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《星际穿越》(Interstellar)中的沙尘暴真的出现过吗？

2016-01-22 09:54阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/5137723403

1 《星际穿越》中的沙尘暴天气
简单介绍一下《星际穿越》的背景(节选自中文维基百科 [1])：
于不久未来，农作物因气候转变和疾病而经常欠收，社会为解决粮食危机而转型为农业社会。主角库珀（Cooper）本为美国国家航空航天局驾驶员和工程师，也被迫成为农民。库珀的十岁女儿墨菲（Murphy）表示其房间书架上的书本无故掉到地上，认为这是某鬼魂欲与她沟通所致。在一场沙尘暴中，库珀和墨菲发现沙尘在房间中留下了通讯码，该码显示的是一个坐标。二人驱车到达后发现坐标位置乃美国国家航空航天局的一个秘密基地，领导人为布兰德教授（Brand）。
电影中多次出现大规模的沙尘暴天气，例如男主角一家在棒球场遇到的大规模沙尘暴 [2]和沙尘暴过后被尘土覆盖的皮卡 [3]。频繁的沙尘暴天气对人们的生活造成了很多不便，最典型的一个细节就是男主角一家的盘子都是反着扣下的，否则无法正常、清洁地吃早饭！还有一个细节是在影片最后，男主角回到未来的人类社会，走进已经成为纪念馆的家，第一反应竟然是摸摸桌子，看看有没有灰~看的心酸之余，可能有人会问，这些电影中的场面真出现过吗？还是像
“虫洞旅行”一样是科学家的推论？答案是美国历史上曾经出现过这个沙尘弥漫的阶段，而且有过之而无不及！
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Fig. 1 棒球赛中沙尘暴突然来袭
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Fig.2 沙尘暴过后被覆盖的皮卡
2 美国的黑历史——Dust Bowl
上世纪四十年代左右，美国中西部平原地区频繁发生严重沙尘暴天气。遮天盖日的沙尘暴给美国人民留下的深刻的记忆，尽管已经过去多年，美帝人民回忆起来还是犹如昨日。(点击一下链接能够查看采访视频 [4])
· Herman Goertzenremembers chickens going to roost in the middle of the day because the duststorm made it so dark the chickens thought it was night.
《星际穿越》(Interstellar)中的沙尘暴真的出现过吗？ · Stan Jensenremembers how it was impossible to keep houses clean.
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· Harvey Pickrel tried to buy a tractor – the only trick was he would have to dig it out of thedust before he could take it home.
《星际穿越》(Interstellar)中的沙尘暴真的出现过吗？
1935年4月美国发生了”Black Sunday“事件：美国中西部平原地区爆发了严重的沙尘暴，深色尘土漫天飞扬，能见度极低；在大风的助力下，这场沙尘暴席卷了Oklahoma和Texas两州，造成了严重的经济损失，当地居民流离失所 [5] 。
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Fig. 6 沙尘暴“兵临城下” [5]
为了解决日益严重的沙尘暴问题，美国政府和人民也是团结一致寻找解决办法。前文提到，大规模沙尘暴的原因主要有两个：持续的干旱和不适宜的耕种导致的土壤颗粒流失。由于干旱相对来说是不可控的，解决问题的焦点是如何减少干旱地区农田土壤的流失量。有研究表明，大规模的深耕也会破坏土壤结构，不利于固定表层干燥的土壤颗粒；同时，破坏土壤表面的作物秸秆残留量能够有效地减少土壤侵蚀，涵养土壤和水分，如下图(Fig. 7) 。于是，减少耕作量和增加植物秸秆含量成为了治理沙尘暴的“灵丹妙药”。
1936年2月29日，美国国会颁布Soil Conservation and Domestic Allotment Act 并成立Soil Conserva tion Service (SCS，现名 Home |NRCS)，用于指导农民开展土壤侵蚀防护与增加森林覆盖工作。在此背景下，美国农业生产领域提出了“免耕”(或称为“保护性耕作”)的农业管理指导思想。
《星际穿越》(Interstellar)中的沙尘暴真的出现过吗？
Fig. 7 不同秸秆覆盖率下的土壤流失情况 [7]
3 “保护性耕种”的发展过程
虽然保护性耕种有着减少涵养水土和土壤流失的优势，它的发展也不是一帆风顺的。自诞生起，美国的保护性耕种的发展主要经过了三个阶段 [7]。
· 第 1 阶段是 20 世纪 40 年代开始 ,主要针对传统的机械化翻耕措施在水蚀和风蚀方面存在的弊端 ,对土壤耕作农机具和耕作方法进行改良 ,提出少耕、免耕和深松等保护性耕作法。
· 第 2 阶段是 20 世纪 50 年代以后 ,机械化免耕技术与保护性植被覆盖技术同步发展。在免耕技术大面积应用的过程中 , 许多研究证实了各种类型的机械化保护性耕作对减少土壤侵蚀方面有显著效果, 但也出现不少因杂草蔓延或者秸秆覆盖造成低温等技术原因使作物严重减产的例子, 使得该项技术推广较慢。
· 第 3 阶段是 20 世纪 80 年代以来 ,随着耕作机械的改进、除草剂的使用以及作物种植结构调整 ,保护性耕作的应用得以较快发展 ,范围也不断扩展。据美国保护科技信息中心(CTIC) 的最新资料, 美国2004年实行免耕、垄作、覆盖耕作和少耕的耕地占全国耕地的 62.12 %, 而常规耕作面积为 37.17 %, 传统耕作比例呈下降趋势, 免耕比例逐年上升。
对于第三阶段，需要强调的是，保护性耕作的蓬勃发展与除草剂的发展息息相关，保护性耕作有杂草滋生的趋势，也是它的一大短板。高效除草剂的发明弥补了这一短板，才使得保护性耕作重获新生。
此外，保护性耕作的优势不仅在于减少土壤侵蚀和流失，还能够节约灌溉用水、加强表层土壤肥力、增加农业产量以及减少田间工作量等。但是，保护性耕作也存在一些局限性，例如：
加大对除草剂的依赖、需要较高的田间管理水平、降低排水不畅土壤的热量交换能力 [8]、残留的作物有时会影响下一季作物的生长 [9]。其中对除草剂的依赖也可能会成为保护性耕种的一大隐忧。如果将来由于某些原因，大规模除草剂应用受到限制，如何控制保护性耕种的杂草问题将成为保护性耕种成功与否的关键。
小结：虽然保护性耕种在农业领域的应用有利有弊，美国的保护性耕种措施普及得较为广泛，也取得了令人满意的成果，最起码没有出现大规模的沙尘暴天气。美国的沙尘暴治理也可以作为一个成功的范例，为其他国家和地区的水土保持工作提供一些参考。
4 总结 (Take-homepoints)
  • 《星际穿越》中沙尘暴频发的天气在美国历史上的确存在过；
  • 合理的水土保持措施大大减少了美国沙尘暴天气的爆发频率；
  • 对除草剂的依赖可能会成为保护性耕种的一大隐忧。
著作权归作者所有。
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 作者：刘文龙
 链接：http://zhuanlan.zhihu.com/ilovesoil/19928530
 来源：知乎

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