1、土壤退化过程与环境质量,金圣爱,高级土壤学,沙龙滚滚，谁人能挡！,草儿，你干么躲到地下去?,十年九荒的盐碱窝,万沟千壑我的黄土高坡,我国土壤退化的现状,一、土壤退化面积广，强度大，类型多,一、土壤退化面积广，强度大，类型多,全国总水土流失面积： 3.56亿公顷，约占国土总面积的37%；荒漠化面积：262 万平方公里，占国土 27.3%；草地退化面积： 600多万公顷，占全部草地面积的21%；受工业“三废”污染农田 600多万公顷，相当于50个农业大县的全部耕地面积。土壤退化已影响到我国60%以上的耕地。,西部荒漠化,东部肥力退化,西南石质化,华北、东北盐碱化,黄土高原水土流失,长江第二黄河,我
2、国土壤退化的现状,一、土壤退化面积广，强度大，类型多,二、土壤退化速度快，影响深远,二、土壤退化速度快，影响深远,1980 1996 年农业供水耕地分别减少 3 -4% 而同 期人口增 22 。 2010年前耕地占用总规模达866.7公顷。 目前每年损失耕地达 300-600 万亩； 荒漠化面积发展 速度： 2640 平方公里/年。,过去30年中，土壤侵蚀面积的增长速率为1.2%2.5%， 致使长江成为中国的第二条“黄河” 。 我国每年流失土壤50亿吨，流失的土壤养分4000万吨化 肥，流失的土壤相当于 10mm 的土层。,我国土壤退化类型的发展速度,我国土壤退化的现状,一、土壤退化面积广，强
3、度大，类型多,二、土壤退化速度快，影响深远,三、局部改善而总体继续恶化,三、局部改善而总体继续恶化 治理速度比退化速度慢,向上级汇报工作时，大谈治理效果向上级要钱时，大谈问题和危害；沙越治越多，树越种越少！有灾易致富，救灾升官快。,执行者,管理者,资金,问题,谁来救救地球！谁来救救人类？谁来救救中国？,sos,这都是人类对自然犯下的罪过！,天堂无限南无阿弥陀佛,为谁祈祷？,我国土壤退化的现状,一、土壤退化面积广，强度大，类型多,二、土壤退化速度快，影响深远,三、局部改善而总体继续恶化,四、土壤退化制约因素,（一）土壤资源短缺、空间分布不均,1 、人地矛盾十分尖锐 总耕地面积为 1.23 亿 h
4、m2 ，人均不到 0.1km2。,我国与一些国家的土地资源占有情况对比,2 、空间分布不均，地区差异大。山地 33% 高原 26% 盆地 19% 平原 12% 丘陵 10%90% 以上的耕地和陆地水域分布在东南部50% 以上的林地集中在东北和西南80% 以上的草地分布在西北青藏高原占全国面积22.6%，人口占全国人口的0.5%。,3 、生态脆弱区范围大 如中国北方的农牧交错带、黄土高原、西部绿洲、卡斯特地区、荒漠化地区等。,4、耕地质量总体较差，自持能力弱 中低产田占 2/3，其中亩产低于150kg/亩的低产田占 1/3。 低产田的种类有：缺水地、坡地、风沙地、盐碱地、涝地、 水浸地等。5、对
5、土地的掠夺式经营,国土面积大而耕地少，分布不均衡且优质土壤少，人均水平低且后备资源少，山地多平原少旱涝灾害多。,总而言之：,（二）水资源制约,1、人均水资源少 2200m3/人，贫水国之一。2、分布不均 南多北少，北旱南涝。 长江流域及长江以南的耕地占全国耕地的38%，而径流量占全国82%，黄淮海平原占全国耕地的40%，而径流量只占6%.,（三）人口与社会经济的制约,中国用占世界7%的耕地和8%的淡水资源养活 占世界人口22%的人！人口 规模越来越大，人地矛盾更加尖锐。中国1990年近11亿人，粮食 2175亿公斤 2000年近13亿人，粮食需求 2500亿公斤。 2030年近16亿人，粮食需
6、求 4500亿公斤。与此同时，耕地正在加速减少。,19801996年农业供水耕地分别减少、4% 而同期人口增22。19781993年，全国耕地面积净减少6432万亩（相当于一个四川省的耕地面积）1994年又净减少600万亩，相当于一个中等地区的耕地面积。19671987的20年间，全国被占用的耕地达4亿亩 现在仍每年以300万亩的速度减少；,第一节 土壤的自然演变与退化,一、土壤退化的概念 土壤退化（Soil degradation）：是指因自然环境不利因素和人为利用不当所引起的土壤肥力下降、植物生长环境条件恶化和使土壤生产力减退的过程。 一般来讲，土壤退化更多的是指人为过程导致的土壤功能快速
7、丧失的过程，也可以广泛地指人为引起的土壤质量降低过程。,土壤退化的表现：,数量减少：,表土丧失整个土体毁失土地被农业占用,质量降低：,土壤物理质量下降化学质量下降生物学质量下降,土地退化：是指人类对土地的不合理开发利用而导致土地质量下降乃至荒芜的过程。,包括：森林的破坏及衰亡、草地退化、水资源恶化与土壤退化。,土地退化的后果：, 直接破坏陆地生态系统的平衡及其生产力； 破坏自然景观及人类生存环境； 通过水分和能量的平衡与循环的交替演化诱发 区域乃至全球的土被破坏、水系萎缩、森林衰 亡和气候变化,土地退化的后果：, 直接破坏陆地生态系统的平衡及其生产力； 破坏自然景观及人类生存环境； 通过水分和
8、能量的平衡与循环的交替演化诱发 区域乃至全球的土被破坏、水系萎缩、森林衰 亡和气候变化,土壤变化与环境条件的关系,土壤在物理构成上包含固体、液体和气体的多相组成；在化学上由有机和无机物质构成；在生物学上是一包含大量微生物并进行复杂生物活动过程的高度不均一体系；在热动力学上是一个开放系统，也就是它与外界有物质和能量交换过程。,土壤变化与环境条件的关系,土壤演变过程的实质都是物质转化和能量传递过程。土壤系统的能量包括由位置和压力所决定的物理势能，和土壤物质组成所决定的化学结合能。,S = Se + Si,Se：表示土壤与环境之间反应的熵的变化Si：是系统内部不可逆过程的熵变+,多数土壤自然演化过程
9、是朝熵减方向移动的。,土壤变化与环境条件的关系,S = Se + Si,Se：表示土壤与环境之间反应的熵的变化Si：是系统内部不可逆过程的熵变,土壤中的熵增过程：搬运、迁移、生物活动、矿物风化土壤中的熵减过程：次生矿物的形成、土壤结构的形成、有机质的富集、淋溶淀积过程,土壤退化过程的实质就是能量损耗和有序化降低的过程。,第一节 土壤的自然演变与退化,一、土壤退化的概念二、土壤退化的分类,土壤具有的功能,农业和林业生产的基础过滤、缓冲和转化能力生物基因库和繁殖场所原材料来源容纳基础设施建设构成景观并保存自然和文化遗产,土壤退化类型,人为作用,农业用地,物理作用：压实、结壳、水失衡、不良通风、径流
10、、加速侵蚀化学作用: 酸化、污染、营养损耗、营养失衡和毒性、淋溶、盐碱化生物作用：土壤有机质下降、土壤中生物多样性减少、生物量的减少,土壤污染、酸雨,工业用地,城市用地,污染、压实、侵蚀,土壤退化类型,自然作用（土壤形成）,物理过程：结盘形成、固化作用化学过程：砖红壤化、钙化作用生物过程：土壤中生物多样性下降,人为作用,二、土壤退化的分类,1971 年，联合国粮农组织出版土壤退化一书。土壤退化包括类： 侵蚀、盐碱、有机废料、传染性生物、工业无机废料、农药、放射性、重金属、肥料和洗涤剂、旱涝障碍、养分亏缺、非农占用,我国对土壤退化的分类： 1级6类（A、B、C、D、E、F） 2级18种,全球土壤
11、退化评价研究结果,土壤侵蚀是最重要的土壤退化形式（水蚀、风蚀）水蚀的动因：43%是由于森林的破坏，29%是由于过度放牧，24%是由于不合理的农业管理。风蚀的动因：60%是由于过度放牧，16%是由于不合理的农业管理，16%是由于自然植被的过度开发，8%是由于森林破坏。,全球土壤退化评价研究结果,全球受化学退化影响的土壤总面积达2.4*106km2,其主要原因是农业的不合理利用（56%）和森林的破坏（28%）（土壤养分衰减、盐碱化、 酸化、污染等）全球物理退化的土壤总面积约，主要集中于温带地区，绝大部分与农业机械的压实有关。,第二节 土壤侵蚀与环境质量,一、土壤侵蚀（ Soil erosion）
12、侵蚀是土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外力作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。 水力或风力所造成的土壤侵蚀也相应地简称为水蚀或风蚀。,水土流失,黄 土 高 原 水 土 流 失,四川盆地山地侵蚀,红 壤 水 土 流 失,过渡樵采导致土壤侵蚀,-穷贫是落后与愚昧的根源,第二节 土壤侵蚀与环境质量,一、土壤侵蚀（ Soil erosion）,流水侵蚀分面蚀和沟蚀两种主要方式。 面蚀沟间侵蚀：是雨滴和极薄层水流产生的土壤离位和搬运过程。含溅蚀、片蚀和细沟侵蚀等不同发展阶段； 沟蚀：土壤被流水剥离和搬运的过程。径流集中为股流而对地面土壤的冲刷，表现为细沟、浅沟、切沟、冲沟和河沟等形式。,第二节
13、 土壤侵蚀与环境质量,一、土壤侵蚀（ Soil erosion）后果：导致土层变薄、土壤退化、土地破碎， 破坏生态平衡， 泥沙沉积， 淹没农田， 淤塞河湖水库， 对农牧业生产、水利、电力和航运事业产生危害。,第二节 土壤侵蚀与环境质量,一、土壤侵蚀（ Soil erosion） 土壤侵蚀模数：每年每平方公里范围内的土壤侵蚀量（吨数）。或用每年侵蚀掉土层厚度（mm）表示。,第二节 土壤侵蚀与环境质量,一、土壤侵蚀（ Soil erosion）二、土壤水蚀及其影响因子 气候（降雨和水流）、自然地貌类型、地表状况、土壤特征、人为管理措施（耕翻措施、耕作方式）,第二节 土壤侵蚀与环境质量,一、土壤侵蚀
14、（ Soil erosion）二、土壤水蚀及其影响因子三、土壤水蚀的估计和预测 USLE：Universal soil equation WEPP：Water erosion prediction project,土壤侵蚀模数，即每年每平方公里土壤流失量,美国的土壤流失允许值是，耕地为 1250 吨/平方公里年,牧场为 500 吨/平方公里年美国土壤保持局提出了一个通用土壤流失方程（USLE）以对侵蚀进行预测预报： A=R K L S C P A 为土壤流失量， R 为降雨侵蚀能量指标， K 为土壤可蚀性因子， L 为坡长因子， S 为坡度因子， C 地表覆盖因子， P 人为管理措施。,标准侵
15、蚀小区：长度为22.13米，坡度为9，无植被覆盖的休耕地。,第二节 土壤侵蚀与环境质量,一、土壤侵蚀（ Soil erosion）二、土壤水蚀及其影响因子三、土壤水蚀的估计和预测四、土壤水蚀对环境质量的影响 1、原位影响 耕作层的丧失、土壤肥力的下降、土壤有机质的下降、植物有效水库容下降、土壤热反射能力增加、结壳和压实,第二节 土壤侵蚀与环境质量,一、土壤侵蚀（ Soil erosion）二、土壤水蚀及其影响因子三、土壤水蚀的估计和预测四、土壤水蚀对环境质量的影响 1、原位影响 2、异位影响 河道淤积、水蚀的养分输出与污染负荷,我国水土流失的现状,黄土高原,长江中上游丘陵,东北平原,水土流失重
16、灾区,水土流失面积43万平方公里，严重的11万平方公里,南方12省水土流失面积达150万平方公里,发展速度快，30-50万平方公里。,全国总水土流失面积约300万平方公里。,我国每年流失土壤超过 50 亿 t ，占世界总流失量的 1/5 ，受危害严重的耕地约占全国 1/3 ，相当于耕地削去 10mm 厚的土层，损失 N ， P,K 养分相当于 4000 多万 t 化肥。 全国水土流失面积到达 150 万平方公里！相当与 50 个台湾省！,多可怕！你还睡得着吗？,土壤流失的防治,一、 要宣传和树立全民的“国土危机”意识二、 以防为主，标本兼治 严禁乱砍乱伐，加大植被保护的力度 尽快退耕还林和退耕
17、还草，严格限制利用强度； 按自然规律利用和开发土壤资源； 宜耕则耕，宜林则林，宜草则草。 实施科学的耕作法，如土壤保护耕作法。 加大水土保护的工程投入 水利工程、生态工程、农田工程、生物工程等,水土保持,沿等高线营造防护林,水土保持,陡坡地退耕还林,水土保持,沿沟建淤地坝,水土保持,生物工程,水土保持,工程措施与生物措施结合,水土保持,修建梯田,水土保持,沟道种植灌木防切沟发展,水土保持,粮食作物与水保林间作,第三节 荒漠化过程中的土壤和环境质量变化,一、荒漠化及其影响,荒漠化的定义,根据联合国防治荒漠化公约的定义： “荒漠化”是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润
18、干旱地区的土地退化。,荒漠化的定义,Desertification（荒漠化） 一词最早是有法国的科学家A.Abreville与1949年提出，原意是指中非和西非年降水量在700-1500mm之间的半湿润、湿润地区的热带森林，由于人类滥伐、烧荒和耕作导致森林的稀树草原化和干旱环境的出现以及类似的荒漠化景观的演变模式。 Desertization1959年由法国科学家H.N.Lehourou提出，一般指沙质荒漠化或沙漠化。主要是强调在沙漠边缘的干旱、半干旱地区、由于人为活动作用，制造了“新沙漠”，气候因素则是一个适宜的环境条件。,荒漠化和沙漠化的关系,土壤沙化：soil sandification
19、 是指因风蚀、土壤细颗粒物质丧失或外来沙粒覆盖原有土壤表层，造成土壤质地变粗的过程。沙漠化是荒漠化的一种类型，由于自然因素或人为活动的影响，破坏了自然脆弱的生态系统平衡，出现了以风沙活动为主要标志，并逐步形成风蚀、风积地貌景观的土地退化过程。,我国干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的主体界线大体在大兴安岭以西 ,锡林郭勒高原、黄土高原北部 ,祁连山以北 ,柴达木盆地、青藏高原西北部 ,至国界环绕成一个干燥而寒冷的荒漠化气候区域。,我国荒漠化土壤的分布,荒漠化(desertification)的危害,1、导致生态环境恶化，影响人民生存条件,2、造成农牧业减产，导致人、地矛盾激化,3、毁坏生产生活设施，
20、是致贫的根源,4、破坏建设工程，是阻碍经济腾飞的重要因素,土壤沙化,土壤沙化的危害,土地贫瘠化,土壤沙化的危害,植被退化，适宜性变差,土壤沙化的危害,土地沙化，利用程度降低,土壤沙化的危害,沙尘暴，环境恶劣,风啸啸沙龙舞！大漠漫漫归何处？,第三节 荒漠化过程中的土壤和环境质量变化,一、荒漠化及其影响二、荒漠化过程的特点和影响因子 1、荒漠化的特点 1）植被退化 2）土壤退化 3）植被与土壤退化相互作用，加速草场荒 漠化进程,第三节 荒漠化过程中的土壤和环境质量变化,一、荒漠化及其影响二、荒漠化过程的特点和影响因子 1、荒漠化的特点 2、荒漠化过程的影响因子 1）土地滥垦与不适宜的种植业发展 2
21、）过度放牧与不当的草场管理 3）森林滥伐与地表植被的破坏,第三节 荒漠化过程中的土壤和环境质量变化,一、荒漠化及其影响二、荒漠化过程的特点和影响因子三、荒漠化评价的土壤和环境指标 植被盖度、表土层厚度、风蚀模数、土壤有机质、植被群落类型、生产力下降幅度、土壤质地,全球荒漠化的评价方法比较,第三节 荒漠化过程中的土壤和环境质量变化,一、荒漠化及其影响二、荒漠化过程的特点和影响因子三、荒漠化评价的土壤和环境指标四、土壤荒漠化的防治 1 、营造防沙林带 2 、实施生态工程 3 、建立生态复合经营模式 4 、合理开发水资源 5 、控制农垦,第三节 荒漠化过程中的土壤和环境质量变化,一、荒漠化及其影响二
22、、荒漠化过程的特点和影响因子三、荒漠化评价的土壤和环境指标四、土壤荒漠化的防治五、我国主要防沙治沙技术,五、我国主要防沙治沙技术,1、“五带一体”的防沙治沙技术 五带：封沙育草带、前沿阻沙带、草障植物带、灌溉造林带、固沙防火带 一体：植物沙障和机械沙障相结合，建成坚固的防风固沙体系。,2、活沙障技术3、机械固沙技术4、化学固沙技术5、引水拉沙技术6、建设小型水利设施,土壤沙化的防治,草方格沙障,土壤沙化的防治,营造防护林,土壤沙化的防治,种植耐旱作物,土壤沙化的防治,培育生物土壤结皮,土壤沙化的防治,退牧还草,土壤沙化的防治,减少耕作次数，少耕免耕,土壤沙化的防治,选种适生植物,土壤沙化的防治
23、,秸杆覆盖,防风固沙,第四节 土壤酸化与环境质量,一、土壤酸化过程的形成和实质 土壤酸化（Soil acidification）:是指土壤变酸的过程。按成因分为两类：一是土壤形成过程本身，由其所处的特点或成土条件而形成酸性土壤；另一个主要是酸雨（酸性沉降物）导致土壤酸化。,第四节 土壤酸化与环境质量,一、土壤酸化过程的形成和实质 1、盐基的淋溶 2、铝的活化二、土壤酸化的主要成因 1、自然土壤发生过程 2、生物地球化学平衡的失调 3、施肥和土壤管理三、土壤酸化的环境效应,土壤酸化的环境效应,作物效应阻碍作物生长活性铝伤害植物根系，养分吸收能力下降：珊瑚状根系、主根变短变粗、侧根短少、根毛稀疏并
24、多节瘤。严重时中毒变色，根系易断坏死。土壤酸化，导致植物发生锰中毒土壤保肥能力下降,土壤酸化的环境效应,对土壤的影响土壤酸化促进活性铝的溶出盐基离子大量淋失活化土壤有毒金属元素影响土壤微生物、降低土壤酶活性（固氮能力下降）,土壤酸化的环境效应,水质效应水体污染 水体盐基养分增高 饮水中铝浓度增高，人群患老年痴呆症比率上升（0.11mg/L） 危及鱼群成活率（北欧地区死湖）,第五节 土壤盐渍化,一、土壤盐渍化过程及其影响因子 盐渍化土壤：土壤含易溶性盐分总量 0.1盐土：土壤含易溶性盐分总量 1,滨 海 盐 土 景 观,白碱土的危害,第五节 土壤盐渍化,一、土壤盐渍化过程及其影响因子 土壤盐渍化
25、的类型：现代盐渍化，在现代自然环境下，积盐过程是主要的成土过程。残余盐渍化，土壤中某一部位含一定数量的盐分而形成积盐层，但积盐过程不再是目前环境条件下主要的成土过程。潜在盐渍化，心土和底土存在积盐层，或者处于积盐的环境条件下（如高矿化度地下水、强蒸发），有可能发生盐分表聚的情况。次生盐渍化，是指因人为利用不当，使原来非盐渍化的土壤发生了盐渍化，或增强了原土壤盐渍化程度的过程。主要是农业生产中灌排体系失调所致。, 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，使地下水和土体中的盐分随土壤毛管水通过地 面 蒸发耗损而聚于表土。 利用地面或地下矿化水（尤其是矿化度大于 3g/L 时） 进行
26、灌溉，而又不采取调节土壤水盐运动的措施，导 致灌溉水中的盐分积累于耕层中。 在开垦利用心底土积盐层的土壤过程中，过量灌溉的下 渗水流溶解活化其中的盐分，随蒸发耗损聚于土壤表层。,次生盐渍化的成因,50年代大搞平原水库导致我国平原地区次生盐碱化面积大增,我国盐渍土总面积约 1 亿公顷，其中现代盐渍化土壤 0.37 亿公顷，残余盐渍化土壤 0.45 亿公顷，潜在盐渍化土壤 0.17 亿公顷。,第五节 土壤盐渍化,一、土壤盐渍化过程及其影响因子 1、盐分的来源 矿物风化、降雨、含盐构造、灌溉水、地下水、人为活动 2、土壤盐分迁移二、盐渍化土壤的管理,土壤盐渍化的防治,合理利用水资源;灌排配套发展,实
27、施合理的灌溉制度;采用节水灌溉技术;减少渠系渗漏损失;改变种植制度,因地制宜建立生态农业结构;精耕细作 多施有机肥，控制灌溉水质。,土壤潜育化与次生潜育化,土壤潜育化（gleyization）是土壤处于地下水和饱和,过饱和水长期浸润状态下，在 1m内的土体中某些层段Eh200mV，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常表现为 50cm土体内出现青泥层。,土壤潜育化与次生潜育化,土壤次生潜育化（secondary gleyization）是指因耕作或灌溉等人为原因土壤（主要指水稻土）从非潜育型转变为潜育型的过程。常表现为50cm土体内出现青泥层。
28、,潜育化土壤的障碍因素,1、还原性物质较多2、土性冷3、养分有效性低4、结构不良,我国土壤潜育化与次生潜育化水稻田有400万亩。主要分布在南方的鄱阳湖平原、珠江,1、开沟排水；2、多种经营；3、合理施肥；4、耐渍品种。,潜育化的治理,土壤肥力/养分退化,土壤肥力退化主要是土壤养分衰退。,全世界养分退化面积为1.5亿公顷左右，占世界耕地面积20%。我国土壤的肥力退化也十分严重，全国无论南方还是北方，农田速效钾含量普遍呈下降趋势。我国土壤养分退化面积为0.44亿公顷，占我国耕地的60%，其中南方红壤养分退化面积为0.2亿公顷，占全国的45%，占南方耕地66%。在我国4400万公顷的中低产田中，普遍
29、缺N占59.1%、缺磷占22.9%，缺钾占50%，耕地有机质在520g/kg之间，南方低产田N、P、K养分缺乏更严重，而90%缺B和Mo，49%缺锌（赵艺园，1996）。,土壤肥力/养分退化,土壤养分退化的防治,1、防治土壤侵蚀，保护土壤资源2、实行合理的施肥，培育土壤肥力3、发展旱作农业，建设灌溉农业4、合理轮作倒茬，用地养地相结合5、合理耕作改土，加速土壤熟化6、消除有毒物质，改善养分供应,土 壤 污 染,土壤污染（soil pollution）是指人类活动所产生的污染物，通过不同的途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度的现象。 特点、污染源、污染物、污染类型、防治,谢谢！,
