土壤与土地-20141220

1、北京林业大学水土保持学院北京林业大学水土保持学院查查同同刚刚2014.12.20土壤知识交流与讨论土壤知识交流与讨论 土壤学土壤学基本基本知识知识 土壤土壤与全球与全球碳循环碳循环 土壤污染土壤污染及其及其防治防治 土壤土壤与与生态环境生态环境OutlinePart I1 1土壤学土壤学基本知识基本知识1）土壤与土地2）土壤的物质组成3）土壤的物理性状4）土壤的化学性状1 1）土壤与土地）土壤与土地土壤土壤陆地陆地表面能够生产绿色收获物的疏松表面能够生产绿色收获物的疏松表层表层土壤的土壤的功能功能1 1）土壤与土地）土壤与土地土地土地请问：买请问：买房要考虑的因素有哪些？房要考虑的因素有哪些？

2、 土地是一个垂直系统，可分为地上层、地表层和地下层土地是一个垂直系统，可分为地上层、地表层和地下层。 L（土地） C（气候）G（基础地质）R（地形） H（水文）S（土壤）V（植被） M（人类的经济活动） 1 1）土壤与土地）土壤与土地土地土地请问：买请问：买房要考虑的因素有哪些？房要考虑的因素有哪些？ 土地是一个垂直系统，可分为地上层、地表层和地下层土地是一个垂直系统，可分为地上层、地表层和地下层。 L（土地） C（气候）G（基础地质）R（地形） H（水文）S（土壤）V（植被） M（人类的经济活动） 1 1）土壤与土地）土壤与土地土地土地请问：买请问：买房要考虑的因素有哪些？房要考虑的因素有哪

3、些？土壤的根本属性是土壤肥力，土地的根本属性是生产力 2）土壤物质组成固相物质液体气体气体（降水、地下水）2）土壤物质组成2 2）土壤物质组成）土壤物质组成土壤矿物质土壤矿物质2 2）土壤物质组成）土壤物质组成有机质有机质2 2）土壤物质组成）土壤物质组成土壤水土壤水土壤水分形态土壤水分形态土壤水分有效性土壤水分有效性水分与土粒水分与土粒的能量关系的能量关系 105Pa10132 31.415.26.330.40.80.050.50.0010.08105烘烘干干重重吸吸湿湿系系数数凋凋萎萎系系数数最最大大分分子子持持水水量量毛毛管管联联系系破破裂裂含含水水量量田田间间持持水水量量毛毛管管持持水

4、水量量饱饱和和持持水水量量吸湿水吸湿水膜状水膜状水毛管悬着水毛管悬着水重力水重力水毛管上升水毛管上升水无效水无效水有效水有效水多余水多余水 土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水实际上是指在土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水实际上是指在105温度下从土壤中驱逐出来的水。温度下从土壤中驱逐出来的水。2 2）土壤物质组成）土壤物质组成土壤生物土壤生物土壤生物包括土壤动物、土壤微生物和林木根系。土壤生物包括土壤动物、土壤微生物和林木根系。 3 3）物理性质）物理性质土壤质地土壤质地粒组：粒径相近，矿物组成、理化性质相似石块石块石砾石砾砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒土壤粒级划分标准土壤粒级划分标准3 3

5、）物理性质）物理性质土壤质地土壤质地粒组：粒径相近，矿物组成、理化性质相似石块石块石砾石砾砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒土壤粒级划分标准土壤粒级划分标准3 3）物理性质）物理性质土壤质地土壤质地3 3）物理性质）物理性质土壤结构土壤结构 土壤土壤中的固体中的固体颗粒相互颗粒相互粘合团聚，形成大小、形状粘合团聚，形成大小、形状和性质不同的团聚体，称为土壤结构体。和性质不同的团聚体，称为土壤结构体。 3 3）物理性质）物理性质土壤孔性土壤孔性 单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙）的烘干质量，单位用单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙）的烘干质量，单位用g/cmg/cm3 3或或t/mt/m3 3表示。表示。

6、： 自然状态下（包括粒间的孔隙）单位容积土壤的烘干质量，单位同自然状态下（包括粒间的孔隙）单位容积土壤的烘干质量，单位同上上 土壤孔隙度土壤孔隙度(%)=(1土壤密度土壤密度 土粒密度土粒密度)100孔隙类型非活性孔隙毛管孔隙空气孔隙4）土壤化学性质吸附性： 土壤胶体土壤胶体：粒径小于粒径小于2 2或或1 1微米的土壤微粒。是土壤微米的土壤微粒。是土壤中负电荷的主要携带者中负电荷的主要携带者。可吸附一些重金属污染物。可吸附一些重金属污染物。酸碱性： 土壤中存在着土壤中存在着各种化学和生物化学反应，表现出不各种化学和生物化学反应，表现出不同的酸性或碱性。同的酸性或碱性。缓冲性： 土壤土壤是一个巨

7、大的缓冲体系，对营养元素、污染物是一个巨大的缓冲体系，对营养元素、污染物质、氧化还原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变质、氧化还原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变化的化的能力。能力。Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环缘缘 起起Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环缘缘 起起Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环效应效应温室气体能使短波辐射穿越但挡住长波的辐射，温室气体能使太阳短波辐射到达地面，但是由地表向外界放出的长波热辐射线就被大气中的温室气体挡住了去路而被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度不断增高。Part II2 2）土壤土壤与

8、全球碳循环与全球碳循环效应效应Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环效应效应Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环缘缘 起起Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库5.5 0.5Land UseA At tm mo os sp ph he er ri ic c P Po oo ol l 7 75 50 0 (stores 3.2 0.2 yr1)O Oc ce ea an n 4 40 0, ,0 00 00 0U Un ni it ts s: : S St to oc ck ks s - - G Gt t- -C C F Fl l

9、u ux xe es s - - G Gt t- -C C y yr r1 1NPP60601.6 1.0Rh9290L La an nd dp pl la an nt ts s 7 70 00 0S So oi il ls s 1 15 55 50 0T Th he e G Gl lo ob ba al l C Ca ar rb bo on n C Cy yc cl le eNet =2.0 0.8全球碳平衡估算中的不确定性全球碳平衡估算中的不确定性化石燃料化石燃料进入大气进入大气进入陆地或海洋进入陆地或海洋 5.50.3土地利用变化土地利用变化1.6 0.8海洋吸收海洋吸收 2.0 0.6

10、未知碳汇未知碳汇1.8 1.5（missing sink）3目前碳源、汇的目前碳源、汇的强度存在不确定性强度存在不确定性3预测未来气候辐预测未来气候辐射力的变化情况也射力的变化情况也存在不确定性存在不确定性Peta (1015 ) grams of carbon/year大气吸收大气吸收碳碳 3.3 0.2=+-大气储存生物摄取人类输入Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库CO2 + H2O (CH2O)n + O2PhotosynthesisRespirationPart II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库Part II2 2）土壤土

11、壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库影响土壤有机碳稳定性的因素影响土壤有机碳稳定性的因素 1、外源有机物的化学组成外源有机物的化学组成 2、土壤的水分和热量条件、土壤的水分和热量条件 3、土壤质地、土壤质地 4、土壤、土壤pH值和值和CaCO3含量含量 5、主场效应。、主场效应。Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库Part II2 2）土壤土壤与全

12、球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库Part II2 2）土壤土壤与全球碳循环与全球碳循环土壤碳库土壤碳库研究者研究者时间时间剖面数剖面数碳储量碳储量Rubey19519 710 Bohn 1982 187 2200Bolin1979 1672 Schleisiner198419761465Post199226961395.5Lai R199956781550研究者研究者时间时间剖面数剖面数碳储量碳储量潘根兴199911950.0方精云1996185.7王绍强20001512100.18倪健2001236119.76史学正2

13、008730089.14李克让2003245682.65Part III土壤污染及其防治土壤污染及其防治1）土壤污染物的种类及其来源2）土壤污染危害3）土壤污染防治土壤污染 土壤环境容量又称土壤负载容量，是一定土壤环境单元在一定时限内遵循环境质量标准，既维持土壤生态系统的正常结构与功能，保证农产品的生物学产量与质量，又不使环境系统污染超过土壤环境所能容纳污染物的最大负荷量或最大数量。 1、隐蔽性或潜伏性； 2、不可逆性和长期性 3、间接危害性； 4、难治理性特点Part III土壤污染物及其种类1、有机物：化学农药、除草剂以及石油化工等工业排放物;2、重金属污染物：汞、镉、铅、砷、锌、铜等;3

14、、放射性物质：铯、锶、铀;4、垃圾等废弃物和过量的化学肥料;5、致命的微生物：污水中的病原微生物。土壤污染物指的是进入土壤中并影响土壤正常作用的物质，即会改变土壤的成分、降低农作物的数量或者质量，有害于人体健康的那些物质。Part III土壤污染物来源土壤污染的危害危害直接经济损失 我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地近2000万公顷，约占耕地的1/6,其中工业“三废”污染耕地1000万公顷，污水灌溉达330多万公顷。每年因重金属污染，全国粮食减产1000多万t，被污染的多达1200万t，合计经济损失至少220亿元。Part III农产品安全废液浇灌出的蔬菜农药培育出的农作物大米变成了“镉米

15、”Part III危害人体健康大部分间接危害：土壤-植物人体土壤水人体 （1）引起中毒 （2）诱发癌症 （3）致突变、致畸作用 （4）传播疾病Part III 当前，我国土壤污染出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发。 目前全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染。农药化肥污染同样严重。“目前，农药和化肥的实际利用率不到30%，其余70%以上都污染环境了。”我国土壤污染对农业生态系统已造成极大的危害，土壤环境安全已成为我国可持续发展的制约因素。我国土壤污染现状P

16、art III土壤组成对污染物毒性的影响土壤组成对污染物毒性的影响一般认为，土壤中某污染物的水溶态或交换态有效浓度越大，其一般认为，土壤中某污染物的水溶态或交换态有效浓度越大，其对生物的毒性较大，而专性吸附态、氧化物态或矿物固定态含量越高，对生物的毒性较大，而专性吸附态、氧化物态或矿物固定态含量越高，则其毒性越小。则其毒性越小。 粘粒矿物粘粒矿物 有机质有机质 土壤生物土壤生物吸附作用吸附作用静电吸附和络合静电吸附和络合( (螯合螯合) )作用作用土壤组成土壤组成降低、消除土壤污染物的主要机制降低、消除土壤污染物的主要机制（对有机污染物的）降解、转化作用（对有机污染物的）降解、转化作用Part

17、 III土壤修复 土壤修复（soil remediation）就是研究对被污染的土壤采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于土壤中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化，使得土壤能够部分或者全部的恢复到原始状态。Part III客土深翻、施用石灰及其它化学试剂等。客土深翻、施用石灰及其它化学试剂等。重金属污染的土壤，通过施加改变重金属污染物在土壤中的迁移转重金属污染的土壤，通过施加改变重金属污染物在土壤中的迁移转化方向，常用的有石灰、磷酸盐、硅酸盐等。化方向，常用的有石灰、磷酸盐、硅酸盐等。施用石灰提高土壤施用石灰提高土壤pHpH，使，使CdCd，CuCu，HgHg形成氢氧化物沉淀。形成氢氧

18、化物沉淀。有机物（包括石油、农药、有机物（包括石油、农药、PAHsPAHs等）污染的土壤，采用化学治理方等）污染的土壤，采用化学治理方法如化学清洗法、光化学降解法和化学栅防治法等。法如化学清洗法、光化学降解法和化学栅防治法等。理化治理方法的费用高，化学法对环境造成二次污染的风险性高。理化治理方法的费用高，化学法对环境造成二次污染的风险性高。理化措施理化措施Part III农艺措施农艺措施l改变耕作制度（轮作、灌溉等），改变土壤环境，可消除某些污染改变耕作制度（轮作、灌溉等），改变土壤环境，可消除某些污染物或减小污染物的活性；物或减小污染物的活性；l合理施肥，降低土壤污染物活性；合理施肥，降低土

19、壤污染物活性；l严重污染的土壤，改种其他抗性、耐性、低积累型作物。严重污染的土壤，改种其他抗性、耐性、低积累型作物。农艺措施的费用低，但治理效果有限农艺措施的费用低，但治理效果有限。Part III利用生物转化或降解的方法来去除或消除有毒有害污染物，是改利用生物转化或降解的方法来去除或消除有毒有害污染物，是改善环境质量最有效的方法。利用生物的善环境质量最有效的方法。利用生物的吸收、富集、代谢吸收、富集、代谢等作用将污染等作用将污染物转化或降解为无害物质甚至有用物质，从而去除或消除环境污染的一物转化或降解为无害物质甚至有用物质，从而去除或消除环境污染的一种生物技术。也被称为种生物技术。也被称为生

20、物清除、生物恢复生物清除、生物恢复。生物修复生物修复包括微生物、植物修复及微生物包括微生物、植物修复及微生物-植物联合修复。植物联合修复。生物修复技术具有成本生物修复技术具有成本低低、无继发污染、操作简便，环境影响小无继发污染、操作简便，环境影响小, , 维持自然生态，并能够提高土壤肥力维持自然生态，并能够提高土壤肥力，利于可持续发展等，利于可持续发展等优越性。优越性。Part III生物修复 广义的生物修复可以分为微生物修复、植物修复、动物修复和生态修复四大类。 植物修复东南景天Zn超富集植物 蕨类植物蜈蚣草叶片含砷量可达，富集砷的能力随着生长发育不断增强。Part IV土壤土壤与生态环境与

21、生态环境土壤土壤与雾霾Part IV土壤与雾霾雾雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。空气中的灰尘灰尘、硫酸、硝酸等颗粒物组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。细颗粒物（PM2.5），即空气动力学当量直径小于等于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体Part IV土壤与雾霾雾霾形成有三个要素：雾霾形成有三个要素： 一是生成颗粒性一是生成颗粒性扬尘扬尘的物理基源。的物理基源。我国有世界上最大的黄土高原地区，其土壤质地最易生成颗粒性扬尘微粒。 二是运动差造成扬尘。二是运动差造成扬尘。例如，道路中间花圃和街道马路牙子的泥土下雨或泼水后若有泥浆流到路上

22、，干涸后，被车轮一旋就会造成大量扬尘，即使这些颗粒性物质落回地面，也会因汽车不断驶过，被再次甩到城市上空。 三是扬尘基源和运动差过程集聚在一定空间范围内，颗粒最终与水分子结核三是扬尘基源和运动差过程集聚在一定空间范围内，颗粒最终与水分子结核集聚成霾集聚成霾。 目前来看，在我国黄土平高原地区350多座城市中，雾霾构造三要素存量相当丰裕。Part IV雾霾从哪儿来？到哪儿去？ 土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染？ 土壤中？大气中？海洋里？韩国、日本？销声匿迹？雾霾的来龙去脉？Part IV土壤与沙尘暴 一是地面上的沙尘物质。它是形成沙尘暴的物质基础。 二是大风。这是沙尘暴形成的动力基础，也是沙尘暴能 够长距离输送的动力保证。 三是不稳定的空气状态。这是重要的局地热力条件。沙 尘暴多发生于午后傍晚说明了局地热力条件 的重要性。成因Part IV+= 防治土壤退化的重要性：解决沙尘暴的根本问题不是单纯解决风源问题，而是解决尘源问题。 Part IV土壤侵蚀土壤侵蚀 土壤是把双刃剑！水土流失？水土保持？Part IVPart V案例案例讨论（自由开