土壤侵蚀的现状、原因及影响

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土壤侵蚀的现状、原因及影响

2023-03-27 15:07| 来源: 网络整理| 查看: 265

由于全世界人类从土地上获得的食物(热量)超过99.7%,而从海洋、水生态系统获得的食物(热量)不到0.3%,因此保护耕地和保持土壤肥力对人类福祉至关重要。土壤侵蚀是世界粮食生产面临的最严重威胁之一。全球每年由于土壤侵蚀而损失约一千万公顷耕地,从而减少了可用于世界粮食生产的耕地。耕地流失是一个严重的问题,因为世界卫生组织和粮农组织报告说,世界还有三分之二的人口营养不良。总体而言,农业地区的土壤流失速度比威胁人类粮食安全的土壤形成速度快10至40倍。

1.简介

土壤从陆地表面通过腐蚀损失,将会降低所有自然生态系统(农业,森林,牧场生态系统)的生产率。同时,随着人口的增长,水土流失,水供应不足,化石燃料消耗导致的气候变化,内陆和沿海水体的富营养化以及生物多样性的丧失是全世界主要的环境问题。

目前,近66%的世界人口营养不良,目前世界人口超过70亿,需要更多的粮食。考虑到目前人类食物(热量)中超过99.7%来自土地,而不到0.3%来自海洋、水生态系统。维持和增加世界粮食供应基本上取决于所有农业土壤的生产力和质量。

多年以来,人为造成的土壤侵蚀以及对所有农业用地的相关损害已导致了宝贵的农业用地的损失,这是由于废弃耕地,降低了剩余土地的生产力,这部分由添加氮肥和磷酸盐肥料所弥补。农田因水土流失的损失,通常导致在林地和牧场之外建立新的农田,并需要用氮和磷肥的投入来提升这些新的农田肥力。此外,土壤侵蚀减少了植物,动物和土壤微生物的宝贵多样性。

2.腐蚀原因

当土壤暴露于雨滴或风能时会发生侵蚀。雨滴撞击土壤使土壤颗粒松散,当土壤倾斜度偏离百分比为2%,土壤开始下坡运动。水土流失对所有坡地都产生了的影响,随着水向下坡进入山谷和溪流,更多的表层土壤被带走。

风能具有驱散表层土壤颗粒并将其长距离运输的强大能力。一个典型的例子是1995-1996年冬季堪萨斯州的风蚀,当时相对干燥和多风,这片的农田被侵蚀了约65吨/公顷的土壤。风能足够强大,可以推动数千公里的土壤颗粒。

2.1 土壤结构

土壤结构影响土壤被侵蚀的难易程度。土壤具有中等至上等质地,有机物含量低,结构薄弱的土壤最容易受到侵蚀。通常,这些土壤的水渗透率低,因此遭受高水蚀率,很容易被风能取代。

2.2 植物覆盖物的作用

被植物生物质覆盖的土地,无论是生的还是死的,对风和水土的侵蚀都有更强的抵抗力,并且遭受的侵蚀相对较少,因为降雨和风能被生物质层耗散,表土被生物质结合在一起。在森林地区,最低60%的森林覆盖率是必要的,以防止严重的水土流失和山体滑坡。广泛砍伐农田和牧场的森林,土壤被严重侵蚀。

在人口众多且正在增长的发展中国家,尤其是在农业实践中,通常不保护的土壤中,植物性土壤覆盖层的丧失尤其普遍。此外,在这些国家中,烹饪和取暖经常取决于使用农作物残余物作为燃料。例如,在1990年代,中国大约60%的农作物残留物和孟加拉国的90%的农作物残留物,通常被从土地上清除掉并作为燃料燃烧。孟加拉国可用于生物质能转化的作物残渣数量,占所有水稻作物残渣的50%和非水稻作物残渣的80%。最近,中国的农作物残留物越来越少用作国内燃料来源,是由于化石燃料的可用性增加。但是,中国计划烧掉每年产生的6,000亿吨秸秆(谷物)作物残渣中的一半,以发电。在薪柴和其他生物质稀少区,草和灌木的连根部被收集并烧掉,所有这些做法使土壤贫瘠,并完全暴露于雨水和风蚀作用下。

2.3 地形

在菲律宾,超过58%的土地坡度大于11%,在牙买加,有52%的土地坡度大于20%,每年的土壤侵蚀率高达400吨/公顷。尤其是在边缘和陡峭的土地上,侵蚀率很高,这些土地已经从森林变成了农作物。另外,据报道,在印度干旱地区,在相对强风的干旱条件下,土壤侵蚀速率高达5600吨/公顷/年。即使在像美国这样的拥有丰富耕地的发达国家中,也需要开发坡度更大的耕地,侵蚀损失平均为13吨/公顷/年。在像欧洲这样的发达地区,测得的侵蚀速率介于3到40吨/公顷/年之间,每两年或三年可能会发生20-40吨/公顷的个别暴风雨造成的损失。

2.4 其他土壤干扰

施工现场的土壤侵蚀速度可能非常高,但侵蚀发生的时间相对较短。一旦土地表面接种到草或覆盖有其他植被,侵蚀下降。

自然生态系统也遭受侵蚀损失。这在沿河岸尤为明显,在河岸,由于相邻流动水的强大作用,自然会发生侵蚀。当溪流切入相邻土地时,土壤流失增加。

3.土壤侵蚀对陆地生态系统的影响

土壤侵蚀减少陆地生态系统的生产率。按照重要性排序,水土流失会增加水的径流,从而减少水的渗透和土壤的储水能力。另外,在侵蚀过程中,有机物和植物必需养分从土壤中去除,土壤深度减小。这些变化能抑制营养生长,减少宝贵的生物群的存在和土壤整体生物多样性。这些因素相互作用,几乎不可能将一个因素的具体影响与另一个因素分开。

4.1 可用水量

水是所有陆地生态系统生产力的主要限制因素,因为所有植被都需要大量水才能生长和生产水果。例如,在大约三个月的生长季节中,一公顷玉米将需要约700万公升的水,并通过从土壤中蒸发而损失另外200万公升的水。在降雨造成的土壤侵蚀过程中,水的径流会显着增加,因为进入土壤的水更少,可用于支撑生长中植被的水也更少。

4.2 营养损失

侵蚀的土壤带走了重要的植物养分,例如氮,磷,钾和钙。通常,侵蚀的土壤每单位重量所含的养分大约是剩余土壤中所剩的三倍。一吨肥沃的表层土壤平均含氮1至6千克,磷1至3千克,钾2至30千克,而侵蚀土地上的表层土壤平均氮含量仅为每吨0.1至0.5千克。为了抵消作物生产造成的营养损失,经常使用大量的肥料。土壤养分流失每年使农业损失数十亿美元。如果土壤基础相对较深,约为300毫米,并且如果每年每公顷仅损失10至20吨土壤,则损失的养分可以通过使用商业肥料和/或牲畜粪便来代替。但是,替代策略对农民和国家而言都是昂贵的,而且贫困农民通常买不起肥料,这些化学物质可能会损害人体健康,污染土壤,水和空气。

4.3 土壤有机质

每公顷肥沃的土壤通常含有100吨有机物质,土壤有机质中大约含有95%的土壤氮和25%至50%的磷。由于发现大多数土壤有机质都像腐烂的叶子和茎一样靠近土壤表面,因此侵蚀显着减少了土壤有机质。风蚀和水蚀都会有选择地去除土壤中的有机颗粒,而留下较大的土壤颗粒和石头。多项研究表明,通过水蚀或风蚀去除的土壤中有机物的含量是所剩土壤的1.3至5倍。

土壤有机质是一种宝贵的资源,因为它促进了土壤聚集体的形成,从而增加了土壤的孔隙度。改良的土壤结构反过来促进了水的渗透,最终促进了土壤的整体生产力。另外,有机物有助于阳离子交换,提高植物根生长,并且刺激的重要土壤微生物增加。

一旦有机物层枯竭,生态系统生产力就会下降,原因是土壤结构退化以及有机物所含营养物质的枯竭。除了降低生产率,生物群和这些生态系统的总体生物多样性的总生物量显着减少。

4.4 土壤深度

生长中的植物需要具有足够深度的土壤,以在其中扩展根系。各种土壤生物,如蚯蚓,还需要合适的土壤深度。因此,当侵蚀将土壤深度从深土壤的30 cm减小到薄土壤的1 cm甚至更低时,植物的根部空间可以最小化,并且植物会发育不良。



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