1 《土壤地理学》电子教案 第9章土壤资源可持续利用对策 9.1 土壤资源及其特征 9.2 土壤质量评价原理 9.3 土壤资源可持续利用对策 思考题与个案分析 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 2 教学重点 1. 理解土壤资源的概念及其特征 2. 了解世界与中国土壤资源及其利用现状 3. 掌握土壤质量评价原理与方法 4. 掌握土壤退化机制及其防治对策 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 3 关键词 土壤资源(soil resources) 土壤管理(soil management) 土壤利用(soil utilization) 土壤退化(soil degradation) 土壤质量(soil quality)/土壤健康(health of soil) 土壤质量评价(soil quality assessment) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 4 知识结构 9.1 土壤资源及其 特征 9.3 土壤资源可持 续利用对策 9.2 土壤质量评价 原理与方法 认识土壤资源 了解土壤退化机制，初 步掌握防治土壤退化的 对策 熟悉土壤质量的概念， 掌握土壤质量评价的基 本方法 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 5 近50年来随着世界人口增长、资源枯 竭、环境恶化的加剧，土壤资源持续利用 研究日益受到重视。1985年FAO、UNEP和 国际土壤学会拟定了“世界土壤宪章”，其核 心是研讨未来世界土壤资源与粮食安全、 土壤圈与全球变化的相关性。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 6 土壤资源(soil resource)是指具有农业、 林业、牧业生产力的各种土壤类型的总 称，是人类生存与发展过程中最基本、最 广泛、最重要的自然资源之一。土壤资源 具有质(土壤肥力)和量(面积)两方面内容。 9.1 土壤资源及其特征 9.1.1 土壤资源的概念 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 7 土壤资源的功能表现在： ?土壤是生产食物、木材和纤维的基地； ?土壤支持和调节地表生物过程与养分循环； ?土壤调节陆地表面水分分配与过滤水质； ?土壤作为地球的“皮肤”是生物的重要栖息地； ?土壤也是人类生产建设的主要基质。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 8 在世界土壤资源中土壤肥力水平低、限 制性因素多的土壤比重大；而土壤肥力水平 高、适宜性强的土壤所占比重较小。土壤资 源生产潜力仍然很大，如图9-1所示。世界 土壤资源及其人均占有量差异巨大。世界人 均占有耕地0.25ha，大洋州最多为1.75 ha， 亚洲最少为0.15 ha，如表9-1所示。 9.1.2 世界土壤资源及其利用现状 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 9 图9-1 世界土壤资源开发利用状况示意图 (据Miller G T, 1996资料) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 10 表9-1 世界各大洲土壤资源利用状况表 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 11 从土壤形成的自然环境和社会历史条 件，以及土壤诊断特性等方面来看，中国土 壤资源具有以下特点：①中国土壤类型众 多、土壤资源丰富；②中国山地土壤资源所 占比重大；③中国耕地面积少、宜农后备土 壤资源不多；④中国土壤资源空间分布差异 明显。 9.1.3 中国土壤资源及其利用现状 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 12 9.2 土壤质量评价 9.2.1 土壤质量 土壤质量(soil quality)或称土壤健康 (health of soil)是指土壤具有维持生态系统生 产力和动植物健康而不发生土壤退化和其他 生态环境问题的能力。土壤健康一般为农学 家、生产者及大众媒体所采用，它强调土壤 的生产性能，即健康的土壤能持续生产出品 质优良、数量丰富的农产品。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 13 美国土壤学会指出健康土壤具有以下功 能：①维持生物活性、多样性和生产力的性 能；②具有分配和调节地表水分、溶质流动 与循环的能力；③具有过滤、缓冲、固定、 分解有机-无机物的能力；④具有存储和循 环利用生物养分和其他成分的能力；⑤具有 支持社会系统、保护人类居住环境及有关历 史文化遗迹的性能。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 14 土壤质量是土壤物理性状、化学组成和 性质、生物群落组成及其结构，以及形成这 些性状的物质能量迁移转化过程的综合体。 在土壤质量评估过程中，需选取能代表土壤 质量并能定量化的属性，然后将这些属性组 成一简明数据集(Minimum Dataset=MDS)， 如图9-2、9-3和表9-2所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 15 图9-2 土壤质量指标体系与土壤功能的关系图式 (据Doran，1994年资料改编) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 16图9-3 美国乔治亚州土壤质量评价卡示意图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 17 表9-2 土壤质量评价分析性指标及其土壤功能的联系 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 18 土壤是一个复杂的动态系统，在土壤 野外调查与采样分析过程中，必须按照土 壤质量分析方案，采用标准化的调查观 测、采样规程，并作必要的质量认证 (quality assurance) 和质量控制(quality control)。美国农业部(USAD)已建立了统一 的土壤质量调查、采样、样品预处理与分 析方法，如图9-4所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 19 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 20 9.2.2 土壤质量评价 联合国粮农组织(FAO)于1976年运用 Liebig的最小限制因子定律，建立了完整的 土地评价体系，其基本原理和方法同样可 应用于土壤质量的定性评价。美国农业部 的专家Romig等(1995)总结了农民评判土壤 质量的主要指标体系。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 21 美国国家土壤保持局(SCS)建议在选取 土壤质量评价指标时，一是应该重视在当 前经济技术条件下易于测量的土壤属性参 数，并建立相应的标准，以评价土壤质量 的变化；二是考虑土地经营管理措施对土 壤质量的影响，并用现有知识和数据以寻 求适宜的评价参数和方法。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 22 土壤质量指数法(SQI=Soil quality index) 其土壤质量指数方程式为： SQI＝f (SP, P, E, H, ER, BD, FQ, MI) 式中：SQI为土壤质量指数；SP为土壤性状 参数；P为作物潜在生产力；E为环境因子； H为动物和人群健康状况；ER为土壤可蚀 性；BD为生物多样性；FQ为食品质量与安 全状况；MI为管理投入。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 23 多变量指标克立格法(MVIK) 美国农业部(USAD)组织相关专家建立 了土壤质量与健康评价的多变量指标克立 格法(MVIK=multiple variable indicator kringing), 它将土壤管理措施、经济和环境 限制因子引入分析过程，其评价范围可以 从农场到地区水平。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 24 土地整理是针对特定行政区域，按土地 利用总体规划所确定的目标和用途，采取 行政、经济、法律或工程措施对土地利用 现状进行调整改进、综合整治，以提高土 地利用率和产出率，改善农村生产生活条 件和生态环境过程的总和，如图9-5所示。 9.3 土壤资源可持续利用对策 9.3.1 土地开发整理简介 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 25 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 26 土壤退化(soil degradation)则是指因自然 环境不利因素和人为利用不当引起的土壤肥 力下降、植物生长条件恶化和土壤生产力减 退的过程。以土壤退化为核心的土地退化， 已成为困扰人类社会持续发展的主要障碍， 如图9-6和表9-3所示。中国也是土壤退化十 分严重的国家，如图9-7所示。 9.2.2 土壤退化的概念 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 27 图9-6 世界土壤退化现状图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 28图9-7 中国土壤退化现状图 (据焦居仁，2003) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 29 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 30 与土壤形成发育过程相类似，土壤退化 过程也是在自然因素和人为因素共同作用下 的一个复杂过程，其中形成因素的异常或人 类不合理的土壤利用方式则是土壤退化的根 本原因，如图9-8和图9-9所示。一般将土壤 退化过程划分为土壤侵蚀、土壤风蚀沙化、 土壤盐碱化、土壤污染等。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 31 图9-8 影响土壤退化的主要因子关系图式 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 32 图9-9 土壤剖面退化与发育的一般图式 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 33 土壤侵蚀是在各种外营力的作用下， 土壤物质被剥离、迁移、沉积的过程，如 图9-10和9-10所示。自然状态下的土壤侵 蚀速度缓慢，常与自然成土过程处于动态 平衡状态；人类活动对自然生态环境的破 坏，常导致土壤侵蚀过程急剧发展，称为 加速侵蚀，其侵蚀速率巨大，这就是一般 所讲的土壤侵蚀。 9.2.3 土壤侵蚀 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 34 图 9-10 土壤水力侵蚀过程图式 a：雨滴打击表土；b: 雨滴溅蚀；c：坡面土壤水蚀过程 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 35 图 9-11 土壤侵蚀景观 (据焦居仁，2003) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 36 美国农业部(1965)开发了的反映土壤侵 蚀量与各影响因子相互关系的通用土壤流失 方程(USLE)，如下： A = f (R,K,L,S,C,P) 式中：A是年均土壤流失量；R是降雨因子； K是土壤因子；L是坡长因子；S是坡度因 子；C是作物因子和P是耕作管理因子。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 37 9.2.4 土壤风蚀沙化 土壤风蚀沙化是指当风速超过4~5 m/s， 地表疏松干燥的细小土壤颗粒被风吹而扬 起，离开原地土壤表层的现象。它主要发生 在干旱半干旱区。土壤风蚀沙化作为一种土 壤退化现象，它不仅破坏土壤资源、减低土 壤生产力，同时还污染生态环境、影响区域 社会经济的发展和人民生活的改善。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 38 根据土壤颗粒运动特点，可以将土壤风 蚀沙化过程分解为吹蚀过程、搬运过程和堆 积过程。沙粒开始起动的临界风速(Vp)与沙 粒直径(D)、气温、土壤性状等因子有关。据 R.A.拜格诺的研究，粒径大于0.1mm的土 粒，其起动临界风速(Vp)与土粒直径(D)有密 切关系，如图9-12～9-16所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 39 图9-12 临界启动风速与沙尘颗粒直径关系图 (据Kennrth, 1991年资料改编) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 40 图9-13 土壤风蚀颗粒搬运模式图 (据Kennrth, 1991年资料改编) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 41 图9-14 土壤风蚀沙化过程的一般图式 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 42 a~e代表不同土壤风蚀沙化阶段 图9-15 土壤风蚀沙化阶段示意图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 43 图9-16 土壤风蚀沙化景观 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 44 土壤风蚀预报是制定土壤风蚀防治措施 的理论基础，也是土壤风蚀科学研究水平的 重要标志。近50年来国际土壤学界在深入调 查、观察、实验模拟的基础上，建立了一系 列土壤风蚀预报模型，包括土壤风蚀方程 (WEQ)、修正土壤风蚀方程(RWEQ)、土壤 风蚀预报系统(WEPS)。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 45 土壤盐碱化是指土壤中可溶性盐分随水 向表土层(0~20 cm)运移而累积至含量超过 0.1% (或富含石膏土壤为0.2％)的过程。按 对植物生长发育危害和表土层盐分含量， 可将土壤盐碱化分为强度、中度、轻度。 9.2.5 土壤盐碱化及其防治对策 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 46 9.2.6 土壤污染 土壤是人类最基本的生产资料和劳动的 对象；土壤又是人类生产和生活的场所。这 样人类活动可使来自外界的大量物质快速、 集中地投入到土壤圈的局部，在土壤中累 积，从而造成了土壤污染。土壤污染物归并 为无机污染物和有机污染物两大类。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 47 土壤作为一个开放系统，是地表各环 境要素相互作用的枢纽，因而造成土壤污 染的物质来源极为广泛。根据土壤污染物 的来源可以将土壤污染划分为：水体污染 型、大气污染型、农业污染型、固体废物 污染型、生物污染型。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 48 9.2.7 土壤污染防治与修复技术 利用生物技术修复被污染的土壤是当今国 际学术界研究的热点。它包括：植物根系从 土壤溶液中萃取污染元素(Phytoextraction)； 植物在生理代谢过程催化土壤污染元素的挥 发(Phytovolatilization)；植物生理代谢对土壤 污染元素的固化(Phytostabilization)。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 49 思考题与个案分析 1. 什么是土壤资源，土壤资源具有哪些特点？ 2. 通过查阅相关资料，从人口密度、产业结构两方 面比较分析世界土壤资源与中国土壤资源的特 征？ 3. 讨论土壤退化的性质和范围。 4. 通过查阅资料，试分析中国农用地分等定级与土 壤质量评价的相互关系。 5. 请调查与观察分析试简述农民是怎样评价土壤质 量的？土壤侵蚀对土壤质量有何种影响？ 6. 请列举四个能引起土壤退化的主要人为过程。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 50 7. 据有关资料：【中国政府实施的“三北”防护林体系建设 工程累计造林已经超过2 300多万hm2，2 000多万hm2农 田实现林网化，500万hm2的“不毛之地”变成了绿色林 地，30％的水土流失面积得到初步治理，森林覆被率 已由20世纪70年代末的5.05％提高到近10％】。试讨论 分析“三北”防护林体系在防治土壤退化中的作用。 8. 据有关资料：【中国青藏高原以东、长江干流以南已经 成为世界第三大酸雨区，61.8％的南方城市出现酸雨 (硫酸型酸雨)，酸雨面积占国土面积的30％，区域性酸 雨污染严重】。试结合专业学习与相关资料，分析SO2 和酸沉降对区域土壤－植物－水系统的影响。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com