土壤修复原理与技术绪论样本

1、绪论一、 土壤生态系统1生态系统由生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。 在生物群落同其生存环 境之间，以及生物群落内不同种群生物之间，不断进行着物质交换和能量流动， 并处于互相作用和互相影响的动态平衡之中。 由此构成的动态平衡系统,就是生 态系统。生态系统最显著的特征之一是生产力(productivity),生产者为地球上一切的异养生物提供营养物质，它们是全球生物资源的营造者。而异养生物对初级 生产的物质进行取食加工和再生产而形成次级生产。初级生产和次级生产为人类 提供几乎全部的食品，工农业生产的原料。据统计，已知约有8万种植物可食用 人类历史上仅用了 7000种植物。最重要的是小麦、

2、玉米和水稻等20种栽培植物。人类蛋白质来源不少是直接取自自然系统的，直接进入人类的社会经济生活。这类服务不但在过去历史上是至关重要的唯一来源，当今依然是重要的成分。海洋动物产品亦很重要，根据联合国粮农组织报告(1995),在世界范围内水 产为人类提供约20%的动物蛋白。陆地生态系统中草场是畜牧业的基础，除生产肉、奶、蛋和皮革等产品外，还提供运输劳役等多种服务。生态系统中许多植物是重要的药物来源。人类利用野生动植物治疗疾病有悠 久的历史。现代医学依靠野生动植物的程度也必然有越来越大的趋势。像美国这样发达的国家，有40%以上的药物来源于动植物。发展中国家有 80%的人靠传 统的中草药治疗疾病。中国

3、人参、天麻、三七、杜仲、柴胡、鹿茸、商香、 羚羊角和五灵脂等都是重要的中药材，原来不受注意的甚至不知其名的物种被 发现作为药用，中国有记载药用植物至少5000种以上，常见的约为1700种。中 药天花粉的蛋白质不但能治疗绒毛膜皮癌，还可能是治疗艾滋病的良药。全世界 动植物种作过研究的仅是很小一部分。国外研究机构从29000种植物筛选出约10000种提取物，其中3000种对癌症等有抑制作用。现在已发现有 500多种海 洋动物可提取抗癌药物。2土壤生态系统土壤是指位于陆地表面、具有一定肥力而能够生长植物的疏松层。它的本质属性是具有肥力。所谓肥力，是指土壤为植物生长供应和协调水、肥、气、热的能力。土壤

4、处在岩石圈、 大气圈、水圈和生物圈相互紧密接触的地带，是 连接各自然地理要素的枢纽，是结合无机自然界和有机自然界的中心环节，它是一个与周围环境不断进行物质和能量交换的开放系统。土壤又是一个独立的生态系统，这是因为：(1) 土壤存在特有的食物链。植物经过光合作用摄取和固定大量能量，并经过根部从土壤中吸取大量养分和水分。 植物的枯枝落叶及动物残骸、排泄物，富集在土壤表层。这些有机质残体，成为土壤微生物、动物一一消费者和分解 者的食物，这些细小动物，又是某些捕食性小动物的食物。这样，便形成了土壤 的食物链：动植物有机残体及植物根系-植食性小动物捕食性小动物。(2) 土壤存在独特的物质循环和能量转化。

5、土壤中的营养元素，经过生物 的吸收、分解和转化，形成了生物小循环。微生物和土壤动物在共同分解有机 质的过程中，不断向环境中释放热能；又使有机质腐殖质化，储存在土壤中， 长期供植物生长之用。也就是说，输入土壤的物质和能量，经过转移变化，一方 面维持土壤本身的活动，另一方面又以输出的形式作用于外界环境，形成土壤 的肥力特性。土壤是农业的基础。土壤层是自然生态系统经过千百年生物和物理、化学过程产生而形成的，并由整个生态系统维持更新。土壤是植物生长的基质和营养库，每块土壤都在不断地进行着物质循环和 能量流动。土壤可分为土表和地下两部分，但都形成为一个整体。绝大多数植物以土壤作为生活的基质。土壤提供了植

6、物生活的空间、水分和必须的矿质元素。植物的根系深植于土壤之中，根系与土壤之间有着极大的接 触面，二者之间有着频繁的物质交换。高等植物并不能直接吸收大气中的氮，而 只能从土壤中吸收游离状态的氮。植物生长发育过程中，至少有16种元素是维持生长所不可缺少的。植物需 要的无机元素 N、P、K、S、Mg、Ca、Fe、Cl、Mn、Zn、B、Cu、Mo 等13种元素和有机质都来自土壤。因此，土壤是植物的营养库。土壤酸碱度对植物有影响。它能影响养分的有效性。在不同的酸碱度下，土 壤矿质元素有效性不同。pH约6.5时，所有的矿质营养都能够充分地溶解，养 分的有效性是最高的。pH增大或减小时，有些养分变为难溶或不

7、溶，植物的养 分供应受到一定的限制。土壤微生物适宜生长的pH值的范围都较窄。细菌最适宜于生活在中性的环境下，当pH值小于6.0或大于7.0时，硝化作用与一些腐 生生物的作用都会削减，有机质分解缓慢，常引起分解不完全的中间产物积累。 还能够经过寄主和寄生生物对 pH的不同反应，对若干植物病害加以控制。例如， 棉花的根腐病、甘薯的疮痴病以及烟草的根黑病)病菌常发生在碱性土壤中，十 享花科蔬菜的根月中病等病菌则喜酸性土壤。土壤生物是土壤积极的改良者。土壤中最多的生物当推微生物，估计现已知 菌种的50%以上栖息于土壤之中。某些表土，每1g 土中估计超过25000个细菌 和为数略少的真菌；而在肥沃的土中

8、，每1g土中有54万，甚至1亿个细菌存在 (Waksmanl932)。微生物对有机物进行分解，把它们降解为简单的物质，还原成 有用的营养物质。有些土壤细菌可吸收空气中的氮元素，转化为植物能够吸收的 状态。栖居土壤中的动物，小的有原生动物，大的有蜗牛、 马陆啮齿类等。其 种类也很多。如蚯蚓约有1800种，线虫有几千种。节肢动物更多，其中昆虫有 98 %以上种类或多或少与土壤有联系。土壤中还有50种以上的酶与之结合，不易分离。这些酶有的是生物分泌的 胞外酶，有的是细胞死后释放出来的胞内酶。土壤中存在大量能分解酚的微生物， 它们能破坏酚化合物，并能将酚化合物作为碳和能量的来源加以利用。同时，土 壤是

9、细菌将一氧化碳转化为其它产物的场地。生活在土壤中的动物数量确实不少，据调查，在面积为1m2,深度为30cm的麦田中，有73000个元脊椎动物，其中6000个是昆虫；同样大小的荒草地有 198000个无脊椎动物，其中有昆虫8700个。这些动物在土壤形成的过程中起着 很重要的作用。它们参与土壤有机质的捣碎、分解和腐烂等过程，从而提高了土壤的肥力。Murphyl962 年曾统计过耕地和未耕地内节肢动物的数量。在未耕土壤中,约有96%的节肢动物群集于0.051m处，该处有较多的有机物。蜘蛛的分布多集 中在落叶层和耕作淋溶层下的粗腐殖质层。大多数生物衰老、 腐朽和死亡以后都要回归到土壤中去。例如，热带雨

10、林 地区有的地方，每平方米有0.9kg的碳是死树、枯枝、烂叶等形态降解后归回 到土壤中的。土壤是重要的有机碳库和氮库。土壤碳贮量为植被中贮量的1.8倍；土壤中氮贮量则为植被中贮量的18倍。土壤动物是最重要的土壤消费者和分解者。在土壤中存在的主要动物种类有 数千种，很多是节肢动物。非节肢土壤动物主要有线虫和蚯蚓。 蚯蚓是定居在土 壤中最著名的类群。这类生物喜欢湿润的环境和丰富的有机质。因此，一般蚯蚓多居住在黏质、 有机质含量高和酸性不太强的土壤里。显然，蚯蚓的数量和作 用在不同的地块是有差异的。有人估计，在一英亩耕作层中的蚯蚓数能够从几百 或到100万条以上。它们打洞，夜晚出来吃植物有机质。有的

11、蚯蚓靠吞食土壤中 的有机物质而生活。它们的活动使土壤有机物紧密混合。另外，孔道的形成，粪 粒的产生，也使得土壤更疏松多孔。经过蚯蚓加过工的土壤数量是惊人的。Evans(1948)报道，在英国土地上每年每英亩形成的蚯蚓粪有l-5t o土壤动物中很多是节肢动物。其中最重要的有蛾、娱蚣、马陆、跳虫、白 蚁、甲虫和蚂蚁等。在所有的土壤动物中，分布最广、种类最多的是蛾类和弹 尾目昆虫。它们粉碎和分解土壤中的有机物质，并把有机物质运到较深的土层中 去，起到了维持孔隙、 改进土壤性质的作用。土壤生态系统的净化作用每一个生态系统对入侵的污染物质都有一定的自净能力。 土壤生态系统也不 例外。土壤中存在着大量微生

12、物。它们分布广、 种类多、繁殖快、新陈代谢 旺盛，因此具有很强的净化环境污染的能力。土壤微生物中，细菌和真菌分解有 机物的能力很大。科学家经过试验测算出，1000平方米范围内的微生物，能够 吸收300吨有机物质，其中的1/3转化为土壤自身的有机体，余下的2/3被分解 为无机物质，进而被植物的根吸收。另外，土壤微生物还能吸收利用无机物。因 此，它们是净化土壤污染物的主力军。当重金属污染土壤时，土壤中的腐殖质和土壤的团粒物质会吸附它们，使它们的毒性降低。之后，土壤中的植物根系会吸收重金属,使之变成自身的组成 成分，从而慢慢地消除了土壤重金属污染。同时，土壤中含有一些酸、 碱、盐, 会与污染物发生化

13、学反应，生成其它物质，从而减少环境中的有毒物质。三、土壤生态系统的破坏土壤净化污染的能力也有限度。当大量有毒有害污染物侵入土壤，超过了土壤的 消化吸收能力时，污染物就会保持它们原来的化学性质，而土壤的性质却会发 生比较大的变化，甚至使土壤微生物的生命活动受到抑制和破坏。1、土壤生态系统的污染人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。据环保部门调查分析，酸雨的频繁发生严重破坏土壤生态系统，导致土壤酸化 面积和程度逐年扩大、加深，危害植物特别是蔬菜、水稻等农作物的正常生长。 1999年，安徽铜陵市耕地酸化面积达7000多公顷，约占全市耕地总面积的30%。酸雨还侵蚀了城市

14、的钢铁金属和水泥构件，对城市设施造成不可低估的破 坏。盲目使用化肥而使土壤生态系统紊乱，导致作物抵抗能力下降而感病、发病等现象。随着世界人口的快速增长，土壤这一人类赖以生存的必须资源正承受着越来越大的压力。在中国，由于工业生产规模和乡镇城市化的快速发展，农用耕地 的面积在以惊人的速度锐减；同时因受到工业三废和农用化学品的污染，有相当 数量农田的土壤质量也日趋下降。根据 1998年统计资料表明，1980年全国受三 废污染的农田面积为267万公顷，1988年为670万公顷，1998年污染农田数量 达万公顷，约占耕地总面积的1/5,造成经济损失亿元，其中由于重金属污 染而引起的粮食减产达1000万吨/年，直接经济损失达100多亿元。在西方发达 国家和其它发展中国家也存在着类似的问题。土壤污染往往具有危害性大和持续时间长这两大特性，如何采用有效措施对污染土壤进行治理己引起世界各国科 学家及政府部门的广泛关注。2、土壤生态系统的受损土地荒漠化是全球性的环境灾害，它已影响到世界六大洲的 100多个国家和地 区，全球名有1/6的人口生活在这些地区。当前，全球荒漠化的面积已经达3600 万平方公里，占整个地球陆地面积的1/4,全世界受荒漠化影响的国家有100多 个，约9亿人受到荒漠化的摧残影响和威