0911土壤质量与土壤资源保护.ppt

第十一章土壤质量与土壤资源保护 土壤质量与土壤退化土壤污染与防治土壤资源的保护与合理利用 第一节土壤质量与土壤退化 长期以来 科学家对人类活动引起的空气与水质量退化给予了较多的关心 直到20世纪70年代后 人们才开始重视土壤质量在持续生产中的作用及其与植物 动物和人类健康之间的关系 一 土壤质量的概念与评价 一 土壤质量的概念土壤质量的定义 简要的说 土壤质量是土壤在生态系统界面内维持生产 保障环境质量 促进动物与人类健康行为的能力 美国土壤学会把土壤质量定义为 在自然或管理的生态系统边界内 土壤具有动植物生产持续性 保持和提高水 气质量以及支撑人类健康与生活的能力 二 土壤质量评价参数与指标体系土壤质量是土壤中退化性过程和保持性过程的最终平衡结果 土壤质量要考虑土壤的多重功能 包括土壤系统组分 结构及功能过程土壤物理 化学及生物学性质时间 空间及状态等的变化 1 选择评价土壤质量参数指标的条件 1 代表性一个指标能代表或反映土壤质量的全部或至少一个方面的功能 或者一个指标能与多个指标相关联 2 灵敏性能灵敏地指示土壤与生态系统功能与行为变化 如粘土矿物类型不敏感 3 通用性一方面能适用于不同生态系统 另一方面能适用于时间和空间的变化 4 经济性花费少 测定简便快速 2 土壤质量评价的指标土壤质量评价参数指标 物理指标包括 土壤质地 土层和根系深度 土壤容重和渗透率 田间持水量 土壤持水特征 土壤含水量和土壤温度等 化学指标包括 土壤有机碳和全氮 土壤pH 电导率 矿化氮 磷和钾等 生物学指标包括 微生物生物量碳和氮 潜在可矿化氮 土壤呼吸量 生物量碳 有机总碳 呼吸量 生物量等 三 土壤质量的评价方法土壤质量评价方法有土壤质量综合评分法 土壤质量动力学方法 土壤质量多变量指标方法等 首先要确定有效 可靠 敏感 可重复及可接受的指标 建立全面评价土壤质量的框架体系 美国国家土壤保持局 SCS 建立的土壤评价目标包括 确定当前技术水平可测定的参数 建立评价这些参数的标准 建立短期和长期土壤质量变化的体系 确定耕作管理措施组成及其对土壤质量的影响 评价现有知识和数据以找出适合它们的适宜参数和方法 1992年土壤质量国际会议上 建立标准的土壤质量评价方法包括对气候 景观 土壤化学和物理性质的综合评价 二 土壤退化 我国的土壤资源不足 近年来由于不合理的利用 土壤退化严重 据统计 因水土流失 盐渍化 沼泽化 土壤肥力衰减和土壤污染及酸化等造成的土壤退化总面积约4 6亿hm2 占全国土地总面积的40 是全球土壤退化总面积的1 4 一 土壤退化的概念土壤退化指的是数量减少和质量降低 数量减少可以表现为表土丧失 或整个土体的毁失 或土地被非农业占用 质量降低表现在土壤物理 化学 生物学方面的质量下降 土壤退化是由自然因素和人为因素共同作用的结果 破坏性自然灾害及其异常的成土因素是引起土壤自然退化过程 侵蚀 沙化 盐化 酸化等 的基础 而人与自然不和谐作用是加剧土壤退化的根本原因 二 土壤退化主要类型及其防治1 土壤沙化和土地沙漠化土壤沙化与土地沙漠化的重要过程是风蚀和风力堆积过程 在沙漠周边地区 由于植被破坏 或草地过渡放牧 或开垦为农田 土壤粒子分散缺乏凝聚 被风吹蚀 细颗粒含量逐步降低 风力减弱区风沙颗粒逐渐堆积于土壤表层 土壤沙化 土壤沙化包括土壤的风蚀过程及在较远地段的风沙堆积过程 1 土壤沙化的危害土壤沙化使大面积土壤失去农 牧生产能力 使有限的土壤资源面临更为严重的挑战 我国从1979年到1989年 草场退化每年约130万hm2 人均草地面积0 4hm2 0 36hm2 土壤沙化使大气环境恶化 极易形成沙尘暴 甚至黑风暴 土壤沙化的发展 造成土地贫瘠 环境恶劣 威胁人类的生存 2 土壤沙化的防治防治重点应放在农牧交错带和农林草交错带 在技术措施上要因地制宜 主要防治途径是 营造防沙林带 实施生态工程 建立生态复合经营模式 合理开发水资源 控制农垦 完善法制 严格控制破坏草地 2 土壤流失 1 土壤流失的类型土壤流失是土壤物质由于水力及水力加上重力作用而搬运移走的侵蚀过程 也称水土流失作用 土壤流失的主要类型有 流水侵蚀 重力侵蚀和冻融侵蚀等 2 土壤流失的主要因素人为活动是造成土壤流失的主要因素 植被破坏植被破坏使得土壤失去天然保护屏障成为加速土壤流失的先导因子 坡耕地垦植它使土壤暴露于水力冲刷 是土壤流失的推动因子 土壤流失量与坡度呈指数关系 季风气候的影响季风气候的特点是 降雨量大且集中 多暴雨 因此也加重了水土流失 3 土壤流失对农业生产及生态环境的影响 土壤薄层化土壤流失在水平方向导致土被的破碎 土被分割度提高 在垂直方向上导致土被剥蚀变薄 土壤质量下降水土流失使土壤养分库及其调蓄能力受破坏 肥力快速递降 导致土壤养分严重亏缺 生态环境进一步恶化长江流域由于土壤流失 泥沙大量在河湖淤积 使湖面快速缩小 土壤流失还往往引发地质灾害的发生 如山体崩塌 滑坡 山洪的发生 这与土壤流失密切相关 4 土壤流失的防治 树立保护土壤 保护生态环境的全民意识要在处理人口与土壤资源 当前发展与持续发展 土壤治理与生态环境治理和保护上下功夫 要制定相应的地方性 全国性荒地开垦 农 林地利用监督性法规 制定土壤流失量控制指标 防治兼顾 标本兼治对于土壤流失发展程度不同的地区要因地制宜 搞好土壤流失防治 3 土壤盐渍化与次生盐渍化土壤盐渍化主要发生在干旱 半干旱和半湿润地区 它是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程 1 土壤次生盐渍化及其成因土壤次生盐渍化是土壤潜在盐渍化的表象化 由于不恰当的利用 使潜在盐渍化土壤中盐分趋向于表层积聚的过程 称土壤次生盐渍化 成因 由于发展引水自流灌溉 导致地下水位上升超过其临界深度 盐分聚于表土 利用地面或地下矿化水 尤其是矿化度大于3g L时 进行灌溉 盐分积累于耕层中 在开垦利用心底土积盐层的土壤过程中 盐分随蒸发耗损聚于土壤表层 2 土壤盐渍化的防治 合理利用水资源 发展节水农业节水农业的实质就是采取节水的农业生产系统 栽培制度 耕作方法 具体做法如下 实施合理的灌溉制度 采用节水防盐的灌溉技术 减少输配水系统的渗漏损失 处理好蓄水与排水及引灌与井灌的关系 因地制宜地建立生态农业结构对某些潜在盐渍化严重的土壤 井渠结合灌溉在控制水盐运动上难以奏效 宜改水田为旱田 改粮作为牧业 既节省水资源 又发展多种经营 可发挥最佳效益 精耕细作多施有机肥 并采用低矿化度水灌溉 以控制次生碱化 应根据盐渍的水盐动态规律 在精耕细作 农艺操作上下功夫 4 土壤潜育化与次生潜育化土壤潜育化是土壤处于地下水和饱和 过饱和水长期浸润状态下 在lm内的土体中某些层段Eh 200mV 并出现因Fe Mn还原而生成的灰色斑纹层 或腐泥层 或青泥层 或泥炭层的土壤形成过程 土壤次生潜育化是指因耕作或灌溉等人为原因 土壤 主要是水稻土 从非潜育型转变为高位潜育型的过程 常表现为50cm土体内出现青泥层 1 潜育化和次生育化水稻土的障碍因素 还原性有害物质较多强潜育性土壤的Eh大多在250mV以下 Fe2 含量可高达4 103mg kg 为非潜育化稻田的数十至数百倍 易受还原物质毒害 土性冷潜育化或次生潜育化稻田的水温 土温在早稻生产的3 5月间 比非潜育化稻田分别低3 8 和2 3 是稻田僵苗不发 迟熟低产的原因 养分转化慢土壤的生物活动较弱 有机物矿化作用受抑制 有机氮矿化率只有正常稻田的50 80 土壤钾释放速率低 速效钾 缓效钾均较缺乏 还原作用强 有较高的CH4 N2O源 2 改良和治理 开沟排水 消除渍害在稻田周围开沟 排灌分离 防止串灌 多种经营 综合利用稻田 养殖系统 如稻田 鱼塘 稻田 鸭 鱼系统 或者开辟为浅水藕 荸荠等经济作物田 有条件的实施水旱轮作 合理施肥潜育化和次生潜育化稻田N肥的效益大大降低 宜施P K Si肥以获增产 第二节土壤污染与防治 一 土壤污染的概念与污染类型 一 土壤背景值土壤背景值在理论上应该是土壤在自然成土过程中 构成土壤自身的化学元素的组成和含量 即未受人类活动影响的土壤本身的化学元素组成和含量 所谓土壤背景值只能代表土壤某一发展 演变阶段的一个相对意义上的数值 应用于农田施肥 土壤污染评价 土壤环境容量 二 土壤环境容量定义 土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准 既保证农产品产量和生物学质量 同时也不使环境污染时 土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量 土壤环境容量实际上是土壤污染物的起始值和最大负荷量之差 因此 衡量土壤允许量时需要有一个基准含量水平 这个水平所获得的容量称为土壤静容量 即土壤标准容量 但此容量没有考虑土壤污染物累积过程中 污染物的输入与输出 固定与释放 累积与降解和净化过程 将土壤的这一部分净化的量 土壤环境动容量 与静容量相加构成了土壤环境容量 三 土壤自净作用土壤自净是指进人土壤的污染物 在土壤矿物质 有机质和土壤微生物的作用下 经过一系列的物理 化学及生物化学反应过程 降低其浓度或改变其形态 从而消除或降低污染物毒性的现象 按其作用机理 可分为物理 物理化学和生物净化作用等三个方面 土壤的自净作用对维持土壤生态平衡起重要的作用 正是由于土壤具有这种特殊功能 少量有机污染物进入土壤后 经生物化学降解可降低其活性变为无毒物质 进人土壤的重金属元素通过吸附 沉淀 配合 氧化还原等化学作用可变为不溶性化合物 使得某些重金属元素暂时退出生物循环 脱离食物链 四 土壤污染的概念土壤环境中所含污染物的数量超过土壤自净能力或当污染物在土壤环境中的积累量超过土壤环境基准或土壤环境标准时 即为土壤环境污染 五 土壤的主要污染源和污染物1 土壤的主要污染源土壤污染的主要来源为来自工业和城市废水和固体废弃物 农药和化肥 畜禽排泄物 生物残体和大气沉降物等 根据人为污染物的来源不同 又可大致分为工业污染源 农业污染源和生物污染源 工业污染源就是指工矿企业排放的废水 废气 废渣 一般为点源污染 经长期作用使污染物在土壤环境中积累而造成土壤的间接污染 农业污染源主要是指由于农业生产本身的需要 而施入土壤的化学农药 化肥 有机肥 以及残留于土壤中的农用地膜等 生物污染源是指含有致病的各种病原微生物和寄生虫的生活污水 医院污水 垃圾 以及被病原菌污染的河水等 这是造成土壤环境生物污染的主要污染源 2 土壤的主要污染物把输入土壤中的足以影响土壤正常功能 降低作物产量和生物质量 有害于人体健康的那些物质 统称为土壤污染物质 可把土壤污染物质大致分为无机污染物和有机污染物两大类 1 无机污染物污染土壤环境的无机污染物 主要有重金属 汞 镉 铅 铬 铜 锌 镍 以及类金属砷 硒等 放射性元素 137Cs 90Sr等 氟 酸 碱 盐等 其中尤以重金属和放射性物质的污染危害最为严重 因为这些污染物都是具有潜在威胁的 而且一旦污染了土壤 就难以彻底消除 并较易被植物吸收 通过食物链而进入人体 危及人类的健康 2 有机污染物污染土壤的有机污染物 主要有人工合成的有机农药 酚类物质 氰化物 石油 多环芳烃 洗涤剂 以及有害微生物 高浓度耗氧有机物等 其中尤以有机氯农药 有机汞制剂 多环芳烃等性质稳定不易分解的有机物 在土壤环境中易累积 造成污染危害 二 土壤污染的特点与危害 一 土壤环境污染的特点1 隐蔽性与滞后性土壤环境污染要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测情况 甚至通过粮食 蔬菜和水果等农作物以及摄食的人或动物的健康状况才能反映出来 2 累积性与地域性污染物容易在土壤环境中不断积累而达到很高的浓度 具有很强的地域性特点 3 不可逆转性积累在土壤环境中的难降解污染物则很难靠稀释作用和自净作用来消除 4 治理难而周期长必须采用各种有效的治理技术才能解决现实污染问题 二 土壤环境污染的危害1 导致严重的经济损失土壤环境的重金属污染为例 根据有关资料的计算表明 由农产品的重金属污染导致的经济损失在逐年增加 2000年已达到320亿元人民币 2 导致农产品污染超标 品质不断下降2000年全国2 2亿kg粮食调查发现 粮食中重金属铅 镉 汞 砷超标率达10 3 导致大气环境的次生污染土壤环境受到污染后 含重金属浓度较高的污染表土容易在风力的作用下进入到大气环境中 导致大气污染及生态系统退化等其他次生生态环境问题 4 导致水体富营养化并成为水体污染的祸患5 成为农业生态安全的克星 三 污染土壤的修复 一 重金属污染土壤的修复1 物理修复方法物理修复方法主要有换土法 热处理法等 2 化学修复方法化学固定化学淋洗电动修复 二 有机污染土壤修复1 物理化学修复方法通过溶剂洗脱 热脱附 吸附和浓缩等物理化学过程可以将有机化合物从土壤中去除 2 植物修复方法有机污染土壤植物修复是利用植物的生长吸收 转化 转移污染物而修复土壤 主要包括3种机制 植物直接吸收并在植物组织中积累非植物毒性的代谢物 植物释放酶到土壤中 促进土壤的生物化学反应 根际 微生物的联合代谢作用 3 微生物修复方法在土壤污染胁迫下 部分微生物通过自然突变形成新的变种 并由基因调控产生诱导酶 在新的微生物酶作用下产生了与环境相适应的代谢功能 从而具备了对新污染物的降解能力 第三节土壤资源的保护与合理利用 一 土壤资源的含义和特点自然资源是自然界中能为人们所利用的物质和条件的总称 一 土壤资源与土地资源土壤资源是具有生产生物性产品能力的各种土壤类型的总称 包括土壤类型 组合及其性质特征 生产力与利用方向 即在把土壤视作有生长生物能力的可更新自然资源时 才能将作为历史自然体的土壤称为土壤资源 土壤资源与土地资源有相似之处 但两者又并不相同 土地是地表某一地段包括全部自然因素在内的综合体 甚至还包括过去和现在人类活动对自然环境的作用 它是地球表面的一个区域 土地特性包括这个区域上部 下部生物圈的所有较稳定的或可进行周期测定的性质 所以土地资源一词 含义更广泛 它包括自然界对人类生产活动 特别是对农业生产活动有关的一切自然资源或自然生产条件 如气候 地形 地质 水文地质 水文 土壤 植被等 也包括人类在生产斗争中改造自然已经取得的成就 如梯田 圩田 沟渠 堤坝 道路等 土地根据其改变的难易程度 它们又可概括为很稳定的资源 气候 地形 地质形成物 较稳定的资源 土壤和水 土地的一些人为因素 和较不稳定的资源 植被和有关的生物学特征 三类 可见土地包括土壤和非土壤 二 土壤资源的基本特点1 整体性各种资源在生物圈中相互依存 相互制约 构成完整的资源生态系统2 有限性地球上现有耕地1 4 109hm2 其余可开垦为农用的土地约1 8 109hm2 仅11 的土壤对于农业没有严重的限制因子 估计近20年内世界1 3的耕地将会消失 3 地域性土壤资源的地域性特点很强 土壤资源的分布 既受地带性因素的响 又受非地带性因子的制约 各地的土壤资源都具有特殊性 4 动态性土壤资源从某种意义上说 是一种再生性资源 土壤圈中的物质循环和能量流动 与资源生态系统的其它成分间形成复杂的结构 维持相对稳定的 动态的平衡 土壤中营养元素的循环 转化与土壤对植物生长的供应能力 过程等等 都会随着所处生态系统的变化而变化 5 层次性土壤资源包括的范围很广 从某种土壤的化学 物理或矿物等成分到土种 土种 土类直到土壤圈 都可以成为利用和研究的对象 在空间范围上 它可以是一个局部地段 也可以是一个地区 一个国家甚至洲和全球 6 多用性土壤资源具有多种功能和多种用途 对于农业部门来说 土壤是供作物 树木 牧草生长的介质 对于工业部门而言 土壤又是制造砖 瓦 陶瓷的原料 是道路 建筑物等的基础等等 7 国际性由于人类对自然的影响越来越大 一个国家或一个地区对自然资源开发利用所造成的后果往往会超出一个国家的国界范围而影响到世界其它地区 因此国际间合作研究和协议增多 二 我国土壤资源特点 一 土壤类型众多 资源极其丰富 生产潜力巨大由于地域辽阔 自然条件复杂 所以土壤资源极为丰富 从寒温带的灰化土到热带的砖红壤 从滨海平原的盐土到青藏高原的高山草甸土 从黄土高原的黄绵土到南方的水稻土 共有13个土纲 78个土类 据初步统计 在我国土壤资源中 适于发展农业 包括农用与宜农土壤 或农林结合 需进行土壤改良 的土壤类型共有15个 即黑土 白浆土 砂姜黑土 草甸土 水稻土 灌淤土 潮土 黑钙土 红壤 紫色土 娄土 绵土 黑垆士 灰化土及盐碱土等 约占面积263万km2 2 6亿hm2 占全国土壤资源总面积的27 4 二 山区土壤资源占的比重大我国属于多山国家 各种山地丘陵及高山的土壤约占全国土地总面积的65 平地土壤仅占35 山地与平原比较 对发展农业生产有一定限制 而且 利用不当极易引起水土流失和资源破坏 但山区资源丰富 适宜多种经营的开发 三 土壤资源地区分布不平衡东部季风区虽然占全国土地总面积的47 6 却集中了全国90 左右的耕地与林地以及95 的农业人口 为我国主要的农 林区 畜牧业和多种经营也较发达 蒙新干旱区占有全国土地总面积的29 8 而只占全国10 左右的耕地 4 5 的农业人口 四 人均耕地面积小 宜农荒地土壤资源不多我国耕地人均0 1hm2 仅及世界平均数的29 2 人均林地0 11hm2 占世界人均数的1 9 天然草地稍多 人均0 29hm2 但仍不及世界人均数的1 2 五 存在着占现有耕地1 3左右的低产土壤据不完全统计 建国以来累计开垦荒地约0 34亿hm2 保存面积约0 29亿hm2 建设人工草地约107万hm2 灌溉面积已达0 45亿hm2 改造易涝及盐碱地 治理水土流失 取得了一定成效 三我国土壤资源利用过程中存在的问题与合理开发利用对策我国土地利用很不合理 主要表现为 土壤资源开发利用地区间差异很大 土壤采取掠夺式经营 土壤利用结构不够合理 土壤肥力水平较低 开发利用的方向和应遵