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水土保持讲稿绪论一、水土保持学及其研究内容1、几个重要概念 土壤侵蚀： 土壤或其他地面组成物质在外营力的作用下，被剥蚀、破坏、分离、搬运和沉积的过程。 水土流失： 在外营力的作用下，水土资源和土地生产力遭受的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失。水土保持： 防治水土流失，保护、改良与合理利用水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的效益和建立良好的生态环境。水土保持学：研究水土流失形式、发生原因和规律、水土保持基本原理，据以制定规划和运用综合措施，防治水土流失，治理江河与风沙，保护、改良和合理利用水土资源，维护和提高土地生产力，改善农业生产条件，建立良好的生态环境的应用科学。2、研究内容 土壤侵蚀的形式、分布和危害；小流域径流的形成与损失过程；土壤侵蚀特征； 水土流失规律和水土保持措施； 水土流失与水土资源调查和评价的方法； 水土保持的效益。二、 水土保持的意义1、水土流失现状 1990年的调查统计，全国土壤侵蚀面积492万平方公里，占国土面积的51%。其中水力侵蚀面积179万平方公里，风蚀面积188万平方公里，冻融侵蚀125万平方公里。2000年全国情况：侵蚀总面积：356 万km2 ，占国土面积37%；其中，水蚀面积165万km2 ，风蚀面积191万km2。 水力侵蚀风力侵蚀福建省的情况：土壤侵蚀现状根据2000年福建省土壤侵蚀遥感调查的结果，福建省以水力侵蚀为主，土壤侵蚀总面积为13127.31平方公里（即131.27万公顷），占全省土地总面积122465.80平方公里的10.72%。其中：轻度侵蚀6572.91平方公里，占侵蚀总面积的50.07%；中度侵蚀3815.41平方公里，占侵蚀总面积的29.06%；强度侵蚀2547.23平方公里，占侵蚀总面积的19.40%；极强度侵蚀180.25平方公里，占侵蚀总面积的1.37%；剧烈侵蚀11.51平方公里，占侵蚀总面积的0.09%。 福建土壤侵蚀现状的特征以低强度侵蚀为主，极强度和剧烈侵蚀的面积和比例小：全省轻度侵蚀面积达6572.91平方公里，占侵蚀总面积的50.07%；轻、中度侵蚀面积合计占了总侵蚀面积的79.13%，而极强度和剧烈侵蚀的面积仅为191.76平方公里，占侵蚀总面积的1.46%。东南沿海地市比中西部山区地市严重：土壤侵蚀在空间分布上呈现出从东南沿海向西北内陆山区下降的趋势（表1）。闽东南沿海的泉州、漳州、宁德、福州、莆田和厦门六市，土地面积为54135.61 Km2, 占全省土地总面积的44.20%，其土壤侵蚀面积却占了全省土壤侵蚀总面积的55.71%，达7313.15 km2；而闽西北山区的南平、三明和龙岩三市, 土地面积为683330.19 km2, 占全省土地总面积的55.80%，而土壤侵蚀面积为5814.16Km2，仅占全省土壤侵蚀总面积的44.29%。各地土壤侵蚀面积占该地区土地总面积的比值反映了该地区土壤侵蚀的严重程度，其大小顺序依次为：泉州（17.26%）漳州(14.96%)宁德(12.34%)莆田(12.18%)福州(10.69%)龙岩(9.84%)厦门(9.38%)南平(7.42%)三明(8.65%)，进一步证明土壤侵蚀空间分布上呈现出由沿海向内陆山区侵蚀程度下降的规律，越靠近沿海，土壤侵蚀越严重。表1 2000年各设区市土壤侵蚀面积行政单位侵蚀面积（km2）占辖区土地面积（%）全省13127.3110.72福州市1253.5410.69厦门市151.639.38莆田市477.1712.18宁德市1604.5012.34泉州市1922.1817.26漳州市1904.1314.96东南沿海六市合计7313.1513.51南平市1952.217.42龙岩市1873.399.84三明市1988.568.65中西部三市合计5814.168.51局部地区侵蚀很严重：福建省土壤侵蚀面积仅占土地总面积的10.72%。远低于全国37%的平均水平。但是局部地区土壤侵蚀很严重。这些严重侵蚀区主要集中在闽西的长汀花岗岩区、宁化和连城紫色土区，闽南泉州的安溪、南安和漳州的诏安、平和，闽东的福安等。举两个例子：长汀县2000年土壤侵蚀总面积为703.64 km2，占全县土地总面积的22.77%。其中，属于大河田地区的三州、河田、策武、濯田四个乡镇土壤侵蚀面积分别占各乡镇土地总面积（简称侵蚀率）的63.78%、53.78%、 41.22%、28.52%；涂坊 (28.43%)、南山 (24.97%)、新桥 (23.66%)、汀州（20.61%）和馆前（21.51%）的侵蚀率也很高。安溪县不仅土壤侵蚀严重，而且崩岗侵蚀发育。根据2005年的调查，全县共发育了4099个崩岗，面积达8084公顷。严重的崩岗侵蚀制约了坡地资源的有效利用。2、水土流失的危害（用照片讲解）破坏资源；河道、水库淤浅，加剧洪涝灾害；影响交通运输；危及人民生命财产安全；3、水土保持的意义 保护土地资源，维护土地生产力。 充分利用降水资源，提高抗旱能力。 改善区域生态环境，促进当地社会和经济发展。 减少江河湖库泥沙淤积，减轻下游洪涝灾害。 减少江河湖库非点源污染，保护与改善水质。三、水土保持的发展历史20世纪30年代，美国贝内特（H.H.Bennet）创立了“土壤保持学”。（增加美国土壤侵蚀研究概况）20世纪初叶，前苏联和日本也发展了具有特色的土壤侵蚀与水土保持学科。我国40年代初期，设立了甘肃天水、陕西长安和福建长汀水土保持实验区；开展大量的考察工作；取得了显著的治理成效。土壤侵蚀的研究进展：国外以美国为例，围绕三个方面开展研究：土壤侵蚀与水质管理；土壤侵蚀与土壤资源管理；基于保持规划与环境保护的侵蚀预报技术。1、土壤侵蚀与水质管理研究： 沉积物分离、运移和沉积的定量关系； 地表条件与径流和土壤侵蚀的定量关系； 不同耕作和管理措施条件下，不同农业 化学物质向地表径流的排放量； 有效控制污染物向地表径流排放措施； 改进WEPP。2、土壤侵蚀与土壤资源管理研究： 有效的土壤保持技术； 获取更多的资料为制定土壤保持措施提供依据。一个例子：聚丙稀酰胺用于防止陡坡地的土壤侵蚀（图片）3、基于保持规划与环境保护的侵蚀预报技术把WEPP应用于营养和杀虫剂流失的预报重点： 继续完善WEPP； 水土流失与非点源污染的关系。中国土壤侵蚀研究的特点： 土壤侵蚀调查与基础性、关键性问题的研究 研究建立了土壤侵蚀分类原则和系统；建立了土壤侵蚀区划的原则和系统（如侵蚀营力划分一级区）；土壤侵蚀调查研究方法的进展（3S技术）。 土壤侵蚀过程及其机理研究 地质时期和历史时期以来土壤侵蚀过程的研究（通过对黄土高原古地貌演变及黄土层内古环境信息的研究，论证了自然侵蚀的发生演变过程）；坡耕地土壤侵蚀过程及其机理研究；中国土壤侵蚀预报的研究。 土壤侵蚀与沟道河流泥沙输移及洪涝灾害关联研究中国水土保持应重视的几个问题：加强水土流失基础理论研究；加强流域生态经济系统的管理与调控研究；以可持续发展理论指导区域水土流失综合治理与开发；把防止与调控地表径流放在首位；加强科学研究，进一步提高成果转化率；建立中国土壤侵蚀监测信息系统。四、与其他学科的关系1、与基础性自然科学的关系 气象学 水文学 地貌学 地质学 土壤学2、与应用科学的关系 农业科学 林业科学 水利科学 环境科学第一章 水土保持基本原理第一节 水土流失带性规律 影响水土流失的因素主要有： 气候； 地质、地貌； 土壤； 植被； 人为因素。 其中自然地理要素在地球表面是成带性分布的。一、自然地理环境的地域分异规律由于地球的形状、自转和公转等特征，使到达地表的太阳辐射量按一定的顺序由北向南呈规律性排列，从而可划分为若干热量带。与之相应的气候、植物和动物也在地表形成了带状分布。但是，地球表面不是一个连续的、均匀的、具有相同物质组成的行星，大陆占地表的29，海洋占71，这种面积的数量对比关系，使大陆与海洋以及大陆的东岸、西岸和内部的自然地理要素分布更为复杂。(一) 全球性的地域分异规律 地带性分异因素即太阳能按纬度分布不均和非地带性分异因素即地球内能引起的海陆分布是造成全球性地域分异规律的基本原因。由于这种分异的规模是全球性的，故称为全球性的分异规律，它的表现有： 1、海陆对比 地球表面具有4个大洋和6个大陆之分，这是自然地理环境的基本分异，它除表现为海与陆的强烈对比外，还构成两种明显不同的陆地生态环境与海洋生态环境，并通过其间的相互影响，造成次一级的地域分异。2、热力分带 太阳辐射随地理纬度不同而发生的热力分带性具有全球规模，是一种全球性的地域分异规律。无论是在大陆还是在海洋，这种热力分带性都有明显的表现，它决定着气温、气压、湿度、降水、风向等要素在地表呈带状分布。(二) 大陆和大洋的地域分异规律 1、大陆地域分异规律 大陆的地域分异规律是贯穿整个大陆的，可分为纬度地带和经度省性两类。 2、大洋地域分异规律 (1) 大洋表层纬向自然带。大洋表层是指大洋表面以下200m深的范围。由于太阳能按纬度方向分布不均引起的大洋温度、盐度和含氧量不同，以致海洋生物也有相应的区别，从而引起该层自然综合体按纬线方向延伸而按纬度方向有规律地变化。这一分布规律虽受寒流、暖流影响而与纬线略有偏斜，但与大陆相比还是比较平直的。(2) 大洋底层自然区。大洋底层自然区域随海底地形及距岸远近发生有规律的更替，底栖生物有机体和海底软泥也发生有规律的变化。由于大洋底层太阳能的影响微弱，所以它不表现地带性规律，而海底地形是大洋底层自然区域分异的直接因素。(三) 区域性的地域分异规律 1、地带段性 地带段性是地带性分异规律受海陆分布影响及大地构造一地貌规律的作用在大陆东岸、大陆西岸和大陆内部的区域性表现。 在大陆东岸地段性十分明显，如欧亚大陆东岸和北美东岸由北向南，地带段性的排列顺序是：温带针阔叶混交林暗棕壤地带一暖温带落叶阔叶林棕壤地带一亚热带常绿阔叶林红黄壤地带。但他们都只延续于大陆的东部边缘。 在大陆内部，地带段性的表现是围绕大陆的干旱中心，大致呈马蹄形分布。如欧亚大陆从北向南的地带段分布是：温带森林草原黑钙土地带一温带草原栗钙土地带一温带干旱荒漠地带等。 在大陆西岸的欧亚大陆部分，地带段性排列顺序则为：温带针阔叶混交林暗棕壤地带一温带阔叶林棕壤地带一地中海常绿硬叶林褐土地带等。 2、地区性 地区性是由海陆分布带来的经度省性与大地构造一地势单元同热量带的相互作用形成的大陆内部、大陆东岸内部、大陆西岸内部的区域性的分异规律，如中国自然区划草案中所划分的兴安副区、东北平原副区等22个副区。 3、垂直带性 垂直带性是指自然地理综合体和它的组成成分大致沿等高线方向延伸，并随山势高度发生带状更替的规律。这种分异现象只有当山体达到一定高度以后才可能出现。在温带一般大于800m，热带在1000m以上。 (四) 地方性的分异规律 地方地形的垂直分化、地面组成物质和地方气候的差异是造成地方性分异规律的主要原因。地方性分异规律主要表现为：系列性。即由于地方地形的影响，自然环境各组成成分及单元自然综合体，按确定方向从高到低或从低到高有规律地依次更替的现象。微域性。由于受小地形和成土母质影响，在小范围内最简单的自然地理单元既重复出现又相互更替或呈斑点状相间分布的现象。坡向的分异作用。坡向对光照、水文有再分配作用，故植被和土壤也会出现差异。上述各等级的地域分异规律，相互间存在着密切的关系。二、土壤侵蚀的地理分布1、地表水热状况与外营力土壤侵蚀的过程：风化剥蚀、搬运和沉积风化作用：指暴露在地表的岩石，由于受到各种因素的作用，其形状、结构和成分发生改变的现象。风化为搬运创造了条件！搬运作用：将风化的松散物质有原来的地方搬运到附近或很远的地方并堆积起来的过程。搬运与风化关系密切： 风化为搬运准备了物质； 搬运为进一步风化创造条件。沉积作用：风化产物经过一段时间的搬运后，由于介质的搬运能力减弱而沉积下来的过程。认真分析可见，土壤侵蚀与地表水热状况是分不开的。2、侵蚀的地带性规律 有三个气候侵蚀带： 冰雪气候侵蚀带； 湿润气候侵蚀带； 干旱气候侵蚀带。冰雪气候侵蚀带(erosion zone Of glacier and snow climate)本带的气候特点是降雪量大于消融量，形成冰川，或融水下渗，结成冻土。它包括两个侵蚀亚带：极地和终年积雪的高山，为冰川侵蚀亚带；冰川外缘，在森林线以上的山地为冻融侵蚀亚带。 湿润气候侵蚀带(erosion zone Of the moist climate) 湿润气候侵蚀带又称常态侵蚀带，其气候特点是：气温较高，降水量大于蒸发量，多余的水渗入地下成为潜水或地下径流，未渗入地下的水形成地表径流。所以，以水力侵蚀为主。本带根据水、热差异和侵蚀形式又可分为：湿润气候侵蚀亚带和湿热气候侵蚀亚带。湿润气候侵蚀亚带，年平均气温在10左右，年降水在400800mm，物理风化与化学风化同等重要，水力侵蚀最为活跃，尤其是植被遭到破坏的地区，如图13所示。除降水量外，降水强度的变化也产生强烈的影响。在水蚀的诱导下，重力侵蚀、混合侵蚀也十分严重。主要分布在中纬地区，南北纬40到南、北回归线之间的地区：湿热气候侵蚀亚带，年均气温在18以上，降水量在800mm以上，分布在低纬度赤道两侧南北回归线之间的地区 区内化学风化十分强烈，由于植被作用，水力冲刷很弱，化学溶蚀占据优势，矿物质和有机质多呈分子溶液或胶体溶液随水流迁移在植被稀疏或遭破坏的地区，强大的暴雨会造成严重的水蚀、重力侵蚀和混合侵蚀：干旱气候侵蚀带(erosionzoneOfthedryclimate) 在地面蒸发量大于降水量的地区，空气十分干燥，植被生长受到限制，风力作用极为强烈，形成风沙流破坏地表。本带依据水、热变化，可分为半干旱侵蚀亚带和干旱侵蚀亚带。半干旱侵蚀亚带，降水量在250400nun，年平均气温在1O以下。水力侵蚀为主，风蚀在干旱季节占优势，物理风化亦很强烈，尤其被开垦无植被的地区。它分布在干旱侵蚀带与湿润侵蚀带之间，在雨季该带相对缩窄，在干季相对展宽。干旱侵蚀亚带，年降水均在250mm以下，有的地区仅几毫米降水，蒸发远大于降水几十倍、几百倍。在温带干旱侵蚀区，冬季酷寒，夏季炎热，年温差6070， 日温差3550。在热带与副热带干旱侵蚀区，年温差相对小而日温差很大。因此，植被极为稀少，地面裸露，物理风化剧烈，风力侵蚀突出，风蚀、搬运与堆积随处可见。此外，洪流侵蚀、重力侵蚀在山地也十分发育。第二节 水、沙平衡原理一、水量平衡 (一) 水分循环(water circulation) 地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下，大量水分被蒸发，上升到空中，被气流带动送到各地。在这个过程中，遇冷凝结而以降水形式落到地面上，再从河道或地下流人海洋：水分这样往返循环不断转移交替的现象称为水分循环或水循环。它一般包括3个阶段，即降水、径流和蒸发，又可分为两大部分，即水气阶段和降水阶段，以及径流阶段与蒸发阶段。在每一部分中都包含了水分的输送、暂时储存与状态变换3个方面。水分循环还可分为大循环和小循环大循环是海陆间的水分交换，从海洋上升的水汽，被气流带至大陆上空，在一定条件下冷却凝结，成云致雨，降落到地面，除了一部分又重新蒸发外，其余部分或汇人河川、注人海洋，或渗入土壤后又以地下水形式注入海洋。从海洋上蒸发的水汽，上升遇冷凝结后又降落在海洋上，或陆地上蒸发的水汽上升遇冷凝结后又降落到陆地上，这种局部的循环称为小循环。可见，大循环是包含有许多小循环的复杂过程。(二) 水量平衡(waterbalance)水量平衡是指对于任一自然区域(或某一水体)，在给定的时段内，各种形式的输人水量应等于各种形式的输出水量与区域内在该时段的储量的增量之和。 I = O + W I 某时段内输入水量； O 某时段内输出水量； W 时段内储水量增量。二、容许土壤流失量(一)概念容许土壤流失量(soil loss tolerance)的概念是在水土保持实践中逐渐形成并不断发展的。有两种表述：小于或等于成土速率的年土壤流失量。对于坡耕地，是使作物在长时期内能经济、持续稳定地获得高产而允许的年最大土壤流失量。 (二)美国确定的T值20世纪70年代初，美国农业部召集土壤、农艺、地质、水土保持专家，依据满足作物生长需要的土层深度、流失区域大小、保证下游的安全等条件，开会讨论提出不同情况下的丁值。一般来说，耕地土层深厚且剖面土壤肥力接近的情况下，容许流失量可大些；对于土层薄、少量侵蚀即会显著降低生产力的情况，其值要低。国外采用值多为2一llt(hm2a)和2-6t(Nm2a)。(三)我国采用的T值我国根据有效土层厚的抗蚀年限，划分出土壤潜在侵蚀危害程度。显然，无险型土壤抗蚀年限最长，容许流失量可大些；极险型和毁坏型，容许流失量应取最小值。在水土保持技术规范中，明确提出：在不同成土条件下，容许流失量丁值分别采用200t(km2a)、500t(km2a)和1 000t(km2a)。三、冲淤平衡纵向平衡：不冲不淤； 冲淤平衡。断面平衡：床面上水流的作用流速，与床面土质的抗冲能力以及断面内的横向输沙都能互相平衡，不致引起断面形状的改变。平面平衡：指游荡型河流的稳定问题。第三节 生态系统平衡原理 一、生态系统的概念指生物群落及其无机环境相互作用的一个自然系统。二、生态系统的组成 生产者 生 物 消费者 生态 分解者 系 统 非生物环境 CO2,NH4+ 图11 生态系统组成生产者（producers）又称初级生产者（primary producers），利用太阳光能把CO2和H2O合成有机物质，同时把光能转化为化学能。消费者 不能利用无机物质制造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质。它们属于异养生物。分解者（composers），指利用动植物残体及其它有机物为食的小型异养生物，主要有真菌、细菌、放线菌等微生物。小型消费者使构成有机成分的元素和贮备的能量通过分解作用又释放到无机环境中去。三、结构生态系统的结构系指生态系统中有机体内部与彼此之间在时空上的联系方式及物质、能量的转移关系。生态系统结构是由各种生物组合决定的。按照生态系统形态特征及营养关系，生态系统结构可区分为空间结构（水平和垂直）和营养结构。1、垂直结构垂直结构是指生物群落在空间上的垂直分化规律。例如在森林生态系统中，地上部的垂直结构很明显，喜光的乔木构成林冠上层，各种灌木构成其中间层，草丛是第三层；套种了草本植物的荔枝或龙眼果园，地上部有两个层次，即由果树树冠构成的上层和地表草被构成的下层等等。2、水平结构水平结构是指生态系统中的生产者和各级消费者有机体、种群或群落的水平分布状况和动态，体现了生态系统的二维水平结构。3、营养结构营养结构是指生态系统中，生命系统与非生命系统，以及生命系统中生物之间，存在着复杂的营养关系，即生态系统的营养结构。它是研究系统能量流动和物质循环的基础。营养结构的基本特征是食物链、食物网和营养级。四、生态系统的能量流动生态系统的能量流动过程起史于绿色植物的光合作用，经历了草食性（herbivory）和肉食性（carnivory）过程，最后经微生物分解释放，并以热的形式散发到环境中去。可见，生态系统的能量流动是在系统的生产、消费和分解的过程中实现的。1、 初级生产（primary production）几个概念绿色植物通过光合作用，把太阳能转化为化学能并积累在植物体中，这就叫做生产。由于这是生态系统最初的和最基本的能量储存形式，所以叫做初级生产。单位时间和单位面积积累的能量叫初级生产力。有两个很重要的名词不能混淆：总初级生产和净初级生产。植物吸收的总光能，也就是总光合作用量叫做总初级生产；植物吸收的太阳能，除用于合成生物有机体外，还有一部分能量用于呼吸消耗，所以除去植物呼吸消耗的能量后，能以有机物的形式储存起来的能量就叫做净初级生产。可以用下面的式子来表示他们之间的关系：净初级生产= 总初级生产- 呼吸消耗上式的单位可以用每年每平方米千卡（kcal/m2/year）或者每年每平方米干物质克数（g/ m2/year）来表示。2、食物链、食物网、营养级和生态金字塔食物链：在一个生态系统中，生物之间形成以食物营养为中心的连锁关系，即食物链。 举例：如幻灯片。食物网：实际上，任何一种生物都不仅仅依靠唯一的物种为生，它们可以猎食多种生物，这样它们就会出现在不同的食物链上，使生态系统的食物链相互交错，形成了食物网。食物链和食物网的意义：食物链是生态系统营养结构的形象体现；生态系统中能量流动和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的；食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。营养级：食物链上的每一环节称为营养级。显然，在生态系统中，初级生产者绿色植物是系统的第一营养级，草食性动物为第二营养级，初级肉食动物为第三营养级，依此类推，组成一个顺序的营养级序列，后一营养级依赖前一营养级而生活，从中摄取物质和能量。由于营养级之间的能量传递过程中，大约有8090%的能量以热的形式损失（E. P. Odum，1983）。生态金字塔：因此，沿食物链逐级向上，可利用的能量越来越少，储藏在各营养级中的能量也越来越少，形成底宽、上窄的金字塔形生态系统能量分布模式，这就是“生态金字塔”（图12）。生态金字塔有三种不同的表达方式，即生物数量塔、生物量塔和能量塔。生物数量金字塔是指把每一营养级上的生物有机体的数量按营养级的顺序排列在一起，这就是Elton数量金字塔。一般情况下，数量金字塔呈正塔形。但也有出现 Cs Cp Hv NPP 图12 生态金字塔倒塔形的情况，例如，农田出现蝗虫灾害时，蔬菜被蚜虫侵害时，都可能出现倒金字塔的现象。另外，处于同一营养级上的生物个体体积差异很大，如北美温带落叶阔叶林生态系统中的松鼠和白尾鹿都是以植物为生，处于同一营养级上，但它们个体的差异很大，显然把生物个体数目为基础的数量金字塔很难真正说明生态系统的能量流动情况。生物量金字塔是以各营养级的生物量（通常以干物质重计算）为基础而构造的金字塔。由于等重量的植物和动物干物质在能量上并不等值，前者170千焦，后者330380千焦（吴开亚 1991）。所以，生物量金字塔也难以说明生态系统中的能量流动情况。能量金字塔是以能量流动的速率或者各营养级的生产力表示的生态金字塔。它不仅可以表明流经各营养级的总能量值，更重要的是它表明了各营养级的生物量在能量转化中所起的实际作用，它不但提供了群落机能性质的全面图像，而且又是大量食物通过食物链的速度写照，较之生物量金字塔更为准确。3、次级生产次级生产是指储存在消费者中的能量值（Odum 1983）。所以次级生产是依靠初级生产积累的能量从事新陈代谢和生产的过程。有两个指标用来度量生态系统各营养级之间次级生产的效率：林德曼效率和消耗率：林德曼效率=N营养级同化量/ N-1营养级同化量消费率=输入N营养级的量/N-1营养级的净生产力林德曼效率近乎一个常数，大约是10%左右。但已有一些研究表明，该效率不是一个常数。消费率度量的是上一营养级对下一营养级的相对压力，其值在2025%之间。4、生态系统的能量流动用幻灯片上的能量流动图讲解。5、能量流动的特征生态系统的能量可以由一种状态转化为另外一种状态；能量传递过程，大约只有10%的能量从生产者传递给消费者；能量的流动是单向的。15五、生态系统的物质循环1、物质循环路径生态系统的物质循环指组成生物体的C、H、O、N、P、K等元素在无机环境与有机界(生物群落)之间形成的往复循环运动。从整个生物圈的角度来看，元素的生物地球化学循环可区分为两条途径：气态循环路径和沉积循环途径（E .P. Odum，1983）。气态循环是指在生物地球化学循环过程中有一定阶段以气态的形式存在于大气中的化学元素循环过程。比如碳和氮元素。沉积循环是指化学元素始终以非气态形式进行生物地球化学循环的过程。2、沉积循环路径图（幻灯）是一个没有外界干扰的自然生态系统的物质沉积循环路径示意图。储藏在土壤中的矿质营养被植物吸收利用，绿色植物形成的净初级生产量被消费者采食，消费者的排泄物和死后的尸体被分解者所分解，从而把固定在消费者中的矿质营养等物质释放到土壤中去；或者绿色植物的枯枝落叶直接被分解者所分解，而把矿质营养重新释放到土壤中去。矿质营养元素完成这样的循环经历的时间相对较短，尤其是进入碎屑食物链的矿质营养，其循环周期更短。然而，土壤中的矿质营养随水流失，进入江、河、湖泊和海洋，经过沉积等一系列的地质运动以及风化作用，重新把矿质营养释放到土壤中去，完成这个循环要经历漫长的过程。3、气态循环路径沉积循环路径虽然简单、明了，容易理解。但是，却很难描述必须通过大气这一介质才能完成的矿质元素的循环过程。比如，现在受到广泛关注的碳循环，就是一个典型的例子。生态系统物质气态循环路径是相当复杂的。图（幻灯）是生碳循环过程示意图。大气中的CO2被植物吸收利用，合成植物有机体。固定在植物体中的碳，一部分用于自身的新陈代谢，并以CO2的形式重新释放到大气中，一部分传递给草食动物或者直接传递给分解者，通过草食动物再向更高营养级的肉食动物传递，动物死亡后经过分解者的作用分解，再以CO2的形式重新释放到大气中去，在碳的传递过程中，动物在其新陈代谢过程中同样也把CO2释放到大气中。与此同时，动植物有机体在漫长的地质过程作用下，在地层中沉积为化石燃料，这些化石燃料由于人类的开采和使用，使其中的碳又重新以CO2的形式回归大气。六、生物多样性与生态系统的功能生物多样性已经是大家非常熟悉的一个名词。但是，至今还没有一个严格、统一的定义。一般是指生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。它包括数以千百万计的动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与生存环境形成的复杂的生态系统。通常被认为有四个层次，即遗传、物种、生态系统和景观多样性（马克平 1993，1994）。这里主要阐述生态系统的群落物种多样性。1、“铆钉”假说生物多样性与生态系统功能的关系是人们普遍关注的问题，是生态学领域的重大科学问题。1981年Ehrlich形象地描述了生物多样性与生态系统功能之间的关系，这就是“铆钉”假说（Ehrlich 1981）：生态系统中的物种就好象飞机上的铆钉，每个种在整个系统的工作中，所起的作用虽小但不可忽视，任何铆钉的损失都能在很小但可测的程度上削弱该架飞机的功能。丢失太多铆钉将会使飞机某些最重要的功能丧失。由于生态系统要比飞机的机翼和发动机要复杂得多，所以，它可以接受一定的外界干扰，并保持系统的正常工作。实际上，大约在一万年前，地球这架巨大的飞机，增加的铆钉总是比丢失的铆钉多，使得生态系统的功能总是在朝着良好的方向发展。但此后，由于人类不恰当地利用生态系统，使物种的消亡速度远超过自然产生的物种数量，地球上的生物多样性严重受损，影响了生态系统功能的发挥。“铆钉”假说阐明，生物多样性与生态系统功能是一种正的相关关系。最近的一些研究也论证了这一观点。Tilmam(2001)在一个7年的草地生态系统的生物多样性与生产力的关系研究表明，有16个物种的实验小区的生物量比单种栽培的小区的生物量高出2.7倍，而且很多具有更高生物多样性的小区其表现都比最好的单种栽培要好。他的结论是，生物多样性越高，系统生产力越高（指初级生产力）。这是生态位互补作用的结果。也就是说，在同一群落中，物种间存在着生态位的差异，因而物种数多的群落中生物所占据的“功能空间”范围更广。因此有更高物种丰富度的系统能更有效地利用各种资源，有更高的生产力；而且系统中物种之间的生态位差异愈大，物种丰富度对系统功能的作用愈强。2、生物多样性与生态系统稳定性生物多样性与生态系统稳定性的关系从另一个角度表述了多样性与系统功能的关系。稳定性是指系统受到外部扰动后保持和恢复其初始状态的能力。生态系统稳定性的概念一般包括抵抗力、恢复力、持久性和变异性等4个方面的内涵。生态系统的抵抗力：生态系统的抵抗力是指系统抵抗外力干扰的能力。特定资源生产力水平下群落种群多样性的高低直接影响到群落对扰动的抵抗力。对因外来种入侵而引起的扰动，种群多样性程度高的群落出于缺乏闲置生态位，外采种群难以立足；而对于种群多样性低的群落，其空缺的生态位很容易被外采种群入侵和占据。恢复力：恢复力指群落经历扰动后恢复到初始状态的能力。扰动前群落物种多样性水平的高低直接影响群落的恢复力(Tilmam 等1994)，因为它直接决定了扰动后群落中种群构件和种子库的丰富度。持久性和变异性：持久性和变异性是两个不涉及系统对付外界干扰能力的稳定性指标。事实上，自然界不受外界干扰的系统是不存在的，这里所指不受下扰的系统是相对于那些受到人为或非正常自然力干扰的系统而言。显然，持久性和变异件是测度群落在正常的环境变化中所表现出的群落特征，亦即群落适应环境正常波动的能的大小。就群落水平而言，种群多样性高的群落必然较多地包含了具有不同生物学和生态学特性的种群，如前所述，抵抗波动的能力也强，对于种群而言，种群适应环境正常波动能力的大小与种群内的多样性水平有关，从根本上取决于种群遗传多样性的丰富程度（王国宏 2002）。可见。多样性可以导致稳定性。七、生态平衡生态系统通过发育与调节所达到的一种稳定状态。特征： 物质和能量的输入和输出接近平衡； 种群结构和数量比例持久地没有明显变化。第四节 景观生态学原理（自学）第五节 环境保护与可持续发展（自学）第二章 土壤侵蚀类型第一节 土壤侵蚀分类系统一、土壤侵蚀的四级分类系统1、土壤侵蚀类型在不同营力作用下，土壤侵蚀发生发展过程中所呈现的各种形式或形态。2、土壤侵蚀分类依据国内权威的分类是四级分类系统，各级分类依据： 一级类型：按侵蚀营力划分； 二级类型：按侵蚀方式或主体形态； 三级类型：按侵蚀方式的不同形态或性态； 四级类型：按侵蚀强度或侵蚀程度分类。3、中国土壤侵蚀分类系统第二节 水力侵蚀（使用照片讲解）指由大气降水及所形成的径流引起的侵蚀过程和一系列土壤侵蚀形式。水力侵蚀的主要形式是面蚀、沟蚀和潜蚀。一、面蚀 降雨和地表径流使坡地表土比较均匀剥蚀的一种侵蚀形式。 面蚀又包含了溅蚀、片蚀和细沟侵蚀。1、溅蚀 雨滴打击地面，使细土粒与土体分离，并被溅散跃起的水滴带动而产生位移的现象。 特别注意：溅蚀也发生于平地上。没风时，雨滴落在水平地面上，土粒溅高可达0.75米，最大位移达1.2米。 位移情况决定于雨滴的打击力、打击方向、地面坡度和土壤团聚体情况。 雨滴打击力：可用降雨侵蚀力（R）来衡量（后续课程讲解）。 黄土高原的研究表明：坡度7%（4）-9%（5.1）下,0.87-1.58mm/min情况下，雨滴侵蚀量达100-668.3t/km2。打击方向不同：位移情况不同。坡度不同：上下坡移动量和移动距离不同。土壤团聚状况：影响土壤抗溅蚀量。 溅蚀的后果： 破坏土壤结构； 片蚀的主要物质来源； 堵塞土壤孔隙。 2、片蚀浅而分散的坡面片状薄层水流引起土粒比较均匀流失的过程。又称片状侵蚀或层状侵蚀。一般发生在比较平缓的坡地上。带走的是溶解的物质或呈悬浮状的微细土粒或滚动的微凝聚体。3、细沟侵蚀 坡面径流逐步汇集成小股水流，并将地面冲成深度和宽度一般不超过20厘米小沟的水力侵蚀。 主要发生在3以上的坡耕地。特征： 常成槽形，沟缘线与斜坡的分界很明显； 纵断面与坡面平行，沟头有一小跌差； 在距分水岭不远的地方开始出现； 出现的位置不固定，可被耕耘作业填平。 二、沟蚀 坡面径流冲刷土壤或土体，并切割陆地地表形成沟道的过程。也叫线状侵蚀或沟状侵蚀。根据沟蚀发生的形态和演变过程，分为： 浅沟侵蚀 切沟侵蚀 悬沟侵蚀 冲沟侵蚀1、浅沟侵蚀 坡面开始形成的薄层地表径流在流动过程中汇集成较大的股流，向下冲刷切入心土或底土，形成宽度大于深度的沟蚀过程。 特征： 纵断面与斜坡面大致平行； 横断面成V形，有时底部成浅槽形； 在花岗岩区，宽约1. 0m，深度不超过0.5m。2、切沟侵蚀 浅沟侵蚀的进一步发展，在集中地表径流形成的股流冲刷下，沟道深切入母质层、风化层或深至基岩面的过程。 特征： 有明显的沟头； 深度1m以上，有的数米甚至数十米； 沟底纵断面与坡面大致平行； 地形破碎，不能耕作。3、悬沟侵蚀 当丘陵坡面径流汇集到谷缘遇直立形沟坡时，汇流骤然呈垂直下泻式冲刷陡壁而形成直立式的切沟侵蚀。4、冲沟侵蚀 水流经过切沟进一步集中，使沟道继续向宽和深的方向发展的侵蚀过程。 特征： 横断面常成弧形； 沟底纵断面与原坡面不同。第三节 重力侵蚀坡地表层土石物质，主要因重力的作用，失去平衡，发生位移和堆积的现象。一、产生重力侵蚀的条件 土石松软破碎，内聚力小； 高差大、坡度陡，临空土石体外张力大，不稳定； 缺少植物覆盖，无人工保护措施； 坡体存在难透水层。二、重力侵蚀的类型 根据土石物质破坏的特征和移动的方式，可分为：崩塌、滑坡和泻溜等。1、崩塌 边坡上部岩（土）体突然向外倾倒、翻滚、坠落的现象。 2、滑坡 广义：指斜坡上的部分岩（土）体脱离母体，以各种方式顺坡向下运动的现象。 狭义：指斜坡上的部分岩（土）体在重力的作用下，沿一定的软弱面（带）产生剪切破坏，整体向下滑动的现象。成因： 斜坡上的岩（土）体顺坡向下运动的促滑力大于 阻滑力； 组成斜坡的岩土体易为水软化的粘性土或软岩，或者岩体中的层理、片理、节理裂隙、断层面等不连续面为软弱结构面，且产状有利于转化为破坏面（滑动面）时。防治： 改变斜坡形态； 排水； 支挡结构物； 斜坡内部加固。3、泻溜 岩壁和陡坡上的土石经风化形成的碎屑，在重力的作用下，沿着坡面下泻的现象。第四节 复合侵蚀 两种或两种以上侵蚀营力共同作用下所形成的侵蚀类型。 一、泥石流 1、定义 泥石流以巨大的冲击力和强大的搬运能力冲刷沟道，破坏和淤埋各种设施的过程。 泥石流：指饱含固体物质的高粘性流体。 2、 泥石流侵蚀的形成条件两岸谷坡陡峻，沟床坡降较大，利于汇流；大量的松散固体物质；上中游有充沛的突发性洪水水源。3、侵蚀特征（照片说明）以冲、淤危害为特征。流通区有冲有淤，以冲为主。冲击力很大，侵蚀深度可达230米，输出物质可达几十万至上千万方。泥石流流出沟口后，形成堆积区。4、防治措施 （1）防护工程 防止冲蚀、冲击等。 如修护坡、挡土墙等。 （2）排导工程（照片） 改善泥石流流程的边界条件，使之按设计流路至预定场所停积。 （3）拦挡工程 控制流量和总量，减少或防止对下游的危害。 （4）造林种草 抑制泥石流的发育。二、崩岗侵蚀 在水力和重力的作用下，山坡土（石）体受破坏而崩塌和受冲刷的侵蚀现象。 1、崩岗的要素（照片说明） 集水坡面、崩壁、崩积堆和冲积扇 2、崩岗的危害 （照片讲解） 崩岗侵蚀集中分布于福建、广东、海南、江西、湖南、湖北和安徽南方七省。 根据2005年的调查，南方七省的崩岗数量达到22.19万个。 福建省8637个。 分布在25个县。 最严重的有两个县：安溪（4744个） 长汀（1414个） 坡面支离破碎和大量泥沙下泻导致的危害。3、崩岗发育的条件（照片讲解） 深厚花岗岩风化壳是崩岗发育的物质基础 。 一般风化壳在10m以上才可能发生崩岗（曾昭璇）；崩岗集中发生在风化壳20m以上的坡地上（张淑光）。 软弱面发育 降雨的影响 有两个方面的作用： 形成地表径流。崩岗是沟蚀发育而成，而地表径流是侵蚀沟发育的动力。 降雨入渗土体。引起土体自重增加，粘结力下降。 所以，地表径流的作用主要发生在水蚀阶段，即崩岗形成前。降雨入渗的作用发生在重力侵蚀阶段，即崩岗崩壁侵蚀扩展期。4、崩岗侵蚀的治理措施 “上拦、下堵、中绿化” 效果：把集水区的径流排到安全处，减少进入崩岗的径流量； 固定崩积堆，减少二次侵蚀量； 拦挡泥沙，防止下泻。 常规综合治理模式 把崩岗当作一个系统进行综合治理： 集