第四章 土壤退化

1、第四章 土壤退化 土壤退化是当今全球变化研究的重要内容。 研究土壤退化，已成为研究全球变化的最重要的组成部分，并将继续成为 21世纪环境科学、地理科学等学科共同关注的热点问题。 第一节 土壤退化概述 第二节 土壤退化评价的理论与方法 第三节 土壤退化的防治措施与修复技术 一、土壤退化的概念 二、土壤退化的原因 三、土壤退化的类型 四、土壤退化的危害第一节 土壤退化概述 第一节 土壤退化概述 现在一般认为，土壤退化(Soil degradation)是指在各种自然的，特别是人为的因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力 即土壤质量及其可持续性暂时或永久性的下降，甚至完全丧

2、失其物理的、化学的和生物学特征的过程。 简言之，土壤退化是指土壤数量减少和质量降低。 为了正确理解土壤退化的概念，可从以下几方面进行认识： (1)人类活动是影响土壤退化的基本动力之一。 (2)土壤退化的涵义是相对的 (3)土壤退化过程的研究必须以土壤养分的退化与恢复重建为重点。 (4)人类的任务在于调节这两个相反过程(退化与重建 )的强度 二、土壤退化的原因 （一）自然因素 1.地形、地貌 2.气候 3.植被状况 4.地表碎屑物或土壤状况 5.岩石类型 （二）人为因素 人与自然相互作用的不和谐即人为因素是加剧土壤退化的根本原因。三、土壤退化的分类体系 目前还没有一个统一的土壤退化分类体系，仅有

3、一些研究结果，现列举有代表性的分述如下: （一）联合国粮农组织采用的土壤退化分类体系 （二）中国科学院南京土壤研究所对土壤退化的分类 （三）郝芳华对土壤退化的分类 （四）潘根兴对土壤退化的分类四、主要土壤退化类型的特点 （一）土壤侵蚀 （二） 土壤荒漠化（一）土壤侵蚀 1.土壤侵蚀的概念 2.土壤侵蚀的影响因素1.土壤侵蚀的概念 简单地说，侵蚀是土壤物质从一个地方移动至另外一个地方的过程。 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。 这里要论述的主要还是针对人为活动所导致的加速侵蚀现象和其影响。 土壤水蚀是各种侵蚀类型中最具有代表性的一种。2.土壤侵蚀的影响因素 土壤水蚀是由降雨和水

4、流所决定的过程 气候因素是决定土壤侵蚀量的最重要影响因子 地表覆盖可以显著地影响侵蚀状况 人为管理措施（二） 土壤荒漠化 1.土壤荒漠化的概念及表现 2.土壤荒漠化过程的特点 3.荒漠化过程的影响因子1.土壤荒漠化的概念及表现 “荒漠化”指干旱、半干旱、干旱的半湿润地区在自然和人为活动影响下造成的土地退化。 主要表现： 草场是干旱地区的主要利用方式，也是荒漠化土地中所占比例最大的利用方式。 调查显示，中国荒漠化潜在发生区域范围，是全国耕地总面积的两倍多 中国荒漠化的类型多样 中国荒漠化程度严重 由于气候变暖、人类经济活动频繁等因素影响，中国荒漠化扩展速度呈不断加快趋势。2.土壤荒漠化过程的特点

5、 （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。3.荒漠化过程的影响因子 人为活动的影响是荒漠化加速的直接因子 有关研究表明，我国的草场荒漠化主要的驱动因素具体体现在三个方面： （1）土地滥垦与不适宜的种植业发展。 （2）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。(三)土壤酸化 1.土壤酸化的概念 2.土壤酸化的原因 3.土壤酸化对土壤性质的影响1.土壤酸化的概念 土壤酸化是指在自然或人为条件下土壤pH下降的过程。 酸化过程的影响是极其广泛的。 土壤的自然酸化过程，是相对缓慢的。 然而，人为活动的影响改变了自然酸化过程影响的范围和速度2

6、.土壤酸化的原因 （1）自然原因 自然情况下的土壤酸化在自然条件下，大多数土壤形成过程是物质淋溶的过程。 （2）人为因素诱发的土壤酸化 人为活动影响下的土壤酸化，主要表现为H+的大量输入，盐基离子伴随强酸阴离子的淋溶。3.土壤酸化对土壤性质的影响 土壤酸化对土壤性质的影响是多方面的，其中对土壤化学性质的影响尤为明显。 （1）土壤PH值下降 （2）土壤活性铝的溶出 （3）土壤营养元素的淋溶和固定 （4）土壤有毒金属元素的释放和活化 （5）土壤微生物和酶活性的降低（四）土壤盐渍化 1.土壤盐渍化概念 2.土壤盐渍化的表现 3.土壤盐渍化过程及其影响因子1.土壤盐渍化概念 土壤盐渍化包括盐化和碱化。

7、 土壤盐化是指可溶盐类在土壤中的累积，特别是在土壤表层累积的过程； 碱化则是指土壤胶体被钠离子饱和的过程，也常称为钠质化过程。2.土壤盐渍化的表现 据估计，世界上现有灌溉土壤中有一半遭受次生盐渍化和碱化的威胁。 由于灌溉不当，每年有1.0107 hm2灌溉土壤因为次生盐渍化和碱化而被抛弃。 盐渍化是土地退化的一种主要类型3.土壤盐渍化过程及其影响因子 土壤盐分的形成和积累与地壳上层发生的诸多地球化学过程和水文化学过程有关。 盐渍土的形成有两个重要的前提： 可溶盐的来源； 盐分的积累周期性或永久地超过盐分淋溶过程。 从形成来源上看： (1)矿物的风化 (2)降雨 (3)含盐构造 (4)灌溉水 (

8、5)地下水 (6)人为活动 盐分积累依赖于三个方面： 可溶盐的数量； 盐分转化的化学过程； 积累的盐分在土壤和沉积物中的垂直和水平移动。 气候、地质、地貌和水文地质条件决定着盐渍化的类型和程度。 可溶性盐分，是盐渍土形成的根本原因（五）土壤潜育化和次生潜育化 1.基本概念 2.形成原因 3.改良与治理1.基本概念 土壤潜育化是指土壤长期滞水，严重缺氧，产生较多还原物质，使高价铁、锰化合物转化为低价状态，使土壤变成蓝灰色或青灰色的现象。 次生潜育化系指由于人为因素影响而引起的土壤潜育化作用。 潜育化和次生潜育化主要表现： 还原性有害物质较多； 土性冷； 土壤的生物活动较弱 易导致稻田僵苗不发，迟

9、熟低产。 土壤潜育化和次生潜育化广泛分布于江、湖、平原2.形成原因 （1）排水不良 （2）水过多 （3）过度耕垦3.改良与治理 主要方法措施如下： （1）开沟排水，消除渍害。 （2）多种经营，综合利用。 （3）合理施肥。 （4）开发耐渍水稻品种。（六）土壤板结 土壤板结是指土壤表层在降雨或灌水等外因作用下结构破坏、土料分散，而干燥后受内聚力作用的现象。 土壤团粒结构的破坏，造成土壤板结。 有机质含量低，影响微生物的活性，从而影响土壤团粒结构的形成，导致土壤板结。 向土壤中过量施入磷肥、钾肥时，都破坏了土壤团粒结构，致使土壤板结。 向土壤中施入微生物肥料，消除土壤中过量施入磷肥、钾肥造成的土壤板

10、结。（七）土壤污染 关于土壤污染方面的分析与防治都将在后面章节中分别论述。五、中国土壤退化的现状与基本态势 1.土壤退化的面积广、强度大、类型多 2.土壤退化速度快，影响深远1.土壤退化的面积广、强度大、类型多 据统计，我国土壤退化总面积达460万km2，占全国土地总面积的40%，是全球土壤退化总面积的1/4。 土壤退化已影响到我国60%以上的耕地土壤。 我国土壤退化的发生区域广，全国各地都发生类型不同、程度不等的土壤退化现象。2.土壤退化速度快，影响深远 我国土壤退化的速度十分惊人如（表4-3）所示： 表4-3 我国土壤退化类型的发展速度 土壤退化类型土壤退化类型 发展速度（万发展速度（万h

11、m2/年）年） 耕地占用 15 耕地剥离 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）土壤退化对土地资源的危害 （二）土壤退化对生态环境的危害 （三）土壤退化对国民经济的危害（一）土壤退化对土地资源的危害 1.土壤资源质量下降 2.土壤资源数量的减少（二）土壤退化对生态环境的危害 1.对土壤-植物生态系统的危害 2.对生物多样性的危害 3.诱发或加剧自然灾害 4.对人类健康的危害（三）土壤退化对国民经济的危害 1.对农业的危害 2.对水利、交通和城镇设施的危害第二节 土壤退化评价的理论与方法 一、土壤退化的评价理论 二、土壤退化的分级 三、土壤退化

12、的评价标准 四、评价指标体系 五、评价方法与步骤一、土壤退化的评价理论 评价理论进展主要反映在1997年出版的“世界荒漠化地图集”和对其它地区土地退化的评价中。 评价理论包括: 土壤退化性质 退化程度 总体退化状态 危险度以及相对应的指标体系多方面 理论的核心体现在退化程度和状态的评价上。二、土壤退化的分级 （一）土壤退化等级评价原则 （二）土壤退化的等级（一）土壤退化等级评价原则 1.针对性原则 2.适应性与限制性相结合的原则 3.主导因素与综合因素相结合的原则 4.等间差异性与等内相对一致性原则 5.科学性与可操作性原则 6.有利于指导生产的原则（二）土壤退化的等级退化程度退化程度描述描述

13、轻度土地生产力稍有下降，仍适于农业利用。生态系统未受较大影响，采取合理的生产方式，较易恢复中度土地生产力有较大下降，尚适于农业利用，生态系统受到部分破坏，需采取较强的整治措施才能恢复。强度仅部分做牧业利用，生态系统功能基本丧失，需采取强有力的生物和工程措施才能恢复。极强度不再适于农林牧业，生态系统功能完全丧失、极难恢复。表4-4 GLASOD中土壤退化等级的划分三、土壤退化的评价标准 当前国内外都没有统一的土壤退化评价标准，其评价指标存在许多不确定性和复杂性。 主要有以下四种： 1.水蚀作用下土壤退化的评价标准 2.物理作用下土壤退化的评价标准 3.风蚀作用下土壤退化的评价标准 4、化学作用下

14、土壤退化的评价标准 1.水蚀作用下土壤退化的评价标准 2.物理作用下土壤退化的评价标准 3.风蚀作用下土壤退化的评价标准 4、化学作用下土壤退化的评价标准四、评价指标体系 1.指标体系的雏形 2.董玉祥建立的评价指标 3.杨艳生建立的评价指标 4.卢金发建立的评价指标 张建平博士论文中的指标体系 到目前为止，要建立一个完整统一的指标体系是困难的五、评价方法与步骤 （一）评价方法 （二）评价步骤（一）评价方法 1.土壤动态退化评价法 2.土壤潜在退化评价法 3.土壤属性退化评价法（二）评价步骤 1.选取评价因子 2.确立评价单元 3.评价因素权重的确定：AHP 法 4.土壤退化综合评价第三节 土

15、壤退化的防治措施与修复技术 一、土壤退化的综合防治措施 二、物理修复、化学修复和生物修复 三、原位修复和异位修复一、土壤退化的综合防治措施 1.提高人们保护土壤的自觉意识 2.加大资金投入 3.加大科技投入 4.因地制宜，综合治理 5.恢复植被，维护“土壤水库” 6.加强体制创新 7.完善预防、监督和执法体系二、物理修复、化学修复和生物修复 土壤修复方法的种类颇多，从修复的原理来考虑大致可分为三大类： 物理方法 化学方法 生物方法（一）物理修复 1.基本概念 物理修复是根据物理学原理，采用一定的工程技术，对退化土壤进行恢复或重建的一种治理方法。 优点：通常较为彻底、稳定 缺点：耗费相对昂贵，容

16、易引起土壤肥力 减弱，适合小面积的污染区修复。2.修复方法表现形式 （1）改善成土条件和土壤性质 粉碎、压实、填充、松土、排惯灌等技术被用于改进成土条件和改善土壤的性质 （2）改善土壤环境质量 包括机械工程措施、高温热解、蒸汽抽提、固化、玻璃化、电动法等可用来改善土壤的环境质量。（二）化学修复 1.基本概念 是利用加入到土壤介质中的化学修复剂的化学反应，对退化土壤进行恢复或重建的一种治理方法。 优点：相对成熟，是一种快捷、积极的方法。2.修复方法表现形式 （1）改善土壤性质 调节土壤酸性 改良土壤质地 改善土壤结构 （2）改善土壤环境 包括化学改良剂法、化学淋洗法、化学栅法等。 降低污染物的水

17、溶性、扩散性和生物有效性。（三）生物修复 1.基本概念 2.修复方法表现形式 3.植物修复的缺优点和缺点 4.微生物修复的缺优点和缺点 5.生物修复技术发展前景1.基本概念 就是利用生物的生命代谢活动，对退化土壤进行恢复或重建的一种治理方法。2.修复方法表现形式 （1）对生态系统修复 （2）改善土壤环境质量 包括植物修复、微生物修复、植物-微生物及动物的协同修复等。3.植物修复的缺优点和缺点 植物修复技术有其独到的优点： （1）价格便宜 （2) 对环境扰动少 （3）二次污染少 （4）不会破坏景观生态，能绿化环境，容易为大众所接受 此外，植物修复可以激发微生物的活动；增加蒸腾作用，从而可以防止污

18、染物向下迁移；植物可把氧气供应给根际，有利于根际土壤中有机污染物的降解。 植物修复的局限性主要表现在以下几方面： （1）一种植物通常只忍耐或吸收一种或两种重金属元素 （2）植物修复过程通常比物理、化学过程缓慢 （3）植物修复受到土壤类型、温度、湿度、营养等条件的限制 （4）对于植物萃取技术而言，污染物必须是植物可利用态并且处于根系区域才能被植物吸收。 （5）用于净化重金属的植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属元素重返土壤 （6）用于修复的植物与当地植物可能会存在竞争，影响当地的生态平衡4.微生物修复的优点和缺点 土壤微生物修复技术的主要优点是： （1）微生物降解较为完全，二次污染问题较小

19、； （2）处理形式多样，操作相对简单，有时可进行原位处理； （3）对环境的扰动较小 （4）微生物修复的费用较低 （5）可处理多种不同种类的有机污染物 微生物修复技术主要存在下述三方面的限制： （1）当污染物溶解性较低或者与土壤腐殖质、粘粒矿物结合得较紧时，微生物难以发挥作用，污染物不能被微生物降解； （2）专一性较强 （3）有一定的浓度限制 另一方面，微生物修复技术受各种环境因素的影响较大 同时，应用微生物修复时对修复地点有一定的限制5.生物修复技术发展前景 生物修复技术具有广阔的应用前景，但应用范围有一定的限制 实践表明，微生物技术如与物理和化学处理配套使用，通常会取得更好的效果。三、原位修复和异位修复 （一）原位修复 1.土壤冲洗技术 2.原位化学氧化修复技术 3.原位化学还原修复技术 4.可渗透反应墙 5.原位蒸汽抽提技术 6.强化破裂技术 7.空气喷射 8.原位玻璃化技术 9.原位加热修复技术 10.原位固化/稳定化土壤修复技术 11.电动学修复技术 12.投菌法： 13.生物培养法 14.生物通气法（二）异位修复 1.化学淋洗 2.溶剂浸提技术 3.异位蒸汽抽提技术 4.异位固化/稳定化技术 5.化学脱卤技术 6.物理分离 7.异位化学氧化/还原技术 8.热解吸 9.异位玻璃化技术 10.预制床技术 11.生物反应器技术 12.厌氧处理技术 上述方法要想