第八章土壤退化过程与环境质量
《农业知识综合一》大纲
农业知识综合一大纲《土壤学》第一章绪论1、掌握土壤、土壤圈、土壤肥力、土壤生产力等概念；2、明确土壤在自然生态系统和人类社会中的地位和作用；3、了解土壤科学的发展简史及主要学术观点。
第二章土壤矿物质1、掌握粘土矿物、原生矿物、同晶替代等概念；2、明确土壤矿物质的元素组成和矿物组成；3、掌握层状硅酸盐粘土矿物的结构、类型与性质；4、了解土壤粘土矿物的分布规律。
第三章土壤有机质1、掌握土壤有机质、土壤腐殖质、矿化过程、腐殖化过程、腐殖化系数、C/N、土壤有机质矿化率、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、HA/FA等概念；2、了解土壤有机质的来源、组成和类型；3、理解土壤有机质的转化：包括矿质化过程和腐殖质化过程，影响分解和转化的因子，明确腐殖物质的组分及特点、；4、明确土壤有机质对土壤肥力、环境保护所产生的影响以及调控土壤有机质的途径。
第四章土壤的物理性质1、掌握土壤粒级、土壤质地、土壤机械组成、物理性砂粒（物理性粘粒）、土壤孔性、土壤容重、土壤孔隙度、团粒结构、土壤结构性、土壤耕性、土壤宜耕期、土壤物理机械性等概念；2、掌握土壤粒级的矿物组成和理化特性、土壤质地和肥力的关系以及不良土壤质地改良的基本措施；3、掌握土壤孔隙类型，明确孔性的影响因素，了解其调节途径；4、明确土壤结构的类型，了解土壤结构形成的机制，比较不同结构体与肥力的关系；5、了解土壤的物理机械性和耕性及其影响因素。
第五章土壤水分、空气和热量1、掌握土水势、土壤水吸力、毛管水、田间持水量、凋萎系数、土壤水分特征曲线、土壤呼吸、土壤热容量、土壤导热率等概念；2、熟悉土壤水分的类型及对植物的有效性，土壤有效含水范围及影响因素；3、明确水分含量表示方法，了解水分含量测定方法；4、了解土壤空气的组成特点掌握其运动的方式；5、了解土壤的热性质以及它们在土壤中的变化和相互关系。
第六章土壤的化学性质1、掌握土壤胶体、离子吸附、阳离子交换作用、CEC、盐基饱和度、潜性酸度、活性酸度、总碱度、碱化度、土壤Eh、土壤缓冲性等概念；2、了解土壤胶体表面类型及土壤胶体带电的原因；3、掌握阳离子交换过程的特点、影响因素，明确离子交换在土壤肥力上的意义；4、了解交换性阳离子有效度的概念以及影响交换性阳离子有效度的因素；5、明确土壤具有缓冲性能的原因；6、明确土壤酸度的强度指标和数量指标，土壤碱性指标，土壤酸碱性的改良；7、了解土壤酸碱性和氧化还原状况对植物生长、养分有效性及有毒物质积累的影响。
土壤学土壤退化与土壤质量PPT55页
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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土壤退化与土壤质量
中国土壤退化分类
一级 A1 水蚀 二级
A 土壤侵蚀 A2 冻融侵蚀
A3 重力侵蚀 B 土壤沙化 B1 悬移风蚀
B2 推移风蚀
C1 盐渍化和次生盐渍化 C2 碱化
C 土壤盐化
中国土壤退化分类（续）
D1 D2 D 土壤污染
无机物（包括重金属和盐碱类）污染 农药污染 有机废物污染 化学肥料污染 污泥、矿渣和粉煤灰污染 放射性物质污染 寄生虫、病原菌和病毒污染 土壤板结 土壤潜育化和次生潜育化 土壤酸化 土壤养分亏缺
E
土壤性质恶化
D3 D4 D5 D6 D7 E1 E2 E3 E4
F
耕地的非农业占用
三、我国土壤资源的现状与退化 的基本态势
1.我国土壤资源的现状与存在问题 • 我国人均土壤资源占有率低 • 我国土地资源空间分布不均匀，区域开发利用压力大 • 生态脆弱区域范围大 • 耕地土壤质量总体较差，自维持能力弱 • 耕地面积锐减，非农业占用逐渐增加
土壤质量是土壤肥力质量、土壤环境质量及土壤健康质 量的综合量度。
生产力 土壤维持植物和动物持续生产的能力
土 壤 质 量
环境质量 土壤降低环境污染物和病菌损害， 调节新鲜空气和水质量的能力
动物和人类健康 土壤影响动植物和人类健康的能力
土壤肥力质量是土壤满足植物养分和生产生物物 质的能力、抗御土壤侵蚀，维持永续生产所需的水分、 养分、空气和热量的能力。 土壤环境质量是土壤容纳、吸收、净化污染物质， 维护水和空气洁净，调节水、气质量适于人畜和其他 生物生长和繁衍的能力。 土壤健康质量是土壤生产安全和营养成分完全的 食品、促进人畜（和其他生物）健康能力的量度。
二、土壤退化的分类
1.联合国粮农组织采用的土壤退化分类体系
土壤退化与土壤质量
2 荒漠化的发展现状 世界荒漠化
土壤荒漠化
据ＵＮＥＰ 1 991年有关资料 ,全球荒漠化面积3 592万ｋｍ2 ,相当于全球陆地面积的 1 / 4,广泛 分布于各大洲 1 0 0多个国家 ,但主要分布在亚 洲 (占3 7. 45% )、非洲 (占 2 9 .2 0 % )的发展 中国家。全球1 0亿人口受到荒漠化影响 ,有 1.35亿人目前正面临耕地丧失、背井离乡的困 境。全球荒漠化每年仍以 5万～ 7万ｋｍ2 的速 度扩展 ,使世界每年为此而蒙受42 3亿美元的损 失。
干旱沙区：内蒙狼山—宁夏 贺兰山—甘肃乌鞘岭以西
半干旱沙区：内蒙中西部、 河北北部、陕北及宁夏东南
半湿润沙区：东北地区
中国土壤风沙化分级
（二）影响土壤沙化的因素
（1）干旱气候引起的风沙 （2）人为活动引起的风沙
新疆塔克拉玛干沙漠
人为干扰的影响
巴丹吉林沙漠
土壤沙化及沙 漠化的危害
2000 年我国发生 13 次 大的沙尘暴, 每年经济损失高 大 540 亿元。
是 阻
南疆线中断行车 20 d ，造成直接经济损失 2
碍 000 余万元
经
济 黄河多年平均年输沙量 16 × 108 t 中，就有
腾 飞
12 × 108 t 以上来自与荒漠化有关的地区。
的 重 要
青海龙羊峡水库，因受荒漠化影响而进入库 区的总泥沙量每年有 3 130 × 104 m3 ，仅此
因 一项每年造成的损失就有近 4 700 × 104 元。
大海子在干涸
过度开采地下水，导致百年的树林死亡
二月春风似尖刀！
风啸啸沙龙舞！大漠漫漫归何处？
第八章土壤退化过程与环境质量
荒漠化概念
• 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。
① 土壤退化：侵蚀、盐碱化、肥力衰竭等
② 土壤生态与环境退化：植被覆盖度降低、生 物量减少、生物多样性下降等
（一）荒漠化过程的特点
• 植被退化
生产力下降、群落结构简单、植物 生物多样性降低、植被再生能力下降
转变 • 机修梯田，推行生物经济复式埂 • 经济林建设走产业化发展的路子 • 有计划地发展畜牧业，减少植被破坏
第三节 荒漠化过程及其环境影响
荒漠化 其他
41.6％
58.4％
36×108hm2
干旱区面积:62×108hm2
世界范围
92.8％
草场面积 雨养耕地 灌溉耕地
我国情况
• 荒漠化面积2.62×108hm2 ，占国土面积27.3％ • 风蚀荒漠化：全国分布 • 水蚀荒漠化：黄土高原北部、黄河中上游地区 • 盐渍荒漠化：西北、华北产粮区 • 冻融荒漠化：青藏高原
• 异位影响：
①径流高峰增大，加剧洪水灾害； ②泥沙沉积影响河道、库容
黄河、三门峡水库 ③受纳水体养分增高，产生富营养化
库湾、河口、湖泊水库 磷：颗粒态磷(PAP)、溶解态磷(DP) ④土壤有机碳流失 对大气影响 0.15％
我国水土流失情况
水土流失治理
• 建设高标准基本农田，促进退耕还林 • 加大植被建设力度，从数量型向质量型
H++ 0.5Al2Si2O5(OH)4
• Al3+ + 3H2O
H+ + Al(OH)3 三水铝石
（2）H+与土壤胶体吸附的阳离子发生交换作用
Na>K>Mg>Ca>H>Al
土壤环境污染防治与土壤生态保护
我
国 土
壤
非金属无机
常
化合物
规
监
测
项
目
有机化合物
无机化合物
镉（Cd）、铬（Cd）、铜（Cu）、 汞（Hg）、铅（Pb）、锌（Zn）
砷（As）、氰化物、氟化物、硫化 物等
苯并（a）芘、三氯乙醛、油类、 挥发酚、DDT、六六六等
我国土壤常规监测项目
生物监测：是指利用生物的组分、个体、种群或群落 对环境污染或环境变化所产生的反应, 从生物学的 角度, 为环境质量的监测和评价提供依据。
具有肥力和净化作用
二、土壤环境元素背景值和土壤环境容量
1、土壤环境元素背景值 ：是指未受或尽量少受人类活动，特别是人 为污染影响 的土壤化学元素的自然含量。 2、土壤环境容量 ：在人类生存和自然生态不致受害的前提下， 土壤环境所能容纳污染物的最大负荷量。
土壤的基本性质
（1）土壤的吸附性
土壤是多孔性介质，对气体、固体、液体均有吸附作用。
相同价态的阳离子，半径大的水化度小，水膜较薄，水化离子的 半径相对较小，在胶体表面引力的作用下，也容易脱水，也就 愈能接近土壤胶体的表面而被吸附。
3、化学过程：
溶解和沉淀；络合-螯合作用；土壤有机质配合物和螫合
物的稳定性，既与配合一螫合剂及金属本性有关，也取决于环 境条件（特别是pH值）。土壤有机质对金属的配合一螫合能力 的顺序为： Pb＞Cu＞Ni＞Zn＞Hg＞Cd。鳌合物的稳定性还密 切受介质pH值的影响。
3、汞的甲基化
在嫌气条件下，无机汞在某些微生物的作用下可 甲基化转化成为剧毒的可溶性有机汞－甲基汞 （CH3Hg+)和二甲基汞[（CH3)2Hg]
三、化学农药污染
（一）研究意义
土壤学 土壤退化与防治
成土母质的风化过程对土
壤重金属本底含量的影响
自然因素
风力和水力搬运的自然物理 和化学迁移过程
最后，公路交通活动 中，含铅汽油和润滑 油的燃烧、汽车轮胎 的老化和刹车里衬的 机械磨损，均会排放 一定量的重金属。
首先，化工、矿山等行业排放的污 水重金属元素含量一般较高，污水 未经必要的处理而直接灌溉农田常 常会造成土壤重金属污染。
污染防治水平，人们必须从多方面着手，积极加强对土壤
重金属污染的有效防治，从源头上加强土壤问题的处理。
盐碱化：
土壤盐碱化是干旱半干旱区仅次于沙漠化的 环境问题，干旱区土壤的盐化和碱化已十分普遍，
全球约有1/10的土地受到盐碱化的印影响，土壤盐
碱化已成为一个全球性的问题。土壤盐碱化会引起 土壤质量变劣、有苗出苗率降低、农产品减产等一
重金属污染：
目前最受关注的5种重金属元素：汞、砷、镉、铅、铬
土壤重金属污染指的是土壤中的各种金属元素超标，超过
土壤能够承受的极限值，重金属超标对于土壤的自循环能
力有很大影响。 土壤重金属含量剧增，使得农产品的生产受到极大威胁，
农产品出现重金属残留，严重危害农产品质量和人们的身
体健康。因此，加强土壤重金属污染的防治已经刻不容缓， 我国被重金属污染的土壤面积较大，为了进一步提高土壤
化问题受到了宁夏自治区的高度关注，土壤盐碱化已成为影响宁夏农业生产的重要问 题之一，银川北部地区盐碱地已占总耕地面积的49%以上，急需改造治理。
Part3
退化原因
土壤重金属污染因素
影响土壤中重金属元素含量变化的主要因素有两个。 ▲第一，由于自然环境的影响，成土母质在风化过程中会自然积累一些重金属元素，
生态修复
调节土壤水分、养分、 PH值和土壤氧化还原状 况及气温、湿度等生态 因素，调控污染物所处
土壤变化与环境条件的关系
土壤变化与环境条件的关系在热动力学上，土壤是一个开放系统，它与外界有物质和能量交换过程。
按照热动力学原理，全部封闭体系都将向最小自由能(最大熵或者最小能量)方向移动。
土壤的演化形式是土壤中举行着多种多样的物理、化学和生物学过程，这些过程取决于土壤的结构和组成，并由外界环境因子比如温度、水分情况所驱动。
自然成土因素学说综合地表达了这样一个逻辑((Jenny 1941)： S＝f (cl，o，r，P，t，…) (9-1) 式中，S、cl、o、r、 p和t分离代表土壤、气候因子、生物因子、地形因子、母质因子和时光因子。
这样的一个概念模型清晰地解释环境因子的转变必定导致土壤的变幻。
土壤变幻是通过一系列的过程来实现的，这些过程包括土壤与环境之间的互相作用，也包括土壤内部的物质迁移与转化。
土壤发生学过程是土壤自然演化过程的重要表现。
与此相对应，土壤自身的变幻一方面是白然环境变幻的一个组成部分，同时也对其他环境因子产生反馈。
任何土壤演化过程的实质都是物质转化和能量传递过程。
土壤系统的能量包括由位置和压力所打算的物理势能，及土壤物质组成所打算的化学结合能。
土壤系统中发生的风化、搬运和迁移过程事实上就是一个能量降低过程。
在探讨能量转化过程时我们可以采纳热动力学概念和办法。
能量转化过程中必定涉及熵的变幻，熵则是表征系统混乱(或者组织)程度的一个物理量。
Prigogine(1961)指出在开放系统中，系统熵变(△S)可以由下列式子给出：△S＝△Se＋△Si (9-2) 式中，△Se表示土壤与环境之间反应的熵的变幻；△Si则是系统内部不行逆过程的熵变。
虽然△Si总是正的(不行逆过程)，△Se则可以为正或负，所以在开放体系中，依据△Se的大小，总熵变可能是增强或削减。
对土壤体系(土体尺度)而言，随着剖面发育，自然演化的总体方向是越发有序化，所以总体而言是嫡减过程，根据热力学其次定律，这意味着环境中的熵会增强，也即环境的混乱度的增强。
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我国草场荒漠化主要的驱动因素：
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
技术学派
表土学派
植物有效水库容的下降
土壤热反射能力增加 结壳和压实
可代 替
无法 替代
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
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。
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
土
半干旱地区土壤沙漠化：主要分布在内蒙古中西部和
地
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
沙
化发展，这一沙化类型区人为因素很大，土壤沙化有逆转
漠
可能。
化
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。
雅丹魔鬼城
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
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
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22.13 m，坡度为9%，无 植被覆盖的休耕地。
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
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。
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、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。
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。
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
2、人为活动引起的“退化”
土壤退化的主要类型
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
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。
沟间侵蚀
沟蚀
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。
中国沙漠分布图（漠
化
类
型
盐渍荒漠化
冻融荒漠化
环境影响
沙尘暴天气
流沙淹没房屋
二、荒漠化过程的特点 和影响因子
1、植被退化
特点
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
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。
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。
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”
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。
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。
河道淤积
鄱阳湖
洞庭湖 太湖
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。