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牧场风蚀水蚀情况受气候变化影响分析

2020-06-05 515 上传者：管理员

摘要：水土流失严重影响牧场健康和粮食安全,同时对人类健康和生态环境构成重大危害。因此,对未来气候变化对土壤侵蚀的影响进行预测,并对于制定适当的管理方案至关重要,这些管理方案的实施能够在最大限度上减轻水土流失造成的负面影响,并有可能建立牧场修复能力。回顾气候变化对牧场土壤侵蚀的潜在影响,并讨论潜在的侵蚀影响因子。预测气候变化将对重要的侵蚀区,特别是植被覆盖区域的影响。火灾干扰的频率、幅度和范围及高强度侵蚀性天气事件,都有可能成为牧场水土流失的影响因子。我们确定气候变化与这些影响因子相关的内容,并探讨应对气候变化对牧场土壤侵蚀影响的措施。为了提高牧场适应气候变化的修复能力,建议利用现有的监测数据建立脆弱性评估。

关键词：
土壤侵蚀
气候变化
水土流失
水蚀
牧场
风蚀
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1、气候变化对牧场土壤侵蚀影响的重要性

气候变化对于维持生态系统的稳定性及如何对保持土地生产力可持续性至关重要。牧场主要由草、杂草类和灌木覆盖,但也包括分布在美国西部的各种亚环境,每个亚环境都有独特的生态和管理方式。因为它们存在的气候条件处于植物生理阈值附近,所以对气候非常敏感;因为气候预测往往存在很大的不确定性,同时植被群落和土壤类型之间的关系也存在空间变异性,因此预测牧场如何应对气候变化是困难的。美国很大一部分牧场已经受到土壤侵蚀。水和风对土壤的侵蚀是土地退化的一个重要因素,它影响到养分供应、饲料生产和粮食安全,并对人类健康构成严重危害。预测气候变化对牧场土壤侵蚀的影响,并确定适当的管理措施需要了解气候对牧场造成水土流失影响的机理。本文概述了气候变化对美国牧场的潜在影响,强调潜在的水蚀和风蚀风险。最后,我们对当前和未来的牧场管理方法进行了讨论。

1.1气候背景及其变化

美国牧场包括大平原、西部山间、大盆地和西南部沙漠的部分地区。气候类型为干旱半干旱气候,降水和温度随季节、海拔和地理位置的变化而变化。气候变化和极端气候条件在这些地区很常见,包括多年干旱、大面积野火、洪水、对流风暴以及区域性沙尘暴。过去一个世纪,美国大部分牧场的温度一直在升高,这一趋势在最近几十年有所加剧。根据我们的研究,美国牧场观测到的年降水量变化差异很大,西南大部分地区和山地西部干旱,大平原大部分地区湿润。在季节时间尺度上差异性大,观察到春季和夏季西南干旱,冬季西北干旱。根据近些年对季节性降水的预测,西南大部分地区冬季和春季较干旱,夏季较湿润;南部平原的大部分地区的春天和夏天将会更干旱,德克萨斯州东南部四季都是干旱的;北方平原的春天将较湿润,夏天较干旱。气候变化对牧场土壤侵蚀的潜在影响取决于牧场对外界环境的抵抗力。

1.2气候变化对牧场侵蚀的潜在影响

1.2.1风力侵蚀

美国西部大部分地区的平均风速较低,但南部平原和北部平原部分地区风力较大。植被及气候的变化可降低风蚀潜在的风险。

1.2.2土壤结皮

牧场风蚀过程的另一个重要控制因素是土壤结皮,这显著增加了风蚀发生的概率,很少有研究特别关注土壤侵蚀背景下气候变化对土壤结皮的影响预测。

1.2.3降雨侵蚀

气候变化模型可以持续预测美国西部高强度降雨事件的频率和强度。降雨侵蚀力被定义为降雨导致水土流失的能力,是降雨能量和降雨强度的函数。在径流(运输)有限的情况下,降雨动能不是侵蚀的直接驱动力。相反,在发生坡面流的地方,水侵蚀率通常最高。地表条件裸露时径流速率通常最大。

2、土壤侵蚀的潜在趋势及可能的影响

沉积物迁移和灰尘排放的增加对牧场植物群落和生态地理形态有几个影响,并对人类健康构成严重危害。土壤流失和再分布影响整体土壤健康、生物地球化学循环和土地潜力。因为许多牧场存在于生态阈值附近,即使相对较小的扰动也可能会使牧场退化,超出它们的恢复能力。此外,灰尘排放的增加可能对空气质量和人类健康产生重大影响,而沙尘暴等偶发危险也对人类生命构成直接威胁。

对气候变化的预测和植被群落相互关系研究表明,美国大部分牧场容易受到水土流失的影响,最显著的影响可能与干旱及扰动因素增加有关。关于干旱对美国牧场侵蚀的影响主要来自西南地区的研究,这些研究表明,干旱导致草本植被减少、裸露的群落间空间增大会导致径流和侵蚀的增加。水土流失抑制了草本植物的生长,使得裸地进一步扩大并连接。总的来说,随着大范围裸地的增加,风蚀和水蚀都在增加,潜在的退化地点超过了牧场自我保护和恢复阈值。据报道,在美国西北部,受土地利用、气候和火灾等因素的影响,灌木变为林地后,植物群落结构变化也有相应的变化。迄今为止,关于干旱对美国牧场水蚀影响研究有限,妨碍了干旱区对气候变化侵蚀影响的准确预测,这应该是今后的研究重点内容。野火的干扰增加了小流域侵蚀的可能性和脆弱性,并增加了对自然资源、财产、基础设施的威胁。

我们认为,应对牧场土壤侵蚀及未来气候变化所需的行动,在很大程度上是应对入侵物种、火灾和土壤退化的影响。提高牧场生态系统的健康和整体修复能力,在许多情况下减少气候变化的负面影响,提高对气候适应力,同时在气候适宜的条件下充分发挥作用。

最后,在众多侵蚀的气候因素中,我们对它们预测的结果差异很大。人们对气温上升、严重的土壤水分不足、野火和强降水的预测准确率相对较高。然而,对平均降水量(年和季节)、强烈风暴和地面风速的预测准确率相对较低。在未来侵蚀率方面,土地利用现状和土地覆盖的变化可能与气候变化同等重要,但很可能受到气候变化的影响。关于植物群落在气候变化以及土地利用变化的因素将如何影响土地风蚀和水蚀,存在很大的不确定性。面对这种不确定性,管理或决策者可以在这种不确定性中权衡土地经济开发利用与土壤侵蚀之间的关系。

3、总结和结论

对未来美国牧场资源的保护给相关部门带来了巨大的挑战。风蚀、水蚀已经对美国牧场稳定构成严重威胁,并且这种威胁可能会因未来的气候变化而加速。鉴于目前的碳排放和气候变化情况,我们目前面临的许多挑战预计将会加剧,设法阻止土壤侵蚀的继续加剧对于适应气候变化至关重要。此外,根据我们目前的理解,侵蚀只会降低气候压力的修复能力,并推动一些牧场的退化超过其恢复能力和保护阈值。我们对侵蚀过程与牧场条件及生态地貌联系的理解正在提高,但需要进行更多的研究来为牧场资源的管理工作提供信息及意见。本文概述了我们目前气候变化对美国牧场侵蚀潜在影响的理解。由于气候变暖和干旱,植被覆盖减少和植被群落从草本向灌木为主的景观转变的趋势有可能显著增加风蚀和水蚀发生的概率。最后,开发准确的模型和适当的管理措施至关重要。因此,对潜在气候与土壤流失的影响因素的理解仍然需要进一步研究,而用于指导管理决策的模型还待完善。

佟辛酉.气候变化对牧场风蚀水蚀的影响[J].水土保持应用技术,2020(03):56-57.