华中农业大学在Cell子刊(IF=15.1)揭示了我国大规模土壤侵蚀治理措施对人为侵蚀治理的积极作用

学术 2024-10-08 11:11 广东

近日华中农业大学资源与环境学院水土流失过程与生态调控课题组王真教授、徐保东副教授、史志华教授在Cell旗下的One Earth期刊发表了题为“Human-altered Soil Loss dominates nearly half of Water Erosion in China but surges in agriculture-intensive Areas”的研究论文。该研究揭示了人为土壤侵蚀约占中国水蚀的一半，且在农业活动密集地区尤为严重。

土壤侵蚀是陆地表层自然发生的地貌过程。现有证据表明，人类活动显著加速了这一过程，导致现代侵蚀速率远高于地质历史时期。厘清自然和人为加速侵蚀的贡献，是土壤侵蚀学科需要解决的基础科学问题，也是实现水土流失精准高效治理的关键。传统上，人为加速侵蚀的研究证据主要来自小流域尺度上的同位素标记法、沉积物分析、长期水文监测等分析结果，缺乏对区域乃至国家层面自然和人为加速侵蚀的区分与量化评估。此外，人为侵蚀如何归因于不同类型的人类活动也缺乏细致研究。

资源与环境学院水土流失过程与生态调控课题组依托多学科交叉背景，结合土壤侵蚀预报模型、机器学习模型、多区域投入产出模型等方法，量化评估了中国的人为土壤侵蚀（Human-altered soil erosion, HASE），并从社会生态耦合视角下对其进行了归因分析。团队进一步通过利用多源遥感数据，生成了中国梯田空间分布数据集，揭示了我国大规模土壤侵蚀治理措施对人为侵蚀治理的积极作用。研究表明，我国约48%的土壤侵蚀（水蚀）是由人类活动导致。其中，在黑河腾冲线以西的区域，由于人类活动程度较低，人为活动的贡献仅占总侵蚀的约10%。而在黑河腾冲线以东的地区，人类活动的贡献平均可达60%，在农业活动密集的地区甚至激增至90%以上。耕地在加速土壤侵蚀过程中占据主导作用，但大规模的水土保持治理措施缓解了约一半的耕地土壤侵蚀。此外，研究还提出了人为土壤侵蚀足迹的概念，基于产业生态过程揭示了家庭消费、制造业活动等社会经济行为对人为加速侵蚀的驱动作用。

该研究首次在国家层面描绘了自然和人为土壤侵蚀的高清图景，识别了人类活动对土壤侵蚀影响的热点区域。同时，从社会生态耦合视角下探讨了土地利用变化和产业活动等因素对人为土壤侵蚀的驱动机制，凸显了关键区域农业治理和社会－生态系统协同治理土壤侵蚀的重要性。研究成果为推动中国新时代因地制宜的水土保持工作和生态文明建设提供了重要参考。

华中农业大学博士研究生栗珂珂为论文第一作者（格罗宁根大学联合培养博士），华中农业大学硕士毕业生杨靖雅为共同第一作者，王真教授、徐保东副教授和史志华教授为共同通讯作者。罗马第三大学Pasquale Borrelli教授、格罗宁根大学Klaus Hubacek教授、武汉大学胡元超副教授、西北农林科技大学方怒放研究员和曾奕副研究员以及华中农业大学公共管理学院曾晨教授为本研究提供了指导和帮助。此外，博士研究生汪靖宇和周詹杭等也参与了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金项目（批准号：41930755, 42377321, 42077060）等项目资助。

图1 A. 2017年人为土壤侵蚀（水蚀）的高分辨率数据成果；B. 不同省份和坡度下人为土壤侵蚀速率和总量统计.

图 2. 中国不同区域的梯田空间分布及其对区域人为土壤侵蚀的缓解.

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