土壤生態(tài)學(xué)課件-第八章-土壤退化生態(tài)系統(tǒng)及其重建

第八章土壤退化生態(tài)系統(tǒng)及其重建引言第一節(jié)全球土壤退化狀況及其研究進(jìn)展第二節(jié)土壤退化類型、成因、過程及其機(jī)制第三節(jié)土壤退化的綜合評價第四節(jié)土壤退化的恢復(fù)與重建第八章土壤退化生態(tài)系統(tǒng)及其重建引言1引言土壤是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)不可缺少的組成要素，它是動植物生長與生存的載體和物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤的喪失勢必導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)的瓦解與崩潰，“皮之不存，毛將焉附”。因此，加強(qiáng)對退化土壤的診斷特征、退化主導(dǎo)機(jī)制以及退化強(qiáng)度、過程、階段和類型、退化土壤的恢復(fù)與重建等研究具有重要現(xiàn)實意義。引言土壤是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)不可缺少的組成要素，它是動植物生長與生2第一節(jié)全球土壤退化狀況及其研究進(jìn)展一、全球土壤退化狀況：1、人類社會發(fā)展與進(jìn)步的歷史在一定程度上也是一部土地退化的歷史。許多文明古國或古文明的消亡與衰退無不證明了這一點(diǎn)。古羅馬帝國因風(fēng)蝕沙化毀掉了北非的糧倉；西亞巴比侖王國的毀滅也是因水土流失、惡化生態(tài)環(huán)境而致；在我國，鄂爾多斯高原大夏國的毀滅，漢代奢延、高望，唐代大石砭等古城的消失；塔克拉瑪干沙漠河流沿岸鄯善、且末、精絕等綠洲的不復(fù)存在也是土地退化的見證。美國1934年發(fā)生的“黑色風(fēng)暴”、原蘇聯(lián)西伯利亞的塵暴事件、我國黃土高原的水土流失、西北干旱、半干旱地區(qū)土地荒漠化以及南方丘陵山地的“紅色沙漠”，“白色沙崗”，“光石山”等都是生態(tài)環(huán)境惡化的重要例證。第一節(jié)全球土壤退化狀況及其研究進(jìn)展一、全球土壤退化狀況：32、目前，土壤退化已成為一個全球性問題：1990年，全世界每年約有500萬hm2土地因退化而不能生產(chǎn)糧食。世界土壤退化的基本情況；2、目前，土壤退化已成為一個全球性問題：4土壤生態(tài)學(xué)ppt課件-第八章-土壤退化生態(tài)系統(tǒng)及其重建5土壤生態(tài)學(xué)ppt課件-第八章-土壤退化生態(tài)系統(tǒng)及其重建6就地理分布來看，我國華北主要是鹽堿化和沙化；西北地區(qū)主要是沙漠化和鹽漬化；東北地區(qū)主要為沙化；黃土高原和長江上中游地區(qū)主要是水土流失；西南地區(qū)還有石質(zhì)化；東部沿海多發(fā)生費(fèi)力退化和污染退化；華南地區(qū)多發(fā)生水土流失、酸化和污染退化就地理分布來看，我國華北主要是鹽堿化和沙化；西北地區(qū)主要是沙7二、土壤退化的內(nèi)涵及其研究進(jìn)展1、土壤退化的基本內(nèi)涵國外有人（1977年）認(rèn)為：土壤退化是指土壤中所進(jìn)行的一種或多種能使土壤目前或潛在的生產(chǎn)能力（質(zhì)量上或數(shù)量上）降低的過程。國外也有人（1987）認(rèn)為：土壤退化是指按照數(shù)量、質(zhì)量等來判斷，土壤的現(xiàn)狀和未來產(chǎn)出能力的減少。我國李天杰等認(rèn)為：土壤退化是土地退化中最重要的、基礎(chǔ)性的，具有生態(tài)連鎖的退化現(xiàn)象，土壤退化是指在自然環(huán)境的基礎(chǔ)上，因人類開發(fā)不當(dāng)而加速土壤環(huán)境質(zhì)量和承載力下降的現(xiàn)象和過程。史德明等（1996）認(rèn)為，土壤退化有廣義的和狹義的兩種涵義。前者是指在不受人類活動的自然條件下形成的，目前人類還難以控制其發(fā)生與發(fā)展；后者是由于人類不合理的生產(chǎn)活動和自然因素的綜合作用，導(dǎo)致土壤肥力和生產(chǎn)力的衰退甚至完全喪失的過程。二、土壤退化的內(nèi)涵及其研究進(jìn)展1、土壤退化的基本內(nèi)涵8我們定義土壤退化是指在一定的時空背景下，在自然因素、人為因素，或在兩者共同作用下，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤組分（包括無機(jī)物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)和生命有機(jī)體）改變與異常、土壤生產(chǎn)力功能和環(huán)境衰退或喪失的一種不利于生物或人類生存的量變與質(zhì)變過程或結(jié)果。包含含義：土壤退化具有空間與時間約束性；土壤退化既是一個過程，又是一種結(jié)果；土壤退化具有質(zhì)和量的雙重涵義2、土地退化概念：通常包括森林的破壞與衰亡、草地退化、大氣的惡化、草地退化、水資源惡化及土壤退化等我們定義土壤退化是指在一定的時空背景下，在自然因素、人為因素93、土壤退化研究進(jìn)展早在古希臘、羅馬以及中國的孔夫子時代就有關(guān)于土壤侵蝕、毀林以及其他環(huán)境問題的記述和關(guān)心。800年前，我國南宋《農(nóng)書-糞田之宜篇》中就提出土地退化問題；100多年前，恩格斯《自然辯證法》中也指出小亞細(xì)亞等地土地退化問題20世紀(jì)60年代初期，資源危機(jī)和環(huán)境退化問題就已在全球徘徊20世紀(jì)70年代，1971年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織提出土地退化的概念，編寫《土地退化》一書，以后有關(guān)論著相續(xù)出現(xiàn)1990年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織組織亞太地區(qū)專家會議并出版了論文集以上研究都以定性或半定量研究為主。3、土壤退化研究進(jìn)展早在古希臘、羅馬以及中國的孔夫子時代就有10全球土地退化的系統(tǒng)評價和監(jiān)測系統(tǒng)工作從20世紀(jì)70年代末開始開展。1975年開始協(xié)作探討評價土壤退化的滿意方法。20世紀(jì)80年代，隨著GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，土地規(guī)劃工作者也開始利用GIS來研究土地退化與土地利用和發(fā)展目標(biāo)等的關(guān)系目前，中國主要從幾個方面研究：土壤退化的時空變化研究；土壤退化機(jī)制研究：包括土壤可蝕性、土壤對酸的敏感性、鹽漬化發(fā)生條件、過程與速率，養(yǎng)分退化機(jī)制和評價指標(biāo)，潛育作用與溫室氣體排放，農(nóng)田面源污染等研究；土壤退化綜合評價和治理模式研究，包括土壤退化評價指標(biāo)體系的建立、土壤退化治理的決策系統(tǒng)研究、土壤退化的治理模式研究全球土地退化的系統(tǒng)評價和監(jiān)測系統(tǒng)工作從20世紀(jì)70年代末開始114、土壤退化研究的基本框架土壤退化研究可分為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩大部分A、基礎(chǔ)研究主要包括：有關(guān)土壤演變的基本理論（如成土學(xué)說、土壤演替理論等）、概念與方法；不同土壤的退化機(jī)理、自然與人為作用下土壤的受損過程及其內(nèi)在機(jī)理等研究B、應(yīng)用研究主要包括：土壤退化的診斷指標(biāo)、退化標(biāo)準(zhǔn)及綜合評價研究土壤退化的動態(tài)監(jiān)測與預(yù)測研究：包括土壤腿哈過程、方向與趨勢、退化速率的監(jiān)測及預(yù)警研究；不同退化類型與退化階段的土壤恢復(fù)與重建技術(shù)、優(yōu)化模式研究4、土壤退化研究的基本框架土壤退化研究可分為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研12土壤生態(tài)學(xué)ppt課件-第八章-土壤退化生態(tài)系統(tǒng)及其重建13第二節(jié)土壤退化類型、成因、過程及其機(jī)制關(guān)于土壤退化類型的劃分有不同的方法和體系，在此介紹我國多數(shù)土壤學(xué)家贊同的；第二節(jié)土壤退化類型、成因、過程及其機(jī)制關(guān)于土壤退化類型的劃14土壤作為一個生態(tài)系統(tǒng)來看，土壤退化包括以下類型：土壤作為一個生態(tài)系統(tǒng)來看，土壤退化包括以下類型：15二、土壤退化成因分析二、土壤退化成因分析16三、土壤退化過程及其機(jī)理根據(jù)退化土壤中物質(zhì)與能量的遷移、轉(zhuǎn)化過程的特點(diǎn)，可將土壤退化分為四大類：對某一具體土壤可以有一種或一種以上退化過程存在1、土壤結(jié)構(gòu)退化過程：土壤結(jié)構(gòu)退化過程主要包括土壤薄層化過程、黏結(jié)化過程、粗骨化過程、沙化與石質(zhì)化過程等。還有人工導(dǎo)致的土壤板結(jié)等。實際上是一個反成土作用的過程，對土壤發(fā)育產(chǎn)生重大影響。2、土壤養(yǎng)分退化過程；土壤養(yǎng)分退化（有機(jī)質(zhì)、氮、磷與鉀等貧瘠化）過程實際上是土壤養(yǎng)分循環(huán)失衡過程。土壤養(yǎng)分盈缺取決于養(yǎng)分物質(zhì)的收支狀況：對農(nóng)業(yè)：A、養(yǎng)分輸入包括：有機(jī)肥和無機(jī)肥的施入作物固碳和固氮與作物歸還雨水和降塵等輸入母質(zhì)的風(fēng)化分解三、土壤退化過程及其機(jī)理根據(jù)退化土壤中物質(zhì)與能量的遷移、轉(zhuǎn)化17B、養(yǎng)分輸出過程主要包括：作物的收獲移走水土流失，包括地下水流失養(yǎng)分的氣態(tài)釋放B、養(yǎng)分輸出過程主要包括：18其中，由于降雨、降塵以及氣態(tài)揮發(fā)導(dǎo)致的養(yǎng)分遷移量相對較少。養(yǎng)分盈虧主要取決于四因素：肥料投入量（包括作物歸還量、生物固氮量等）與收獲量、成土量與流失量。施肥主要人為控制，收獲量受其他三個因素影響在施肥保持不變時，養(yǎng)分盈虧主要取決于土壤成土量與流失量之間的對比關(guān)系。土壤侵蝕速度（加速侵蝕量）與成土速度（成土物質(zhì)量）的比值（A/T），是衡量土壤中物質(zhì)循環(huán)情況的重要指標(biāo)。其中，由于降雨、降塵以及氣態(tài)揮發(fā)導(dǎo)致的養(yǎng)分遷移量相對較少。養(yǎng)19見退還土壤養(yǎng)分含量的剖面分布：見退還土壤養(yǎng)分含量的剖面分布：203、土壤環(huán)境退化過程土壤環(huán)境退化過程主要包括土壤酸化過程、土壤鹽漬化與次生鹽漬化過程、潛育化與土壤次生潛育化過程、土壤旱化過程及土壤污染過程等，這些變化過程都可導(dǎo)致土壤環(huán)境條件的極度惡化，使土壤許多正常的功能受阻乃至喪失。土壤酸化可自然酸化過程，也可外來酸的加入。酸化會破壞土壤原有酸件堿平衡體系，增強(qiáng)營養(yǎng)物質(zhì)的淋溶和遷移，并可活化某些有毒重金屬潛育化與土壤次生潛育化過程：可在還原條件下產(chǎn)生有機(jī)酸、分解出硫化氫妨礙作物生長、釋放甲烷與二氧化碳溫室氣體，對農(nóng)業(yè)和環(huán)境影響很大土壤旱化是由于土壤結(jié)構(gòu)劣化以及土壤環(huán)境（植被、氣候）的變化而導(dǎo)致土壤蓄水能力的下降以及土壤抗旱性減弱的一種綜合癥狀與過程土壤污染是一個復(fù)雜的物理-化學(xué)-生物化學(xué)過程。污染物進(jìn)入土壤后，會發(fā)生淋失遷移、吸附、生物降解、固定殘留等過程，當(dāng)污染物含量超過土壤緩沖自凈能力時，可導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)的變性，土壤結(jié)構(gòu)的劣化，植物生長受阻礙與受毒害，污染物還可進(jìn)入食物鏈經(jīng)生物富集作用，危害動物和人類身體健康。3、土壤環(huán)境退化過程土壤環(huán)境退化過程主要包括土壤酸化過程、土214、土壤生物退化過程土壤生物學(xué)退化過程主要是指在人類對土壤不合理的干擾下，土壤生物種群組成的變異、生物多樣性及生物活性的衰減。4、土壤生物退化過程土壤生物學(xué)退化過程主要是指在人類對土壤不22第三節(jié)土壤退化的綜合評價土壤退化評價是土壤退化研究的一個重要內(nèi)容，它是進(jìn)行土壤退化預(yù)測及其恢復(fù)與重建的基礎(chǔ)從時間角度上講可包括歷史評價和現(xiàn)狀評價兩個方面；根據(jù)評價目的不同，分為退化類型評價、退化強(qiáng)度評價、養(yǎng)分退化評價等土壤退化評價通常包括以下幾個步驟：A、確定研究區(qū)域和評價的土壤類型B、獲取和采集土壤的歷史和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)；C、土壤退化評價體系的建立D、土壤退化標(biāo)準(zhǔn)的確定；E、土壤退化綜合評價第三節(jié)土壤退化的綜合評價土壤退化評價是土壤退化研究的一個重23一、土壤退化評價指標(biāo)體系與標(biāo)準(zhǔn)建立1、指標(biāo)選取原則（1）整體性原則；（2）指標(biāo)概括性原則；（3）指標(biāo)動態(tài)性原則；（4）定性指標(biāo)與定量指標(biāo)相結(jié)合的原則；（5）評價指標(biāo)體系的層次性原則一、土壤退化評價指標(biāo)體系與標(biāo)準(zhǔn)建立1、指標(biāo)選取原則242、土壤退化評價指標(biāo)體系的建立土壤退化評價指標(biāo)是指能夠鑒定土壤退化的可度量或可估測的土壤屬性，是全面反映土壤退化的診斷因子的集合。下表為基本指標(biāo)，可根據(jù)實際適當(dāng)增減指標(biāo)使用。2、土壤退化評價指標(biāo)體系的建立土壤退化評價指標(biāo)是指能夠鑒定土25土壤生態(tài)學(xué)ppt課件-第八章-土壤退化生態(tài)系統(tǒng)及其重建263、土壤退化評價標(biāo)準(zhǔn)的建立在建立土壤退化的評價指標(biāo)體系以后，接著需要對每個評價指標(biāo)建立相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)，包括退化與無退化的界限。，以及已退化土壤的退化強(qiáng)度的等級標(biāo)準(zhǔn)。不同成土條件下會形成具有不同理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量的土壤類型，因此在退化評價時，不能對一區(qū)域所有土壤采用同一標(biāo)準(zhǔn)；例如輕度退化的棕壤若采用紫色土評價標(biāo)準(zhǔn)，它可屬未退化；而未退化的紫色土若采用棕壤標(biāo)準(zhǔn)，則可能屬于退化行列。推薦兩種方法：3、土壤退化評價標(biāo)準(zhǔn)的建立在建立土壤退化的評價指標(biāo)體系以后，27A、縱向（時間）標(biāo)準(zhǔn)法：如果擁有研究區(qū)土壤的歷史變化資料，則可根據(jù)土壤時間序列通過統(tǒng)計與對比分析，并富主以實驗數(shù)據(jù)，劃分各種土壤退化階段。B、橫向參照標(biāo)準(zhǔn)法：根據(jù)土壤類型、植被覆蓋類型和土地利用類型、景觀特點(diǎn)建立的一系列的標(biāo)準(zhǔn)參照土壤，包括無退化標(biāo)準(zhǔn)參照土壤、輕度退化標(biāo)準(zhǔn)參照土壤、中度退化標(biāo)準(zhǔn)參照土壤和強(qiáng)度退化標(biāo)準(zhǔn)參照土壤。這些標(biāo)準(zhǔn)參照土壤的各種理化生物學(xué)特征就作為該類土壤退化評價的各級標(biāo)準(zhǔn)。一般采用原生林地或發(fā)育好的次生林地作為該類土壤無退化標(biāo)準(zhǔn)參照土壤；而把裸荒地作為該類強(qiáng)度退化標(biāo)號尊參照土壤，然后在根據(jù)實驗調(diào)查，建立輕度和中度退化標(biāo)準(zhǔn)。A、縱向（時間）標(biāo)準(zhǔn)法：如果擁有研究區(qū)土壤的歷史變化資料，則28二土壤退化綜合評價建立土壤退化的評價指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)體系以后，還蓄進(jìn)行綜合評價，因為土壤退化是每個指標(biāo)的綜合反映，而且每個指標(biāo)往往不“同步”，即不同的評價指標(biāo)可能處于不同的退化級別；土壤退化綜合評價方法很多：如主成分分析法、聚類分析法、模糊評價法、綜合評分法和綜合指數(shù)法等1、綜合評分法：對每一指標(biāo)按無退化、輕度退化、中度退化和強(qiáng)度退化四個級別賦予一組評分值（如0、1、3、5），然后把每一具體指標(biāo)參照此標(biāo)準(zhǔn)打分，并確定各指標(biāo)的權(quán)重值，分別相乘再相加，得出綜合評分。二土壤退化綜合評價建立土壤退化的評價指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)體系以后，還蓄292、綜合指數(shù)法退化距離（DDi)DDi=Do–Di（分別為某一退化指標(biāo)的數(shù)量值和該指標(biāo)的正常值）相對退化距離（DDRi）：DDRi=Ddi/Do綜合退化指數(shù)（Sd）：Sd為n個指標(biāo)的相對退化距離的算術(shù)平均數(shù)3、土壤退化風(fēng)險評價R=P*C分別為風(fēng)險度、危害后果和發(fā)生概率2、綜合指數(shù)法退化距離（DDi)30土壤生態(tài)學(xué)ppt課件-第八章-土壤退化生態(tài)系統(tǒng)及其重建31第四節(jié)土壤退化的恢復(fù)與重建1996年，美國生態(tài)學(xué)年會把恢復(fù)生態(tài)學(xué)作為應(yīng)用生態(tài)學(xué)五大研究領(lǐng)域之一恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究剛剛起步，在理論和方法上都不成熟，需要研究和推廣退化土壤的恢復(fù)與重建是指根據(jù)土壤生態(tài)學(xué)原理，通過一定的生物、生態(tài)或工程的技術(shù)與方法，人為地改變和切斷土壤生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子或過程，并不斷地向系統(tǒng)輸入物質(zhì)和能量，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)力盡快地成功地恢復(fù)到一定的或原有的乃至更高的水平。其恢復(fù)過程是由人工設(shè)計，并是