第四章 土壤退化

1、第四章 土壤退化 土壤退化是當今全球變化研究的重要內容。 研究土壤退化，已成為研究全球變化的最重要的組成部分，并將繼續(xù)成為 21世紀環(huán)境科學、地理科學等學科共同關注的熱點問題。 第一節(jié) 土壤退化概述 第二節(jié) 土壤退化評價的理論與方法 第三節(jié) 土壤退化的防治措施與修復技術 一、土壤退化的概念 二、土壤退化的原因 三、土壤退化的類型 四、土壤退化的危害第一節(jié) 土壤退化概述 第一節(jié) 土壤退化概述 現(xiàn)在一般認為，土壤退化(Soil degradation)是指在各種自然的，特別是人為的因素影響下所發(fā)生的導致土壤的農業(yè)生產能力或土地利用和環(huán)境調控潛力 即土壤質量及其可持續(xù)性暫時或永久性的下降，甚至完全喪

2、失其物理的、化學的和生物學特征的過程。 簡言之，土壤退化是指土壤數(shù)量減少和質量降低。 為了正確理解土壤退化的概念，可從以下幾方面進行認識： (1)人類活動是影響土壤退化的基本動力之一。 (2)土壤退化的涵義是相對的 (3)土壤退化過程的研究必須以土壤養(yǎng)分的退化與恢復重建為重點。 (4)人類的任務在于調節(jié)這兩個相反過程(退化與重建 )的強度 二、土壤退化的原因 （一）自然因素 1.地形、地貌 2.氣候 3.植被狀況 4.地表碎屑物或土壤狀況 5.巖石類型 （二）人為因素 人與自然相互作用的不和諧即人為因素是加劇土壤退化的根本原因。三、土壤退化的分類體系 目前還沒有一個統(tǒng)一的土壤退化分類體系，僅有

3、一些研究結果，現(xiàn)列舉有代表性的分述如下: （一）聯(lián)合國糧農組織采用的土壤退化分類體系 （二）中國科學院南京土壤研究所對土壤退化的分類 （三）郝芳華對土壤退化的分類 （四）潘根興對土壤退化的分類四、主要土壤退化類型的特點 （一）土壤侵蝕 （二） 土壤荒漠化（一）土壤侵蝕 1.土壤侵蝕的概念 2.土壤侵蝕的影響因素1.土壤侵蝕的概念 簡單地說，侵蝕是土壤物質從一個地方移動至另外一個地方的過程。 水力或風力所造成的土壤侵蝕也相應地簡稱為水蝕或風蝕。 這里要論述的主要還是針對人為活動所導致的加速侵蝕現(xiàn)象和其影響。 土壤水蝕是各種侵蝕類型中最具有代表性的一種。2.土壤侵蝕的影響因素 土壤水蝕是由降雨和水

4、流所決定的過程 氣候因素是決定土壤侵蝕量的最重要影響因子 地表覆蓋可以顯著地影響侵蝕狀況 人為管理措施（二） 土壤荒漠化 1.土壤荒漠化的概念及表現(xiàn) 2.土壤荒漠化過程的特點 3.荒漠化過程的影響因子1.土壤荒漠化的概念及表現(xiàn) “荒漠化”指干旱、半干旱、干旱的半濕潤地區(qū)在自然和人為活動影響下造成的土地退化。 主要表現(xiàn)： 草場是干旱地區(qū)的主要利用方式，也是荒漠化土地中所占比例最大的利用方式。 調查顯示，中國荒漠化潛在發(fā)生區(qū)域范圍，是全國耕地總面積的兩倍多 中國荒漠化的類型多樣 中國荒漠化程度嚴重 由于氣候變暖、人類經濟活動頻繁等因素影響，中國荒漠化擴展速度呈不斷加快趨勢。2.土壤荒漠化過程的特點

5、 （1）植被退化。 （2）土壤退化。 （3）植被與土壤退化相互作用，加速草場荒漠化進程。3.荒漠化過程的影響因子 人為活動的影響是荒漠化加速的直接因子 有關研究表明，我國的草場荒漠化主要的驅動因素具體體現(xiàn)在三個方面： （1）土地濫墾與不適宜的種植業(yè)發(fā)展。 （2）過度放牧與不當?shù)牟輬龉芾怼?（3）森林濫伐與地表植被的破壞。(三)土壤酸化 1.土壤酸化的概念 2.土壤酸化的原因 3.土壤酸化對土壤性質的影響1.土壤酸化的概念 土壤酸化是指在自然或人為條件下土壤pH下降的過程。 酸化過程的影響是極其廣泛的。 土壤的自然酸化過程，是相對緩慢的。 然而，人為活動的影響改變了自然酸化過程影響的范圍和速度2

6、.土壤酸化的原因 （1）自然原因 自然情況下的土壤酸化在自然條件下，大多數(shù)土壤形成過程是物質淋溶的過程。 （2）人為因素誘發(fā)的土壤酸化 人為活動影響下的土壤酸化，主要表現(xiàn)為H+的大量輸入，鹽基離子伴隨強酸陰離子的淋溶。3.土壤酸化對土壤性質的影響 土壤酸化對土壤性質的影響是多方面的，其中對土壤化學性質的影響尤為明顯。 （1）土壤PH值下降 （2）土壤活性鋁的溶出 （3）土壤營養(yǎng)元素的淋溶和固定 （4）土壤有毒金屬元素的釋放和活化 （5）土壤微生物和酶活性的降低（四）土壤鹽漬化 1.土壤鹽漬化概念 2.土壤鹽漬化的表現(xiàn) 3.土壤鹽漬化過程及其影響因子1.土壤鹽漬化概念 土壤鹽漬化包括鹽化和堿化。

7、 土壤鹽化是指可溶鹽類在土壤中的累積，特別是在土壤表層累積的過程； 堿化則是指土壤膠體被鈉離子飽和的過程，也常稱為鈉質化過程。2.土壤鹽漬化的表現(xiàn) 據(jù)估計，世界上現(xiàn)有灌溉土壤中有一半遭受次生鹽漬化和堿化的威脅。 由于灌溉不當，每年有1.0107 hm2灌溉土壤因為次生鹽漬化和堿化而被拋棄。 鹽漬化是土地退化的一種主要類型3.土壤鹽漬化過程及其影響因子 土壤鹽分的形成和積累與地殼上層發(fā)生的諸多地球化學過程和水文化學過程有關。 鹽漬土的形成有兩個重要的前提： 可溶鹽的來源； 鹽分的積累周期性或永久地超過鹽分淋溶過程。 從形成來源上看： (1)礦物的風化 (2)降雨 (3)含鹽構造 (4)灌溉水 (

8、5)地下水 (6)人為活動 鹽分積累依賴于三個方面： 可溶鹽的數(shù)量； 鹽分轉化的化學過程； 積累的鹽分在土壤和沉積物中的垂直和水平移動。 氣候、地質、地貌和水文地質條件決定著鹽漬化的類型和程度。 可溶性鹽分，是鹽漬土形成的根本原因（五）土壤潛育化和次生潛育化 1.基本概念 2.形成原因 3.改良與治理1.基本概念 土壤潛育化是指土壤長期滯水，嚴重缺氧，產生較多還原物質，使高價鐵、錳化合物轉化為低價狀態(tài)，使土壤變成藍灰色或青灰色的現(xiàn)象。 次生潛育化系指由于人為因素影響而引起的土壤潛育化作用。 潛育化和次生潛育化主要表現(xiàn)： 還原性有害物質較多； 土性冷； 土壤的生物活動較弱 易導致稻田僵苗不發(fā)，遲

9、熟低產。 土壤潛育化和次生潛育化廣泛分布于江、湖、平原2.形成原因 （1）排水不良 （2）水過多 （3）過度耕墾3.改良與治理 主要方法措施如下： （1）開溝排水，消除漬害。 （2）多種經營，綜合利用。 （3）合理施肥。 （4）開發(fā)耐漬水稻品種。（六）土壤板結 土壤板結是指土壤表層在降雨或灌水等外因作用下結構破壞、土料分散，而干燥后受內聚力作用的現(xiàn)象。 土壤團粒結構的破壞，造成土壤板結。 有機質含量低，影響微生物的活性，從而影響土壤團粒結構的形成，導致土壤板結。 向土壤中過量施入磷肥、鉀肥時，都破壞了土壤團粒結構，致使土壤板結。 向土壤中施入微生物肥料，消除土壤中過量施入磷肥、鉀肥造成的土壤板

10、結。（七）土壤污染 關于土壤污染方面的分析與防治都將在后面章節(jié)中分別論述。五、中國土壤退化的現(xiàn)狀與基本態(tài)勢 1.土壤退化的面積廣、強度大、類型多 2.土壤退化速度快，影響深遠1.土壤退化的面積廣、強度大、類型多 據(jù)統(tǒng)計，我國土壤退化總面積達460萬km2，占全國土地總面積的40%，是全球土壤退化總面積的1/4。 土壤退化已影響到我國60%以上的耕地土壤。 我國土壤退化的發(fā)生區(qū)域廣，全國各地都發(fā)生類型不同、程度不等的土壤退化現(xiàn)象。2.土壤退化速度快，影響深遠 我國土壤退化的速度十分驚人如（表4-3）所示： 表4-3 我國土壤退化類型的發(fā)展速度 土壤退化類型土壤退化類型 發(fā)展速度（萬發(fā)展速度（萬h

11、m2/年）年） 耕地占用 15 耕地剝離 10 土壤流失 30-40 土壤沙化 490 草地退化 130 六、土壤退化的危害 （一）土壤退化對土地資源的危害 （二）土壤退化對生態(tài)環(huán)境的危害 （三）土壤退化對國民經濟的危害（一）土壤退化對土地資源的危害 1.土壤資源質量下降 2.土壤資源數(shù)量的減少（二）土壤退化對生態(tài)環(huán)境的危害 1.對土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)的危害 2.對生物多樣性的危害 3.誘發(fā)或加劇自然災害 4.對人類健康的危害（三）土壤退化對國民經濟的危害 1.對農業(yè)的危害 2.對水利、交通和城鎮(zhèn)設施的危害第二節(jié) 土壤退化評價的理論與方法 一、土壤退化的評價理論 二、土壤退化的分級 三、土壤退化

12、的評價標準 四、評價指標體系 五、評價方法與步驟一、土壤退化的評價理論 評價理論進展主要反映在1997年出版的“世界荒漠化地圖集”和對其它地區(qū)土地退化的評價中。 評價理論包括: 土壤退化性質 退化程度 總體退化狀態(tài) 危險度以及相對應的指標體系多方面 理論的核心體現(xiàn)在退化程度和狀態(tài)的評價上。二、土壤退化的分級 （一）土壤退化等級評價原則 （二）土壤退化的等級（一）土壤退化等級評價原則 1.針對性原則 2.適應性與限制性相結合的原則 3.主導因素與綜合因素相結合的原則 4.等間差異性與等內相對一致性原則 5.科學性與可操作性原則 6.有利于指導生產的原則（二）土壤退化的等級退化程度退化程度描述描述

13、輕度土地生產力稍有下降，仍適于農業(yè)利用。生態(tài)系統(tǒng)未受較大影響，采取合理的生產方式，較易恢復中度土地生產力有較大下降，尚適于農業(yè)利用，生態(tài)系統(tǒng)受到部分破壞，需采取較強的整治措施才能恢復。強度僅部分做牧業(yè)利用，生態(tài)系統(tǒng)功能基本喪失，需采取強有力的生物和工程措施才能恢復。極強度不再適于農林牧業(yè)，生態(tài)系統(tǒng)功能完全喪失、極難恢復。表4-4 GLASOD中土壤退化等級的劃分三、土壤退化的評價標準 當前國內外都沒有統(tǒng)一的土壤退化評價標準，其評價指標存在許多不確定性和復雜性。 主要有以下四種： 1.水蝕作用下土壤退化的評價標準 2.物理作用下土壤退化的評價標準 3.風蝕作用下土壤退化的評價標準 4、化學作用下

14、土壤退化的評價標準 1.水蝕作用下土壤退化的評價標準 2.物理作用下土壤退化的評價標準 3.風蝕作用下土壤退化的評價標準 4、化學作用下土壤退化的評價標準四、評價指標體系 1.指標體系的雛形 2.董玉祥建立的評價指標 3.楊艷生建立的評價指標 4.盧金發(fā)建立的評價指標 張建平博士論文中的指標體系 到目前為止，要建立一個完整統(tǒng)一的指標體系是困難的五、評價方法與步驟 （一）評價方法 （二）評價步驟（一）評價方法 1.土壤動態(tài)退化評價法 2.土壤潛在退化評價法 3.土壤屬性退化評價法（二）評價步驟 1.選取評價因子 2.確立評價單元 3.評價因素權重的確定：AHP 法 4.土壤退化綜合評價第三節(jié) 土

15、壤退化的防治措施與修復技術 一、土壤退化的綜合防治措施 二、物理修復、化學修復和生物修復 三、原位修復和異位修復一、土壤退化的綜合防治措施 1.提高人們保護土壤的自覺意識 2.加大資金投入 3.加大科技投入 4.因地制宜，綜合治理 5.恢復植被，維護“土壤水庫” 6.加強體制創(chuàng)新 7.完善預防、監(jiān)督和執(zhí)法體系二、物理修復、化學修復和生物修復 土壤修復方法的種類頗多，從修復的原理來考慮大致可分為三大類： 物理方法 化學方法 生物方法（一）物理修復 1.基本概念 物理修復是根據(jù)物理學原理，采用一定的工程技術，對退化土壤進行恢復或重建的一種治理方法。 優(yōu)點：通常較為徹底、穩(wěn)定 缺點：耗費相對昂貴，容

16、易引起土壤肥力 減弱，適合小面積的污染區(qū)修復。2.修復方法表現(xiàn)形式 （1）改善成土條件和土壤性質 粉碎、壓實、填充、松土、排慣灌等技術被用于改進成土條件和改善土壤的性質 （2）改善土壤環(huán)境質量 包括機械工程措施、高溫熱解、蒸汽抽提、固化、玻璃化、電動法等可用來改善土壤的環(huán)境質量。（二）化學修復 1.基本概念 是利用加入到土壤介質中的化學修復劑的化學反應，對退化土壤進行恢復或重建的一種治理方法。 優(yōu)點：相對成熟，是一種快捷、積極的方法。2.修復方法表現(xiàn)形式 （1）改善土壤性質 調節(jié)土壤酸性 改良土壤質地 改善土壤結構 （2）改善土壤環(huán)境 包括化學改良劑法、化學淋洗法、化學柵法等。 降低污染物的水

17、溶性、擴散性和生物有效性。（三）生物修復 1.基本概念 2.修復方法表現(xiàn)形式 3.植物修復的缺優(yōu)點和缺點 4.微生物修復的缺優(yōu)點和缺點 5.生物修復技術發(fā)展前景1.基本概念 就是利用生物的生命代謝活動，對退化土壤進行恢復或重建的一種治理方法。2.修復方法表現(xiàn)形式 （1）對生態(tài)系統(tǒng)修復 （2）改善土壤環(huán)境質量 包括植物修復、微生物修復、植物-微生物及動物的協(xié)同修復等。3.植物修復的缺優(yōu)點和缺點 植物修復技術有其獨到的優(yōu)點： （1）價格便宜 （2) 對環(huán)境擾動少 （3）二次污染少 （4）不會破壞景觀生態(tài)，能綠化環(huán)境，容易為大眾所接受 此外，植物修復可以激發(fā)微生物的活動；增加蒸騰作用，從而可以防止污

18、染物向下遷移；植物可把氧氣供應給根際，有利于根際土壤中有機污染物的降解。 植物修復的局限性主要表現(xiàn)在以下幾方面： （1）一種植物通常只忍耐或吸收一種或兩種重金屬元素 （2）植物修復過程通常比物理、化學過程緩慢 （3）植物修復受到土壤類型、溫度、濕度、營養(yǎng)等條件的限制 （4）對于植物萃取技術而言，污染物必須是植物可利用態(tài)并且處于根系區(qū)域才能被植物吸收。 （5）用于凈化重金屬的植物器官往往會通過腐爛、落葉等途徑使重金屬元素重返土壤 （6）用于修復的植物與當?shù)刂参锟赡軙嬖诟偁?，影響當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡4.微生物修復的優(yōu)點和缺點 土壤微生物修復技術的主要優(yōu)點是： （1）微生物降解較為完全，二次污染問題較小

19、； （2）處理形式多樣，操作相對簡單，有時可進行原位處理； （3）對環(huán)境的擾動較小 （4）微生物修復的費用較低 （5）可處理多種不同種類的有機污染物 微生物修復技術主要存在下述三方面的限制： （1）當污染物溶解性較低或者與土壤腐殖質、粘粒礦物結合得較緊時，微生物難以發(fā)揮作用，污染物不能被微生物降解； （2）專一性較強 （3）有一定的濃度限制 另一方面，微生物修復技術受各種環(huán)境因素的影響較大 同時，應用微生物修復時對修復地點有一定的限制5.生物修復技術發(fā)展前景 生物修復技術具有廣闊的應用前景，但應用范圍有一定的限制 實踐表明，微生物技術如與物理和化學處理配套使用，通常會取得更好的效果。三、原位修復和異位修復 （一）原位修復 1.土壤沖洗技術 2.原位化學氧化修復技術 3.原位化學還原修復技術 4.可滲透反應墻 5.原位蒸汽抽提技術 6.強化破裂技術 7.空氣噴射 8.原位玻璃化技術 9.原位加熱修復技術 10.原位固化/穩(wěn)定化土壤修復技術 11.電動學修復技術 12.投菌法： 13.生物培養(yǎng)法 14.生物通氣法（二）異位修復 1.化學淋洗 2.溶劑浸提技術 3.異位蒸汽抽提技術 4.異位固化/穩(wěn)定化技術 5.化學脫鹵技術 6.物理分離 7.異位化學氧化/還原技術 8.熱解吸 9.異位玻璃化技術 10.預制床技術 11.生物反應器技術 12.厭氧處理技術 上述方法要想