土壤與土地-20141220

1、北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院查查同同剛剛2014.12.20土壤知識交流與討論土壤知識交流與討論 土壤學(xué)土壤學(xué)基本基本知識知識 土壤土壤與全球與全球碳循環(huán)碳循環(huán) 土壤污染土壤污染及其及其防治防治 土壤土壤與與生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境OutlinePart I1 1土壤學(xué)土壤學(xué)基本知識基本知識1）土壤與土地2）土壤的物質(zhì)組成3）土壤的物理性狀4）土壤的化學(xué)性狀1 1）土壤與土地）土壤與土地土壤土壤陸地陸地表面能夠生產(chǎn)綠色收獲物的疏松表面能夠生產(chǎn)綠色收獲物的疏松表層表層土壤的土壤的功能功能1 1）土壤與土地）土壤與土地土地土地請問：買請問：買房要考慮的因素有哪些？房要考慮的因素有哪些？

2、 土地是一個垂直系統(tǒng)，可分為地上層、地表層和地下層土地是一個垂直系統(tǒng)，可分為地上層、地表層和地下層。 L（土地） C（氣候）G（基礎(chǔ)地質(zhì)）R（地形） H（水文）S（土壤）V（植被） M（人類的經(jīng)濟(jì)活動） 1 1）土壤與土地）土壤與土地土地土地請問：買請問：買房要考慮的因素有哪些？房要考慮的因素有哪些？ 土地是一個垂直系統(tǒng)，可分為地上層、地表層和地下層土地是一個垂直系統(tǒng)，可分為地上層、地表層和地下層。 L（土地） C（氣候）G（基礎(chǔ)地質(zhì)）R（地形） H（水文）S（土壤）V（植被） M（人類的經(jīng)濟(jì)活動） 1 1）土壤與土地）土壤與土地土地土地請問：買請問：買房要考慮的因素有哪些？房要考慮的因素有哪

3、些？土壤的根本屬性是土壤肥力，土地的根本屬性是生產(chǎn)力 2）土壤物質(zhì)組成固相物質(zhì)液體氣體氣體（降水、地下水）2）土壤物質(zhì)組成2 2）土壤物質(zhì)組成）土壤物質(zhì)組成土壤礦物質(zhì)土壤礦物質(zhì)2 2）土壤物質(zhì)組成）土壤物質(zhì)組成有機質(zhì)有機質(zhì)2 2）土壤物質(zhì)組成）土壤物質(zhì)組成土壤水土壤水土壤水分形態(tài)土壤水分形態(tài)土壤水分有效性土壤水分有效性水分與土粒水分與土粒的能量關(guān)系的能量關(guān)系 105Pa10132 31.415.26.330.40.80.050.50.0010.08105烘烘干干重重吸吸濕濕系系數(shù)數(shù)凋凋萎萎系系數(shù)數(shù)最最大大分分子子持持水水量量毛毛管管聯(lián)聯(lián)系系破破裂裂含含水水量量田田間間持持水水量量毛毛管管持持水

4、水量量飽飽和和持持水水量量吸濕水吸濕水膜狀水膜狀水毛管懸著水毛管懸著水重力水重力水毛管上升水毛管上升水無效水無效水有效水有效水多余水多余水 土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實際上是指在土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實際上是指在105溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水。溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水。2 2）土壤物質(zhì)組成）土壤物質(zhì)組成土壤生物土壤生物土壤生物包括土壤動物、土壤微生物和林木根系。土壤生物包括土壤動物、土壤微生物和林木根系。 3 3）物理性質(zhì)）物理性質(zhì)土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地粒組：粒徑相近，礦物組成、理化性質(zhì)相似石塊石塊石礫石礫砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒土壤粒級劃分標(biāo)準(zhǔn)土壤粒級劃分標(biāo)準(zhǔn)3 3

5、）物理性質(zhì)）物理性質(zhì)土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地粒組：粒徑相近，礦物組成、理化性質(zhì)相似石塊石塊石礫石礫砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒土壤粒級劃分標(biāo)準(zhǔn)土壤粒級劃分標(biāo)準(zhǔn)3 3）物理性質(zhì)）物理性質(zhì)土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地3 3）物理性質(zhì)）物理性質(zhì)土壤結(jié)構(gòu)土壤結(jié)構(gòu) 土壤土壤中的固體中的固體顆粒相互顆粒相互粘合團(tuán)聚，形成大小、形狀粘合團(tuán)聚，形成大小、形狀和性質(zhì)不同的團(tuán)聚體，稱為土壤結(jié)構(gòu)體。和性質(zhì)不同的團(tuán)聚體，稱為土壤結(jié)構(gòu)體。 3 3）物理性質(zhì)）物理性質(zhì)土壤孔性土壤孔性 單位容積固體土粒（不包括粒間孔隙）的烘干質(zhì)量，單位用單位容積固體土粒（不包括粒間孔隙）的烘干質(zhì)量，單位用g/cmg/cm3 3或或t/mt/m3 3表示。表示。

6、： 自然狀態(tài)下（包括粒間的孔隙）單位容積土壤的烘干質(zhì)量，單位同自然狀態(tài)下（包括粒間的孔隙）單位容積土壤的烘干質(zhì)量，單位同上上 土壤孔隙度土壤孔隙度(%)=(1土壤密度土壤密度 土粒密度土粒密度)100孔隙類型非活性孔隙毛管孔隙空氣孔隙4）土壤化學(xué)性質(zhì)吸附性： 土壤膠體土壤膠體：粒徑小于粒徑小于2 2或或1 1微米的土壤微粒。是土壤微米的土壤微粒。是土壤中負(fù)電荷的主要攜帶者中負(fù)電荷的主要攜帶者?？晌揭恍┲亟饘傥廴疚??？晌揭恍┲亟饘傥廴疚?。酸堿性： 土壤中存在著土壤中存在著各種化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)，表現(xiàn)出不各種化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)，表現(xiàn)出不同的酸性或堿性。同的酸性或堿性。緩沖性： 土壤土壤是一個巨

7、大的緩沖體系，對營養(yǎng)元素、污染物是一個巨大的緩沖體系，對營養(yǎng)元素、污染物質(zhì)、氧化還原等同樣具有緩沖性，具有抗衡外界環(huán)境變質(zhì)、氧化還原等同樣具有緩沖性，具有抗衡外界環(huán)境變化的化的能力。能力。Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)緣緣 起起Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)緣緣 起起Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)效應(yīng)效應(yīng)溫室氣體能使短波輻射穿越但擋住長波的輻射，溫室氣體能使太陽短波輻射到達(dá)地面，但是由地表向外界放出的長波熱輻射線就被大氣中的溫室氣體擋住了去路而被大氣吸收，這樣就使地表與低層大氣溫度不斷增高。Part II2 2）土壤土壤與

8、全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)效應(yīng)效應(yīng)Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)效應(yīng)效應(yīng)Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)緣緣 起起Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫5.5 0.5Land UseA At tm mo os sp ph he er ri ic c P Po oo ol l 7 75 50 0 (stores 3.2 0.2 yr1)O Oc ce ea an n 4 40 0, ,0 00 00 0U Un ni it ts s: : S St to oc ck ks s - - G Gt t- -C C F Fl l

9、u ux xe es s - - G Gt t- -C C y yr r1 1NPP60601.6 1.0Rh9290L La an nd dp pl la an nt ts s 7 70 00 0S So oi il ls s 1 15 55 50 0T Th he e G Gl lo ob ba al l C Ca ar rb bo on n C Cy yc cl le eNet =2.0 0.8全球碳平衡估算中的不確定性全球碳平衡估算中的不確定性化石燃料化石燃料進(jìn)入大氣進(jìn)入大氣進(jìn)入陸地或海洋進(jìn)入陸地或海洋 5.50.3土地利用變化土地利用變化1.6 0.8海洋吸收海洋吸收 2.0 0.6

10、未知碳匯未知碳匯1.8 1.5（missing sink）3目前碳源、匯的目前碳源、匯的強度存在不確定性強度存在不確定性3預(yù)測未來氣候輻預(yù)測未來氣候輻射力的變化情況也射力的變化情況也存在不確定性存在不確定性Peta (1015 ) grams of carbon/year大氣吸收大氣吸收碳碳 3.3 0.2=+-大氣儲存生物攝取人類輸入Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫CO2 + H2O (CH2O)n + O2PhotosynthesisRespirationPart II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫Part II2 2）土壤土

11、壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫影響土壤有機碳穩(wěn)定性的因素影響土壤有機碳穩(wěn)定性的因素 1、外源有機物的化學(xué)組成外源有機物的化學(xué)組成 2、土壤的水分和熱量條件、土壤的水分和熱量條件 3、土壤質(zhì)地、土壤質(zhì)地 4、土壤、土壤pH值和值和CaCO3含量含量 5、主場效應(yīng)。、主場效應(yīng)。Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫Part II2 2）土壤土壤與全

12、球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫Part II2 2）土壤土壤與全球碳循環(huán)與全球碳循環(huán)土壤碳庫土壤碳庫研究者研究者時間時間剖面數(shù)剖面數(shù)碳儲量碳儲量Rubey19519 710 Bohn 1982 187 2200Bolin1979 1672 Schleisiner198419761465Post199226961395.5Lai R199956781550研究者研究者時間時間剖面數(shù)剖面數(shù)碳儲量碳儲量潘根興199911950.0方精云1996185.7王紹強20001512100.18倪健2001236119.76史學(xué)正2

13、008730089.14李克讓2003245682.65Part III土壤污染及其防治土壤污染及其防治1）土壤污染物的種類及其來源2）土壤污染危害3）土壤污染防治土壤污染 土壤環(huán)境容量又稱土壤負(fù)載容量，是一定土壤環(huán)境單元在一定時限內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，既維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu)與功能，保證農(nóng)產(chǎn)品的生物學(xué)產(chǎn)量與質(zhì)量，又不使環(huán)境系統(tǒng)污染超過土壤環(huán)境所能容納污染物的最大負(fù)荷量或最大數(shù)量。 1、隱蔽性或潛伏性； 2、不可逆性和長期性 3、間接危害性； 4、難治理性特點Part III土壤污染物及其種類1、有機物：化學(xué)農(nóng)藥、除草劑以及石油化工等工業(yè)排放物;2、重金屬污染物：汞、鎘、鉛、砷、鋅、銅等;3

14、、放射性物質(zhì)：銫、鍶、鈾;4、垃圾等廢棄物和過量的化學(xué)肥料;5、致命的微生物：污水中的病原微生物。土壤污染物指的是進(jìn)入土壤中并影響土壤正常作用的物質(zhì)，即會改變土壤的成分、降低農(nóng)作物的數(shù)量或者質(zhì)量，有害于人體健康的那些物質(zhì)。Part III土壤污染物來源土壤污染的危害危害直接經(jīng)濟(jì)損失 我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地近2000萬公頃，約占耕地的1/6,其中工業(yè)“三廢”污染耕地1000萬公頃，污水灌溉達(dá)330多萬公頃。每年因重金屬污染，全國糧食減產(chǎn)1000多萬t，被污染的多達(dá)1200萬t，合計經(jīng)濟(jì)損失至少220億元。Part III農(nóng)產(chǎn)品安全廢液澆灌出的蔬菜農(nóng)藥培育出的農(nóng)作物大米變成了“鎘米

15、”Part III危害人體健康大部分間接危害：土壤-植物人體土壤水人體 （1）引起中毒 （2）誘發(fā)癌癥 （3）致突變、致畸作用 （4）傳播疾病Part III 當(dāng)前，我國土壤污染出現(xiàn)了有毒化工和重金屬污染由工業(yè)向農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移、由城區(qū)向農(nóng)村轉(zhuǎn)移、由地表向地下轉(zhuǎn)移、由上游向下游轉(zhuǎn)移、由水土污染向食品鏈轉(zhuǎn)移的趨勢，逐步積累的污染正在演變成污染事故的頻繁爆發(fā)。 目前全國耕種土地面積的10%以上已受重金屬污染。農(nóng)藥化肥污染同樣嚴(yán)重。“目前，農(nóng)藥和化肥的實際利用率不到30%，其余70%以上都污染環(huán)境了?！蔽覈寥牢廴緦r(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)已造成極大的危害，土壤環(huán)境安全已成為我國可持續(xù)發(fā)展的制約因素。我國土壤污染現(xiàn)狀P

16、art III土壤組成對污染物毒性的影響土壤組成對污染物毒性的影響一般認(rèn)為，土壤中某污染物的水溶態(tài)或交換態(tài)有效濃度越大，其一般認(rèn)為，土壤中某污染物的水溶態(tài)或交換態(tài)有效濃度越大，其對生物的毒性較大，而專性吸附態(tài)、氧化物態(tài)或礦物固定態(tài)含量越高，對生物的毒性較大，而專性吸附態(tài)、氧化物態(tài)或礦物固定態(tài)含量越高，則其毒性越小。則其毒性越小。 粘粒礦物粘粒礦物 有機質(zhì)有機質(zhì) 土壤生物土壤生物吸附作用吸附作用靜電吸附和絡(luò)合靜電吸附和絡(luò)合( (螯合螯合) )作用作用土壤組成土壤組成降低、消除土壤污染物的主要機制降低、消除土壤污染物的主要機制（對有機污染物的）降解、轉(zhuǎn)化作用（對有機污染物的）降解、轉(zhuǎn)化作用Part

17、 III土壤修復(fù) 土壤修復(fù)（soil remediation）就是研究對被污染的土壤采取物理、化學(xué)與生物學(xué)技術(shù)措施，使存在于土壤中的污染物質(zhì)濃度減少或毒性降低或完全無害化，使得土壤能夠部分或者全部的恢復(fù)到原始狀態(tài)。Part III客土深翻、施用石灰及其它化學(xué)試劑等?？屯辽罘?、施用石灰及其它化學(xué)試劑等。重金屬污染的土壤，通過施加改變重金屬污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)重金屬污染的土壤，通過施加改變重金屬污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化方向，常用的有石灰、磷酸鹽、硅酸鹽等?；较颍Ｓ玫挠惺?、磷酸鹽、硅酸鹽等。施用石灰提高土壤施用石灰提高土壤pHpH，使，使CdCd，CuCu，HgHg形成氫氧化物沉淀。形成氫氧

18、化物沉淀。有機物（包括石油、農(nóng)藥、有機物（包括石油、農(nóng)藥、PAHsPAHs等）污染的土壤，采用化學(xué)治理方等）污染的土壤，采用化學(xué)治理方法如化學(xué)清洗法、光化學(xué)降解法和化學(xué)柵防治法等。法如化學(xué)清洗法、光化學(xué)降解法和化學(xué)柵防治法等。理化治理方法的費用高，化學(xué)法對環(huán)境造成二次污染的風(fēng)險性高。理化治理方法的費用高，化學(xué)法對環(huán)境造成二次污染的風(fēng)險性高。理化措施理化措施Part III農(nóng)藝措施農(nóng)藝措施l改變耕作制度（輪作、灌溉等），改變土壤環(huán)境，可消除某些污染改變耕作制度（輪作、灌溉等），改變土壤環(huán)境，可消除某些污染物或減小污染物的活性；物或減小污染物的活性；l合理施肥，降低土壤污染物活性；合理施肥，降低土

19、壤污染物活性；l嚴(yán)重污染的土壤，改種其他抗性、耐性、低積累型作物。嚴(yán)重污染的土壤，改種其他抗性、耐性、低積累型作物。農(nóng)藝措施的費用低，但治理效果有限農(nóng)藝措施的費用低，但治理效果有限。Part III利用生物轉(zhuǎn)化或降解的方法來去除或消除有毒有害污染物，是改利用生物轉(zhuǎn)化或降解的方法來去除或消除有毒有害污染物，是改善環(huán)境質(zhì)量最有效的方法。利用生物的善環(huán)境質(zhì)量最有效的方法。利用生物的吸收、富集、代謝吸收、富集、代謝等作用將污染等作用將污染物轉(zhuǎn)化或降解為無害物質(zhì)甚至有用物質(zhì)，從而去除或消除環(huán)境污染的一物轉(zhuǎn)化或降解為無害物質(zhì)甚至有用物質(zhì)，從而去除或消除環(huán)境污染的一種生物技術(shù)。也被稱為種生物技術(shù)。也被稱為生

20、物清除、生物恢復(fù)生物清除、生物恢復(fù)。生物修復(fù)生物修復(fù)包括微生物、植物修復(fù)及微生物包括微生物、植物修復(fù)及微生物-植物聯(lián)合修復(fù)。植物聯(lián)合修復(fù)。生物修復(fù)技術(shù)具有成本生物修復(fù)技術(shù)具有成本低低、無繼發(fā)污染、操作簡便，環(huán)境影響小無繼發(fā)污染、操作簡便，環(huán)境影響小, , 維持自然生態(tài)，并能夠提高土壤肥力維持自然生態(tài)，并能夠提高土壤肥力，利于可持續(xù)發(fā)展等，利于可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)越性。優(yōu)越性。Part III生物修復(fù) 廣義的生物修復(fù)可以分為微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動物修復(fù)和生態(tài)修復(fù)四大類。 植物修復(fù)東南景天Zn超富集植物 蕨類植物蜈蚣草葉片含砷量可達(dá)，富集砷的能力隨著生長發(fā)育不斷增強。Part IV土壤土壤與生態(tài)環(huán)境與

21、生態(tài)環(huán)境土壤土壤與霧霾Part IV土壤與霧霾霧霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng)?？諝庵械幕覊m灰塵、硫酸、硝酸等顆粒物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成視覺障礙的叫霾。細(xì)顆粒物（PM2.5），即空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的污染物顆粒。這種顆粒是重金屬、多環(huán)芳烴等有毒物質(zhì)的載體Part IV土壤與霧霾霧霾形成有三個要素：霧霾形成有三個要素： 一是生成顆粒性一是生成顆粒性揚塵揚塵的物理基源。的物理基源。我國有世界上最大的黃土高原地區(qū)，其土壤質(zhì)地最易生成顆粒性揚塵微粒。 二是運動差造成揚塵。二是運動差造成揚塵。例如，道路中間花圃和街道馬路牙子的泥土下雨或潑水后若有泥漿流到路上

22、，干涸后，被車輪一旋就會造成大量揚塵，即使這些顆粒性物質(zhì)落回地面，也會因汽車不斷駛過，被再次甩到城市上空。 三是揚塵基源和運動差過程集聚在一定空間范圍內(nèi)，顆粒最終與水分子結(jié)核三是揚塵基源和運動差過程集聚在一定空間范圍內(nèi)，顆粒最終與水分子結(jié)核集聚成霾集聚成霾。 目前來看，在我國黃土平高原地區(qū)350多座城市中，霧霾構(gòu)造三要素存量相當(dāng)豐裕。Part IV霧霾從哪兒來？到哪兒去？ 土壤塵、燃煤、生物質(zhì)燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業(yè)污染？ 土壤中？大氣中？海洋里？韓國、日本？銷聲匿跡？霧霾的來龍去脈？Part IV土壤與沙塵暴 一是地面上的沙塵物質(zhì)。它是形成沙塵暴的物質(zhì)基礎(chǔ)。 二是大風(fēng)。這是沙塵暴形成的動力基礎(chǔ)，也是沙塵暴能 夠長距離輸送的動力保證。 三是不穩(wěn)定的空氣狀態(tài)。這是重要的局地?zé)崃l件。沙 塵暴多發(fā)生于午后傍晚說明了局地?zé)崃l件 的重要性。成因Part IV+= 防治土壤退化的重要性：解決沙塵暴的根本問題不是單純解決風(fēng)源問題，而是解決塵源問題。 Part IV土壤侵蝕土壤侵蝕 土壤是把雙刃劍！水土流失？水土保持？Part IVPart V案例案例討論（自由開