《青山工程培训讲座》PPT课件.ppt

1、矿山破损山体治理工程中的土壤与生态学问题,辽宁省闭坑矿山破损山体治理工程技术及管理要求培训,刘鸣达 2013沈阳,内容提要,一、几个土壤学问题 二、关于生态恢复中的问题,一、几个土壤学问题,（一）土壤 （二）土壤的组成 （三）土壤的性质 （四）土壤类型 （五）土壤样品采集 （六）客土中应注意的问题,A nation that destroys its soils, destroys itself. President Franklin D. Roosevelt, Feb. 26, 1937.,（一）土壤,1.古人论土壤 土: 地之吐生物者也。 说文解字 百谷草木丽乎土。 易彖传 壤：柔土也。无

2、块曰壤。 又物自生则言土， 人耕种则言壤。 说文解字 以人所耕而树艺 焉则曰壤。 周礼,有土斯有财,万物土中生,2.土壤的概念 （1）农学：植物生长的介质。 （2）水利学：贮水和输水的多孔介质。 （3）建筑学：承受高强度压力的基地或工程材料的来源。 （4）环境学：环境因素，污染物的缓冲带和过滤器。 （5）地质学：地球陆地表面的一个疏松的薄层，主要是近代地质作用所形成的地壳风化产物。 （6）生态学：地球表层系统中，生物多样性最丰富，生物地球化学的能量交换、物质循环（转化）最活跃的生命层。 （7）土壤学：由岩石风化形成的母质在生物等因素参与下逐渐形成的，独立的历史自然体。,土壤的简明定义,土壤是在

3、地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下所形成能够生长植物的、处于永恒变化中的疏松矿物质与有机质的混合物。,指土壤经常地适时适量地供给并协 调植物生长发育所需要的水分、养分、空 气、温度、扎根条件和无毒害物质的能力。,土壤的本质肥力,四大肥力因子：水、肥、气，热,土壤是固、液、气三相体，包括矿物质、有机质、水、空气和多种生物。,矿物质 45%-50%,水（溶液） 15%-35%,空气 15%-35%,有机质 1%-5%,土壤孔隙,土壤固相,（二）土壤的组成,1.土壤矿物,根据结晶状态，可分为： 结晶质矿物 非晶质矿物 根据产生原因常分为： 原生矿物 直接来源于物理风化作用的岩石碎屑

4、。 土壤中较大颗粒的主要 成分。 次生矿物 岩石风化和成土过程新生成的矿物，包括各种简单盐类，次生 氧化物和铝硅酸盐类矿物等。土壤中较小颗粒的主要成分。,是指土壤中含碳的有机物质，包括各种动植物残体、微生物体及其合成产物（腐殖质）。,2.土壤有机质,化学元素组成 土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N， C/N比大约在10-12之间。,(2) 化合物组成 腐殖物质 非腐殖物质,常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。,植物残体 腐烂的生物 动物残体 微生物,生物体,腐殖质,半分解,全分解形成腐殖质,缺少腐殖质的土壤,土壤腐殖质的形成过程,杂草,作物叶片,畜禽粪便,有机质的生态环

5、境意义,Organic matter is soil gold !,提供植物营养物质 改善土壤肥力特性 降低污染物胁迫风险 与重金属形成螯合物 与有机物结合 调节全球碳平衡,土壤水存在于土壤孔隙中。实际上并不是纯净的水，而是含有多种成分的溶液。 土壤水分为液态水、气态水和固态水，只有液态水能为植物利用；液态水又可分为四种类型。,吸湿水,膜状水,毛管水,重力水,3.土壤水,水沿 着毛 管上 升,毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm 毛管作用较强 0.05-0.005mm 毛管作用最强 0.001mm 毛管作用消失,土壤空气来源于近地表大气、土壤微生物的呼吸和代

6、谢、土壤水分的蒸发。 土壤空气中含有较多的CH4、N2O、NO、CO、H2S、H2、醇类等气体； 土壤既是温室气体的源，也是温室气体的汇。,4.土壤空气,土壤空气与大气组成的差别(%),生物学性质土壤酶、微生物、动物特性,化学性质酸碱性、氧化还原性、养分离子含量组成、有机质,H+,Fe2+,颗粒组成不同粒径颗粒的组合比例,孔性土壤孔隙数量和类型,通气透水与保水性水分、空气透过土体的性能和土壤保持水分的性能,Na+,NH4+,HPO42-,K+,结构性土壤结构体的大小、形状、力稳性、水稳性及孔隙状况的综合特征。,（二）土壤的性质,1.颗粒（机械）组成 组成土壤的大小不同的土粒的比例组合。,1.物

7、理性质,石砾：1mm 砂粒：1-0.05mm 粉粒：0.05-0.002mm 黏粒：0.002mm,颗粒大小与比表面积,指根据土壤颗粒的大小及其匹配状况确定的粗细程度。 一般土壤质地分为沙土、壤土和粘土，中间还有过度类型。土壤质地影响土壤水、空气和热量的运动，也影响养分的转化。,2.质地,（1）胶体 土壤中固相、液相和气相呈互相分散的胶体状态，其固体颗粒直径1m，土壤胶体常指这些固相颗粒。 无机（矿质）胶体 有机胶体 有机无机复合体,2.化学性质,（2）电性 土壤胶体微粒都带有一定的电荷，在多数情况下带负电荷，但也有带正电荷的，还有因环境条件不同而带不同电荷的两性胶体。 腐殖质胶体带电（功能团

8、解离产生负电荷) 粘土矿物胶体带电（功能团解离产生负电荷) 两性胶体带电（功能团解离产生负电荷),电荷的类型及来源,永久电荷：在岩石化学风化过程中，因粘土矿物晶格内发生同晶置换而产生的电荷。,可变电荷：随土壤pH值条件而改变的电荷，是由于胶体颗粒表面基团的解离或质子化而引起的。,Si,Mg,Al3+ for Si4+,Mg2+ for Al3+,土壤电荷的来源： 同晶置换（永久电荷）: 蒙、伊高 矿物晶格断键（永久电荷）:高伊蒙 表面分子的解离（可变电荷 ，pH影响）,同晶置换,Al,Al,（4）酸碱性 土壤酸碱性是土壤酸性或碱性的程度，常以pH值表示。 土壤酸碱性的不仅决定于土壤溶液中H+,

9、更重要的是决定于土壤胶体上致酸离子（H+和Al3）或致碱离子（Na）的数量，也决定于土壤中酸性盐类或碱性盐的存在。 土壤酸碱性产生和气候、母质、生物、灌溉、施肥等因素有关。,土壤pH和酸碱性分级,植物养分有效性、微生物数量与土壤pH的关系,pH6.5 （中性）,大多数土壤养分在,附近的有效性较高,土壤中重金属在什么pH范围毒性最大,5.盐分组成 土壤可溶性盐，主要阳离子是Na+、 Ca2+、Mg2+、K+，主要阴离子是Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、NO3- ；另外，在过于盐的水中还有B、Sr、Li、Si、Rb、F、Mo、Mn、Ba、Al。 土壤中大量的可溶性盐存在导致表层积盐会造

10、成土壤盐化。 土壤中大量的Na+和Mg2+存在及其在土体中的频繁运动还会造成土壤碱化。 土壤盐碱化产生和气候、地下水水位与矿化度高、地形、母质、生物等有关。,土壤盐渍化分级指标,盐（碱）随水去，水去盐（碱）存,普通潮湿碱积盐成土,阜新市彰武县阿尔乡。位于河流冲积平原，海拔210m，地下水位2m。自然荒地. 全剖面盐分含量不超过3.0g/kg，均有苏打出现，除底层外，碱化层的pH值在9.5以上。土壤粘粒和盐分有明显向下淋淀的现象。,（四）辽宁土壤类型,辽宁土壤图,辽西低山丘陵区,辽河三角洲,辽东山地丘陵区,辽东山地丘陵区,位于长大铁路线以东，为长白山山脉西南延续部分，包括大连、丹东、本溪、抚顺市

11、的全部和铁岭、辽阳、鞍山、营口市的东部。土壤组合有2个类型。 东北部中低山地区 山的中上部分布着酸性棕壤或棕壤性土，下部分布着棕壤，坡脚或缓坡平地上，形成了潮棕壤，河流两岸为草甸土，河滩洼地和河谷洼地分布着沼泽土和泥炭土，部分耕地在长期水耕熟化条件下形成水稻土，低山丘陵缓坡和平地上有白浆化棕壤分布。 辽东半岛丘陵区 大部分丘陵上部发育着棕壤性土、粗骨土或石质土，由丘陵中部向下至谷底，发育的土壤与辽东北山地区大体相同，依次为棕壤、潮棕壤、草甸土、沼泽土和水稻土，在富钙的石灰岩风化物和部分黄土母质上还有褐土发育。,辽西低山丘陵区,包括朝阳全部和阜新、锦州西部。南部以松岭山脉为界，是棕壤与褐土的过渡

12、地带，相互间呈镶嵌分布，全区土壤组合有3种类型。 努鲁儿虎山和松岭山地西麓低山丘陵区 除较高山地上部有棕壤或棕壤性土分布外，一般低山丘陵上部分布着褐土性土；下部为褐土、石灰性褐土；缓坡坡脚为潮褐土；河谷平原分布着潮土。 医巫闾山和松岭山地东麓低山丘陵区 低山丘陵上部分布着棕壤性土和粗骨土，下部为棕壤，坡脚平地分布窄条状潮棕壤，河流两岸河漫滩和河成阶地上分布着潮土。 阜新、北票等山间盆地区 由盆地中心向外依次出现沼泽土、潮土、潮褐土、褐土或石灰性褐土。,辽河三角洲,介于辽东、辽西山地丘陵区之间。全区土壤组合有3种类型。 北部低丘漫岗区 包括昌图、法库至彰武，风沙土、盐土、碱土、黑土等均有分布。通

13、常丘陵漫岗中上部为棕壤；下部为潮棕壤；平地为草甸土，低洼处沼泽土与盐化草甸土、碱化草甸土呈复区分布；昌图八面城一带岗地上有黑土发育。 中部平原区 位于铁岭、彰武以南至辽东湾沿岸。近河床浅滩处形成新积土；远离河床的河漫滩至一、二级阶地上为草甸土；有的冲积物含有碳酸盐，形成石灰性草甸土；在平、中洼地及牛轭湖处则分布着沼泽土和泥炭土。 辽河三角洲 浑、太、辽、凌入海口区。近海岸为滨海潮滩盐土；远海岸带为滨海盐土；再往内陆多为盐化草甸土；低洼积水区分布着滨海沼泽盐土和盐化草甸土。草甸土、滨海盐土多经水耕熟化和洗盐等发育成盐渍型水稻土。,为了解土壤情况，通常要实地进行土壤剖面形态的观察外，还需要采集分析

14、样品，以便进行各项理化性质的测定。 土壤的复杂性和空间变异性，给土壤样品的采集带来很大的困难。,（五）土壤样品采集,土壤的空间变异性,自然界土壤的分布极为复杂，田间实际情况表明，在土壤质地相同的区域内，土壤特性(物理、化学及生物性质)在同一时刻、各个空间位置上的量值并不相同，这种属性即称为土壤特性的空间变异性。 各种外来物进入土壤后要进行流动、迁移、混合较为困难，所以采集的样品往往具有局限性。 土壤的不均一性是造成采样误差的最主要原因。要使分析结果能正确反映土壤的特性，在很大程度上决定于采样的代表性，即选择有代表性的地点和土壤层次。,土壤三维实体的垂直切面，显露出一些一般是平行于地表的层次。

15、土壤剖面指从地表到母质的垂直断面。,1.土壤剖面,土壤剖面构型的一般综合图式,构成土壤剖面大致呈水平状态的不同层次，叫做土壤发生层，简称土层。 土层的形成是土壤形成过程中物质迁移、转化和积累的结果。,上端露出部分空间，使剖面不至于顶格整个画面,标尺统一放置在剖面左边，一定要放垂直,可以放置田间号,底部要到基岩或者至少 1.2m左右,可以剖面挑出部分毛面，但只占剖面整体宽度的1/3左右, 要避免明显刀痕,剖面整体上要修理平整用平头铲修，避免呈下图状,照相时镜头要基本上垂直于剖面中心，避免各部分比例失真,2.采集土壤样品的工具,常用的采样工具有三种类型：,小土铲 管形土钻 普通土钻,土 钻,其他主

16、要采样工具,铁铲、锄头 土刀 塑料布、塑料袋或布袋 绳子 铅笔、标签纸,3. 土壤样品的采集,样品一般是采耕作土壤的耕作层。 每个样点采样深度，一般为20厘米，水田可按15厘米采样。 样点布设方式因地块形状而异。,方格法布点：地块呈正方形而又面积不大 棋盘式布点：地块大、地力不均匀 蛇形曲线法：地块呈长条形、地力不均匀,4. 混合样品的采集,一般都采集混合土样。混合样品是由很多点样品混合组成。它实际上相当于一个平均数，以降低土壤空间变异造成的差异。,采集混合样品的要求,每一点采取的土样厚度、深浅、宽狭应大体一致。 各点都是随机决定的： 随机定点可以避免主观误差， 提高样品的代表性，一般按S形线

17、路采样。 采样地点应避免田边、路边、沟边和特殊地形的部位以及堆过肥料的地方。 一个混合样品是由均匀一致的许多点组成的，各点的差异不能太大。 一个混合样品重在 1kg 左右，如果重量超出很多，可以把各点采集的土壤放在一个木盆里或塑料布上用手捏碎、混匀、摊平捏，按四分法取样，最后留取土样0.51公斤。附上标签，要做好采样记录。,客土质量问题 pH 可溶性盐分 重金属 质地 表土心土问题 二次生态破坏问题,（六）客土中应注意的问题,二、几个生态学问题,（一）生态恢复中的误区 （二）辽宁地区生态恢复优先选用植物 （三）几种生态复绿型恢复技术,（一）生态恢复中的误区,1.误用外来入侵物种,原产于澳大利亚

18、的桉树是经常被大量引种的外来物种之一，却屡屡引起诸如土壤贫瘠、地下水位下降和生物多样性降低等严重的生态问题。,进行植被恢复的过程中，积极寻找的是具有抗逆性强和繁殖能力强，能够迅速扩展和蔓延等特点的物种。通常外来入侵物种正是具有上述特点。但带来的危害是巨大的。,火炬树会不会成为下一个外来入侵物种,2.忽略了健康生态系统要求的异质性,天然的生态系统具有多种多样的异质性（或称多样性），包括物种组成、空间结构、年龄结构上的异质性以及资源利用的异质性。,只见树木不见森林,3.忽略了物种之间的生态交互作用,一个群落之所以具有自我更新和维持的能力，因为其中的物种之间存在着紧密的交互作用关系。 树木和其他植物

19、没有授粉或传播种子的媒介就不能繁殖和扩散。应该保护野生动物，充分发挥它们作为授粉和种子传播媒介的作用。,植被恢复初期选择种植具有大量小型果实的灌木或其他小型植物，以吸引野生动植物来采食嫩叶、花卉或果实。如果只种植长青的松柏等，鸟类和其他动物将很难在这种环境中生存。,4.忽略了与周围景观的协调性,不考虑拟恢复区域周边生态景观，选择物种单一或套用其他地区的模式，造成植被恢复后其形态、颜色与周围环境形成强烈反差 。,演替自然 交互共生 树 + 树 森林参考天然群落特征进行 植被恢复 草灌乔搭配 先锋植物和乡土植物结合 与周边景观协调,（二）辽宁地区生态恢复优先选用植物,以四平到沈阳、沈阳到丹东的铁路线（或稍向南移）为界，其线以东为长白植物区；从上述铁路线以西、北纬42以南的广大地区，属华北植物区；北纬42以北的地区属内蒙古植物区。 根据生态恢复的原则，结合植物区系的特点，辽宁地区生态恢复优先选用植物如下。,（三）几种生态复绿型恢复技术,1.客土喷播技术 将土壤与有机基材、粘结剂、保水剂、肥料、酸碱调节剂和种子等按一定比例混合，经过机械充分搅拌均匀后，利用客土喷播机提供的动力喷射到坡面上形成植物生长的土壤层，