文献简介
篇名：A unifying modelling of multiple land degradation pathways in Europe
发表时间：2024年
期刊：nature communications
作者信息：第一作者为罗马尼亚布加勒斯特大学的Remus Prăvălie
原文来源：https://doi.org/10.1038/s41467-024-48252-x
推荐理由
土地退化是一种复杂的社会环境威胁，它通常以多种同时发生的途径发生，而这些途径在欧洲基本上尚未被探索。本研究对40个大陆国家的土地多重退化进行分析，使用了12个基于数据集的过程，这些过程被建模为欧洲农业（和耕地）环境中的土地退化趋同和组合路径。利用土地多重退化指数，研究发现高达27%、35%的大陆农业用地和耕地目前正受到一种或多种退化驱动因素的威胁，而10-11%的农业景观累积受到四种或至少五种并发过程的影响。研究还探讨了空间相互作用过程的复杂模式，强调了跨越大陆和国界的土地退化途径的主要组合。研究结果将使决策者能够制定以知识为基础的战略，以缓解土地退化和实现其他关键的欧洲可持续发展目标。
主要内容
土地在世界范围内受到众多退化过程的威胁，土地退化的过程可能导致生物和经济生产力、生物多样性、生态完整性等功能的下降或崩溃。土地退化会产生多种负面后果，对农业生产力、粮食安全、气候稳定性、环境可持续性和经济繁荣产生深远影响。仅就土地退化对经济影响而言，通过各种生态系统服务的损失来评估土地退化的全球经济影响每年可能总计达到 6.3-10.6 万亿美元。当前部分研究采用协同方式分析土地多重退化的功能，这些分析仍然存在一些明显的局限性，例如忽略了许多重要的具体过程以及土地退化的各种生物物理和社会经济驱动因素的耦合关系，这些因素并不能直接表明这种干扰情况，而是表明这种环境问题可能存在的事实。为了解决土地多重退化的复杂问题，构建一种多过程的土地退化建模方法具有重要的意义与价值。这种方法对于在欧洲大陆实施各种农业、气候政策及实现可持续发展目标至关重要。因此，对土地退化的全面分析可以为欧洲和各国制定政策提供强有力的决策支持工具，保障欧洲大陆的粮食安全、气候稳定及环境可持续。本研究的研究区包括了40个大陆国家，其中27个是欧盟成员国。研究区域几乎包括所有欧洲国家，除了梵蒂冈、冰岛、白俄罗斯、乌克兰、摩尔多瓦共和国、俄罗斯和土耳其这七个国家。这40个国家的总面积约为500万平方公里，约占欧洲大陆的一半，农业面积约为210万平方公里，约占总面积的42%，其中一半以上（约114万平方公里）是耕地。为了调查欧洲的土地多重退化，研究选择了12个对农业环境极具代表性的过程。由于某些生物物理机制会对土地生产力产生各种负面影响，这12个过程与欧洲农业景观退化有最直接的联系。（如表2）
在数据获取上，研究获取（处理）了12个地理空间数据库，收集了六个土地退化过程的最终形式的数据库，包括水蚀、土壤有机碳损失、土壤盐渍化、土壤酸化、土壤压实和农药污染。在其他指标上，研究使用了来自其他数据源的数据。以完善（风蚀）或模拟/获得（土壤养分失衡、重金属土壤污染、植被退化、地下水下降和干旱）其余六个过程的最终数据。（如表3）
图1 欧洲12种土地退化过程的空间分布格局
研究结果展示了欧洲不同的土地退化过程模式，结果表明，在所有分析过程中，农药造成的土壤污染在大陆层面的空间范围最大（占40个被调查国家，累积农业面积的52%，约110万平方公里）（图1）。这一过程的巨大空间范围可以用农药风险建模数据中大量物质（数十种除草剂、杀虫剂和杀菌剂）来解释，其次是土壤养分失衡、重金属土壤污染和干旱。就空间范围而言，这四种土地退化过程可以被认为是最显著的，每个土地退化过程都影响超过四分之一的欧洲农业。相比之下，土壤盐渍化、植被退化、地下水下降和风蚀覆盖了欧洲最小的农业区。虽然国家层面的统计数据更加丰富，但一些农业面积大国受到农药土壤污染和重金属，或土壤养分失衡和干旱等关键因素的影响依旧显著。研究也零星地观察到其他重要的土地退化热点如地中海和巴尔干地区国家的水土流失，北欧国家的土壤酸化等。
图2 欧洲土地多重退化格局
研究构建了土地多重退化指数（LMI），突出了整个大陆相互作用过程的数量。LMI揭示了欧洲从1到10个共同发生的过程，这些过程被分为五个退化类别（如图2）。这种分类在整个欧洲农业用地范围内进行了探索，并特别关注了耕地，这确保指数与欧洲的作物生产及粮食安全高度相关。考虑到LMI第1类至第3类，可以注意到两个土地利用类别暴露于一个（27%）、两个（35%）和三个（22%）退化驱动因素。前三个类别突出了土地对退化的极低，低和中等脆弱性，并且在本研究中调查的地区中占80%以上。接下来的两个类别在空间上是有限的，但通过反映土地退化的最高强度而更重要。LMI第4类和第5类应该在整个泛欧农业和可耕地上进行更密切的探索。除了LMI强调的趋同过程的数量外，并发过程的组合在大陆/国家尺度上也具有相关性。在每个LMI类别的12个常见过程组合之后，研究发现了相互作用的土地退化路径的复杂模式，这在欧洲的农业（如图3）和耕地（如图4）景观中占主导地位。
图3 欧洲农业环境中相互作用的收敛过程的空间格局
图4 欧洲耕地环境中相互作用的收敛过程的空间格局
前三类以土地退化过程的大规模组合为特征，它影响大陆和全国的广泛农业区。在大陆和国家可耕地的LMI等级1-3的组合中，也可以注意到较小但仍然显着的区域。虽然后两类明显占比较小，但由于四种和五种退化驱动因素的复杂空间相互作用，它们也是重要的。对于农业用地，研究发现了最常见的四个并发过程，分别为水蚀、农药土壤污染、重金属土壤污染和干旱。这种情况对意大利的影响最大，其中超过10%的农业用地受到两种相互作用过程组合的影响。文章认为本次研究为土壤评估提供了可靠的结果，可作为欧盟政策下有针对性的土地退化缓解战略的依据。研究所构建的建模框架可以作为一种可行的工具，促进关联学科之间的交流，并朝着进一步综合评估土壤-陆地-水关系的方向发展。研究提出的LMI可以成为一个有价值的跨学科工具，用于土地退化复杂的科学评估，如果有多种或最佳的环境数据，也适用于地球上的其他地区。
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责编：巩晓曦
文字：李泓伯
排版：徐雨颀
校对：刘双瑜
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