十年最湿润冬季，农业用地抵御水蚀能力几何？—— 探寻农地水土保持与生态韧性

在气候变化背景下，极端湿润天气增多，农地水土保持能力受关注。研究人员以英国北怀克农场平台（NWFP）为对象，研究不同土地利用方式下冬季降雨对沉积物流失调节的影响。结果表明，耕地系统对冬季降雨抵抗力弱，牧场系统受耕作影响也有风险。该研究为农地管理提供依据。

　　随着全球气候的不断变化，极端天气事件愈发频繁，尤其是湿润冬季的增多，给农业生态系统带来了前所未有的挑战。土壤侵蚀作为一个全球性的土地管理难题，不仅严重破坏土壤生态系统服务，影响粮食生产、碳储存、生物多样性以及水过滤等功能，还会导致大量泥沙进入河流，引发一系列生态环境问题。以往的研究在获取可靠的土壤侵蚀数据方面存在诸多困难，比如传统的基于地块尺度的测量方法难以准确反映田间尺度的侵蚀情况，而利用放射性核素等方法又面临假设条件的质疑。此外，确定土壤侵蚀的管理阈值也存在争议，“可容忍土壤流失” 概念在实际应用中面临空间和时间变异性以及计算方法不统一的问题。在这样的背景下，为了深入了解农业生态系统在湿润冬季的响应机制，探寻提高其水土保持能力的方法，英国的研究人员开展了一项极具意义的研究。
该研究以英国北怀克农场平台（NWFP）为实验场地，这是一个仪器设备完善、监测全面的研究平台。研究人员通过对该平台不同土地利用方式（牧场和耕地）的区域进行长期监测，旨在探究在过去约十年间，冬季降雨和土地利用变化对沉积物流失调节能力（即抵抗水蚀的能力）的影响。研究成果发表在《Agriculture, Ecosystems 》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 NWFP 平台完善的监测设备，包括 H - 通量仪、压力传感器、多参数探测器和自动水样采集器等，对水文和沉积物相关数据进行 15 分钟间隔的连续记录。其次，通过校准浊度传感器，建立了多组校准关系，将浊度转换为悬浮沉积物浓度（SSC），以此来精确估算沉积物流失量。此外，利用古环境重建方法，通过分析湖泊沉积物岩芯，确定 “现代背景” 沉积物流失量，作为评估土地对水蚀抵抗能力的基准。
研究结果主要分为以下几个方面：

1. 降雨特征：研究期间，不同冬季的降雨特征差异明显。2012 - 13 年和 2015 - 16 年的冬季降雨量接近长期平均水平，而 2013 - 14 年和 2019 - 20 年则是最湿润的冬季，这些冬季的日降雨量、降雨天数、降雨强度等指标都显著高于其他年份。例如，2013 - 14 年冬季总降雨量达到 514.2 毫米，EI₃₀值最高，为 530.1 MJ ha^-1 mm^-1 。
2. 沉积物流失情况：在牧场系统中，长期永久牧场在多数冬季沉积物流失量未超过 “现代背景” 水平，但在一些特殊年份，如 2013 - 14 年和 2015 - 16 年，部分经过翻耕和重新播种的牧场区域出现了沉积物流失量超过最低 “现代背景” 率的情况；在 2019 - 20 年，个别牧场区域甚至超过了最高 “现代背景” 率。而在耕地系统中，2019 年秋季转为耕地的区域在 2019 - 20 年冬季和 2023 - 24 年冬季，大部分地块的沉积物流失量都大幅超过 “现代背景” 水平，最高可达 21.7 倍。
3. 环境损害成本：随着沉积物流失量的增加，环境损害成本也相应上升。永久牧场在五个研究冬季的累计环境损害成本为每公顷 163 - 203 英镑至 386 - 507 英镑不等；而经过翻耕、重新播种或转为耕地的区域，其累计环境损害成本则显著更高，最高可达每公顷 2384 - 2812 英镑。在 2019 - 20 年和 2023 - 24 年，耕地的累计环境损害成本是永久牧场的 9.1 - 10.3 倍。
   研究结论和讨论部分指出，该研究提供了过去十年间不同土地利用方式对冬季降雨响应的定量数据，揭示了耕地系统对冬季降雨的抵抗力明显不足，而牧场系统在进行翻耕和重新播种等干扰活动后，若遇到湿润冬季，沉积物流失调节能力也会受到显著影响。这一研究成果对于农业土地管理和政策制定具有重要意义。一方面，为土地管理者提供了科学依据，帮助他们制定更加有效的水土保持措施；另一方面，也为政策制定者提供了参考，促使他们在制定相关政策时，充分考虑不同土地利用方式对环境的影响，加强对农业土地的保护和管理。同时，研究还指出可以通过扩大可用的湖泊沉积物岩芯数据库，进一步改进 “现代背景” 沉积物流失率的估算方法，为未来的研究和实践提供更准确的参考。