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土壤水力侵蚀对当前的农业可持续发展造成严重威胁,尤其是在坡耕地地区,且侵蚀在未来气候变化下将可能进一步加剧。在脆弱的山区,梯田是控制水力侵蚀和增强气候韧性的关键措施。因此,评估当前和未来的梯田土壤保持效益,对于应对水力侵蚀和气候变化的挑战具有重要意义。然而,目前仍然缺乏从当前到未来气候变化下的大尺度梯田效益评估研究,在不同时期和多种情景下,全国梯田能将农地侵蚀减少多少仍不清楚。

针对上述问题,清华大学地球系统科学系俞乐副教授课题组基于先前制作的中国梯田分布图,构建了大尺度梯田土壤保持效益评估模型,空间显式地量化了当前和未来的多种情景下的中国梯田减蚀效益。该研究提升了对梯田效益的认知,改进了对农地侵蚀的估算,并为梯田管理提供了空间指导。

研究结果表明,在当前时期,中国梯田的土壤保持效益显著(图1)。当前中国梯田可使农地水力侵蚀总量减少52%。梯田的土壤保持效益呈现出明显的空间异质性,中国西南和西北地区梯田的减蚀总量最大。梯田效益和地形具有密切的关系,梯田在陡坡耕作系统的侵蚀控制中发挥尤为重要的作用。

图1 当前中国梯田的减蚀效益

在未来气候变化下,现有梯田仍将在我国的土壤保持中发挥重要作用,并将做出更大贡献(图2)。从2010年到2100年,现有梯田的减蚀总量将在未来气候变化情景下增加15%(SSP1-RCP2.6)至63%(SSP5-RCP8.5)。在不同的未来时期和气候变化情景中,现有梯田的减蚀效益变化强度不同但呈现相似的空间模式,东北和北方地区将在未来实现最大的梯田效益百分比增幅。

图2 未来气候变化下中国现有梯田的减蚀效益

在不同的梯田变化情景下,当前和未来的中国梯田土壤保持效益将发生明显的变化(图3)。假设未来的梯田质量衰退,可能导致梯田减蚀总量下降36%-46%。在当前和未来,如果在非梯田的陡坡农地侵蚀热点修建梯田,梯田的减蚀总量将增加42%-45%,如果在梯田侵蚀热点实施退耕还林还草,梯田的水力侵蚀总量将下降7%-20%。研究表明,恰当的梯田质量维护和分布规划在提高梯田效益和减少农地侵蚀中仍有很大潜力。

图3 不同梯田变化情景下当前和未来的中国梯田减蚀效益变化

该研究以“在当前和未来气候变化下,梯田化可将中国农地的水力侵蚀减少50%以上”(Terracing can reduce cropland water erosion in China by over 50% at present and under future climate change)为题,发表于《一个地球》(One Earth)期刊。清华大学地球系统科学系2020级博士生曹博文为论文第一作者,俞乐副教授为论文通讯作者。合作者包括中科院生态环境研究中心傅伯杰院士、卫伟研究员,清华大学李伟副教授,法国气候与环境科学实验室Philippe Ciais研究员,欧盟联合研究中心Panos Panagos研究员,罗马第三大学Pasquale Borrelli教授,EcoAct/ATOS的Victoria Naipal博士,云南师范大学角媛梅教授,北京师范大学谢云教授,香港大学宫鹏教授。该研究得到了国家重点研发计划项目的支持。

论文链接:https://www.cell.com/one-earth/fulltext/S2590-3322(25)00316-1

供稿:曹博文

编辑:王佳音

审核:耿睿


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