研究

评估时间耦合生态岛系统:历史砍伐森林和土壤流失毛里求斯(印度洋)

• 文摘
• 介绍
  • 历史人文环境相互作用和telecouplings
• 方法
• 结果
• 讨论
  • 时间耦合
  • 历史土壤流失减缓
• 结论
• 对这篇文章
• 确认
• 文献引用

介绍

土壤提供生态系统服务,诸如水和营养保留,形成农业生长的基质(2005年生态系统评估报告,Braimoh和Vlek 2008)。因此,水土流失,破坏了许多生态系统服务对人类福祉的供应。例子是负面影响农业生产力和土壤质量的减少营养物质,有机质、土壤生物、土壤深度、入渗率和持水能力(Pimentel et al . 1995年)。水土流失不仅影响陆地生态系统服务,但海洋生态系统服务。增加了泥沙涌入沿海地区会导致不必要的和浊度和营养浓度增加(2006年Nagelkerken Ramessur 2002、腔上囊2005,刘et al . 2007bErftemeijer et al . 2012年)。尽管自然土壤流失是平衡的土壤形成过程中,土壤可以被认为是一个有限的自然资源,因为土壤的形成是一个缓慢的过程(Montarella 2015)。一般来说,利率的土壤形成与侵蚀率密切相关的原生植物和侵蚀的速度在整个地质时期,而侵蚀率在农业实践更高(蒙哥马利2007)。量化的原始森林土壤流失,因此,提供一个基线的人为水土流失可以相比。

量化的生态系统的响应(SES)土地利用变化和砍伐森林是重要的信息平衡人类和生态系统功能需求(DeFries et al . 2004年)。人们普遍认为的当前状态se模式的结果,过程和决策在过去(促进et al。2003年,2007年Kirch, Rounsevell et al . 2012年,Steen-Adams et al . 2015年)。历史的累积和发展影响交互在SES在现在和未来条件称为遗留效应(刘et al . 2007一个部分),这表明当今土壤退化的森林砍伐和农业实践的结果。然而,土壤退化的影响可能没有被发现,因为历史生态耦合之间的时间滞后和他们目前的效果(刘et al . 2007bRaudsepp-Hearne et al . 2010年,Steen-Adams et al . 2015年)。这些遗留效应和时间滞后是理解时间耦合的两个重要方面在SES(刘et al . 2007一个Steen-Adams et al . 2015年)。

当前状态的一个岛屿SES也是由telecouplings;社会经济和环境相互作用与其他SES空间距离(刘et al . 2013年,Eakin et al . 2014年,Friis et al . 2016年)。这些telecouplings,如增加全球经济连接,使司机和土地制度变革的后果之间的相互作用(Lambin Meyfroidt 2011 Meyfroidt et al . 2013年)。考虑到telecouplings有助于承认,可以部分代替空间生态系统服务食品和燃料进口,使社会从当地的生态系统的解耦。因此,土壤退化之间的时间滞后及其社会影响可能会增加。因此,它可以被假设的持续依赖telecouplings允许发展的“土壤债务,”这是一个净减少土壤地区的股票总数的随着时间的推移,结果当侵蚀率超过土壤形成速率。债务促进土壤恢复时可以支付条件,如植树造林,恢复。

岛屿之间提供理想的理解复杂的历史条件耦合三岛的人类和自然环境,因为特征(1997年Kirch, Fitzpatrick和基冈2007年,2012年罗伊尔,沃伦et al . 2015年):(1)明确定义的物理边界;(2)有限的本地资源,如土地、土壤、水、和木材;和许多岛屿(3),一个相对最近的人类的殖民历史。许多岛屿生态系统已经极大地改变了人类后殖民(·斯特拉伯格是同学et al . 2005年,Caujape-Castells et al . 2010年)。此外,人类殖民可以配合大幅提高侵蚀和沉积(通过et al . 1996年,卡恩et al . 2015年),导致剧烈的景观和生态系统功能的改变。在毛里求斯,人居森林分裂密切相关,火灾、外来物种的引入,自然生态系统退化(Cheke休谟2008年Rijsdijk et al . 2011年,2015年,Florens et al . 2012年,De Boer et al . 2013年)。这些人类的影响最终影响生态系统向社会提供服务的能力。外来物种的引入,例如,已经被证明可以支持负面影响,供应、文化和管理服务(维拉et al . 2010年)。本文的目的是分析的影响时间耦合SES当前状态的一个岛屿。此外,我们将评估土壤的能力多远为毛里求斯社会提供生态系统服务受到破坏。 Mauritius forms an ideal study site for such an analysis because its social–economic and deforestation history are relatively well documented. This allowed for an historical analysis of human–environment interactions and the role of telecouplings. Temporal couplings on Mauritius were operationalized by quantifying the influence of historical deforestation on cumulative soil loss. Comparison of the cumulative soil loss resulting from deforestation to natural background variation yields insight into the degree of human impact on island ecosystems and environments (Swetnam et al. 1999, Connor et al. 2012). The history of human–environment interactions on Mauritius, including the role of telecouplings, is included in this comparison.

历史人文环境相互作用和telecouplings

这个岛国毛里求斯(1865公里²)坐落在印度洋以东约860公里的马达加斯加和措施大约50 60公里(图1)。在毛里求斯的气候有两个季节:夏季下雨(年降雨量的70%)从11月到4月由旋风通道,和一个干燥的冬季从5月到10月(Nigel和Rughooputh 2010)。中央高原和东部的岛屿获得最高的年降水量(图1)。

毛里求斯是第一个殖民地在1638年由荷兰人,曾经岛上主要作为点心。介绍了各种各样的农作物,如烟草、甘薯、甘蔗(Brouard 1963)。家畜和鹿被带到岛上,擦伤了沿海地区的巨型陆龟肉被杀,在沿海低地森林和树木被砍伐是出口。树的第一感觉发生在港口附近的直接环境现在Mahebourg(大港口地区)和路易港(看到森林砍伐地图在图2中,较低的面板)。尽管森林砍伐速度缓慢和局部(格里菲斯和Florens 2006),几乎所有可访问的大黑檀木(Diospyros tessellaria)树木砍伐(Moree Brouard 1963年,1998)。在此期间,只有几百殖民者永久居住毛里求斯荷兰统治下(图2,上面板),最终,台湾于1710年放弃了。

毛里求斯被荷兰人抛弃后,有消息称,法国在1715年和1721年定居。毛里求斯是一个贸易站供应法国军舰在印度洋重要商品和服务(艾伦1989)。毛里求斯的角色作为一个商业交易中心大大促进了当地的经济活动和为国内资本的形成奠定了基础(艾伦2008)。当地的商人和海员投资农业用地(艾伦2008年),和一些公共土地的让步被给予自由定居者格罗夫(1996)。当地的经济主要是忙于为船只提供商品和服务在港口停留,和当地政府积极鼓励培养的糖,香料,和其他作物(1989年艾伦,2008)。甘蔗成为首选和占主导地位的农业作物,种植系统。法国人把奴隶从马达加斯加、莫桑比克和西非毛里求斯主要工作在甘蔗种植园(艾迪生和Hazareesingh 1993)。砍伐森林持续,不仅为甘蔗种植园腾出空间,但也为海军和满足日益增长的木材需求建设目的格罗夫(1996)。

法国的种植园体系变得更加制度化的毛里求斯在1810年征服英国后(Alladin 1986)。这标志着转换的开始从贸易的经济对种植园经济,主要集中在糖产量为大英帝国市场(艾伦2008)。奴隶继续形成甘蔗种植园的主要劳动力。到1817年,80000名奴隶生活在毛里求斯,总人口近100000 (Lutz会1994,Teelock 1998)。甘蔗的主要扩张发生在1825年,当时英国政府允许进口毛里求斯的糖,把税收惩罚在英国艾伦(1989)。此外,糖的摄入在英国开始增加深刻,甘蔗变成一个主要经济作物(艾迪生和Hazareesingh 1993)。糖出口成为毛里求斯经济的主要贡献者。1830年之后,糖贡献了85 - 90%的出口收入艾伦(2008);从那一刻起,几乎所有食品和其他消费品进口(布鲁克菲尔德1959)。由于甘蔗的集约化农业生产活动在19世纪,森林砍伐大幅增加(Florens 2013)。 The agricultural regions expanded mainly in the accessible coastal areas, leaving the central areas covered with forest (Brookfield 1959). Starting in 1834, after the abolition of slave labor, the British brought indentured laborers from India to form the primary workforce on the plantations. From the 1870s onward, large sugar estates started selling their less productive land to smallholders, driven by labor shortages and a decreasing sugar price due to competition with European sugar beet (Addison and Hazareesingh 1993, Meisenhelder 1997). This period, referred to as the “Grand Morcellement,” led to the establishment of a large number of smallholder farms. By the early 1920s, almost half of the area under sugar cane was cultivated by smallholders of Indian origin (Brookfield 1959, Allen 2008). However, the land division was highly unequal; in 1946, there were 30 factory estates, 109 large estate planters, and 13,685 planters owning small plots of often marginal quality (Brookfield 1959).

在1968年独立,糖占全国的93%的出口(Meisenhelder 1997),而在2014年这是只有3.85%(毛里求斯工商业联合会2015年)。而甘蔗种植面积保持相对稳定在大约80000公顷土地面积(43%)之间的独立和1980年,这个地区迅速下降在过去几十年从76840年的1990公顷(41.5%)到50687年的2014公顷(27.4%)(2012年统计毛里求斯,2013一个,2014)。在1980年代和1970年代,毛里求斯的经济经历了重大结构性变化,快速工业化阶段,分成两个主要活动多样化、纺织品和旅游(Ramessur 2002)。多元化的经济,植被地区毛里求斯已经转换为其他土地用途,主要用于城市发展道路、酒店、和住房(哈蒙德et al . 2015年)。这些经济变化是伴随着人口快速增长(图2,上面板)。今天,毛里求斯的人口已上升至1219659人(2015年统计毛里求斯一个)。除此之外,游客数量在过去二十年已经翻了一倍,从486867年的1996人增加到1038968年的2014(2013年统计毛里求斯b,2015年b)。大部分的食物来养活不断增长的人口需要被导入。在体积和货币方面,进口大多数食品如谷物、水果、坚果、蔬菜、乳制品和肉类产品很大程度上超过了出口(毛里求斯工商业联合会2015年)。

方法

历史土壤流失的场景模型,我们采用了广泛应用修正通用土壤流失方程(RUSLE;狐狸et al . 1997年)。我们使用RUSLE因为它已成功应用于土壤侵蚀研究在毛里求斯(Le Roux et al . 2005年,奈杰尔和Rughooputh 2012)。通过六个历史砍伐森林地图,12月降水地图、数字高程模型(DEM)和土壤地图作为输入参数RUSLE、两个累积土壤流失的场景构造(图3)。

第一个场景(场景没有森林砍伐)代表毛里求斯的情况就不会被殖民,整个岛仍然覆盖着原始森林。1638年的土壤流失是用作土壤流失年率计算累积土壤流失的场景没有森林砍伐。第二个场景,森林砍伐,代表一个情况下,森林逐渐转化为甘蔗。对于这个场景,六个历史砍伐森林地图显示1638年的原始森林,1773,1835,1872,1935,1997(沃恩和Wiehe 1937页和银1997)是数字化和RUSLE地理构造输入参数。这些时间片的模拟土壤流失是土壤作为年度亏损率重建场景的累积土壤流失和森林砍伐。使用线性插值重建土壤之间的中间年损失率模型时间片。比较两种场景提供了洞察历史的程度森林砍伐影响累积土壤流失,因为时间和参数土壤类型、降水、陡度等都是一样的在这两个场景。这些累积的土壤流失场景提供了历史的遗留影响森林砍伐的代理人。

我们有自动土壤流失建模工作流使用ArcGIS 10.1中的RUSLE模型构建器。RUSLE(雷纳德et al . 1997年)=:

(1)

在哪里一个是计算土壤流失(t哈¹一年¹),R是降雨侵蚀力因子(MJ毫米公顷¹h¹一年¹),K是土壤侵蚀度因子(t ha乔丹吗¹哈¹毫米¹),LS是地形因素(无单位),P是实践因素(无单位)的支持,和C是封面(无单位)管理因素。土壤流失已经计算每月每年,随后聚合。概述的数据源RUSLE输入参数来源于表1中给出。这里,转换步骤进行准备的输入数据RUSLE简要讨论;更广泛的方法中的步骤提出了表A1.1的概述。(附录1)。RUSLE模型和输入数据共享的补充材料(附录2)。

降雨是初始化表的驱动因素和细沟侵蚀(杨et al . 2003年)。R代表降雨动能和计算通过使用修改后的弗尔涅索引(阿诺尔德斯1977年,1980)。降水数据从毛里求斯(Padya 1984、毛里求斯气象服务2005)表明,该指数密切正值计算R值气候站Curepipe Vacoas,普莱桑斯在毛里求斯(Atawoo和Heerasing 1997)。K代表了特定于土壤类型的土壤流失,衡量标准的阴谋。土壤地图来自Willaime(1984),易蚀性因素提取奈杰尔和Rughooputh (2012)。的LS因素结合边坡长度(L)和坡度(年代)。这些因素计算从一个100 x 100分辨率DEM,基于工作的单独的希尔(1999)和(2001)。Saddul区划的地貌(2002)表明,沉积主要在< 3%的斜坡,在模型通过取消占斜坡从土壤流失类< 3%。另一个额外的适应是湖泊被排除在流长度计算使用布尔操作符和数字化湖数据集。路易港的城区也被掩盖。值P和C是代表一个特定的土地利用类型和反映当地的农业实践。值的支持实践因素两种土地利用类型(甘蔗和原始森林)毛里求斯是基于奈杰尔和Rughooputh (2012)。随后,这些P和C值已经分配给该土地利用类型在历史砍伐森林地图(图2,降低面板)地理坐标和数字化沃恩和Wiehe(1937)和佩奇和银(1997)。为进一步的细节和参数的具体RUSLE方程,我们称阿诺尔德斯(1977),Wischmeier和史密斯(1978),和狐狸et al . (1997)。

一些推广是必要的量化历史砍伐森林对土壤的影响损失近四个世纪的时期。尽管历史森林砍伐毛里求斯相对良好的文档记录,最概括源于历史地图的有限的细节。首先,尽管不同森林类型存在,没有区别。人类居住区由干燥的手掌前的原始森林林地背风一侧的岛,内陆半干的常绿森林,和高架湿森林(De Boer et al . 2013年)。尽管毛里求斯几乎完全是森林之前人类定居点(van der塑料et al . 2012),众所周知,荒野和沼泽植被覆盖大量的区域(沃恩Wiehe 1937年,De Boer et al . 2013年)。此外,沿海居住的栖息地可能是植物群落的草和香草擦伤了目前灭绝巨型陆龟Cylindraspis inepta和c . triserrata(汉森et al . 2010年)。第二,在我们的模型中,所有的原始森林转化为甘蔗而也可以容纳不断增长的人口,定居点,种植粮食作物。关于城市地区,大约5.5现在的土地面积的-9%是被人造结构等建筑物、道路等。(Nigel et al . 2014年,哈蒙德et al . 2015年)。因为城市的发展历史上是不准确的,这些地区不包括在分析,唯一的例外是路易港的城市。土壤流失在城市地区通常被认为是零(Nigel Rughooputh 2010年,2012年),尽管它可能会导致下游径流增加。此外,城市地区的土壤保护在过去可能是低于今天,因为它减少了不透水表面。忽略了大部分的城市增长可能会导致土壤流失的高估。对于粮食作物,土壤流失建模可能被低估,因为土壤流失在蔬菜作物通常高于在甘蔗(Le Roux et al . 2005年,奈杰尔和Rughooputh 2012)。从18世纪开始,建立了茶园的湿不适合甘蔗的高地。然而,对于大多数时候,作物只有一小部分覆盖的岛屿; until the 1960s, never more than 1.5% (Brookfield 1959). Today, tea covers 0.4–1.6% of the total land surface (Nigel et al. 2014, Statistics Mauritius 2014). Tea plantations have a lower erosion risk than sugar cane and vegetables because they are not periodically denuded at harvest (Nigel and Rughooputh 2010, 2012). Third, reforestation and establishment of timber plantations are not included in the analysis. Between 1880 and 1900, 1,600 ha (0.9% of total land surface) were planted with fast-growing tree species by the Forest Department (Brouard 1963). Timber plantations of mainly loblolly pine (松果体taeda)成立于1914年,和大规模削减松(松果体elliottii)种植园建立了从1932年开始(Brouard 1963)。从1950年到1959年,200 - 400公顷(约0.1 - -0.2%的岛屿)每年种植桉树等快速增长的物种(大叶桉、大肠kirtoniana和大肠tereticornis),松树(松果体elliottii和p . taeda)、南洋杉(南洋杉cunninghamii)。今天,25.3%的岛上覆盖着森林,灌木和牧场”(2014年统计毛里求斯),由不到2%的原始森林(Florens 2013)。的原因不包括原生森林和木材种植在我们的分析是通过时间并不准确知道他们的确切位置。用材林不提供相同的土壤保护原生森林,因为树是每7 - 10年收获,当考虑快速增长的树种。通常认为3年后收获,用材林的防护罩是接近一个原始森林(Lu et al . 2003年)。然而,用材林有更低的电阻比原始森林的暴雨与气旋共同在毛里求斯(Brouard 1963),增加他们的流失风险。虽然土壤扰动在用材林通常高于原始森林,它是低于甘蔗,因为它有一个长周期。由此而又引出了第四限制:subannual和年际变化不考虑植被。甘蔗收割每年削减地面的作物,土壤是离开后相对之前光秃秃的作物又再生完全(Mardamootoo et al . 2013年)。平均每隔7 - 8年,重新种植甘蔗,必须耕种的土壤。 The perennial character of sugar cane reduces erosion susceptibility under sugar cane compared with annually harvested crops (Mardamootoo et al. 2015). Although the practice of leaving crop residues on the field after harvesting is common, preharvest cane burning is still practiced as well, leaving the soil exposed and enhancing erosion. This relates to the fifth limitation: the support practice factor and cover management factor in the RUSLE are taken to be constant for a specific land-use type. As a result, differences between land owners (small vs. large growers) and related differences in sugar cane cultivation practices (e.g., manual vs. mechanized production) are not considered, whereas these may lead to differential landscape outcomes (Steen-Adams et al. 2015). During the first centuries of settlement, all sugar cane fields were harvested and planted manually. Today, large estates have mechanized their production process, but most small growers still do the planting and harvesting by hand. Throughout history, small growers often cultivated lands of inferior quality and produced less efficiently and less intensively compared with large growers (Brookfield 1959), which might lead to lower soil loss. Finally, the historical variation in precipitation and soil erodibility is not accurately known for the timescale of our analysis. Therefore, precipitation data for a 30-year time period was used to model soil loss. Soil erodibility based on a present-day soil map is used, although soil parameters, such as carbon content, soil thickness, and soil type are not static. In our model, soil formation and soil thickness are not considered, which might result in an overestimation of soil loss.

结果

历史砍伐森林对土壤流失的影响在不同的时间片清晰可见(图4)。1638年,当整个岛被原始森林覆盖,模拟土壤损失值几乎整个岛都在最低的土壤流失建模类(0 - 2吨/公顷/年;图4)。作为原始森林被转换为甘蔗在后续时间片(1773、1835、1872、1935和1997),几个地方在岛属于温和(2 - 12.5吨/公顷/年)、高(> 12.5吨/公顷/年)建模的土壤流失类(图4)。1997年(图4),岛的东北部地区中心和部分显示建模高土壤损失值。这些地区的特点是最高的年降水量(图1)。大多数低地沿海地区和西部和西北的一部分岛屿降雨值较低,低坡度角,从而导致低到中等程度的土壤流失值建模。

的最大模拟土壤流失1638个时间片完整的原生森林覆盖5.7吨/公顷/年(参见图5)上层图。在假定容重1200公斤/米³(2007年蒙哥马利,奈杰尔和Rughooputh 2012),它可以计算出这个最大模拟土壤损失值在原始森林相当于0.47毫米/年的土壤流失。在1835年和1935年之间,潮湿的地区年降雨量高的中央高原森林遭砍伐,产生高模拟土壤流失,最大值为61.4吨/公顷/年1935年,相当于5.1毫米/年的土壤流失(假定容重1200公斤/米³)。很明显,月降水和建模每月每公顷土壤流失密切相关(图5,降低图)。图表表明,降雨季节性变化显著影响建模的大小在不同月土壤流失。因此,个月极端降水有显著影响建模年度土壤流失。

基于建模年度土壤流失的6个时间片(图5,图上),自1638年以来累积的土壤损失对整个岛重建两个场景(图6)。在该方案中没有森林砍伐,建模的累积土壤流失,直到1997年920万吨(绿线在图6)。在该方案中与森林砍伐,土壤累积损失大幅增加在不同阶段的森林砍伐毛里求斯橘线(图6)的土壤流失总量在1997年4910万吨。从1638年到1773年,原始森林的比例下降到82.5%的原始的封面。1773年,累积土壤流失已经与基线相比两倍的场景。到1835年,近一半的岛屿被砍伐时,累积土壤流失是2.5倍基线场景。迅速累积土壤流失增加更多的19世纪的第二部分。到了1872年,大约75%的岛屿已经被砍伐,土壤累积损失超过基线场景的3.1倍。原始森林的感觉不断,累积模型在1935年和1997年的土壤流失超过基线场景的4.3和5.4倍,分别。

讨论

时间耦合

累积土壤流失情况提供一个近似人类的影响相对于基线自然侵蚀率。由于有限的细节和历史数据的可用性,一些推广是必要的。平均短期波动和极端事件的影响。然而,这样的概括不可避免对任何研究,过去人类环境交互建模(迪林高产et al . 2006年,Fitzpatrick和基冈2007)。尽管有这些概括,历史砍伐森林和土壤流失了近四个世纪展示一些有趣的模式。直到18世纪,森林砍伐仅限于方便的地点和区域靠近港口。作为一个结果,模拟土壤流失在这些早期森林砍伐很低。森林砍伐和建模的土壤流失开始加速上半年的十九世纪,当毛里求斯被转换为种植园经济。一般的模式出现在毛里求斯建模表明,土壤流失增加随着时间的推移,在最近的最高阶段的森林砍伐。这时间趋势在土壤流失是典型的历史发展人类对岛屿的生态系统和环境的影响,最初的殖民和后开始逐渐加速随着人类人口的增长和土地使用增加和强化(Rick et al . 2013年)。在毛里求斯,最初的人类定居点,降低肥沃的沿海地区首先被利用,而不肥沃的更高grounds-especially最近那些陡峭的斜坡被利用。这可能反映了一个更一般的模式在岛屿定居点大多集中在低地区域和高和陡峭的地区不是永久居住(2007年Kirch)。模拟土壤流失造成森林砍伐大大超过了自然土壤流失的变化,导致土壤债务增长。土壤债务只提供了一个通用的指示如何受到砍伐森林生态系统服务。我们的分析不显示当地的细节与森林砍伐和土壤流失有关。例如,实际影响水土流失的供应服务密切相关的损失表层土,通常有更高的生育(Pimentel et al . 1995年)。 Therefore, an initial erosion event in a certain locality has stronger impact on fertility than a younger erosion event under similar conditions. Although time lags can exist before the impacts of historical land-use change and deforestation become visible (Foster et al. 2003, DeFries et al. 2004), historical sources show that the impact of deforestation on soil fertility and droughts on Mauritius were already recognized during the 18th and 19th centuries (Brouard 1963, Grove 1996). For example, in a government report dating from 1870, it is mentioned that “large-scale soil denudation has continued the work of destruction by deforestation. [...] Finally, the fertility of soils has been greatly affected” (Régnaud 1870 quoted in Brouard 1963). In recent years, 36% of the soils had a phosphorus deficiency (Mardamootoo et al. 2010), and average yield of sugar cane per hectare has been declining during the last decades (Umrit et al. 2014, Cheong and Umrit 2015). These findings agree with a study on Hawaii, where nearly four centuries of agricultural practices have significantly reduced soil fertility (Kirch 2007). On Mauritius, loss of soil fertility does not seem to be among the major causes of land abandonment; small planters that leave their land fallow, or shift from sugar cane to vegetable cultivation, are mainly motivated by social–economic factors (Lalljee and Facknath 2008). Aside from the loss in soil fertility, several other ecosystem services are impacted by soil loss. Soil loss leads to increased water runoff, lower infiltration rates, and lower water-holding capacity (Pimentel et al. 1995), which can affect vegetation growth. Offsite effects of erosion processes include siltation, loss of reservoir storage, and increased water treatment costs (Pimentel et al. 1995). These aspects are especially relevant for Mauritius given the island’s chronic water scarcity (Ramjeawon 1994) and its 74% dependency on external water resources (Hoekstra and Mekonnen 2012). These important impacts strongly suggest that the capacity of the soil to provide ecosystem services has been undermined.

历史土壤流失减缓

Raudsepp-Hearne et al。(2010)提出了为什么人类福祉的问题是越来越多,而在全球范围内生态系统服务是可耻的。时间的分析——和telecouplings毛里求斯提供了一个有趣的角度来看这是一个显而易见的悖论如何表示在当地范围内。尽管历史砍伐森林和土壤流失的负面影响生态系统服务,毛里求斯通常被认为是一个成功的故事在考虑其持续的经济增长和居民的福祉(Bunwaree Sobhee 2009年,2014年),尽管并不是所有的人口受益一样(Bunwaree 2014)。从1980年到2013年,毛里求斯的人类发展指数(HDI)已经逐渐增加;今天,毛里求斯拥有187个国家和地区的63位置(联合国开发计划署2014)。这似乎与一个毛里求斯的经济减少依赖本地生态系统服务提供。今天,农业(包括糖)、林业和渔业的贡献只有3%的国内生产总值(GDP)的制造,食品和糖分别贡献一个额外的6.1%和0.2%(毛里求斯工商业联合会2015年)。在全球范围内,土地变得越来越稀缺资源,从而导致不同土地使用之间日益激烈的竞争(Lambin和Meyfroidt 2011)。毛里求斯岛上的,所有土地分配和稀缺,四分之三的主要毛里求斯甘蔗公司投资于房地产在非洲大陆(http://www.omnicane.com/,http://www.alteogroup.com/,http://www.terra.co.mu/)。后者说明土地利用变化对岛屿不能孤立地理解,如华盖(2004)理所当然地指出,“不是岛屿,岛屿,他们不是封闭自己。“殖民以来,毛里求斯一直紧密联系和依赖关系与其他地方(埃里克森1993),通过其依赖奴隶劳动,其进口的食品和肥料,很长一段时间,其糖出口。看来,纵观历史,砍伐森林和土壤流失的负面影响所部分抵消强烈依赖贸易在全球市场。例如,在1950年代,30%的甘蔗落在毛里求斯有一个缺磷,磷后进口增长十倍1955年和1970年之间(Mardamootoo et al . 2010年)。虽然土壤的能力为社会提供生态系统服务已经破坏了由于时间耦合,负面影响在毛里求斯的SES似乎被与其他SES telecouplings一定程度上得到了缓解。然而,一个严重依赖化石能源和化肥进口来缓解土壤流失的后果可能不会长期持续(Pimentel et al . 1995年)和具有经济和环境成本。减少土壤流失的影响通过增加化肥的使用会影响其它生态系统服务。在毛里求斯,高磷和氮浓度在径流水域已经记录(Ng Kee邝et al . 2002),导致富营养化在沿海地区(Ramessur 2002),这可能会反过来对沿海渔业和旅游业造成负面影响。此外,50%的能源消耗参与糖生产毛里求斯被化肥(Ramjeawon 2004)。 Finally, fossil energy and phosphate rock, which are both used for fertilizer production, are finite (Cordell et al. 2009), which further stresses the need for Mauritius to pay back the soil debt. While paying this debt, those localities with highest soil erodibility should receive high soil conservation priority and, during periods of heavy rainfall, vegetation cover should be ensured (Nigel and Rughooputh 2010, 2012). Moreover, restoration approaches should take into account the degree to which the soil has already been degraded by temporal couplings such as historical land use and deforestation.

结论

我们的目标是研究时间耦合的影响SES的当前状态。我们实施这些时间耦合通过关注历史森林砍伐的影响累积土壤流失在毛里求斯。基于历史砍伐森林地图,我们模拟土壤损失了六个时间片因为人类殖民1638年毛里求斯。我们比较了土壤流失造成森林砍伐基线场景,在该场景中,整个岛仍被森林覆盖。

我们得出这样的结论:森林砍伐导致水土流失自从人类第一次结算急剧增加。森林砍伐带来的累积土壤流失超过自然土壤流失基线的5倍以上。这样的土壤流失是不可持续的长期假设土壤形成利率处于平衡状态时原生植被下土壤流失。进一步得出结论,累积土壤流失,破坏了生态系统的能力向社会提供服务的今天和未来,但土壤流失的负面影响在一定程度上减轻通过telecouplings SES国外。后者岛屿的支撑,任何地方,都不能孤立地理解,与其他SES应考虑连接。岛SES未来研究应该解决的当前状态SES走出颞联轴器和telecouplings之间的互动。

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