人类活动使土壤流失加速了多少?

人类砍伐森林、开荒耕作的过程会加快土壤冲蚀流失的速度,这一点已经是人们的共识。而在最近的一项研究中,地质学家们首次对此给出了量化的结果:他们的研究结果显示,与自然状态相比,人类活动可以使土壤流失速度增长百倍之多。在人类的影响下,几十年内损失的土壤可能相当于自然状态下上千年的流失量。这一研究结果于1月7日发表在《地质学》(Geology)期刊上。

对于地质学家来说,准确测量某种地形自然状态下的侵蚀速率是一个相当困难的任务,因此也很难确切地计算人类对土地的利用究竟让水土流失速度加快了多少。这个数据的缺失也使得环境领域的政策制定变得困难。

而现在,研究者们针对罗阿诺克河(Roanoke)、萨凡那河(Savannah)和查塔胡奇河(Chattahoochee)以及美国东南部其他七条河流流域进行了研究,第一次精确量化了土地的“本底侵蚀速率”。由此,科学家们宣布了这个惊人的发现:在欧洲殖民之前,这里山坡的土壤侵蚀速率大约是每2500年1英寸(相当于2.54 厘米),而在人类扰动土地的高峰时期(也就是19世纪末到20世纪初),每25年就会流失1英寸厚的土地。

“这可是超过100倍的增长。”论文作者之一保罗•比尔曼(Paul Bierman)说。比尔曼是佛蒙特大学的一位地质学家,他与他过去的学生卢克•罗伊瑟(Luke Reusser)以及帝国理工学院的地质学家迪伦•鲁德(Dylan Rood)一起合作进行了这项研究。“当人们收获了作物之后,土壤变得七零八落,” 比尔曼解释说,“于是土地就被侵蚀得更快了。”

“我们的研究确切地展示了殖民和农业发展对北美的土地造成了多大影响,”鲁德表示,“人类‘刮去’土壤的速度要比自然过程快100倍!”

沿着皮埃蒙特南部,从弗吉尼亚到阿拉巴马,在阿巴拉契亚山脉和大西洋沿岸平原之间伸展着高低起伏的地形,黏土土壤的积累经历了成千上万年。然后,在经过了仅仅几十年的高强度砍伐以及棉花和烟草种植之后,土壤的侵蚀就相当于无人环境下上千年的程度了。“大地并不能快速地‘生产’出这些珍贵的土壤以补充人类带走的部分,” 鲁德说,“这样的趋势如果继续下去,将会是不可持续的。”

科学家们从这些河中收集了24份沉积物样品,然后用一项新的技术对它们进行了测量。从沉积物中的石英颗粒上,研究者们提取出了铍元素的一种罕见形式,一种名叫铍-10的同位素。这种同位素是在宇宙射线的照射下在土壤表层形成的。侵蚀速率越慢,土壤暴露在地球表面的时间就越长,同时铍-10的积累也就越多。通过位于劳伦斯•利弗莫尔国家实验室的一台加速器质谱仪,地质学家们测量了样品中铍-10的含量,这就相当于用一种“时钟”去测量很长一段时间跨度内的侵蚀量。

这些现代河流沉积物可以揭示过去数万年的土壤流失速率,这使得研究团队可以将“本底数据”与殖民后的侵蚀速率相比较。在皮埃蒙特的这些区域,河流输沙量数据自20世纪初以来一直被很好地记录着。

科学家们得出结论说土地侵蚀被人类加速了100倍,不过这些河流输出的沉积物量仅比殖民前的水平增加了5~10倍。也就是说,河流只运输了约6%被侵蚀的土壤。这表明在过去的两个世纪来被侵蚀的大部分土壤依然以“遗留的沉积物”的形式存在,堆积在坡脚和山谷底部。

“人类活动在大地上留下的一个巨大的‘印记’,这使得人们很难弄清土壤自然状态下的变化规律,” 比尔曼表示,“不过,着眼于检测铍-10使我们可以透过人类的‘印记’看到其下方,看到过去究竟发生了什么。”

研究者表示,这项研究不仅可以帮助人们了解自然规律,而且也为制定合理的土地使用规划提供了信息帮助。“这也提供了未来的一个目标,” 鲁德说,“我们可以将通过铍-10数据得到的侵蚀速率作为一个资源保护的目标。这可以用来制定环境政策和法规,来保护受到威胁的土壤和水资源。”(编辑:窗敲雨)

题图来自:Eurekalert

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