第十章农业生态地球化学调查.ppt

1、第十章农业生态地球化学调查、农业地球化学调查通过地质农业水文等专家采样分析和数据处理取得土壤中化学元素和化合物的地球化学资料，为农业环境和资源调查评价的综合研究提供服务。 主要研究内容：进行农业地球化学扫描，明确土壤中元素的地理分布，进行农业(大农业)区划的农业结构调整。 第一节农业生态地球化学系统，一、生态学、生态地球化学、农业生态地球化学1 .生态学及其基本原理生态指生物状态，如种群、种数、健康状况等。 生态学(Ecology )是研究生态与其环境关系的科学。 其基本原理是： (1)生态位原理。 生态位也称为生态床或小生境，通常指生物个体群所占的基本生活单位，对于生物个体及其个体群来说，生

2、态位是其生存所必需或可利用的各种生态因子及关系的集合。 (2)限制因子的原理。 生物的生长发育离不开环境，适应环境的变化。 但是，生态环境中的生态因子达不到或超过生物的适应范围，对生物有一定的限制作用。 只有在生物高度适应其居住环境条件时，生物才能充分利用环境方面的优越条件，显示出最大的增产潜力。 最小因子规律：植物生长取决于数量最不足的物质。 抗性规律：某些因子过多影响生物的正常生长发育和繁殖。 (3)食物链原理。 在自然生态系统中，由生产者、消费者、分解者构成的食物链，从生态学原理来看是能量转换链、物质传递链，也是价值附加价值链。 绿色植物被草食动物吃，草食动物被肉食动物吃，植物和动物的残

3、体被分解成小动物和下等动物，通过和这个食物吃形成食物链。 (4)总体效应原理。 系统是具有由交互和相互关系的若干组件组合而成的特定功能的整体。 其基本特性是集合性，表现了系统各成分之间的相互关系、依赖、作用、制约不可分割的整体。 整体作用和效果大于各部门之和。 (5)生物与环境的相互适应、协同进化的原理。 生物的生存、繁殖不断地从环境中摄取能量、物质、信息。 生物的生长发育依赖于环境，受环境的强烈影响。 影响外界环境中生物生命活动的各种能量、物质、信息要素被称为生态因子。 生态因子有生物和生命活动所必需的利导因子和限制生物生存和生命活动的限制因子。 利导因子促进生物的生长发育，限制因子制约生物

4、的生长和生产的发展。 因此，当地生态农业工程建设必须充分分析当地利导因子和限制因子的数量和质量，选择合适的物种和模式。 (6)利益协调统一原理。 农业生态系统是社会经济自然复合生态系统，是自然再生产与经济再生产相结合的复合生产过程，具有多种功能和利益。 有自然生态效应和社会经济效应。 只有生态与经济效益相协调，才能发挥系统整体的综合效果。 2生态地球化学生态地球化学是环境地球化学的扩张和扩张，是一个新的前沿领域，也是地球化学发挥其社会功能的有用场所。 是跨地质学、生物学、环境学的综合学科。 目前主要研究了：地球物质组成与生物、生物群落的关系，相互响应的机制如各种地质体中的化学元素组成、迁移、转

5、化对生物生理、生态的影响和毒理学效应金属元素对农作物、人体健康的危害生物活动对环境的影响、生态环境恶化机制及其预防措施。3农业生态地球化学农业生态地球化学以农业生态系统为对象，研究地球表层介质中的化学元素和化合物对作物生长发育的影响和最终效应(生态效应)。 开展名、优、特农产品地球化学特征调查，进行农业地质环境适宜性及农业经济区评价与研究，划分农业土壤安全区、优良区和污染区。 杭州萧山区围了十六万亩“绿地”。 安吉县周围有20万亩“绿色土地”。 二、农业生态系统1 .农业生态系统的概念农业生态系统是指在特定空间的农业生物与其环境之间通过相互作用进行能源交换和物质生产的有机集合体。 农业生态系统

6、来自自然生态系统，是通过人的改造兼具两个属性的生态系统。 因此，无论是生物成分还是环境成分，都与自然生态系统有许多相似的特征。 然而，农业生态系统又是人类对自然生态系统长期改造和调节调控的产物，与一般的自然生态系统有着明显的区别。 农业生态系统和自然生态系统交错存在，相互影响，依赖于自然生态系统维持更好的稳定性。 生态系统、自然生态系统、农业生态系统、人工生态系统、农田生态系统人工草地生态系统牧场生态系统养鱼场生态系统养鱼场生态系统养殖(包括食用药用菌)、 农业生态系统可以分为农地生态系统四类。 森林生态系统。 草原生态系统。 内陆淡水生态系统。 (2)农业生态系统的特征。 农业生态系统也和自

7、然生态系统一样，由生物和环境的大部分构成。 农业生态系统是人类强干预下的开放体系，其目的是为了满足人类的需要而获得更多农畜产品。 农业生态系统中的农业生物具有高纯生产力、高经济价值和低抗逆性。 生物种类单一，结构简单，系统稳定性差，易受自然灾害，需要通过一系列农业管理技术的控制来维护和加强稳定性。 系统内的种类大幅减少，食物链简化，层次减少，系统的自稳定性显着降低，容易受到不良因素的破坏。 3生态农业生态学在农业可持续发展中的应用与实践，最重要的是生态农业。 简单地说，他说“生态农业”是“生态合理的现代化农业”。 运用生态学、生态经济学原理，系统工程方法是实现高产、优质、高效和可持续发展的现代

8、化农业生产体系。 三、农业生态地球化学的核心和基本任务“高产、高效、优质”是生态农业发展的道路，是农业地球化学逐渐兴起的根本原因。 农业生态地球化学已成为地球化学中有前途的新兴分支学科之一。 土壤元素是农业生态地球化学研究的核心。 元素丰度、存在形式和空间分布是地球化学研究的中心内容，也是农业地球化学研究的重要问题。 本质上，农业生态地球化学以营养素或对人有益或有害的元素为研究对象，研究不同地质地球化学系统与农作物之间的相互关系和相互作用。 农业生态地球化学的基本任务是： (1)农作物营养元素或有害元素与农作物生长的关系以及对农作物产量和品质的影响。 (2)研究成土母质与土壤的地球化学关系、土

9、壤中元素总量与有效状态的关联和转化及营养需求预测。 (3)土壤营养元素或有害元素的丰度、空间分布及赋存状态。 (4)研究不同地球化学背景下的土地利用潜力、区域土地资源的地球化学区划和土地整治。第二节元素，土壤地球化学与农业，一、植物营养元素和有害元素1营养元素和必需元素，所谓植物营养元素，(1)植物生长不可缺少，构成生物体，它不能正常生殖。 (2)元素必须直接参与生理作用，发挥调节平衡的作用，如激发酶系统调节体液平衡和酸碱平衡的作用。 (3)无论如何，各元素的作用都具有特异性，只需供给该元素即可改善。 植物需要的元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯16种。 农作

10、物营养素的发现和确定时间，一些化学元素对农作物生长的作用，2有害元素的有害元素主要是重金属元素，如Cd、As、Hg等。 一方面危害农作物：另一方面重金属使土壤微生物减少，降低土壤酶的活性，影响农作物的正常生长。 另一方面，重金属对农作物的危害，植物吸收蓄积后，首先危害根部的生长，往往波及整个农作物。 同一重金属元素对农作物的危害程度有很大差异，同一农作物的浓度、种类对重金属的耐受性也不同。 常见症状： (1)根部生长异常(2)黄化症状。 (3)枯斑症状。 (四)其他症状。 特别需要注意的是，有害元素和营养元素之间没有绝对的界线，存在量的问题。 二、土壤地球化学元素对作物从土壤中吸收、转化、利用

11、的全过程非常复杂。 这是元素的存在形式和生态效应问题，其核心是元素的迁移、转化和生物地球化学循环，也是土壤地球化学研究的重点。 1 .土壤的地球化学演化和中国的土壤地球化学区划根据土壤地球化学类型的组合和分布特征，中国可以分为4个土壤地球化学区。 从西北到东南分别为盐渍土区、碳酸盐土区、硅铝土区、铁铝土区。 受地形、成土母质等因素的影响，不同土区的土壤性质、组合存在差异。 可分为9大类33个亚类，为农业区域布局、土地规划、环境评价、地方病治疗、矿物预测和勘探提供依据；(1)盐渍土区。 分布在中国西部内陆的干旱区，占国上面积的29%。 总磷含量高，但有效性不高，因此土壤总磷缺乏(缺磷面积为63%

12、 )。 缺乏的元素主要有磷、锌、铁、锰、碘等。 该区80土壤缺乏有效性锌和锰，50%缺铁。 (2)碳酸盐土区。 分布于内蒙古高原，向西延伸至青藏高原，占全国土地面积的23%。 磷总量丰富，但有效性不高，土壤缺磷达60%。 80%的土壤缺乏有效性锌、铁、锰和水溶性硒。 (3)铝硅土区。 在温带和寒温带湿润、半湿润气候条件下发育，易溶性盐完全润湿，碳酸钙也几乎不润湿。 缺钾面积达到32%。 缺磷面积达到47%。 微量元素锌、锰、铁、硒和碘的有效性增加，而缺乏有效性的硼、氟的土壤面积增加。 (4)铁铝土区。 分布于长江以南，位于热带亚热带地区，占国上面积的18%。 磷不足的情况很明显，占总面积的46

13、%。 全区60%的土壤缺钾，90%的土壤缺乏有效硼、钼和氟。 4种土区元素丰度有明显差异。 2土壤中元素的有效性有效状态：仅指植物可以吸收利用的部分元素形态。 营养素的有效性受地带性因素的影响，呈现地带性特征。 根据实验方法得到不同的有效态含量，选择合适的提取方法和提取剂十分重要。 为了测定提取方法的效果好坏，通常要看提取的有效元素含量与植物吸收量的相关性程度。表10-2一些洗脱剂提取和土壤有效磷的分级(10-6 )，3影响土壤微量元素有效性的因素(1)土壤微量元素总量的影响土壤微量元素总量是其有效状态的补给源，由于其他因素的影响土壤微量元素总量和其有效量的相关关系不一定显着，但前者向后者土壤

14、pH的影响土壤pH影响土壤中进行的各种化学反应，吸附解吸、氧化还原、络合解离及溶解沉淀等一系列化学平衡随着pH的变化而变化不同程度。 pH不仅影响溶液中的离子组成，而且有机无机胶体上的取代性离子组成也不同，离子间的相互作用变得非常复杂。 因此，土壤pH对微量元素的有效性影响最大。 (3)土壤有机物质的影响土壤有机质是已知的各种稳定螯合化合物，对土壤和水中存在的金属离子的蓄积和输送(及其伴随的淋洗)以及植物根系供给有重要影响。 (4)土壤质量的影响土壤质量也是影响土壤微量元素有效性的因素之一，质量粗糙的泥沙、微量元素的有效态含量一般较低。 其影响也有可能被其他因素所隐藏，但是对土壤微量元素的供给

15、能力的影响是客观存在的。 (5)土壤水分条件的影响土壤水分条件的变化会导致土壤的氧化还原电位、pH、通气与各种离子之间的相互作用等变化，从而对土壤微量元素的有效性产生显着影响。 (6)土壤碳酸盐、氧化物的影响土壤中的粘土矿物、铁锰等氧化物、有机质和碳酸盐对土壤微量元素具有吸附作用，是制约微量元素有效性的重要因素，其中碳酸盐对锌的吸附作用最为显着。 (7)营养素之间的相互作用影响土壤营养素之间存在着复杂的相互关系，这种关系不仅发生在土壤中和植物体内产生的大量元素之间，也发生在微量元素和微量元素之间，发生在微量元素和大量元素之间。 显然，这种相互作用对土壤微量元素的供给有很大影响，有时产生正效应(

16、协同作用，提高某些微量元素的有效性)，有时产生负效应(拮抗作用，降低某些微量元素的有效性) (图)。 协同作用是：种以上化学元素共存时产生的一种附加的增强作用(或效果)。 拮抗作用：某种化学元素的作用同时存在被另一种化学元素抵消的现象。 元素相互作用，(协同作用)，第三节农业生态地球化学调查，始于1999年的新一轮1:25万国土资源大调查，以展望区为重点，以农业生态地球化学调查为中心，以国土规划、农业生产布局、产业结构调整为目标，开展高效优质生态农业新我国农业地质调查工作5年来(近5年)获得1.52种以上元素和指标的高精度数据。 2 .发现了可能严重影响我国生态环境的异常及大面积土壤重金属异常

17、等。 明确了工业化以来各种重金属分布的现状及其发展趋势。 4 .为农业种植业区划和结构调整提供科学依据。 5 .为评价土地环境和综合管理、合理利用提供质量指标。 6 .丰富了第四纪地质研究内容。 7 .取得系列地球化学基准值(第一环境)。 8 .为能源资源潜力评估提供资料。 9、初步形成调查和评价技术的方法和构想。、一、调查的基本内容和组织配置1调查的基本内容农业生态地球化学调查以1:25万比例尺为精度，系统调查构成农业地质环境的岩石土壤水生物，调查的基本内容为化学元素储藏库(岩石土壤河湖沉积物，)，营养元素及有害元素的含量及赋存形态的空间分布特征区域农业的生态特征， 包括农(作物)、林、渔、畜(畜、家禽)的产量、品质，特别是可食部分(果、鱼、肉)的有害成分的含量。 2调查组织的引进是多媒体、多阶段、多阶段的调查研究，在组织实施过程中必须全面考虑阶段性实施。 在全区系统基础调查全区中找到特色农业经济区、典型地质环境区、特殊生态景观区等典型特区，对典型、研究性调查基础调查、区域示范调查中发现的特殊典型问题，开展主题性应用研究。 在各阶段可以根据调查对象的特征分为几个调查项目，农业生态地球化学调查的组织配置可以通过以下方框图加以阐明。 (一)区域基础调查。 分为土壤地球化学调查。 水环境地球化学调查。 河湖底积物调查