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J 气候变化对土壤性质的影响 RBr i n k ma n 等 摘 要 温 室 效 应 引起 的全 球 变 暧现象 ， 将 导 致气温 升 高及 降 雨量 和 潜在 蒸 敞速 率 ( PET)的 改 变 ， 从 而对 土 壤 产生 直接 影 响。在 北方 地区 ， 气温 升高 和生 长 季节 的 延 长将 减 少永 冻 层 的 范 围 此 外，土温升高还会加快有机质的氧化速率。 由于大 气中CO2 浓度升高，较高的初级生产 毒 需 要 增七 0 土壤有机质的投A。某些地区降雨是增高将会 提高高地土壤的水解，淋溶和侵 蚀 速 率， 、 及加强低洼地区中有机质的积累及还原祁铁解作用 在P ET速率的提高不能由增加降雨 鼍或灌 溉量得到补 偿时，在干旱医盐渍化作用将加剧。 由于海平面的升高，导致排水情况和盐 渍 度 改 变，使全 球变暧现象间接影响着 沿海低洼地区的土壤。由于目前尚不能确定全球气候变化 ( 尤其 是地区性的温度 、降雨和沿海地貔的变化： 况) 妁程度和速率，很难对由此造成的土壤变化进 行 定量描述。人类对土地和永资源 用程度妁托剧，对土壤造成的有害或有利的影 响，很 可 能 会 超 过气 傧 变 化对 土壤 的 影 响。 最近的估计指 出，至 公元2 0 3 0 年， 由于 温室效应的影响 将使气温升 高0 2 2 5 C， 更可能的估计值是 1 2。 G 。 同时，海平 面 将相应升高 54 4 c m，而1 7 2 6 c m 是 更为 可能的 范围。本文 主要探 讨这 些环境 改变对 重要的土壤过程和性质的影响。 目前 尚很难对土壤的影 响结果进行 定量 描述 ，其一是 因为还缺 乏土壤演 化的定量模 式，其=是 由于还不能可 靠地 预测气候 变暖 导致的温度 和降雨的地区性 改变。不 同的气 候综合循环模式 ( g e n e r a l c i r c u l a t i o n n l o - d e l s ，GCM)产生截然不 同的预测 结果。但 预测结果一 致认为，高纬度区年平均气温升 高量将超过低纬度 区域，冬季将超过夏季。 然而 ，在不 同纬度区及特定纬度带 内，不 同 模式 预测的温度升 高值相差 甚太。 各个GC M预测得到的降雨量变 化 值 截 然不 同，例如 ，W a r r i c k 等用四个GC M模式 对曼谷达卡 6 8月( 季风期) 降雨进行了预 测，分别得到了 5、2 0 、4 0 和1 0 0 的 升 高 值。总的来说 ，北方高纬度 区降雨量 特大量 增加，热带 ( t a括 目前 部分 的干旱 和半 干 旱 地 医) 有少量的增加， 中纬度 医( 如 地 中海区) 将会减少或几乎无改 变。然而，降雨量的增 】 】l 】 太 多会被增强的蒸散作用所抵消。 同时 ， 由于热带海域的变暖，热带气旋和风暴涌浪 将更为频繁而剧烈。 下面两个 因素 将使 预测土壤 的变 化更 为 复杂 化。这两个 因素与今后几十年 间，许 多 地 区影响土壤的动态变 化有关。 因素之一是 由于人 口激增的压力和需求状况的变化，人 为活动造成土地和水资源的开发和衰退。另 一 个因素是随着海平面的升高，沿海地区水 文和地貌状况的变化。 由众多的 自然和人为 因素造成的改变，将随地区和地点而异。 降雨和蒸散量变化的直接彩响 在北方的很多地 区，永冻层的消失改善 了土壤 内排水条件，而降雨量增加 则增 强了 物质的淋溶速率。这些土壤的有机质含量将 会减少，因为温暖季 节的延长促进了分解作 用，而这又不能从增强的光合作 用 中得到完 2 3 维普资讯 垒的补充。 由于 降雨 量的增多和水 饱和态划 期的延 民，土壤温暖又适合微生物 活动，平 地区域 中季节性 的还原： 壤将会 明显增 多。 在 温带气候 中，水文 或化学对土壤的净 影 响可能 会很 小。 由于气温较高，总降雨量 的增加大 多将会被 蒸散量的增 强所抵 消。 同 样，在含 较高CO 的环 境中，高的潜在蒸 散 作 用和高蒸腾效率促进 了作 物的繁荣生长 ， 从而抵 消了由 f温度升高而加快的有机质分 解作用。 在地 中海 和某 些其 它亚 热带 地区 ，降雨 总量的减少 ，加 上短 期与一年 内的雨量变异 增大，造成千物质生 产减 少、土壤 温 度 升 高，从而土壤有机 质含量 降低。在上 述地 区 和干燥的 热带 区域 ，水遭流量 的减少 将加剧 潜在的盐 渍化作用 ，这 在灌溉 区内尤甚。 在湿润 的热带 ， 依太多数GCM 的预测， 降雨强 度和总量将 尝增加 ，这 将提高排水性 能良好土壤的淋溶速率，也将加剧斜坡土壤 的径 流和侵蚀作用，在平地和洼地区域，还 将增 强土壤 水饱和状态的程度和时期。 在干燥 的 热带 区域 ， 由于 目前各GCM对 降雨和 气温变化的预测结果很不一致，从而 预计土壤 的 可能影响就失去了实际意义。 土 壤 过程 外界条件 改变 后，化学 或矿 物学 以下列 两个过 程改变最 快，随淋溶作用的增强，盐 分和营养元 素的损失 在 蒸散 量太于降雨或 灌 溉补给量时 ，净 向上 移动的 水流所造 成的 盐渍化过程。一 般来说 ，即使 经 过 几 个 世 纪，粘粒矿物的组成和较粗组分的矿物学也 不易发生改变。 也有例外， 当原先处于潮湿条 件下的土壤经过周期性 的落 千后 ， x射线鉴 定的无定形物质将转变成埃洛石，当土壤处 于较高的温度 或极 其干燥条 件 下，土壤 中的 针铁矿将逐步脱水转 变成赤铁矿。粘粒组分 中表面性 质的变化， 尽管要 比盐分移 动慢， 但 比主体组成 和晶状结 构的 改变快。 而这些表 面性质的改变对土壤的物理、化学性质有着 决定 陛的影响。 如 下所列 的一 些转变过 程将 改变 牯粒矿 物表 面或矿物组成 ，而 温室 效虚将使 这些过 程 弧速或 抑制。 (1) 含 CO 水的水解作用 ，带走 S i O。 霸 盐 基阳离子。 (2) 螯 合淋 溶作用 ，尤 其 是 Al 和Fe ， 与有机酸螯 台，被溶解 移走。 (3) 铁解作用，这是 Fe 的氧化 还原 交 替作用为媒介而造成粘粒转变和溶解的周期 性过程，由于它使A1 进 入 彩胀性牯粒 矿物的 层 间，释 低了CEC值。 (4) 强无 机酸 造成粘粒 矿物的溶解 ，产 生 酸性 铝盐 和无 定型S i O (5) 在 中性 至强碱性条件 下，粘粒 转变 的逆向风化过程 ，产生 蒙脱、 坡缕石或 方沸 石等。 淋溶速率的加快，会促进水解和螯合淋 溶作用I在氧化还原的交替作用下，铁解作 用 含在还原和淋溶作用的土壤 中发生。在更 为温暖的气候 中，铁解作用将会在更多的地 区发生 ，尤其是在高纬度 医和季 风 气 候 地 区 由于沿海平原排水条件的改善，硫化物 质被氧化，从而造成强酸溶解作用。然而， 由于海平面的升高，减少了自然条件下发生 上述现象的可能性I在全 球变 暖的情况下， 逆 向风化过程将会 在土壤 干透 的地区发生， 并在 当前 的干旱 地区中继续进 行。 即使在全球变暖造成的变化下，也需要 几个世纪的时 间，这些过程才会影响到粘粒 组分的表面性 质。与之相反 ，人类直接的 活 动将 急剧加速其 中的某些过程。例如，欧洲 部分地 区酸雨对砂性 土壤 的严 重影 嘀，加纳 沃 尔特潮面的起 伏，造成 土壤 季 节 性 的 淹 水 ，从而发生的极为快速 的铁解 作用 。 在研究增强 土壤 恢复能力时 ，毋 需把 气 候变 化的影响与其 它有 害的人为 影 响 相 区 分。 除非已经制订出特定地区的管理措施， 有 关土壤和作物( 包括牧场) 的管理，在减少由 于过度耕植或超强度放牧所致的机械扰动的 维普资讯 同时，应当致力 于维持土 壤覆盖及对上壤生 物 群落供 给有 机质，对非淹水 的 地而 。 ， 这 种物理管 理措施还能保持植 物养分 ，因为 稳 定的生 铆孔隙多相休 系 ( I_ l =l 土壤动物区系 所 产生)将有 利于剩余水分的分流，从而 降 低淋溶速率。 海平 面的 升 高 逐步 升高的海乎面对土壤性质的可能 影 响，将 随地区而异 ，这 取决于众多的 内外部 因素及它们之 间的相互作用。总体来说，海 平 面的升 高将 侵蚀 海岸线并 使 之 后 移。然 而，实 际的发生 程度则取决于 当地沿海 物质 的抵 抗能力 、河 流或海岸漂流 沉积 物的补给 以及 人类 活动 的干预。 在主要的 三角洲 地区，如恒河一 布拉马 普特 拉河和 中国主要河流的三 角洲，沉积 物 对河 口的补 充能 充分 抵消海乎面 升 高 的 影 响。然而， 以下三种情 形将降低这种三 角洲 的加积作用。 (1) 内陆 人类 活动的干预。大坝的建造 和土壤保持规 划的实施 ，极 大 地减少 了沉积 物的供给。如1 9 5 4 年 阿斯 旺高 坝的建造 引起 了尼罗河三 角洲 的沿 海侵蚀和泻湖 边缘 的持 续 泛滥。 (2) 在 三角洲 区域 建立堤坝，使 邻近 漫 滩沼 泽因无沉 积物来源而被升高的海平面浸 没 。 ( 3) 于水 、天然 气和汕的 抽取 ，造成 地面 e 降。如 目前 E 在 曼谷 干 荷 兰北 部发生 的情 形。 在无沉积物补给或堤坝内的沿海低地区 域， 由于含盐潮水的泛滥将扩大长期性和季 - ,fi 的盐土面积。当红树林或其它植被侵入 这些地医后，将会产生潜在的酸性硫酸盐土 壤。 由于海平 的升高和邻近河 口的河流及 堤 坝的相 直增 高， 使得排水 困难， 而扩大 j ， 长期性和季节性的还原 陛土壤。在 长期潮 泓的地 区，土壤有机质含量将逐渐增高 ，最 终形成泥炭土。另外，在沿海侵蚀移走 了矿 质土壤或 红树林后，对现存 的沿 海记炭沼 泽 破 坏加剧 ， 最终 由淡水或盐水型泻 龌所取代。 关于海平面升高对低洼沿海区 域影 响的 研究，用不着从 零开 始。 过去， 由于地壳构 造 、地壳均衡 运动或海 平面的升 降 引 起 的 变化， 已经有大量 地质学 和历史学方 面的丰 富资料。如北海 的南部 区域 ，尼 罗 河 三 角 洲，圭亚那 的沿海 平原， 苏门答腊 的穆西三 角洲。最近 由