第八章土壤退化过程与环境质量课件

第八章土壤退化过程与环境质量第一节土壤的自然演变与退化第二节土壤侵蚀与环境质量第三节荒漠化过程中的土壤和环境质量变化第四节土壤酸化与环境质量第五节土壤盐渍化第八章土壤退化过程与环境质量第一节土壤的自然演变与退第八章土壤退化过程与环境质量课件第一节土壤的自然

演变与退化第一节土壤的自然

演变与退化一、土壤变化与环境条件的关系热力学第二定律①热量总是从高温物体(系统)传到低温物体，但不能不带有其他的变化，把热量从低温物体传到高温物体。

②功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所获得的热量转变为功。一、土壤变化与环境条件的关系热力学第二定律①热量总是从高温物

Prigogine（1961）指出，在开放系统中，系统熵变可以由下列式子给出：ΔS=ΔSe+ΔSi

ΔSe表示土壤与环境之间反应的熵的变化，ΔSi则是系统内部不可逆过程的熵变。

矿物风化过程涉及化学键的破坏，导致结合能的释放并增加土壤组成的无序性熵增加熵减少

次生矿物的形成、土壤结构的形成、有机质的富集等朝组织程度提高和有序化方向发展Prigogine（1961）指出，在开放系

总而言之，如果受外界环境的影响，土壤的物理混合和原生矿物分解占主导地位，土壤的发育过程将是熵增的；

如果黏粒迁移-淀积、有机质积累、次生矿物形成和淋溶过程占主导地位，土壤的发育就朝更加有序化方向发展，是熵减的。总而言之，如果受外界环境的影响，土壤的物理混合二、人为导致的土壤退化农业和林业生产的基础过滤、缓冲和转化能力生物基因库和繁殖场所原材料来源容纳基础设施建设构成景观并保存自然和文化遗产

我们认为土壤生产力或功能的丧失，或者生产经济产品和环境调节的内涵功能的下降都视作为土壤发生了退化。二、人为导致的土壤退化农业和林业生产的基础过滤、缓冲和转化能土壤退化的两种主要类型：1、自然土壤形成过程导致的“退化”2、人为活动引起的“退化”土壤退化的两种主要类型：1、自然土壤形成过程导致的“退化”2土壤退化的主要类型土壤退化的主要类型土壤退化具有原位和异位影响土壤退化具有原位和异位影响第二节土壤侵蚀与环境质量第二节土壤侵蚀与环境质量风蚀水蚀风蚀水蚀一、土壤水蚀及其影响因子

水蚀是指土壤被水移动。开始于雨滴的冲击，飞溅及径流水。

沟蚀沟间侵蚀一、土壤水蚀及其影响因子水蚀是指土壤被水移动。土壤侵蚀的影响因子：1、气候因素

气候因素是决定土壤侵蚀量的最重要影响因子，其中降雨是土壤侵蚀的驱动力量，它的大小和强度直接决定土壤侵蚀的强度。2、地表覆盖地表覆盖可以显著地影响侵蚀状况，主要是保护雨滴的直接冲击。另外植物对土壤水分的利用可以降低土壤含水量，从而降低沟间侵蚀作用。3、地形因素

土壤冲蚀程度，一般因坡度和坡长的增加而增大。坡度愈大，径流流速增加，径流量也隨著增大；坡面愈长，径流量和深度也增加，冲蚀力也隨增，小沟冲蚀也随之增加。4、人为管理措施主要体现在两个方面：一是土壤的翻耕措施；另一个是耕作方式。土壤侵蚀的影响因子：土壤翻耕梯田土壤翻耕梯田二、土壤水蚀的估计和预测

目前，应用最为广泛的是Wischmeier等（1978）提出的通用土壤流失方程（USLE）。A=RKLSCP

标准侵蚀小区是长度为22.13m，坡度为9%，无植被覆盖的休耕地。二、土壤水蚀的估计和预测目前，应用最为广泛的R因子

降雨因子：估计降雨侵蚀指数的最佳方法是每年中降雨事件的最大30分钟雨强(EI30)，然后计算前22年的平均值。K因子

土壤可蚀性因子：是表征土壤自身抵御侵蚀能力的一个因子，它与土壤结构的种类、强度、土壤孔隙状况等密切相关。R因子降雨因子：估计降雨侵蚀指数的最佳方法是LS因子

坡长-坡度复合因子：目前有多个关于该因子的估计方法，差别不大，只有在坡度极缓（＜1%）或者极陡（＞20%）时才有显著的不同。C因子

地表覆盖因子：与土地利用状况密切相关，不同的植被类型和覆盖程度的C值有很大的差别。P因子

人为管理措施：根据不同的侵蚀控制措施取值，在没有耕地的休闲坡地P值为1，在条带耕作、等高耕作、梯田等情况下，P值不同程度的降低。LS因子坡长-坡度复合因子：目前有多个关于该三、土壤水蚀对环境质量的影响降低土壤肥力，甚至丧失土壤资源泥沙淤积河床，加剧洪涝灾害影响航运，破坏交通安全输出养分，造成水体污染加速有机物质氧化，影响全球变化三、土壤水蚀对环境质量的影响降低土壤肥力，甚至丧失土壤资源泥原位影响在原位影响中，侵蚀对土壤生产力的影响是最重要的方面。耕作层的丧失土壤肥力的下降土壤有机质的下降植物有效水库容的下降土壤热反射能力增加结壳和压实技术学派表土学派争论Vs可代替无法替代原位影响在原位影响中，侵蚀对土壤生产力的影响是最重要的方面。异位影响雨后径流高峰增大，可能加剧洪水灾害泥沙沉积导致渠道和水库淤积，削弱通量或库容由于溶解和颗粒结合态养分的输入，产生富营养化的危险性增加河道淤积异位影响雨后径流高峰增大，可能加剧洪水灾害泥沙沉积导致渠道和鄱阳湖洞庭湖太湖鄱阳湖洞庭湖太湖第八章土壤退化过程与环境质量课件四、土壤风蚀及风蚀地貌

风蚀是由风的动力推移土壤，发生浮游、跳跃和地面翻滾。风蚀的过程可分三个简单步骤：1、移动开始；2、搬运；3、沉降。

影响风蚀的因子有：风速、风向、持续时间及土壤因子，人为不当的耕作，破坏土壤结构也是原因之一。

风蚀所引起的损害有：1、表土损失，生产力减少；2、冲蚀物沉降造成的堆积或掩埋；3、土壤水分变化，限制作物生长；4、加深盐害。四、土壤风蚀及风蚀地貌风蚀是由风的动力推移土雅丹魔鬼城雅丹魔鬼城第三节荒漠化过程中的土壤和环境质量变化第三节荒漠化过程中的土壤和环境质量变化一、荒漠化及其影响概念

“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。

河水断流，胡杨枯死，土地轻度沙漠化一、荒漠化及其影响概念“荒漠化”指干旱、半土地沙漠化

干旱荒漠地区的土壤沙漠化：分布在内蒙古的狼山一宁夏的贺兰山一甘肃的乌鞘岭以西的广大干旱荒漠地区，沙漠化发展快，面积大。该地区由于气候极端干旱，土壤沙化后很难恢复

半干旱地区土壤沙漠化：主要分布在内蒙古中西部和东部、河北北部、陕北及宁夏东南部。该地区属农牧交错的生态脆弱带，由于过度放牧、农垦，沙化成大面积区域化发展，这一沙化类型区人为因素很大，土壤沙化有逆转可能。

半湿润地区土壤沙漠化：主要分布在黑龙江、嫩江下游，其次是松花江下游、东辽河中游以北地区。呈狭带状断续分布在河流沿岸。沙化面积较小，发展程度较轻，并与土壤盐渍化交错分布，属林一牧一农交错的地区，降水量在500mm左右。对这一类型的土壤沙化，控制和修复是完全可能的。土地沙漠化干旱荒漠地区的土壤沙漠化：分布在中国沙漠分布图（2006）中国沙漠分布图（2006）荒漠化类型风蚀荒漠化水蚀荒漠化盐渍荒漠化冻融荒漠化荒漠化类型风蚀荒漠化水蚀荒漠化盐渍荒漠化冻融荒漠化环境影响流沙淹没房屋沙尘暴天气流沙流沙漫天飞，谁为你憔悴？环境影响流沙淹没房屋沙尘暴天气流沙流沙漫天飞，第八章土壤退化过程与环境质量课件二、荒漠化过程的特点和影响因子特点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二、荒漠化过程的特点特点1、植被退化2、土壤退化3、植被与土影响因子

主要原因在于水分严重短缺导致植被生长困难、有机质不足而且分解较快、土壤结构破坏等互相关联的自然背景和过程。我国草场荒漠化主要的驱动因素：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影响因子主要原因在于水分严重短缺导致植被生长三、荒漠化评价的土壤和环境指标三、荒漠化评价的土壤和环境指标第四节土壤酸化与环境质量第四节土壤酸化与环境质量土壤酸化土壤酸化是指在自然或人为条件下土壤pH下降的过程。自然酸化过程人为酸化过程

质子来源主要是大气的无机酸和生物体对阳离子的吸收，以及部分来源与有机酸的离解、氨气的挥发、铵的消化作用等。

大气污染导致的干、湿酸沉降进入土壤，无机酸替代CO2成为土壤酸化的主要因子。土壤酸化土壤酸化是指在自然或人为条件下土壤pH下降的过程。自第八章土壤退化过程与环境质量课件一、土壤酸化过程的形成和实质盐基的淋溶

盐基（K、Na、Ca和Mg）的淋失是土壤形成过程中的一个较为普遍的过程，在降水量超过蒸发量的情形下，土壤中铝硅酸盐矿物风化过程释放出的盐基粒子将随溶液从土体中流失。一、土壤酸化过程的形成和实质盐基的淋溶盐基（土壤pH与交换性阳离子的关系土壤pH与交换性阳离子的关系灰化土

枯萎凋落的枝叶被真菌分解而成的土壤，灰白色，在我国主要分布于东北、西北的部分林区。这种土壤酸性强，含腐殖质少，缺乏养分。灰化土枯萎凋落的枝叶被真菌分解而成的土壤，灰Al的活化1、矿物的溶解-沉淀理论三水铝石Al(OH)3+3H+Al3++3H2O

log(Al3+)=logKsp-3pH2、有机质吸附理论

土壤有机质包含大量对Al具有很强吸附能力的羧基、羟基和酚羟基，通过与H+的交换可以释放交换态Al。3、溶解有机碳的配位-溶解理论

有机质的配位-溶解过程也是促进土壤Al活化的可能原因。Al的活化1、矿物的溶解-沉淀理论三水铝石二、土壤酸化的主要成因（一）自然土壤发生过程自然酸化过程氧化还原导致的酸化过程富铁铝化过程灰化过程酸性硫酸盐土的形成铁解过程二、土壤酸化的主要成因（一）自然土壤发生过程自然酸化过程氧化第八章土壤退化过程与环境质量课件（二）生物地球化学平衡的失调根系吸收NH4+，分泌出H+缺磷胁迫时，分泌有机酸

作物选择性吸收交换性盐基阳离子时，也会导致酸化作用的产生。（二）生物地球化学平衡的失调根系吸收NH4+，分泌出H+缺磷第八章土壤退化过程与环境质量课件（三）施肥和土壤管理（三）施肥和土壤管理三、土壤酸化的环境效应1、作物效应

农作物铝中毒现象表现为：珊瑚状根系、主根变粗变短、侧根短少、根毛稀疏并多节馏。

铝的毒害机制：铝作用于根尖分生组织细胞，改变细胞质膜的结构与功能、抑制膜结合酶的活性，从而引起矿质养分和水分吸收效率降低，细胞分裂和伸长收到限制。三、土壤酸化的环境效应1、作物效应农作物铝中

酸化影响作物产量主要在于它对土壤性质的几个方面的负面影响：

一、降低土壤保持养分离子的能力，导致Al的毒性增加；

二、减弱固氮作用，影响豆科作物生长。酸化影响作物产量主要在于它对土壤性质的几个方2、水质效应对水体中盐基养分的影响Al的活化H+进入土壤中后会置换土壤胶体所吸附的交换性阳离子，无疑会加速盐基离子的淋失。被置换的盐基离子一般随渗漏、侧渗和径流进入地下水或地表水中。

土壤中Al的释放是缓冲酸沉降的重要过程。通过Al的释放消耗了沉降的H+，同时增加了土壤水和地表水中Al的浓度，对生物产生了毒害。2、水质效应对水体中盐基养分的影响Al的活化第五节土壤盐渍化第五节土壤盐渍化

土壤盐渍化包括盐化和碱化。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；土壤碱化：是指土壤胶体被钠离子饱和的过程，也常称为钠质化过程。土壤盐渍化包括盐化和碱化。一、土壤盐渍化过程及其影响因子一、土壤盐渍化过程及其影响因子盐分的来源

可溶性盐分，特别是钠盐，在土壤剖面、岩石、水体中的积累，是盐渍土形成的根本原因。盐渍土的形成有两个重要的前提：可溶性盐的来源盐分的积累周期性或永久地超过盐分淋溶过程（1）矿物的风化

土壤中的盐分是由岩石风化而来的。土壤中原生矿物的风化是土壤盐分的重要来源之一。盐分的来源可溶性盐分，特别是钠盐，在土壤剖面（2）降雨

现代存在于海洋中的盐分主要来源于地壳的矿物风化，然而海洋又是干旱和半干旱地区盐分的主要来源之一。（3）含盐构造

含盐地层的存在是某些背景下土壤盐分的主要来源。（4）灌溉水

灌溉水无论来自地表还是地下，都有一定的矿化度，或多或少的含有可溶盐。（5）地下水

地下水作为盐分的主要载体，是现代积盐的主导因素。（6）人为活动

人类活动通过多种方式将盐分输入到土壤中。灌溉是最为剧烈的形式之一，施肥也是重要的盐分输入过程。（2）降雨现代存在于海洋中的盐分主要来源于地土壤盐分迁移1、盐分随自由水的运动

土壤中自由水的运动包括重力下渗运动和地下水蒸发过程中支持毛管水的运动。毛管水的上升高度：H=2Tcosα/r

其中：H为毛管水上升的高度；T为液体的粘滞力；α为液体与管壁弯曲面的接触角；r为毛细管的直径。

影响盐分的毛管上升运移的因素有：土壤的孔隙状况土壤溶液的浓度离子组成土壤盐分迁移1、盐分随自由水的运动土壤中自由2、溶质的扩散迁移

离子的扩散迁移是盐分在土壤中移动的一种重要方式，它决定于土壤溶液中的离子浓度梯度。3、盐分的对流迁移

对流迁移是指溶解的盐类为运动的水携带所发生的迁移现象。影响对流迁移的主要因素是液流流速和土壤空隙大小、形状及其均匀度。宏观对流迁移平均流速的分散机械分散2、溶质的扩散迁移离子的扩散迁移是盐分在土壤土壤盐分平衡

盐分在土壤中的积累或损失决定于盐分的输入和输出过程平衡：输入大于输出时，盐分积累，到达一定程度时产生盐渍土；输出大于输入时，盐分降低，极端情形下盐基离子淋溶甚至产生酸化。土壤盐分平衡因子S=(W+P+R+G+Y+F)-(lp+r+g+li+u)土壤盐分平衡盐分在土壤中的积累或损失决定于盐二、盐渍化土壤的管理盐土和碱土的诊断

盐成土是在各种自然环境因素（包括气候、地形、水文和水文地质等）和人为活动因素的综合作用下，盐类直接参与土壤形成过程，并以盐渍化（或盐碱化）过程为主导作用而形成的。普通干旱正常盐成土普通龟裂碱积盐成土二、盐渍化土壤的管理盐土和碱土的诊断盐成土是1、盐土

盐积层是鉴别盐土的主要诊断层。目前，常用于鉴别盐积层的厚度为15～30cm，含盐量为10～20g/kg。普通干旱正常盐成土地面特征结壳潮湿政策盐成土景观海积潮湿政策盐成土景观1、盐土盐积层是鉴别盐土的主要诊断层。目前，

盐积层（Salichorizon）：为在冷水中溶解度大于石膏的易溶性盐类富集的土层。具有以下条件：（1）厚度至少为15cm;

（2）含盐量

1）、在干旱土或干旱地区，≥20g/kg；或1：1水土比提取液的电导率（EC）≥30ds/m；

2）、其他地区盐土中，≥10g/kg；或1：1水土比提取液的电导率（EC）≥15ds/m；

3）、含盐量（g/kg