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地球的“皮肤癌”---对土壤侵蚀环境问题的通俗理解

已有 3826 次阅读 2018-5-3 15:41 |个人分类:土壤侵蚀科普|系统分类:科普集锦| 土壤, 土壤侵蚀, 生态, 环境保护, 可持续发展

 

地球的“皮肤癌”---对土壤侵蚀环境问题的通俗理解

刘亮 西北农林科技大学水土保持研究所

马璠 宁夏农林科学院荒漠化治理研究所

如果将全体从事地球科学领域研究的科学家(这里是指以科研工作谋生的人员)比作医生,把我们的地球家园比作一个人,那么研究土壤的科学家就应当算作是皮肤科医生。进一步,研究土壤侵蚀环境问题的科研工作者,就当属于主攻“皮肤癌”的专科医生了。

为什么这么说呢?一般而言,整个地球环境被划分为五大组成部分,分别是大气圈、水圈、土壤圈、生物圈和岩石圈。具体到“土壤圈”,首先需要清楚土壤是什么。土壤是地球表面上能够生长植物的疏松表层,是由各种细颗粒矿物、有机物、水分、空气、微生物等多种成分共同构成的。一般来说,土壤的厚度多在2米以内,平均厚度仅为30厘米左右。全世界范围内多种多样的土壤类型,共同构成了几乎能够包裹住地球陆地表层的连续圈层,这就是土壤圈。它是地球环境中最为活跃的圈层,并且有机地联接大气圈、水圈、生物圈和岩石圈(阿瑟·格蒂斯等,2013)。同时,土壤圈还在维持地球生态系统稳定和人类居住环境健康方面,发挥着纽带作用。总的来看,相对于地球半径6371千米的巨大厚度而言,覆盖其上极薄的土壤圈,就是“地球的皮肤”(张甘霖和杨顺华,2017)了。

人们常说,水和空气是人类必需的生存要素。而往往会忽视脚底下为我们无私地默默付出的土地,也就是“土壤”。在我们的自然环境中,土壤处处可见。试想,如果没有土壤,农业生产和粮食安全这样与老百姓息息相关的话题就无从谈起;如果没有土壤,郁郁葱葱的植物就没有依附,无法生存,更不能形成绿色的生态环境(图1)。不难看出,“土壤”只知付出,不求回报,具有母亲一样的无私奉献精神。所以说,在我们的生存环境的方方面面,土壤都扮演着基础而重要的角色,为我们提供着衣、食、住、行的生存所需。


图1. 黄土高原丘陵沟壑区典型的侵蚀地貌景观(陕西子洲县,刘亮摄于2017年9月)


古人有句话:皮之不存,毛将焉附。大意是说皮都没有了,毛发往哪里依附呢?我们用它来形容“土壤侵蚀”环境问题的危害,最贴切不过。这又怎么讲呢?

土壤侵蚀,它是说在自然界中的水和风等外部力量对土壤的消损过程(刘宝元等,2018)。土壤原本是具有可再生性的自然资源。在没有人类活动干扰的自然状态下,土壤一面遭受雨和风等外力的侵蚀,一面在植被覆盖充分的环境中可得到更新。土壤自身的消长保持着动态稳定。不过,土壤自身的形成过程极其缓慢。每经过12~40年才能形成1 mm厚度的土壤(Hudson1995);形成足以支持农业耕作的20 cm厚度土层,往往需要长达2400~8000年的漫长时间。然而,自人类工业革命以来,随着人口数量急剧增加,肆意的毁林开荒、不合理的农业耕作、过度放牧、大规模生产建设开发等各种各样的活动,造成了天然肥沃土壤资源的大量流失(Toy等,2002)。尤其是在高强度耕作的农业区域,土层厚度呈现持续性消耗的状态更加明显(图2。以我国商品粮基地之一的东北黑土区为例(图3),近年来的研究表明,该区域的年平均土壤流失厚度为1~4 mm(刘宝元等,2008)。这一数字是自然土壤形成速率的几十倍之多。由此可见,土壤侵蚀现象的发生和发展是极为快速的。考虑到土壤还同时遭受其他诸如重金属污染、盐碱化等多种形式的退化威胁,土壤资源作为一种不可再生、极为珍贵的自然资源,在世界人口数量剧增和社会经济发展引发的巨大环境压力面前,已是不争的事实


图2. 东北地区西部遭受剧烈土壤侵蚀作用的切沟景观(内蒙古敖汉旗,张天宇摄于2018年4月)


图3. 东北黑土区遭受严重融雪侵蚀作用的浅沟坡耕地景观(黑龙江九三,王大安摄于2013年4月)


然而,如此严重的土壤侵蚀现象,对于我们的肉眼日常观察来说,仍然是极其缓慢、不易被察觉的。往往只有在经历数月、甚至数年之后,当土壤流失的状态累积到一定程度,被蚕食的土层厚度才能被人们直观地观察到。所以,土壤侵蚀现象十分隐蔽,可一旦人们能够明显感觉到它的存在时,表层的肥沃土壤将永久性消失,庄稼无法生长、其他植物也难以存活(图4。通过以上认识,将“土壤侵蚀”这一典型的生态与环境问题,视为地球上的“皮肤癌”再恰当不过


图4. 邻国尼泊尔长期遭受严重水土流失形成的极度贫瘠的坡耕地景观(尼泊尔Manthali,董一帆摄于2018年4月)


作为土地退化最主要的表现形式之一,土壤侵蚀是生态与环境问题的集中体现,在全球各地普遍存在(Montgomery2007)。不仅如此,土壤侵蚀还会直接导致地表水的富营养化、水质污染和江河湖泊库坝泥沙淤积等诸多环境问题,严重制约着资源-环境-社会经济的可持续发展(张科利等,2015)。长期以来,我国都是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一(唐克丽,2004)。根据《第一次全国水利普查水土保持情况公报》(中华人民共和国水利部,2013)的统计结果显示:我国土壤侵蚀总面积达到了294.91km2,占全国陆地面积的近30.7%。根据生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台最新的《全球土壤退化现状与恢复评估》(IPBES2018)报告显示:土地退化已成为一种普遍存在的系统环境问题,整个地球有超过75%面积的地区都受到了人类活动的重大影响。同时,土地退化现象正在地球陆地的各个地区以不同的形式发生。

总的说来,土壤侵蚀研究及其防治工作任重道远。作为专门从事土壤侵蚀及相关研究的我们,需保持作为“地球医生”的情怀和使命感,在探寻“地球皮肤癌”起因、特点及科学防治策略等诸多亟待解决的生态环境保护问题中,贡献自己的绵薄之力。

以上文字是作者对土壤侵蚀研究工作在生态与环境保护事业中重要性的一点浅见,敬请读者们批评指正。


参考文献

1   Hudson N. Soil Conservation[M]. Ames: Iowa State University Press, 1995.

2   Montgomery D. R. Soil erosion and agricultural sustainability[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2007, 104(33):13268-13272.

3   The Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES). Summary for Policymakers of the Thematic Assessment of Land Degradation and Restoration[EB/OL]. [2018-05-02]. https://www.ipbes.net/system/tdf/downloads/spm_africa_ unedited_advance_28march2018_0.pdf, 2018.

4   Toy, T. J., Foster, G. R., & Renard, K. G. Soil Erosion: Processes, Prediction, Measurement, and Control[M]. Hoboken: John Wiley and Sons Ltd., 2002.

5   阿瑟·格蒂斯, 朱迪丝·格蒂斯, 杰尔姆·D·费尔曼. 地理学与生活[M]. 世界图书出版公司北京公司, 2013.

6   刘宝元, 谢云, 张科利. 土壤侵蚀预报模型[M]. 中国科学技术出版社, 2001.

7   刘宝元, 阎百兴, 沈波,王志强, 魏欣. 东北黑土区农地水土流失现状与综合治理对策[J]. 中国水土保持科学, 2008, 6(1):1-8.

8   刘宝元, 杨扬, 陆绍娟. 几个常用土壤侵蚀术语辨析及其生产实践意义[J]. 中国水土保持科学, 2018, 16(1):9-16.

9   唐克丽. 中国水土保持[M]. 科学出版社, 2004.

10 张甘霖, 杨顺华. 土壤: 地球的皮肤[OL]. [2018-05-02] http://blog.sciencenet.cn/blog-1525565-1039642.html, 2017.

11  张科利, 谢云, 魏欣. 黄土高原土壤侵蚀评价[M]. 北京: 科学出版社, 2015

12 中华人民共和国水利部. 第一次全国水利普查水土保持情况公报[EB/OL]. [2018-05-02]. http://www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/zgstbcgb/201612/t20161222_776093.html, 2013




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2 张明武 赵建民

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