原文链接：https://www.smithsonianmag.com/science-nature/scientists-say-nations-corn-belt-has-lost-third-its-topsoil-180977485/
作者：Becca Dzombak
编译：吴子杰；李颖
内布拉斯加州是美国玉米带的一部分，一穗玉米落在表土上。科学家估计该地区已经失去了大约35%的表层土壤。（摄影师：Andrew Burton ）
赛斯·沃特金斯几十年来一直在爱荷华州南部的自家土地上耕作，为他的奶牛种植牧草、同时也种植玉米和其他行栽作物。他的曾祖父于1848年建立了这个农场。沃特金斯回忆道:“他带着约翰迪尔的一把铁犁进来，开垦了牧场。”从连绵起伏的山丘到像地平线一样整齐的玉米线，被一丛丛的树木打断，这是一幅美丽的画面。
但数个世纪的耕种对这些山丘的土壤造成了损害。现在，像沃特金斯这样的农民正面临大面积的土壤退化，这种情况会降低他们的作物产量和收入。“在150年左右的时间里，我们已经失去了一半以上肥沃的表层土壤——有些地方甚至已经完全丧失。”
农作物需要含碳丰富的表层土壤，土壤有机碳可以储存养分和水分，而不是几十年的传统耕作所产生的压实而贫瘠的土壤。
在爱荷华州，乔恩·贾德森的土地上可以清楚的看见土壤基线，他是一位有着可持续发展理念的农民，也是环境保护倡导者。他的农场拥有一块稀有的土地，种植着原始的野草和野花。牧场下面，土壤又厚又暗，有机质堆积成团，水分充足。另一边的是像沃特金斯农场那样正在恢复的传统土地，多年的传统土地耕作方法留下的痕迹是显而易见的。土壤黯淡而结成块，只有几英寸的有机碳层，土壤水分少得多，粘土却多得多。
科学家和农民都知道，几十年来农业土壤侵蚀一直是一个问题，但要量化上百年的农业和多个州的土壤流失是困难的。现在，地貌学家埃文泰勒领导的一项研究,已于2月发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，他试图回答一个较复杂的问题，即有多少玉米带（corn belt）的土壤被侵蚀。美国玉米带大致是从俄亥俄州至内布拉斯加州，生产了全国75%的玉米。该研究估计，该地区大约35%的地区已经完全失去了表土，只留下缺乏碳的下层土壤来使农作物生长。拥有厚实、健康的表土意味着植物可以生长得更快、更健康，从而增加作物产量，保持农田生态系统的平稳运行。表土流失会造成环境问题。例如当表土被侵蚀时，富含营养的泥土使溪流和河流退化，据估计每年表土被侵蚀会给中西部农业造成近30亿美元的损失。
“我认为这个数字可能被低估了，”塞勒说，他是马萨诸塞大学阿默斯特分校的一名研究生。“有些地方可能还剩下一厘米的表层土壤。”
塞勒和他的同事利用卫星图像中的土壤颜色来追踪玉米带的土壤颜色是浅还是深。深色的土壤含有更多的有机碳，这是表土存在的一个很好的标志。在土壤深处，有机碳的积累更少，所以一旦这些土层暴露出来，表面看起来就更浅了。然后，塞勒将他创建的彩色地图与高分辨率地形数据相结合，这些数据告诉他哪些地方是陡峭的，山顶是否弯曲，当他将土壤颜色与山丘形状进行比较时，地图证实了他和无数农民注意到的事实:山丘的顶部是浅色的，底部是深色的。耕作和降水导致富含营养的表土慢慢地向下坡滑落，在上坡留下薄而贫碳的土壤。塞勒发现，高度弯曲的山顶的表土更有可能被侵蚀。这种关系推动了他对玉米带高度侵蚀土壤的发现，但到目前为止，这种关系在侵蚀研究中一直未被提及。
山顶较浅的土壤表明较深的表层土壤已经侵蚀了下坡 （摄影师：Evan Thaler）
2019年美国农业部对地面土壤进行调查并估计，这些相同的农田都没有完全去除表土。这些测定是假定小规模的检查可以反映更大面积土壤的情况。但是，一个取样点不太可能准确的反映整个区域的表层土壤。如果科学家碰巧在一个山脚下取样，他们可能低估了整个领域的表层土壤的侵蚀问题。塞勒说，另一个问题是估计全国范围内的侵蚀情况。美国农业部不可能从全国各地采样，所以它依靠计算机模型来填补空白。由于这些模型使用的方程式没有像塞勒的研究那样把山坡考虑在内，因此土壤侵蚀也被低估了。
爱荷华州立大学农学教授里克·克鲁斯对土壤侵蚀的研究包括遥感和卫星图像，他认为塞勒的结果是合理的。“他们使用的技术已经在文献中出现，并且已经发展了几十年，”他说，“当我看到他们做出这些估计的情况，以及他们做出的经济估计时，我没有认为他们所做的事情是不对的。”
内布拉斯加州大学的农学教授安德里亚·巴什使用过小规模农田的航空图像，她说35%的估计可能有点高，而实地测量土壤来验证地面的模型结果是很重要的。但她说，这项关于对地理空间数据的独特使用的研究解决了一个困难问题，
作为一个紧迫的环境问题，它可以帮我们理解关于土壤侵蚀的大体情况。
“集约化农业造成的土壤退化和侵蚀的证据随处可见，”她说，“我认为这项研究有助于推动关于这一真正问题的关键对话。”
塞勒的研究表明了土壤侵蚀的严重程度，但不能说这种侵蚀是由于当前农民的耕作方式，还是由于历史上长期的高强度使用。美国的玉米带和其他农业区数百年来一直被大量耕作，在此期间气候和耕作方法都发生了变化。如果一块土地连续耕作了这么长时间，很难判断表土是在过去200年里慢慢流失的，还是在最近的侵蚀爆发中流失的。
内布拉斯加州自然保护协会的土壤科学家汉娜说:“这并不是对这项研究的批评，但他们所做的只是一个简况。我知道内布拉斯加州的农民会说，这可能早就发生过——我们在20世纪20年代到40年代进行了大规模的土壤改善。但我们现在不这么做了，所以你看到的是以前的侵蚀。”
一片健康的表层土壤与浅色的山顶土壤形成了鲜明的对比，浅色的山顶土壤失去了大部分含碳丰富的表层土壤。（摄影师：Evan Thaler）
数百年来，农业设备和耕作方式的不断演变一直影响着美国水土流失的程度。19世纪初，随着约翰迪尔板犁成为传统耕作的主要工具，定居者开始系统地清理大平原。传统耕作是挖掘表土播种的措施。后来，汽油驱动的拖拉机使开垦农田变得更加容易。在沙尘暴期间，积极耕作和单一栽培导致了前所未有的表土流失。1935年，在惊人的土壤损失和经济损失之后，国会成立了土壤保护署，以鼓励可持续农业。在20世纪中后期，该部门开始鼓励免耕种植和覆盖作物。免耕种植不像传统耕作那样频繁翻动表土，从而保护表土。覆盖作物有助于保持土壤稳定，补充养分。今天，随着人们对土壤认识的加深，这种可持续的措施也开始传播开来，但是全国只有不到四分之一的土地是免耕的。土壤侵蚀是一个缓慢而难以发现的问题，农民在经济压力下不得不继续使用传统耕作方式，尽管他们对此深表怀疑。
土壤健康的改变和侵蚀是极为缓慢的，这是难以激励农民采取保护措施的原因之一。汉娜说：“不仅农民很难，自然资源专业人士和政策制定者也很难解决在如此缓慢的时间内发生变化的问题。问题在于，反馈是缓慢的，但是会突然出现这些非线性响应。以沙尘暴为例。有几十年的缓慢改变，然后一下爆发出来——30年的管理不善以灾难的形式表现出来。”
对于那些拥有土地而不是租用土地的农民来说，美国国家资源保护服务局等联邦机构可以指导和鼓励他们长期管理农场生态系统的方法。美国国家资源保护服务局帮助农业土地所有者可持续地、高效地工作。1985年的《农业法案》正式确立了保护区计划，向农民支付资金，让他们停止种植生态敏感土地10至15年。汉娜表示，农民们对这个政策欣然接受，使得注册人数超过了该项目的支付能力。
这个项目取得了巨大的成功。汉娜说：“十年在政策世界是很长的一段时间，但当你想到土壤侵蚀时，这只是一眨眼的功夫。它以非常重要的方式改变了景观，但现在它需要更多的资金和一些改进。”
克鲁斯同意这种经济激励计划，因为它对治理土壤侵蚀至关重要。他说：“这真的很有挑战性，因为我们是一个资本主义社会，人们通过农业赚钱。农业人口可能会抵制可持续地管理土地。我们需要一个政府项目来支付农民不种田的费用，我们需要激励措施和监管。”
追求可持续农业的经济激励措施缺乏，仍然是农业土壤保持的主要障碍之一。虽然像“自然保护计划”这样的项目取得了成功，但它们的范围和资金仍然有限。其他的联邦农业项目更看重收入而不是环境。农作物保险是为了保护农民在农作物歉收时避免经济突然崩溃而设立的，它为种植的作物提供一定的赔偿——不管它是否处于作物无法成功成长的危险土壤中。
贾德森在谈到现代农民时说:“大多数人都想照顾好土地。但是，如果在不久的将来，实施保护变化还不能给它们带来好处，他们就不太可能实施保护措施，因为他们真的看不到其中的价值。”
原始草原上的原生植物有助于肥沃的表土生长并保持原状 （摄影师：Jon Judson）
然而，一些农民有动力做出更好的改变，并做好了心理准备。在没有直接经济刺激的情况下，沃特金斯从20世纪90年代初开始，决定从传统的农业方式转向以保护为重点的耕作方式，比如种植各种各样的原生草类。21世纪初，他决定增加覆盖作物，如三叶草和苜蓿，这样可以减少土壤侵蚀，提高土壤质量，而不需要依赖化肥。他说，尽管他已经在实行免耕，但他的免耕种植从来没有发挥过作用，因为他的田地很陡，直到他增加了覆盖作物。
减少水土流失和增加作物产量的耕作方式在其他方面对环境也有好处。土壤储存了大量的碳——比陆地生态系统的任何其他部分都要多。实施覆盖作物等保护措施可以降低农民的碳足迹，并减少对土壤化学添加物的依赖。“但他们在农民会议上并不真的谈论这些事情，”沃特金斯说，“作为一个农民，你得到的主要信息是，你的工作是生产，不要担心这些东西。”
问题是到2050年，我们必须养活90亿人，这似乎给了我们一个在自己的土地上可以随心所欲的权利。沃特金斯说，“我认为，更重要的是建立一个健康、肥沃的土壤银行，以备人口增长时使用，而不是现在耗尽它。”
尽管像沃特金斯和贾德森这样的农民做出了努力，但绝大多数的玉米带的农民仍然保持着传统耕作方式。经济鼓励、风险以及社会规范仍然使得许多农民关注年产量，而不是长期保护。正如沃特金斯和贾德森所指出的，仅仅改变一种措施可能不足以阻止土壤侵蚀。不存在快速、简单的解决方法来解决这个问题。但关注长期的效益，并且不断给土壤保护项目提供资金支持是重要的开始。
在种植覆盖作物之后，沃特金斯继续将他的传统农场转变为可持续农场，通过种植草原原生植被来改善土壤和增加生物多样性。他还开始将资金预算与地理空间数据结合起来决定种植哪一部分。“我开始做这些事情，他们不仅提高了我的最低产出，”他说，“我还看到他们改善了我的土壤并增加了野生动物的数量。”
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