环境土壤学一

1、环境土壤学1第一章 绪 论1.1 土壤与生态系统1.土壤是生态系统中不可缺少的环节。2.土壤肥力是整个土壤生态系统在发挥作用。3.土壤生态系统就是包括土壤生物与其所在的土壤环境相互作用相互统一的整体。 土壤生态系统是整个生态系统中最基础、最关键的。土壤提供物质循环的基础：光合作用和代谢作用；植被是土壤生态系统良性循环的保障。植物生物量的增加为整个生物界的生存繁育提供物质能量基础。一旦植被破坏，不仅直接使土壤生态受损，导致各种生物的能量匮乏，同时整个生态系统也因物质和能量的收支改变而导致平衡失调，以致最终被破坏。这就是土壤与生态系统的关系，也是为什么要重视土壤生态环境保护的原因。 土壤是绿色植物

2、生长的基础。土壤具有独特的发生发展规律和功能，我们必须在普通土壤学的基础上，了解环境土壤学兴起的背景，环境土壤学基本任务和内容，以及环境土壤学和其他相关学科的关系，从而更好地认识环境土壤学科。21.2 环境土壤学的产生和发展1.土壤科学在历史上和现实中发挥着认识土壤、合理规划与利用土壤和改良土壤的作用。 （1）土壤环境问题 存在数量（quality）和质量（guantity）两个方面的问题。 人口爆炸式增长，资源（矿藏、森林、草原）过度开发(粮食数量供应的安全)，人工合成化学物质加速发展，土壤被过度的集约化经营都直接或间接地损害和污染着土壤，构成对土壤生态环境的危害（影响粮食质量的安全）。 直

3、接影响：“三废”排放，导致土壤污染、酸化、次生盐渍化。 间接影响：森林、草原植被的破坏导致土壤冲刷、侵蚀与沙化。（2）土壤污染 进入土壤的污染物超过土壤的自净能力，而且对土壤、植物和动物造成损害时的状态。与大气污染、水体污染相比，土壤污染更隐蔽，其危害的后果也更深远。 污染物在土壤中能与土壤成分相结合，它被土粒所吸收、吸附和固定，也受到微生物分解转化作用的影响。保存下来的污染物能逐渐为植物和微生物所吸收，再通过食物链向人、蓄体内输送。由于土体比水体对污染物的容量要大，其危害的过程就缓慢得多，从而也增加了人们对此认识的难度。2.环境土壤学这一新的领域是在研究环境问题中诞生和发展的，经历着研究与认

4、 识-失败-再研究与再认识的坎坷与曲折的过程。 3.土壤污染较之水体污染更隐蔽，其危害的后果也更深远。 20世纪50-60年代“三废”治理与综合利用，城市污水进行农田灌溉； 20世纪70年代进行农田污水灌溉利弊与监测评价，部分城市郊区土壤污染与背景值研究； 20世纪80年代关注农药、化肥污染，引起部分地区土壤的酸化、板结，深入开展土壤背景值、环境容量及酸沉降危害研究； 20世纪90年代注意污染土壤排放的甲烷对环境的影响，同时开展污染土壤生物修复研究，并逐步成为研究的热点。 3 总之，由于自然的、社会经济的或人口的种种原因造成的水土流失，终将导致灾害频生的生态平衡失调问题。它使人们意识到环境问题

5、不仅仅是化学物质污染问题，土壤的环境问题也不能仅限于消极的治理土壤污染问题，应当注意积极的土壤生态建设。因此，较为全面地认识和研究环境土壤问题的领域环境土壤学逐渐兴起了。 环境土壤学是在人们在认识和解决环境土壤问题的过程中发展起来的，研究人类活动引起的土壤环境质量变化，以及这种变化对人体健康、社会经济、生态系统结构和功能的影响，探索调节、控制和改善土壤环境质量的途径和方法。它以建设优良的土壤生态系统与提高土壤功能为宗旨，以土壤科学、环境科学和生态科学的理论与技术为手段，研究现代生产技术条件下土壤肥力异常恶化的原因与解决问题的方法。 从广义上说，环境土壤学研究的对象应当是土壤-植物系统。这个系统

6、由土壤的无机部分、土壤的有机部分、植物三个亚系统组成。4 环境土壤学具有两大特征，一是研究的理论基础来源于近代土壤学、环境科学、生态学、生物地球化学、化学、生物学以及土壤地理医学等学科，它是一门交叉的界面科学；二是在研究环境中化学物质的生物小循环与地质大循环结合交点上兼有生命与非生命科学的双重内涵. 环境土壤学的研究方法有着其自身的研究特点。这些特点包括：分析测试技术要求高。宏观与微观相结合。充分发挥模型与模拟的作用，不断提高研究成果在宏观决策与实践中的作用。要求高素质的综合性人才和研究群体。 561.3 环境土壤学的基本内容 环境土壤学的主要任务是研究人类活动引起的土壤环境质量变化，及其由此

7、而对农业生产、生态环境以致人体健康等产生的影响，并探索调节、控制与改善土壤环境质量的优化途径、有效防治技术与治理方法等。主线是土壤的环境功能（土壤与环境的质能交换）和土壤环境行为（背景值、环境容量、污染与修复机制、生态优化）。从土壤生产力的角度研究土壤是农业土壤学的任务；从生态环境的角度研究土壤是环境土壤学的主要任务。1.3.1环境土壤学研究的基本目的：保护土壤资源，提高土壤-植物系统的生产能力，充分利用土壤-植物系统对污染物的净化能力。1.3.2.它的主要研究内容包括： 1.研究土壤背景值 2.研究土壤环境污染现状，进行综合评价，并根据国民经济发展的需要以及可能采取的环境保护措施，对土壤环境

8、质量进行科学的预测。 3.研究土壤及其边界环境中污染物的迁移、转化和分布规律，弄清它们的来源和归宿。74. 定量研究人为污染因素（物理的、化学的和生物学的）对土壤物理、化学、生物学特性的微观机理和宏观生态效应。5. 研究土壤-植物系统污染的生态效应和卫生学评价，进行流行病学的统计相关分析和因果关系定量分析。如土壤及其边界环境污染对资源利用、生物生产力和生态效应的影响评价。6. 研究土壤-植物系统对污染物的净化功能和作用机理、反应动力学及其环境条件，为发展城市污水的土地处理系统提供科学依据。7. 建立土壤及其边界环境中污染物迁移、转化规律的生物物理化学行为数学模式，并通过实践不断加以修改和完善。

9、8. 在严格的环境土壤学实验基础上，参考各种环境质量基准值，研究土壤环境标准。89. 综合污染源、污染物类型、污染方式、污染途径、土壤类型及其分布的地貌条件、地球化学特征、气候和水文条件等因素，计算土壤的环境容量，确定表述土壤环境容量的数学模式，为实行土壤污染的总量控制提供科学依据。10. 在发展国民经济的过程中，研究厂矿、企业、城市和大型工程对土壤环境质量的影响。通过实地调查和实验，研究土壤-植物系统及其边界环境的污染防治途径和措施。11. 研究土壤环境质量基准，例如收集和制备各种标准土壤样品、生物样品、纯化学标准品，建立跨部门的技术协作网，实现土壤环境分析测试方法的标准化。12. 污染物在

10、土壤-植物系统及其边界环境中迁移、转化的生物、物理和化学行为、反应机理和动力学等重要过程的动态研究；充分利用系统分析原理和方法建立数学模式和电子计算机语言程序。91.4 环境土壤学研究方法1.综合运用环境地学和环境生物学的研究方法。2. 宏观研究和微观研究的结合。3. 应用环境分析化学的测试技术。4. 建立数学模式。101.5 环境土壤学与相关学科 环境土壤学是建立在土壤学、生态学和环境学之间的边缘学科，它是随着环境问题的出现在土壤学基础上发展起来的新学科。 土壤学、生态学和环境学以化学、物理学和数学为基础，特别是化学。 环境土壤学以生物学、气候学、地学和经济学为原理揭示其规律，并通过工程技术

11、（生物工程）和区划方法达到分区规划和治理目的。 环境土壤学与农业土壤学的区别在于前者不只注意土壤的肥力与生产力，而且注重影响土壤净化力的人工环境因素，及其影响的效应、规律与对策。环境土壤学与土壤地理学的区别是，后者着重于土壤类型及其自然分布规律的研究，前者乃是着重研究由于人为因素引起的土壤资源的破坏、土地损失与土壤污染等异常的环境土壤问题及其发展规律与对策技术等。 111.6土壤的基本特性 一、土壤的概念 简明定义：存在于地球表层的含有生命物质，植物可以生长的自然集合体。 综合定义：土壤是能产生植物收获物的地球陆地的疏松表层，是岩石圈，水圈，大气圈和生物圈相互进行物质循环和能量转换的产物，是在

12、母质（岩石及其风化物）、气候、生物、地形、时间等因素相互作用下形成的自然体。 土壤学：研究土壤的形成、发生分类、基本性质与功能、土壤分布规律、土壤资源利用与管理和土壤调查技术的专门学科。 12二、 土壤所具有的独特性质1.土壤剖面的垂直分层特性典型的土壤剖面可划为三个基本层：A层,地表最上端,腐殖质在这一层聚积。紧接其下是B层，其特征是粘粒在这里淀积，称淀积层或过渡层。B层之下是C层，该层以不同程度风化物构成，可以称为母质层。 2. 土壤的物理特性土壤独特物理特性包括其疏松性、结构性、透水性、持水性、水分移动性、透气性、吸附性等 133.土壤的化学特性土壤胶体是土壤中化学性质最为活跃的物质。土

13、壤胶体物质颗粒表面和土壤溶液相互作用机制，是极其复杂的，决定了众多的土壤化学和土壤物理化学性质的动态行为，为土壤化学家所研究的主要内容之一。4.土壤的生物特性 土壤是生物的乐园，是自然界最复杂的生态系统之一，也是自然界最丰富的生物资源库。土壤中大量的生物的存在，使土壤具有明显的呼吸作用，存在着旺盛的物质与能量的新陈代谢。5.土壤的肥力特性 土壤肥力是土壤能连续地、适时地供给并协调植物生长所需的水分、养分、空气、温度、扎根条件和无毒害物质的能力 146.同一地貌范围内的相对均质性 在同一生物气候带内，平原地区相同微地貌类型上，山区同一母质类型上相同高度范围和坡向上所形成的土壤，其土壤剖面垂直层次

14、的组合和性质基本一致 7.土壤的空间变异性对于一块地，在不同的点上，其理化性质都是不同的，存在着变异，这就是土壤的空间变异特性。8.土壤的记忆特性 在漫漫的时间长河中，古往今来的气候、生物及岩石对土壤形成过程、土壤性质的影响，都会在土体上留下“烙印，即信息的记忆。 15三、土壤在人类农业和自然环境中的重要性 （一）、土壤是人类农业生产的基地 1.土壤是植物生长繁育和生物生产的基地 土壤在植物生长繁育中有下列不可取代的特殊作用：营养库的作用、养分转化和循环作用 、雨水涵养作用、生物的支撑作用、稳定和缓冲环境变化的作用。 2.植物生产、动物生产和土壤利用管理三者的关系 （二）、土壤是地球表层系统自

15、然地理环境的重要组成部分 （三）、土壤是地球陆地生态系统的基础 （四）、土壤是最珍贵的自然资源16四、土壤与水质、空气、作物品质的关系 （一）、土壤与水质（二）、土壤与空气环境质量（三）、土壤与作物品质 土壤性质直接与水质有关的指标包括：可浸蚀性，影响水体沉积物的负荷或混浊程度；阳离子交换容量(CEC)和养分储量，影响淋溶强度和可溶性物质的负荷；土壤有机质的含量，影响淋溶容量。土壤对水体中污染物的控制 土壤在调节大气辐射活性气体浓度中起重要作用 土壤质量的好坏直接影响到作物的产量与品质。有关土壤与作物品质的研究引发“土宜学”的诞生，强调了土壤质量对作物产量与品质的适宜性 17五、土壤与人体和动物健康（一）、土壤影响人体和动物健康的途径 土壤中化学品直接中毒2.土壤作为次生污染源的间接影响 3.作物品质对人体和动物的影响（二）、土壤类型与人体和动物的健康 由于土壤类型的不同，土壤中所含生物必需元素有着较大的差异，对生长于其中的作物元素的含量及品质有着直接的影响，进而影响人类和牲畜的健康。一些元素在动