第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量課件

第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量第一節(jié)土壤的自然演變與退化第二節(jié)土壤侵蝕與環(huán)境質(zhì)量第三節(jié)荒漠化過程中的土壤和環(huán)境質(zhì)量變化第四節(jié)土壤酸化與環(huán)境質(zhì)量第五節(jié)土壤鹽漬化第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量第一節(jié)土壤的自然演變與退第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量課件第一節(jié)土壤的自然

演變與退化第一節(jié)土壤的自然

演變與退化一、土壤變化與環(huán)境條件的關(guān)系熱力學(xué)第二定律①熱量總是從高溫物體(系統(tǒng))傳到低溫物體，但不能不帶有其他的變化，把熱量從低溫物體傳到高溫物體。

②功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但任何熱機不能全部地、連續(xù)不斷地把所獲得的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。一、土壤變化與環(huán)境條件的關(guān)系熱力學(xué)第二定律①熱量總是從高溫物

Prigogine（1961）指出，在開放系統(tǒng)中，系統(tǒng)熵變可以由下列式子給出：ΔS=ΔSe+ΔSi

ΔSe表示土壤與環(huán)境之間反應(yīng)的熵的變化，ΔSi則是系統(tǒng)內(nèi)部不可逆過程的熵變。

礦物風(fēng)化過程涉及化學(xué)鍵的破壞，導(dǎo)致結(jié)合能的釋放并增加土壤組成的無序性熵增加熵減少

次生礦物的形成、土壤結(jié)構(gòu)的形成、有機質(zhì)的富集等朝組織程度提高和有序化方向發(fā)展Prigogine（1961）指出，在開放系

總而言之，如果受外界環(huán)境的影響，土壤的物理混合和原生礦物分解占主導(dǎo)地位，土壤的發(fā)育過程將是熵增的；

如果黏粒遷移-淀積、有機質(zhì)積累、次生礦物形成和淋溶過程占主導(dǎo)地位，土壤的發(fā)育就朝更加有序化方向發(fā)展，是熵減的。總而言之，如果受外界環(huán)境的影響，土壤的物理混合二、人為導(dǎo)致的土壤退化農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)過濾、緩沖和轉(zhuǎn)化能力生物基因庫和繁殖場所原材料來源容納基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)成景觀并保存自然和文化遺產(chǎn)

我們認為土壤生產(chǎn)力或功能的喪失，或者生產(chǎn)經(jīng)濟產(chǎn)品和環(huán)境調(diào)節(jié)的內(nèi)涵功能的下降都視作為土壤發(fā)生了退化。二、人為導(dǎo)致的土壤退化農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)過濾、緩沖和轉(zhuǎn)化能土壤退化的兩種主要類型：1、自然土壤形成過程導(dǎo)致的“退化”2、人為活動引起的“退化”土壤退化的兩種主要類型：1、自然土壤形成過程導(dǎo)致的“退化”2土壤退化的主要類型土壤退化的主要類型土壤退化具有原位和異位影響土壤退化具有原位和異位影響第二節(jié)土壤侵蝕與環(huán)境質(zhì)量第二節(jié)土壤侵蝕與環(huán)境質(zhì)量風(fēng)蝕水蝕風(fēng)蝕水蝕一、土壤水蝕及其影響因子

水蝕是指土壤被水移動。開始于雨滴的沖擊，飛濺及徑流水。

溝蝕溝間侵蝕一、土壤水蝕及其影響因子水蝕是指土壤被水移動。土壤侵蝕的影響因子：1、氣候因素

氣候因素是決定土壤侵蝕量的最重要影響因子，其中降雨是土壤侵蝕的驅(qū)動力量，它的大小和強度直接決定土壤侵蝕的強度。2、地表覆蓋地表覆蓋可以顯著地影響侵蝕狀況，主要是保護雨滴的直接沖擊。另外植物對土壤水分的利用可以降低土壤含水量，從而降低溝間侵蝕作用。3、地形因素

土壤沖蝕程度，一般因坡度和坡長的增加而增大。坡度愈大，徑流流速增加，徑流量也隨著增大；坡面愈長，徑流量和深度也增加，沖蝕力也隨增，小溝沖蝕也隨之增加。4、人為管理措施主要體現(xiàn)在兩個方面：一是土壤的翻耕措施；另一個是耕作方式。土壤侵蝕的影響因子：土壤翻耕梯田土壤翻耕梯田二、土壤水蝕的估計和預(yù)測

目前，應(yīng)用最為廣泛的是Wischmeier等（1978）提出的通用土壤流失方程（USLE）。A=RKLSCP

標(biāo)準(zhǔn)侵蝕小區(qū)是長度為22.13m，坡度為9%，無植被覆蓋的休耕地。二、土壤水蝕的估計和預(yù)測目前，應(yīng)用最為廣泛的R因子

降雨因子：估計降雨侵蝕指數(shù)的最佳方法是每年中降雨事件的最大30分鐘雨強(EI30)，然后計算前22年的平均值。K因子

土壤可蝕性因子：是表征土壤自身抵御侵蝕能力的一個因子，它與土壤結(jié)構(gòu)的種類、強度、土壤孔隙狀況等密切相關(guān)。R因子降雨因子：估計降雨侵蝕指數(shù)的最佳方法是LS因子

坡長-坡度復(fù)合因子：目前有多個關(guān)于該因子的估計方法，差別不大，只有在坡度極緩（＜1%）或者極陡（＞20%）時才有顯著的不同。C因子

地表覆蓋因子：與土地利用狀況密切相關(guān)，不同的植被類型和覆蓋程度的C值有很大的差別。P因子

人為管理措施：根據(jù)不同的侵蝕控制措施取值，在沒有耕地的休閑坡地P值為1，在條帶耕作、等高耕作、梯田等情況下，P值不同程度的降低。LS因子坡長-坡度復(fù)合因子：目前有多個關(guān)于該三、土壤水蝕對環(huán)境質(zhì)量的影響降低土壤肥力，甚至喪失土壤資源泥沙淤積河床，加劇洪澇災(zāi)害影響航運，破壞交通安全輸出養(yǎng)分，造成水體污染加速有機物質(zhì)氧化，影響全球變化三、土壤水蝕對環(huán)境質(zhì)量的影響降低土壤肥力，甚至喪失土壤資源泥原位影響在原位影響中，侵蝕對土壤生產(chǎn)力的影響是最重要的方面。耕作層的喪失土壤肥力的下降土壤有機質(zhì)的下降植物有效水庫容的下降土壤熱反射能力增加結(jié)殼和壓實技術(shù)學(xué)派表土學(xué)派爭論Vs可代替無法替代原位影響在原位影響中，侵蝕對土壤生產(chǎn)力的影響是最重要的方面。異位影響雨后徑流高峰增大，可能加劇洪水災(zāi)害泥沙沉積導(dǎo)致渠道和水庫淤積，削弱通量或庫容由于溶解和顆粒結(jié)合態(tài)養(yǎng)分的輸入，產(chǎn)生富營養(yǎng)化的危險性增加河道淤積異位影響雨后徑流高峰增大，可能加劇洪水災(zāi)害泥沙沉積導(dǎo)致渠道和鄱陽湖洞庭湖太湖鄱陽湖洞庭湖太湖第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量課件四、土壤風(fēng)蝕及風(fēng)蝕地貌

風(fēng)蝕是由風(fēng)的動力推移土壤，發(fā)生浮游、跳躍和地面翻滾。風(fēng)蝕的過程可分三個簡單步驟：1、移動開始；2、搬運；3、沉降。

影響風(fēng)蝕的因子有：風(fēng)速、風(fēng)向、持續(xù)時間及土壤因子，人為不當(dāng)?shù)母鳎茐耐寥澜Y(jié)構(gòu)也是原因之一。

風(fēng)蝕所引起的損害有：1、表土損失，生產(chǎn)力減少；2、沖蝕物沉降造成的堆積或掩埋；3、土壤水分變化，限制作物生長；4、加深鹽害。四、土壤風(fēng)蝕及風(fēng)蝕地貌風(fēng)蝕是由風(fēng)的動力推移土雅丹魔鬼城雅丹魔鬼城第三節(jié)荒漠化過程中的土壤和環(huán)境質(zhì)量變化第三節(jié)荒漠化過程中的土壤和環(huán)境質(zhì)量變化一、荒漠化及其影響概念

“荒漠化”指干旱、半干旱、干旱的半濕潤地區(qū)在自然和人為活動影響下造成的土地退化。

河水?dāng)嗔?，胡楊枯死，土地輕度沙漠化一、荒漠化及其影響概念“荒漠化”指干旱、半土地沙漠化

干旱荒漠地區(qū)的土壤沙漠化：分布在內(nèi)蒙古的狼山一寧夏的賀蘭山一甘肅的烏鞘嶺以西的廣大干旱荒漠地區(qū)，沙漠化發(fā)展快，面積大。該地區(qū)由于氣候極端干旱，土壤沙化后很難恢復(fù)

半干旱地區(qū)土壤沙漠化：主要分布在內(nèi)蒙古中西部和東部、河北北部、陜北及寧夏東南部。該地區(qū)屬農(nóng)牧交錯的生態(tài)脆弱帶，由于過度放牧、農(nóng)墾，沙化成大面積區(qū)域化發(fā)展，這一沙化類型區(qū)人為因素很大，土壤沙化有逆轉(zhuǎn)可能。

半濕潤地區(qū)土壤沙漠化：主要分布在黑龍江、嫩江下游，其次是松花江下游、東遼河中游以北地區(qū)。呈狹帶狀斷續(xù)分布在河流沿岸。沙化面積較小，發(fā)展程度較輕，并與土壤鹽漬化交錯分布，屬林一牧一農(nóng)交錯的地區(qū)，降水量在500mm左右。對這一類型的土壤沙化，控制和修復(fù)是完全可能的。土地沙漠化干旱荒漠地區(qū)的土壤沙漠化：分布在中國沙漠分布圖（2006）中國沙漠分布圖（2006）荒漠化類型風(fēng)蝕荒漠化水蝕荒漠化鹽漬荒漠化凍融荒漠化荒漠化類型風(fēng)蝕荒漠化水蝕荒漠化鹽漬荒漠化凍融荒漠化環(huán)境影響流沙淹沒房屋沙塵暴天氣流沙流沙漫天飛，誰為你憔悴？環(huán)境影響流沙淹沒房屋沙塵暴天氣流沙流沙漫天飛，第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量課件二、荒漠化過程的特點和影響因子特點1、植被退化2、土壤退化3、植被與土壤退化相互作用，加速草場荒漠化進程二、荒漠化過程的特點特點1、植被退化2、土壤退化3、植被與土影響因子

主要原因在于水分嚴重短缺導(dǎo)致植被生長困難、有機質(zhì)不足而且分解較快、土壤結(jié)構(gòu)破壞等互相關(guān)聯(lián)的自然背景和過程。我國草場荒漠化主要的驅(qū)動因素：1）、土地濫墾與不適宜的種植業(yè)發(fā)展2）、過度放牧與不當(dāng)?shù)牟輬龉芾?）、森林濫伐與地表植被的破壞影響因子主要原因在于水分嚴重短缺導(dǎo)致植被生長三、荒漠化評價的土壤和環(huán)境指標(biāo)三、荒漠化評價的土壤和環(huán)境指標(biāo)第四節(jié)土壤酸化與環(huán)境質(zhì)量第四節(jié)土壤酸化與環(huán)境質(zhì)量土壤酸化土壤酸化是指在自然或人為條件下土壤pH下降的過程。自然酸化過程人為酸化過程

質(zhì)子來源主要是大氣的無機酸和生物體對陽離子的吸收，以及部分來源與有機酸的離解、氨氣的揮發(fā)、銨的消化作用等。

大氣污染導(dǎo)致的干、濕酸沉降進入土壤，無機酸替代CO2成為土壤酸化的主要因子。土壤酸化土壤酸化是指在自然或人為條件下土壤pH下降的過程。自第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量課件一、土壤酸化過程的形成和實質(zhì)鹽基的淋溶

鹽基（K、Na、Ca和Mg）的淋失是土壤形成過程中的一個較為普遍的過程，在降水量超過蒸發(fā)量的情形下，土壤中鋁硅酸鹽礦物風(fēng)化過程釋放出的鹽基粒子將隨溶液從土體中流失。一、土壤酸化過程的形成和實質(zhì)鹽基的淋溶鹽基（土壤pH與交換性陽離子的關(guān)系土壤pH與交換性陽離子的關(guān)系灰化土

枯萎凋落的枝葉被真菌分解而成的土壤，灰白色，在我國主要分布于東北、西北的部分林區(qū)。這種土壤酸性強，含腐殖質(zhì)少，缺乏養(yǎng)分?；一量菸蚵涞闹θ~被真菌分解而成的土壤，灰Al的活化1、礦物的溶解-沉淀理論三水鋁石Al(OH)3+3H+Al3++3H2O

log(Al3+)=logKsp-3pH2、有機質(zhì)吸附理論

土壤有機質(zhì)包含大量對Al具有很強吸附能力的羧基、羥基和酚羥基，通過與H+的交換可以釋放交換態(tài)Al。3、溶解有機碳的配位-溶解理論

有機質(zhì)的配位-溶解過程也是促進土壤Al活化的可能原因。Al的活化1、礦物的溶解-沉淀理論三水鋁石二、土壤酸化的主要成因（一）自然土壤發(fā)生過程自然酸化過程氧化還原導(dǎo)致的酸化過程富鐵鋁化過程灰化過程酸性硫酸鹽土的形成鐵解過程二、土壤酸化的主要成因（一）自然土壤發(fā)生過程自然酸化過程氧化第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量課件（二）生物地球化學(xué)平衡的失調(diào)根系吸收NH4+，分泌出H+缺磷脅迫時，分泌有機酸

作物選擇性吸收交換性鹽基陽離子時，也會導(dǎo)致酸化作用的產(chǎn)生。（二）生物地球化學(xué)平衡的失調(diào)根系吸收NH4+，分泌出H+缺磷第八章土壤退化過程與環(huán)境質(zhì)量課件（三）施肥和土壤管理（三）施肥和土壤管理三、土壤酸化的環(huán)境效應(yīng)1、作物效應(yīng)

農(nóng)作物鋁中毒現(xiàn)象表現(xiàn)為：珊瑚狀根系、主根變粗變短、側(cè)根短少、根毛稀疏并多節(jié)餾。

鋁的毒害機制：鋁作用于根尖分生組織細胞，改變細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與功能、抑制膜結(jié)合酶的活性，從而引起礦質(zhì)養(yǎng)分和水分吸收效率降低，細胞分裂和伸長收到限制。三、土壤酸化的環(huán)境效應(yīng)1、作物效應(yīng)農(nóng)作物鋁中

酸化影響作物產(chǎn)量主要在于它對土壤性質(zhì)的幾個方面的負面影響：

一、降低土壤保持養(yǎng)分離子的能力，導(dǎo)致Al的毒性增加；

二、減弱固氮作用，影響豆科作物生長。酸化影響作物產(chǎn)量主要在于它對土壤性質(zhì)的幾個方2、水質(zhì)效應(yīng)對水體中鹽基養(yǎng)分的影響Al的活化H+進入土壤中后會置換土壤膠體所吸附的交換性陽離子，無疑會加速鹽基離子的淋失。被置換的鹽基離子一般隨滲漏、側(cè)滲和徑流進入地下水或地表水中。

土壤中Al的釋放是緩沖酸沉降的重要過程。通過Al的釋放消耗了沉降的H+，同時增加了土壤水和地表水中Al的濃度，對生物產(chǎn)生了毒害。2、水質(zhì)效應(yīng)對水體中鹽基養(yǎng)分的影響Al的活化第五節(jié)土壤鹽漬化第五節(jié)土壤鹽漬化

土壤鹽漬化包括鹽化和堿化。土壤鹽化：是指可溶鹽類在土壤中的累積，特別是在土壤表層累積的過程；土壤堿化：是指土壤膠體被鈉離子飽和的過程，也常稱為鈉質(zhì)化過程。土壤鹽漬化包括鹽化和堿化。一、土壤鹽漬化過程及其影響因子一、土壤鹽漬化過程及其影響因子鹽分的來源

可溶性鹽分，特別是鈉鹽，在土壤剖面、巖石、水體中的積累，是鹽漬土形成的根本原因。鹽漬土的形成有兩個重要的前提：可溶性鹽的來源鹽分的積累周期性或永久地超過鹽分淋溶過程（1）礦物的風(fēng)化

土壤中的鹽分是由巖石風(fēng)化而來的。土壤中原生礦物的風(fēng)化是土壤鹽分的重要來源之一。鹽分的來源可溶性鹽分，特別是鈉鹽，在土壤剖面（2）降雨

現(xiàn)代存在于海洋中的鹽分主要來源于地殼的礦物風(fēng)化，然而海洋又是干旱和半干旱地區(qū)鹽分的主要來源之一。（3）含鹽構(gòu)造

含鹽地層的存在是某些背景下土壤鹽分的主要來源。（4）灌溉水

灌溉水無論來自地表還是地下，都有一定的礦化度，或多或少的含有可溶鹽。（5）地下水

地下水作為鹽分的主要載體，是現(xiàn)代積鹽的主導(dǎo)因素。（6）人為活動

人類活動通過多種方式將鹽分輸入到土壤中。灌溉是最為劇烈的形式之一，施肥也是重要的鹽分輸入過程。（2）降雨現(xiàn)代存在于海洋中的鹽分主要來源于地土壤鹽分遷移1、鹽分隨自由水的運動

土壤中自由水的運動包括重力下滲運動和地下水蒸發(fā)過程中支持毛管水的運動。毛管水的上升高度：H=2Tcosα/r

其中：H為毛管水上升的高度；T為液體的粘滯力；α為液體與管壁彎曲面的接觸角；r為毛細管的直徑。

影響鹽分的毛管上升運移的因素有：土壤的孔隙狀況土壤溶液的濃度離子組成土壤鹽分遷移1、鹽分隨自由水的運動土壤中自由2、溶質(zhì)的擴散遷移

離子的擴散遷移是鹽分在土壤中移動的一種重要方式，它決定于土壤溶液中的離子濃度梯度。3、鹽分的對流遷移

對流遷移是指溶解的鹽類為運動的水?dāng)y帶所發(fā)生的遷移現(xiàn)象。影響對流遷移的主要因素是液流流速和土壤空隙大小、形狀及其均勻度。宏觀對流遷移平均流速的分散機械分散2、溶質(zhì)的擴散遷移離子的擴散遷移是鹽分在土壤土壤鹽分平衡

鹽分在土壤中的積累或損失決定于鹽分的輸入和輸出過程平衡：輸入大于輸出時，鹽分積累，到達一定程度時產(chǎn)生鹽漬土；輸出大于輸入時，鹽分降低，極端情形下鹽基離子淋溶甚至產(chǎn)生酸化。土壤鹽分平衡因子S=(W+P+R+G+Y+F)-(lp+r+g+li+u)土壤鹽分平衡鹽分在土壤中的積累或損失決定于鹽二、鹽漬化土壤的管理鹽土和堿土的診斷

鹽成土是在各種自然環(huán)境因素（包括氣候、地形、水文和水文地質(zhì)等）和人為活動因素的綜合作用下，鹽類直接參與土壤形成過程，并以鹽漬化（或鹽堿化）過程為主導(dǎo)作用而形成的。普通干旱正常鹽成土普通龜裂堿積鹽成土二、鹽漬化土壤的管理鹽土和堿土的診斷鹽成土是1、鹽土

鹽積層是鑒別鹽土的主要診斷層。目前，常用于鑒別鹽積層的厚度為15～30cm，含鹽量為10～20g/kg。普通干旱正常鹽成土地面特征結(jié)殼潮濕政策鹽成土景觀海積潮濕政策鹽成土景觀1、鹽土鹽積層是鑒別鹽土的主要診斷層。目前，

鹽積層（Salichorizon）：為在冷水中溶解度大于石膏的易溶性鹽類富集的土層。具有以下條件：（1）厚度至少為15cm;

（2）含鹽量

1）、在干旱土或干旱地區(qū)，≥20g/kg；或1：1水土比提取液的電導(dǎo)率（EC）≥30ds/m；

2）、其他地區(qū)鹽土中，≥10g/kg；或1：1水土比提取液的電導(dǎo)率（EC）≥15ds/m；

3）、含鹽量（g/kg