人类世的土壤侵蚀:研究需求

百科   2024-11-10 08:01   陕西  

土壤侵蚀是一种地貌过程,同时也是一种土地退化过程,可能导致环境和财产破坏、生计和服务损失以及社会和经济破坏。侵蚀不仅会降低现场的土壤质量,还会在场外造成严重的沉积物相关问题。鉴于关于这个主题的大量研究论文,因此可以得出结论,我们现在几乎了解了关于土壤侵蚀及其控制的一切,因此几乎没有新知识可以添加。可以通过指出一些主要的研究空白来反驳这一结论。需要更多的研究关注 (1) 提高对自然和人为土壤侵蚀过程及其相互作用的理解,(2) 在空间和时间上扩大土壤侵蚀过程和速度,以及 (3) 创新技术和策略以防止土壤侵蚀或降低侵蚀率。来自世界各地的各种案例研究说明了这一点。如果未来的研究解决了这些研究差距,我们将 (1) 更好地了解在一系列空间和时间尺度上运作的过程及其相互作用,预测它们的速率以及它们在现场和非现场的影响,这在学术上是有益的,但对于更好地定位侵蚀控制措施也至关重要,以及 (2) 我们将处于更好的位置,选择最合适和最有效的土壤侵蚀控制技术和策略,这些技术和策略非常人类世土壤可持续利用所必需的。

由于城市扩张,城市沟壑( 15 m 深,25 m 宽)切入深度风化的沙质沉积物,导致径流响应增加(巴西圣路易斯,2007 年 1 月)。

由于沟渠(约 15 m 宽,5 m 深)的开发,增强了山坡排水,导致沟壑区域的土壤和作物干燥(注意鹰嘴豆的黄色)(May Leva,北埃塞俄比亚,2002 年 9 月)。

下沉小巷的土堤(黄土)中的河岸沟形成(2009 年 5 月,比利时 Bertem)。

在粉质粘土中形成的沟渠岸边附近的管道侵蚀和管道坍塌(Aba Ala Graben,北埃塞俄比亚,2015 年 4 月)。

草原下黄土来源的土壤因地下侵蚀而坍塌的土壤管道(德国波恩地区,2008 年 2 月)。对于比例尺,请注意塌陷管道中的人。

土地平整导致土壤侵蚀的证据,导致地形急剧下降。目前农田的土壤表面为 c。在原始表面以下 8 m 处,仍然可以在电线杆下方观察到(西班牙安塔斯,2010 年 4 月)。

牛群践踏、降雨和径流侵蚀以及土地平整,以减少与牛竞争的白蚁消耗生物量,对草原上的白蚁丘( 3 m 高)的侵蚀(Mbarara,乌干达,2009 年 8 月,H. Erens)。

草原地块白蚁丘平整对乌干达西部景观影响的插图(已清理)(Mbarara,2009 年 9 月,H. Erens)。请注意,在完整的地块中,白蚁丘被灌木丛覆盖。

第一次世界大战期间,炸弹爆炸了 Beselare(比利时 Zonnebeke)周围的景观

弹坑直径与雨滴的能量/装药重量以及第一次世界大战中使用的一系列炸药类型和重量。飞溅坑数据是从不同高度 (< 12 m) 落在细沙上的 3.1 毫米水滴(数据来自 Zhao 等人2015 年)。在沙质土壤中埋藏的贝壳在地下(土壤深度约 1 m)爆炸后收集了明显的爆炸坑数据(图 9;比利时利奥波尔兹堡,2016 年 7 月,DOVO,爆炸物销毁服务)。在比利时西部,记录了第一次世界大战中 17 至 38 m 深度的粘土和砂矿床地雷爆炸的表观矿井爆炸数据(Lampaert,2000 年)。实线表示炸弹在土壤表面的爆炸(Cooper, 1996)。

第一次世界大战堑壕战的遗迹(2015 年 1 月,比利时 Wijtschate)。

通过浅层滑坡控制 flysch 衍生土壤上农田(小麦)中短暂的沟渠位置(Villanueva De La Concepcion,西班牙南部,2010 年 4 月)。

耕作侵蚀与农田(山坡下部)短暂沟壑之间的相互作用。请注意浅色的平面凸坡段,其中底土因耕作侵蚀而暴露在外(并且农作物林分较差)和深色平面凹形坡段,其中发生耕作移位沉积的表土以及短暂的沟渠通道,这些沟渠是由山坡(牧场)上部产生的集中径流形成的(Zarcilla de Ramos, 西班牙,1997 年 11 月)。

短暂沟壑发育与耕作侵蚀/沉积之间相互作用的图示(根据 Poesen 等人2011 年)。左图:如果不进行土壤耕作,总沟壑体积随时间推移而逐渐增加(基于田间测量)。右图:如果每年通过土壤耕作作业填充沟渠,则累积短暂沟壑体积随时间的变化。

浅层土壤(玄武岩)上的牧场严重退化,这是由侵蚀过程组合造成的,即牛群践踏和水侵蚀导致潮湿和饱和过度放牧的表层土壤脱落(埃塞俄比亚塔纳湖盆地,2010 年 11 月)。

用于测量欧洲年土壤侵蚀率或沉积物产量的径流地块大小和集水区的频率分布。在至少一年内测量到片状和沟壑侵蚀造成的土壤损失的地块总数为 1719 个(来源:Maetens 等人2012a,2012b)。 根据测量站 (n = 1287) 的悬浮沉积物浓度和径流排放测量值计算沉积物产量或水库中沉积物积累 (n = 507) 等于 1794 的流域总数(Vanmaercke 等,2011)。


采取措施保护全球土壤资源的质量和数量应该不需要任何理由。我们未来在人类世中养活自己和生活在无污染环境中的能力取决于我们降低土壤目前侵蚀速度的能力。全球范围内前所未有的环境变化使这项任务变得更加紧迫。
土壤侵蚀率的评估应更多地关注迄今为止大多数地方、区域、大陆和全球范围内未考虑的一系列侵蚀过程:即沟壑侵蚀、地下侵蚀(管道和隧道)、耕作侵蚀、土地平整、土壤采石、白蚁丘清除、爆炸坑和沟渠挖掘。同样,侵蚀过程与其因素之间的相互作用也值得更多的研究关注。很明显,人类世的土壤侵蚀主要是自然和人为土壤侵蚀过程相结合的结果。在越来越多的案例研究中,人为土壤侵蚀过程已成为主导。后者在环境影响研究中很少被考虑。
鉴于其中几个过程的规模和范围,迫切需要对土壤侵蚀率进行更好的综合评估。研究人员经常偏向于特定的自然侵蚀过程!此外,迫切需要将人为土壤侵蚀过程纳入此类评估中。
在各种环境变化情景下预测流域尺度的土壤侵蚀速率和沉积物产量是地貌学研究中的主要挑战之一。到目前为止,基于物理的模型和回归模型的应用并不总是为预测土壤侵蚀和沉积物产量提供非常令人满意的结果。这是由于大多数基于流程的模型需要大量数据,并且缺乏详细的知识来描述集水区规模的所有流程和流程交互。特别是,点状沉积物来源(例如沟壑、管道、物质运动)和沉积物连通性仍然难以用大多数模型进行预测。
这需要开发土壤侵蚀模型,其中包括:(1) 表示所有类型的沉积物点源;(2) 使用沉积物连通性指数对沿整个山坡和集水区内的沉积物进行建模;(3) 土地利用和 SWC 措施的影响表示。
为了支持模型校准和验证,越来越需要对有关土壤侵蚀率、因素和沉积物产量的已发布数据进行大规模数据收集和分析(数据挖掘)。因此,迫切需要在这些有价值的元数据丢失之前对其进行编译和分析。
与侵蚀过程和建模研究的创新相比,侵蚀控制研究的创新相当有限。需要做出更多努力来进一步开发或改进有效的侵蚀控制技术和策略,特别是针对使用软工程方法的土壤侵蚀热点地区。

水土保持之点滴
转发和编辑水土保持及其相关的内容。
 最新文章