view in publisher's site

Agricultural influence on landscape sensitivity in the Upper Mississippi River Valley

Agricultural landscapes are more sensitive to climatic variability than natural landscapes because tillage and grazing typically reduce water infiltration and increase rates and magnitudes of surface runoff. This paper evaluates how agricultural land use influenced the relative responsiveness of floods, erosion, and sedimentation to extreme and nonextreme hydrologic activity occurring in watersheds of the Upper Mississippi Valley. Temporally overlapping stratigraphic and historical instrumental records from southwestern Wisconsin and northwestern Illinois show how agricultural modification of a natural prairie and forest land cover affected the behavior of floods and sedimentation during the last two centuries. For comparison, pre-agriculture Holocene alluvial sediments document the sensitivity of floods and alluvial activity to climate change prior to significant human influences on the natural land cover. High-resolution floodplain stratigraphy of the last two centuries shows that accelerated runoff associated with agricultural land use has increased the magnitudes of floods across a wide range of recurrence frequencies. The stratigraphic record also shows that large floods have been particularly important to the movement and storage of sediment in the floodplains of the Upper Mississippi Valley. Comparison of floodplain alluvial sequences in watersheds ranging in scale from headwater tributaries to the main valley Mississippi River demonstrates that land use changes triggered hydrologic responses that were transmitted nearly simultaneously to all watershed scales. In turn, flood-driven hydraulic adjustments in channel and floodplain morphologies contributed to feedback effects that caused scale-dependent long-term lag responses. There has been a general reduction in magnitudes of flooding, erosion, and sedimentation since the mid-20th century, largely in response to better land conservation practices. The reduction trend is most apparent on tributary watersheds of a few hundred square kilometers and smaller sizes. However, the main-channel Upper Mississippi River, with associated drainage areas between about 100,000–200,000 km2, has experienced increased occurrences of large floods during the second half of the 20th century. Most of these large floods have been associated with snowmelt runoff which is occurring more rapidly and earlier in the season in response to a trend toward warmer winters and springs in the late 20th century. Modification of the natural drainage network through establishment of drainage tiles and channelization has also continued during the late 20th century. Tiling and channelization have increased drainage efficiency and probably have contributed in part to the occurrence of large floods on the Mississippi River, but the magnitudes of their effects are unknown at present. In spite of reduced sediment loads since about 1950 on all watershed scales, the anomalous high frequency of large floods on the Upper Mississippi River continues the accelerated delivery of agriculturally-related sediment to floodplain and backwater environments. The results of this study indicate that agricultural land use has escalated landscape sensitivity to such a degree that modern process rates provide a very distorted representation of process rates that occurred in the geologic past prior to human disturbance.

تاثیر کشاورزی بر حساسیت چشم‌انداز در دره رودخانه میسیسیپی علیا

چشم اندازه‌ای کشاورزی نسبت به چشم اندازه‌ای طبیعی به تغییرات آب و هوایی حساس‌تر هستند زیرا خاک‌ورزی و چرا معمولا نفوذ آب را کاهش می‌دهند و سرعت و بزرگی رواناب سطحی را افزایش می‌دهند. این مقاله به ارزیابی این موضوع می‌پردازد که چگونه استفاده از زمین‌های کشاورزی بر پاسخ نسبی سیل، فرسایش و رسوب به فعالیت‌های هیدرولوژیکی شدید و غیر شدید که در حوزه‌های آبخیز دره می‌سی‌سی‌پی بالا رخ می‌دهد، تاثیر می‌گذارد. اسناد چینه‌شناسی و تاریخی با همپوشانی زمانی از جنوب غربی ویسکانسین و شمال غربی ایلینویز نشان می‌دهد که چگونه اصلاح کشاورزی یک مزرعه طبیعی و پوشش جنگلی بر رفتار سیلاب‌ها و رسوبگذاری در طول دو قرن گذشته تاثیر گذاشته‌است. برای مقایسه، رسوبات آبرفتی پیش از کشاورزی هولوسن حساسیت سیلاب‌ها و فعالیت‌های آبرفتی به تغییر آب و هوا را قبل از تاثیر قابل‌توجه انسان بر پوشش طبیعی زمین نشان می‌دهد. چینه نگاری سیلاب با وضوح بالا در دو قرن گذشته نشان می‌دهد که سرعت بخشیدن به رواناب مرتبط با استفاده از زمین‌های کشاورزی، بزرگی سیل‌ها را در گستره وسیعی از فرکانس‌های بازگشتی افزایش داده‌است. گزارش چینه‌شناسی همچنین نشان می‌دهد که سیل‌های بزرگ به ویژه برای حرکت و ذخیره رسوب در دشت‌های سیلابی دره می‌سی‌سی‌پی بالا مهم بوده‌اند. مقایسه توالی رسوبات آبرفتی دشت سیلابی در حوزه‌های آبخیز در مقیاس از شاخه‌های اصلی آب تا رودخانه اصلی دره می‌سی‌سی‌پی نشان می‌دهد که تغییرات استفاده از زمین منجر به پاسخ‌های هیدرولوژیکی می‌شود که تقریبا به طور همزمان به تمام مقیاس‌های حوضه منتقل می‌شوند. به نوبه خود، تنظیمات هیدرولیکی ناشی از سیل در مورفولوژی کانال و دشت‌های سیلابی به اثرات بازخورد کمک می‌کند که موجب پاسخ‌های تاخیری بلند مدت وابسته به مقیاس می‌شود. کاهش کلی در میزان سیل، فرسایش و رسوب از اواسط قرن بیستم، عمدتا در پاسخ به اقدامات حفاظت از زمین بهتر وجود داشته‌است. روند کاهش بیشتر در حوزه‌های فرعی چند صد کیلومتر مربع و اندازه‌های کوچک‌تر آشکار است. با این حال، کانال اصلی رودخانه می‌سی‌سی‌پی بالا، با مناطق زه‌کشی مرتبط بین ۱۰۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ کیلومتر مربع، افزایش وقوع سیلاب‌های بزرگ را در طول نیمه دوم قرن بیستم تجربه کرده‌است. بیشتر این سیلاب‌های بزرگ با رواناب حاصل از ذوب برف مرتبط هستند که در پاسخ به روندی به سمت زمستان‌های گرم‌تر و چشمه‌ها در اواخر قرن بیستم، سریع‌تر و زودتر در فصل اتفاق می‌افتد. اصلاح شبکه زه‌کشی طبیعی از طریق ایجاد کاشی‌های زه‌کشی و کانال‌سازی نیز در اواخر قرن بیستم ادامه داشته‌است. تیلینگ و کانال‌سازی، کارایی زه‌کشی را افزایش داده‌اند و احتمالا تا حدی به وقوع سیلاب‌های بزرگ بر روی رودخانه می‌سی‌سی‌پی کمک کرده‌اند، اما میزان اثرات آن‌ها در حال حاضر ناشناخته است. علی‌رغم کاهش بار رسوب از حدود سال ۱۹۵۰ در تمام مقیاس‌های حوضه، فراوانی غیرعادی سیلاب‌های بزرگ در رودخانه میسیسیپی بالا، تحویل سریع رسوبات مرتبط با کشاورزی به دشت‌های سیلابی و محیط‌های پشت آبی را ادامه می‌دهد. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که استفاده از زمین‌های کشاورزی حساسیت چشم‌انداز را به حدی افزایش داده‌است که نرخ فرآیند مدرن نمایش بسیار تحریف‌شده‌ای از نرخ فرآیند را فراهم می‌کند که در گذشته زمین‌شناسی قبل از آشفتگی انسان رخ داده‌است.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Earth-Surface Processes
  • ترجمه مقاله Earth-Surface Processes
  • مقاله فرایندهای سطح زمین
  • ترجمه مقاله فرایندهای سطح زمین
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.