rest of the study points by estimation, using other physical soil properties obtained from grain size analysis. The soil at the Wundanyi catchment was found to be massive, chemically weathered fine residual soil originating from the weathered gneissic bedrock. It was discovered that generally the soil is quite homogeneous within the catchment area and the physical parameters of the soil are similar despite the different land cover classes. The most common soil type at the catchment is fine sand. The deepness of the organic layer varied greatly, the mean being 0.7 meters. The thickest organic layers were found in indigenous forests and in places that had not been used for agricultural purposes. Soil hydraulic conductivity at the studied area is low. The degree of correlation between soil grain size distribution and varying physical environments was found low. However, there seems to be moderate correlation between the elevation and the proportion of clay and the aspect and the proportion of clay. Topographic environment mainly defines the land use and land cover within the studied area. Only the steepest slopes and areas that are not accessible have avoided the excessive exploitation of the soil. The vegetation protects the mineral soil and, therefore, the removal of natural vegetation exposes the soil to impacts of climatic conditions. The exposition of the soil together with fine soil texture can reduce the infiltration making the soil compacted. This increases the surface runoff, which can increase the sediment transportation and can lead to environmental problems such as erosion, gullying, silting of rivers and transportation of nutrients to rivers. Signs of these environmental problems can already be seen at the Taita Hills, proving that soil exploitation is not sustainable.Muutokset Afrikan trooppisten alueiden maan pinnan peitteissä ovat olleet viimeisten vuosikymmenten aikana suuria. Ihmisten aktiiviset toimet ympäristön muokkauksessa haluamansa kaltaiseksi vaikuttavat ekosysteemien luonnolliseen kykyyn toimia. Maaperä voidaan käsittää yhdeksi ekosysteemiksi ja muutokset sen luonnollisessa muodostumisessa ja kehittymisessä saattavat johtaa maaperän eroosioon. Kaakkois-Keniassa sijaitsevat Taita-vuoret eivät ole poikkeus käsiteltäessä maaperän eroosiota. Taita-vuorten paikoitellen jyrkät rinteet ja suuret korkeusvaihtelut eivät ole estäneet maan hyödyntämistä maanviljelyksessä. Wundanyi valuma-alueen (1400 - 2100 mmpy) maaperätutkimusten avulla oli tarkoituksena selvittää valuma-alueen maaperän fysikaalisia ominaisuuksia ja niiden yhteyttä maantieteelliseen sijaintiin. Tutkimusalueelta valittiin 68 tutkimuspistettä edustamaan valuma-aluetta. Jokaisella näytepisteellä mitattiin rinteen kaltevuus ja kaivettiin noin metrin syvyinen leikkaus maaperään. Leikkauksesta piirrettiin profiili ja otettiin maaperänäytteet raekokomäärityksiä ja maaperän tiivistyneisyys-mittauksia varten. Paksu orgaaninen kerros mineraalimaan päällä esti näytteiden ottamisen 21:llä tutkimuspisteellä. Kolmella tutkimuspisteellä mitattiin maaperän hydraulista johtavuutta imeytysrenkaiden avulla. Lopuille tutkimuspisteille K-arvot laskettiin hyödyntäen raekokoanalyysistä saatua dataa. Wundanyi valuma-alueen maaperä on peruskallion gneissistä kemiallisesti rapautunutta massiivista residuaalia. Maaperän fysikaalisten ominaisuuksien ei havaittu vaihtelevan suuresti maaperän eri peiteluokkien välillä. Valuma-alueen yleisin maalaji on hieno hiekka. Mineraalimaan päällä olevan orgaanisen kerroksen paksuus oli keskimäärin 0,7 metriä, sen vaihdellen kuitenkin suuresti eri maanpeiteluokkien välillä. Orgaaninen kerros oli paksuin alkuperäismetsissä ja vaikeasti hyödynnettävillä alueilla. Tutkimusalueen maaperä on hydraulisilta ominaisuuksiltaan heikosti vettä johtavaa. Maaperän raekoon ja maantieteellisen sijainnin välinen korrelaatioaste oli yleisesti alhainen. Korkeudella ja saven määrällä sekä rinteen ilmansuunnalla ja saven määrällä havaittiin olevan kohtalaista korrelaatiota. Topografinen ympäristö selittää maankäyttöä ja siten pinnan peitettä tutkitulla alueella. Vain jyrkimmät rinteet ja vaikeasti saavutettavissa olevat alueet ovat välttyneet maaperän intensiiviseltä hyödyntämiseltä. Kasvillisuus suojaa ja sitoo alapuolella olevaa maata ja siten luonnollisen kasvillisuuden poistaminen paljastaa mineraalimaan säiden vaikutuksille. Paljastunut mineraalimaa yhdistettynä raekooltaan hienorakeiseen maaperään vähentää maaperän infiltraatiota ja aiheuttaa maaperän tiivistymistä. Tämä lisää pintavaluntaa, minkä seurauksena sedimentin kulkeutuminen lisääntyy. Ympäristölliset ongelmat kuten eroosio, veden uurtamien kourujen ja rotkojen muodostuminen, jokien siltaatio ja ravintoaineiden huuhtoutuminen ovat seurauksia maaperän toimivuuden heikkenemisestä. Maaperän hyödyntäminen Taita-vuorilla ei ole kovin kestävällä pohjalla ja alueittain onkin havaittavissa merkkejä ympäristöllisistä ongelmista.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record