热带地区土地覆盖变化及土壤肥力

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1、热带地区土地覆盖变化及土壤肥力热带地区土地覆盖变化及土壤肥力 阿尔佛雷德Hartemink*, A. Veldkamp 和 Z. G. Bai 阿尔佛雷德Hartemink 和 Z. G. Bai：荷兰 AJ 瓦赫宁恩 6700 号，邮政信箱 353, 国际土壤参考信息中心（ISRIC）世界土壤信息 A.Veldkamp：荷兰 AA 瓦赫宁恩 6700 号，邮政信箱 37，土壤科学和地质图书馆，环境科学部，瓦赫宁恩大学 摘要摘要 土壤植被的变化对生物地球化学、水文地理学及地球的气候都有影响。在全球范围 对于土壤植被的变化进行评价的研究主要集中在以下一些方面：森林的采伐、农田的扩 张、旱地的退化

2、、城市化、草原的扩张及高强度的农业生产。在评价中使用了遥感土壤 植被数据、普查数据和专家的知识。在热带地区，为了扩张农田、得到木材或扩张基础 设施，森林被砍伐了。这种情况在亚马逊河及亚洲普遍存在。尽管热带地区的森林种植 面积也在上升，在很多温带地区，森林面积正在增长。20 世纪，农田面积扩张了 50%， 从 1900 年的大约 12 亿公顷增长到 1990 年的 18 亿公顷。西非草原地区并没有明显的 沙漠化，而在热带地区却出现了城市化现象，大多数人口集中的城市都在热带地区。在 中国， 农田面积在 1949 年至 1996 年期间从 9800 万公顷增长到 1.3 亿公顷。 在此期间， 森林面

3、积也翻了一番。在温带地区，农田不再用于农业生产（放在一边） ，而是变成娱 乐场所或建筑用地。土壤植被的变化对一些地区显然有更显著的影响，这是因为这些地 区受到了更多的研究。对于土壤植被的变化有一些互相作用的驱动因素，但是呈指数增 长的人口因素非常重要。目前，95%的人口增长发生在热带地区。土壤植被的显著变化 对热带地区的土壤肥力带来影响。森林采伐、草地变换及高强度的农业生产都有相当完 整的档案记录。 土地肥力变化在空间和时间上带来的影响以及它与土壤植被变化的相互 作用还有待进一步调查。 关键字：土地利用变化、热带地区、土壤肥力、中国、森林采伐、农田关键字：土地利用变化、热带地区、土壤肥力、中国

4、、森林采伐、农田 1 介绍介绍 人类的活动对于土地覆盖和土地的使用有影响。 土地覆盖是地球表面及地下的生物 物理状态（包括生态区、土壤、地形、地下水和人类等结构） ，而土地利用包括土地的 生物物理属性被利用的方式及土地被使用的目的（Lambin 等人，2003 年） 。尽管还有 其它一些交互因素，但是从历史的角度来看，大多数土地利用发生变化的驱动力是人口 增长（Ramankutty 等人，2002 年） ，并且森林采伐率和人口增长率并非呈线性关系 （Lambin 等人， 2001 年及 2003 年） 。 在 20 世纪期间， 世界人口翻了一番还多， 从 1900 年时的大约 15 亿增加到

5、1990 年时的 52 亿。目前世界人口年增长率为 1.3%，而 20 世 纪 60 年代末期世界人口年增长率为 2.0%。人口增长超过 90%发生在热带地区。大约 80%的人口居住在发展中地区，亚洲人口占世界总人口的 61%。现在，人口增长率正在下降，2050 年世界人口将达到约 89 亿（Lutz 等人，2001 年） 。 象在温带地区一样，在热带地区，土地也被用于种植树木和农作物、养殖家畜、建 筑楼房和道路或娱乐场所。热带地区的部分土地被小佃农耕作用以生存。小农经济在世 界不同的地方是不一样的，但是，它有以下一些特点：规模小、基本没有外部投入的自 给或半自给、机械化水平底、产量相对较低。

6、农场的规模主要取决于耕作系统的强度， 而耕作系统的强度在诸多因素中既取决于人口的压力又取决于农业生态条件。 随着人口 的迅速增长，在非高强度农业生产的条件下，小佃农们需要更多的土地来种植农作物和 生存，这就导致了森林采伐和草原到农田的转变。在亚马逊河盆地、在彭巴斯草原及一 些东南亚国家，由于经济作物（如油椰子和大豆）种植面积的扩张，也会发生这样的转 变。 尽管缺乏重新造林面积的精确数据，热带地区林业种植面积还是有所上升（Lepers 等人，2005 年） 。林业统计显示，1965 年林业种植面积约为 670 万公顷，1980 年林业 种植面积约为 2090 万公顷，1990 年林业种植面积估计

7、为 4260 万公顷（埃文斯，1992 年） 。布朗等人于 1997 年估计，1990 年全部热带地区林业种植面积为 4400 万公顷。 依据联合国粮农组织的数据，2000 年中国新增林业种植面积 110 万公顷，印度新增林 业种植面积 150 万公顷（Lepers 等人，2005 年） 。 在过去的几十年里，尽管遥感技术和地理信息系统技术都取得了巨大进步，但是， 对于陆地植被发展趋势的系统性的检查还没有进行（Lepers 等人，2005 年） 。大多数 对土地覆盖变化的分析是基于遥感、普查（国家、地区的统计清册）及通过正式程序获 得的专家意见的基础上做的。为了整合这些不同种类的原始资料，需要

8、决定数据种类之 间的相互关系（Lepers 等人，2005 年） ，这就有必要去了解土地覆盖的变化及其对全 球生态系统的影响。土地利用的变化通过碳循环影响全球的气候，通过改变土壤水分蒸 发蒸腾损失总量和水文政体影响水循环，但是，土地利用的变化也会对生物的多样性、 土壤的退化及支持人类需求的生态系统带来影响。换言之，这种变化影响着地球系统机 能（Lambin 等人，2003 年） 。 我们大体上了解什么地方发生了土地利用上的变化，我们也知道土地利用的变化影 响着土壤的化学和物理特性。这样的变化已经得到相当完备的档案记录，但是，就我们 所知， 土地覆盖的变化与土壤肥力的变化之间的系统性的全球连网还

9、没有建立。 在这里， 我们对热带地区土地利用及土地覆盖变化的主要模式作个回顾，包括在人口最多的中 国，在过去的十年里，经济的快速发展已经影响了土地的使用。接下来，我们讨论了与 土壤肥力和养分管理相关的土地覆盖变化的模式。 2 土地覆盖变化土地覆盖变化 2.1 土地覆盖的变化土地覆盖的变化全球概况全球概况 对于全球土地利用和土地覆盖变化的研究很有限， 主要的最新研究成果在这篇章节 里有所总结，它们会有部分重叠，但却体现了对于全球土地利用和土地覆盖变化主要模 式和方向的一些一致性意见（Lambin 等人，2003 年；Leff 等人，2004 年；Lepers 等 人， 2005 年； Raman

10、kutty 和福利， 1998 年； Ramankutty 和福利， 1999 年； Ramankutty 等人，2002 年） 。在这些研究中，以下土地覆盖范畴被视为变化的代理变量（Lepers 等人，2005 年） ： 1 农田的扩张及废弃 2 森林覆盖面积的变化 3 干旱区域土地的退化 4 城市定居 Lambin 等人于 2003 年使用了五个土地覆盖变化的范畴：农田、农业生产强度、热 带森林采伐、草原的扩张以及城市化。在整个回顾中，我们将或多或少地遵循这些范畴 来讨论土地覆盖变化的趋势和对土壤肥力的影响及其管理。 Lambin 等人于 2003 年总结了近来对于土地覆盖变化的估计。 农

11、田面积从 1700 年 时的 3-4 亿公顷（估计数）已经增加到 1990 年时的 15-18 亿公顷（见表 1） ，草原面积 从 1700 年时的 5 亿公顷增加到 1990 年时的 31 亿公顷。 这些增长导致了森林的消失及 自然牧草地、西伯利亚没有树木的大草原和热带（或亚热带）稀树大草原的变迁。森林 面积从 1700 年时的 50-62 亿公顷减少到 1990 年时的 43-53 亿公顷，自然牧草地、西 伯利亚没有树木的大草原和热带（或亚热带）稀树大草原面积从 1700 年时的约 32 亿 公顷减少到 1990 年时的 18-27 亿公顷（Lambin 等人，2003 年） 。 表表 1

12、，1700 年和年和 1990 年全球土地利用土地覆盖的历史变化年全球土地利用土地覆盖的历史变化 土地覆盖（百万公顷） 森林/林地 牧草地、 西伯利亚没有树木的大草原和热带（或亚热带）稀树大草原 农田 草原 1700 50006200 3200 300400 400500 1990 43005300 18002700 15001800 31003300 来源：Lambin 等人（2003）基于 Ramankutty 等人（2002） Lambin 等人所做的分析是基于全球环境与可持续性研究中心 (SAGE) 所做工作 的基础上的，该中心发表了关于土地覆盖变化的一系列论文（Leff 等人，200

13、4 年； Ramankutty 和福利， 1998 年； Ramankutty 和福利， 1999 年； Ramankutty 等人， 2002 年） 。Ramankutty 和福利于 1999 年应用了一种新技术来记录和监测农田的面积，这种 新技术将卫星拍摄的土地覆盖图像(国际地圈生物圈计 1-km 数据集) 和农业普查资料 结合在一起。 通过统计地结合 20 世纪 90 年代的农田数据集和农田普查历史数据， 他们 为全球重建了一个历史的和地理的农田面积数据集。 20 世纪农田面积增长了 50，1900 年为 12 亿公顷， 1990 年增长到了 18 亿公 顷， 这个农田面积的净增长还包括

14、了 1900 年以来废弃的 2.22 亿公顷农田。 二战以来农 田面积比 18 世纪和 19 世纪初都有了更大的扩张。 巴西东南部的农田就发生了巨大的变 化。在美国中西部，农田扩张有所减缓，而在美国东部，出现了农田的废弃。在北欧、 前苏联和中国，农田面积保持稳定，在一些地区甚至有所减少，然而在中国东北，农田 面积有所增加。在日本，一些农田被废弃。在东南亚和大洋洲，为了耕种而采伐森林的 情况仍在继续（Ramankutty 等人，2002 年） 。 东欧是世界上耕种最为广泛的地区， 它有一半以上的土地面积种植着农作物。 然而， 前苏联的农田面积当仁不让地列居第一（Ramankutty 等人，200

15、2 年） 。从在全部土地 面积中所占的比例来看，南亚和东南亚的农田扩张得最快20 世纪这两个地区分别 有约 11和 18的土地被变为耕地。在这些地区，农田面积的增加与人口的增长相一 致。大多数人口多的地区都有较大的农田面积。这种关系在 20 世纪没有改变，这是因为人口增长带来的更大的需求导致了农田的扩张（Ramankutty 等人，2002 年） 。一些 发达国家如美国和前苏联只有世界人口的 10-13，却拥有世界三分之一的农田面积。 而另一方面，世界上人口众多并且较贫穷的国家如中国、蒙古国、和南亚拥有世 界人口的约 45，却只占有世界四分之一到三分之一的农田面积。 Lepers 等人于 20

16、05 年对 1981 年到 2000 年期间土地覆盖快速变化的信息进行了 综合，作为“千禧年生态系统评价”的一个部分。这个综合一直面对着从对于土地覆盖 等级的一些定义到不均匀的信息空间密度方法论的挑战。例如，作者们发现，没有一个 区域性全球性的关于造林和重新造林或者草原变化的数据集。同样的，他们发现，整 个世界正在使用的关于森林的不同的定义有 90 多种，这就使得对国家及地区性的数据 集进行比较和综合非常复杂。 尽管有这些挑战， 他们仍制作了一系列世界地图 （10 by 10 km grid） ，这些地图展示了过去几十年中土地覆盖的变化情况。世界的一些地方有几套 数据集，但是，其他一些地方只有国家级的统计数据，所以，一些地区由于得到更多的 研究而显示出受到土地覆盖快速变化的更大的影响（Lepers 等人，2005 年） 。 森林和农田的主要变化见图 1 和图 2。 图 1：1980-2000 年森林植被变化的主要地区（来自 Lepers 等人，2005 年） 图 2：1980-1990