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1、第八章 土壤退化生态系统及其重建,引言第一节 全球土壤退化状况及其研究进展第二节 土壤退化类型、成因、过程及其机制第三节 土壤退化的综合评价 第四节 土壤退化的恢复与重建,引言,土壤是区域生态系统不可缺少的组成要素，它是动植物生长与生存的载体和物质基础。土壤的丧失势必导致整个生态系统的瓦解与崩溃，“皮之不存，毛将焉附”。因此，加强对退化土壤的诊断特征、退化主导机制以及退化强度、过程、阶段和类型、退化土壤的恢复与重建等研究具有重要现实意义。,第一节 全球土壤退化状况及其研究进展,一、全球土壤退化状况：1、人类社会发展与进步的历史在一定程度上也是一部土地退化的历史。许多文明古国或古文明的消亡与衰退
2、无不证明了这一点。古罗马帝国因风蚀沙化毁掉了北非的粮仓；西亚巴比仑王国的毁灭也是因水土流失、恶化生态环境而致；在我国，鄂尔多斯高原大夏国的毁灭，汉代奢延、高望，唐代大石砭等古城的消失；塔克拉玛干沙漠河流沿岸鄯善、且末、精绝等绿洲的不复存在也是土地退化的见证。美国1934年发生的“黑色风暴”、原苏联西伯利亚的尘暴事件、我国黄土高原的水土流失、西北干旱、半干旱地区土地荒漠化以及南方丘陵山地的“红色沙漠”，“白色沙岗”，“光石山”等都是生态环境恶化的重要例证。,2、目前，土壤退化已成为一个全球性问题：1990年，全世界每年约有500万hm2土地因退化而不能生产粮食。世界土壤退化的基本情况；,就地理分
3、布来看，我国华北主要是盐碱化和沙化；西北地区主要是沙漠化和盐渍化；东北地区主要为沙化；黄土高原和长江上中游地区主要是水土流失；西南地区还有石质化；东部沿海多发生费力退化和污染退化；华南地区多发生水土流失、酸化和污染退化,二、土壤退化的内涵及其研究进展,1、土壤退化的基本内涵国外有人（1977年）认为：土壤退化是指土壤中所进行的一种或多种能使土壤目前或潜在的生产能力（质量上或数量上）降低的过程。国外也有人（1987）认为：土壤退化是指按照数量、质量等来判断，土壤的现状和未来产出能力的减少。我国李天杰等认为：土壤退化是土地退化中最重要的、基础性的，具有生态连锁的退化现象，土壤退化是指在自然环境的基
4、础上，因人类开发不当而加速土壤环境质量和承载力下降的现象和过程。史德明等（1996）认为，土壤退化有广义的和狭义的两种涵义。前者是指在不受人类活动的自然条件下形成的，目前人类还难以控制其发生与发展；后者是由于人类不合理的生产活动和自然因素的综合作用，导致土壤肥力和生产力的衰退甚至完全丧失的过程。,我们定义,土壤退化是指在一定的时空背景下，在自然因素、人为因素，或在两者共同作用下，导致土壤结构破坏、土壤组分（包括无机物质、有机物质和生命有机体）改变与异常、土壤生产力功能和环境衰退或丧失的一种不利于生物或人类生存的量变与质变过程或结果。包含含义：土壤退化具有空间与时间约束性；土壤退化既是一个过程，
5、又是一种结果；土壤退化具有质和量的双重涵义2、土地退化概念：通常包括森林的破坏与衰亡、草地退化、大气的恶化、草地退化、水资源恶化及土壤退化等,3、土壤退化研究进展,早在古希腊、罗马以及中国的孔夫子时代就有关于土壤侵蚀、毁林以及其他环境问题的记述和关心。800年前，我国南宋农书-粪田之宜篇中就提出土地退化问题；100多年前，恩格斯自然辩证法中也指出小亚细亚等地土地退化问题20世纪60年代初期，资源危机和环境退化问题就已在全球徘徊20世纪70年代，1971年，联合国粮农组织提出土地退化的概念，编写土地退化一书，以后有关论著相续出现1990年，联合国粮农组织组织亚太地区专家会议并出版了论文集以上研究
6、都以定性或半定量研究为主。,全球土地退化的系统评价和监测系统工作从20世纪70年代末开始开展。1975年开始协作探讨评价土壤退化的满意方法。20世纪80年代，随着GIS技术的广泛应用，土地规划工作者也开始利用GIS来研究土地退化与土地利用和发展目标等的关系目前，中国主要从几个方面研究：土壤退化的时空变化研究；土壤退化机制研究：包括土壤可蚀性、土壤对酸的敏感性、盐渍化发生条件、过程与速率，养分退化机制和评价指标，潜育作用与温室气体排放，农田面源污染等研究；土壤退化综合评价和治理模式研究，包括土壤退化评价指标体系的建立、土壤退化治理的决策系统研究、土壤退化的治理模式研究,4、土壤退化研究的基本框架
7、,土壤退化研究可分为基础研究和应用研究两大部分A、基础研究主要包括：有关土壤演变的基本理论（如成土学说、土壤演替理论等）、概念与方法；不同土壤的退化机理、自然与人为作用下土壤的受损过程及其内在机理等研究B、应用研究主要包括：土壤退化的诊断指标、退化标准及综合评价研究土壤退化的动态监测与预测研究：包括土壤腿哈过程、方向与趋势、退化速率的监测及预警研究；不同退化类型与退化阶段的土壤恢复与重建技术、优化模式研究,第二节 土壤退化类型、成因、过程及其机制,关于土壤退化类型的划分有不同的方法和体系，在此介绍我国多数土壤学家赞同的；,土壤作为一个生态系统来看，土壤退化包括以下类型：,二、土壤退化成因分析,
8、三、土壤退化过程及其机理,根据退化土壤中物质与能量的迁移、转化过程的特点，可将土壤退化分为四大类：对某一具体土壤可以有一种或一种以上退化过程存在1、土壤结构退化过程：土壤结构退化过程主要包括土壤薄层化过程、黏结化过程、粗骨化过程、沙化与石质化过程等。还有人工导致 的土壤板结等。实际上是一个反成土作用的过程，对土壤发育产生重大影响。2、土壤养分退化过程；土壤养分退化（有机质、氮、磷与钾等贫瘠化）过程实际上是土壤养分循环失衡过程。土壤养分盈缺取决于养分物质的收支状况：对农业：A、养分输入包括：有机肥和无机肥的施入作物固碳和固氮与作物归还雨水和降尘等输入母质的风化分解,B、养分输出过程主要包括：作物
9、的收获移走水土流失，包括地下水流失养分的气态释放,其中，由于降雨、降尘以及气态挥发导致的养分迁移量相对较少。养分盈亏主要取决于四因素：肥料投入量（包括作物归还量、生物固氮量等）与收获量、成土量与流失量。施肥主要人为控制，收获量受其他三个因素影响在施肥保持不变时，养分盈亏主要取决于土壤成土量与流失量之间的对比关系。土壤侵蚀速度（加速侵蚀量）与成土速度（成土物质量）的比值（A/T），是衡量土壤中物质循环情况的重要指标。,见退还土壤养分含量的剖面分布：,3、土壤环境退化过程,土壤环境退化过程主要包括土壤酸化过程、土壤盐渍化与次生盐渍化过程、潜育化与土壤次生潜育化过程、土壤旱化过程及土壤污染过程等，这
10、些变化过程都可导致土壤环境条件的极度恶化，使土壤许多正常的功能受阻乃至丧失。土壤酸化可自然酸化过程，也可外来酸的加入。酸化会破坏土壤原有酸件碱平衡体系，增强营养物质的淋溶和迁移，并可活化某些有毒重金属潜育化与土壤次生潜育化过程：可在还原条件下产生有机酸、分解出硫化氢妨碍作物生长、释放甲烷与二氧化碳温室气体，对农业和环境影响很大土壤旱化是由于土壤结构劣化以及土壤环境（植被、气候）的变化而导致土壤蓄水能力的下降以及土壤抗旱性减弱的一种综合症状与过程土壤污染是一个复杂的物理-化学-生物化学过程。污染物进入土壤后，会发生淋失迁移、吸附、生物降解、固定残留等过程，当污染物含量超过土壤缓冲自净能力时，可导
11、致土壤理化性质的变性，土壤结构的劣化，植物生长受阻碍与受毒害，污染物还可进入食物链经生物富集作用，危害动物和人类身体健康。,4、土壤生物退化过程,土壤生物学退化过程主要是指在人类对土壤不合理的干扰下，土壤生物种群组成的变异、生物多样性及生物活性的衰减。,第三节 土壤退化的综合评价,土壤退化评价是土壤退化研究的一个重要内容，它是进行土壤退化预测及其恢复与重建的基础从时间角度上讲可包括历史评价和现状评价两个方面；根据评价目的不同，分为退化类型评价、退化强度评价、养分退化评价等土壤退化评价通常包括以下几个步骤：A、确定研究区域和评价的土壤类型B、获取和采集土壤的历史和现状数据；C、土壤退化评价体系的
12、建立D、土壤退化标准的确定；E、土壤退化综合评价,一、土壤退化评价指标体系与标准建立,1、指标选取原则（1）整体性原则；（2）指标概括性原则；（3）指标动态性原则；（4）定性指标与定量指标相结合的原则；（5）评价指标体系的层次性原则,2、土壤退化评价指标体系的建立,土壤退化评价指标是指能够鉴定土壤退化的可度量或可估测的土壤属性，是全面反映土壤退化的诊断因子的集合。下表为基本指标，可根据实际适当增减指标使用。,3、土壤退化评价标准的建立,在建立土壤退化的评价指标体系以后，接着需要对每个评价指标建立相应的评价标准，包括退化与无退化的界限。，以及已退化土壤的退化强度的等级标准。不同成土条件下会形成具
13、有不同理化性质和养分含量的土壤类型，因此在退化评价时，不能对一区域所有土壤采用同一标准；例如轻度退化的棕壤若采用紫色土评价标准，它可属未退化；而未退化的紫色土若采用棕壤标准，则可能属于退化行列。推荐两种方法：,A、纵向（时间）标准法：如果拥有研究区土壤的历史变化资料，则可根据土壤时间序列通过统计与对比分析，并富主以实验数据，划分各种土壤退化阶段。B、横向参照标准法：根据土壤类型、植被覆盖类型和土地利用类型、景观特点建立的一系列的标准参照土壤，包括无退化标准参照土壤、轻度退化标准参照土壤、中度退化标准参照土壤和强度退化标准参照土壤。这些标准参照土壤的各种理化生物学特征就作为该类土壤退化评价的各级
14、标准。一般采用原生林地或发育好的次生林地作为该类土壤无退化标准参照土壤；而把裸荒地作为该类强度退化标号尊参照土壤，然后在根据实验调查，建立轻度和中度退化标准。,二土壤退化综合评价,建立土壤退化的评价指标与标准体系以后，还蓄进行综合评价，因为土壤退化是每个指标的综合反映，而且每个指标往往不“同步”，即不同的评价指标可能处于不同的退化级别；土壤退化综合评价方法很多：如主成分分析法、聚类分析法、模糊评价法、综合评分法和综合指数法等1、综合评分法：对每一指标按无退化、轻度退化、中度退化和强度退化四个级别赋予一组评分值（如0、1、3、5），然后把每一具体指标参照此标准打分，并确定各指标的权重值，分别相乘
15、再相加，得出综合评分。,2、综合指数法,退化距离（DDi)DDi = Do Di（分别为某一退化指标的数量值和该指标的正常值）相对退化距离（DDRi）：DDRi = Ddi/Do综合退化指数（Sd）：Sd为n个指标的相对退化距离的算术平均数3、土壤退化风险评价R = P * C 分别为风险度、危害后果和发生概率,第四节 土壤退化的恢复与重建,1996年，美国生态学年会把恢复生态学作为应用生态学五大研究领域之一恢复生态学研究刚刚起步，在理论和方法上都不成熟，需要研究和推广退化土壤的恢复与重建是指根据土壤生态学原理，通过一定的生物、生态或工程的技术与方法，人为地改变和切断土壤生态系统退化的主导因子或过程，并不断地向系统输入物质和能量，使系统结构、功能和生产力尽快地成功地恢复到一定的或原有的乃至更高的水平。其恢复过程是由人工设计，并是在土壤生态系统层次上进行的一、土壤恢复与重建的一般操作程序见下图表,二、典型退化土壤生态系统的恢复与重建技术,由于不同 区域具有不同的生态环境背景，如气候条件、地貌和水文条件等，这种地域的差异性和特殊性就要求在进行恢复与重建的时候，要因地制宜，具体问题具体分析。,
