环境土壤学绪论.ppt

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1、,主 讲:黄 界 颍,环境土壤学,参考教材,1.李天杰等，土壤环境学，高等教育出版社，19952.黄瑞农等，环境土壤学，高等教育出版社，19873.严健汉等，环境土壤学，华中师范大学出版社，19854.李天杰等，环境地学原理，化学工业出版社，20045.朱颜明等，环境地理学导论，科学出版社，20026.夏增禄，土壤环境容量及其应用，气象出版社，19887.朱祖祥，土壤学，农业出版社，1983 8.让-皮埃尔.里博，多元文化视野中的土壤与社会，商务印书馆，2005,主 讲:黄 界 颍,主 讲:黄 界 颍,第一节 土壤与生态系统,一、生态系统的概念 1.系统:在一定界限范围内诸多相互依赖的组分，彼

2、此有序 的联系，能行使一定功能的整体。2.生态系统:以生物和生物所依赖的环境为组分的系统。3.生态系统的结构:生态系统各组分的数量的关系及其 空间分布 4.功能:质能传递,主 讲:黄 界 颍,二、土壤在生态系统中的位置,土壤圈的地位,通常把地球表层系统中的大气圈、生物圈、岩石圈、水圈和土壤圈作为构成自然地理环境的五大要素,土壤圈覆盖于地球陆地表面，处于其他层的交接面上，成为它们连接的纽带,主 讲:黄 界 颍,主 讲:黄 界 颍,1、土壤是生态系统中的一种组分 土壤是植物生长繁育和生物生产的基地 保证了任何动物生命的前提 绿色植物生长发育的五个基本要素：日光（光能）、热量（热能）、空气（氧及二氧

3、化碳）、水分和养分。植物通过根系直接从土壤中吸取,主 讲:黄 界 颍,三、土壤在生态系统中的作用,主 讲:黄 界 颍,主 讲:黄 界 颍,土壤在植物生长繁育中的特殊作用：,a、营养库作用土壤是陆地生物所必需的营养物质的重要给源b、养分转化和循环作用既有营养元素的释放和散失，又有元素的结合和固定c、雨水涵养作用土壤具有生物活性和多孔结构的介质，具有很强的吸水和持水能力d、生物的支撑作用e、稳定和缓冲环境变化的作用起“过滤器”和“净化器”作用,主 讲:黄 界 颍,土壤与人类生存发展的关系示意图,土壤是农业生态系统重要组成部分,农业生态系统,农作物、家禽、家畜为主体,林、草、昆虫、微生物等为基础,气

4、候、土壤、水等环境因数,市场,植物生产、动物生产和土壤利用管理三者的关系,农业生产（3个环节）,植物生产（耕茬）,动物生产（粪便、蹄毛）,土壤管理（施肥、灌溉、耕作）,残体,残体,1、保持生物活性，多样性和生产性2、对水体流动和溶质流动起调节作用3、对有机、无机污染物具有过滤、缓冲、降解、固定和解毒作用4、具有贮存并循环生物圈及地表的养分和其他元素的功能,土壤在陆地生态系统中的作用：,土壤是陆地生态系统的基础,陆地生态系统就是包罗整个地球陆地表层的“大系统”,主 讲:黄 界 颍,2、土壤是生态系统中物质和能量传递的介质,a.土壤与其他组分直接接触（传递频繁）为植物提供吸收、固定并转化太阳辐射能

5、为化学能的条件b.土壤与其他组分有巨大接触面（效率高）是植物、土壤动物、土壤微生物间物质能量转化与流动的渠道,土壤圈的地位(position of pedosphere),气圈Gas-sphere,岩石圈Rocky-sphere,水圈Water sphere,生物圈Biosphere,土壤圈pedosphere,金属与微量元素物质循环,生物养分 物质循环,水分循环 与平衡,主 讲:黄 界 颍,土壤圈的功能,土壤圈的功能（1）对大气圈 频繁的水、热、气地交换和平衡，是全球气候变化的重要方面。（2）对生物圈支撑和调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的物理条件，决定自然植被的分布与演替。（3

6、）对水圈降水在陆地的重新分配、元素的生物地球化学行为和水分平衡、分异、转化及水圈的化学组成。（4）对岩石圈具有一定的保护作用，以减少其受各种外营力破坏，与岩石圈进行物质交换与地质循环。,土壤圈的功能,土壤是最珍贵的自然资源,a、土壤资源数量的有限性 地球表面形成1cm厚的土壤，约需要300年或更长时间b、土壤资源质量的可变性 土壤本质特征是肥力。土壤肥力下降或破坏，这就是土壤质量的退化。c、土壤资源空间分布上的固定性 地形、水文、地质、人类活动影响土壤的分布 土壤的地带性分布表现为水平地带性（纬度和经度地带性）和垂直地带性,主 讲:黄 界 颍,四、土壤生态系统,1.组成 地上生物群体层 垂直结

7、构 土被生物群落层2.结构 土被底层与风化壳生物群体层 水平结构3.能流,森林植物 光合植物 草原植物 生产者 化学合成生物化能合成细菌 生物群体 第一次消费者草食动物 消费者 第二次消费者肉食动物 第三次消费者大型肉食动物土壤生态系统 分解者（还原者）有机营养微生物 媒介水分、空气、土壤矿物质 基质岩石、砾、砂、壤土、粘土 无机环境 太阳能光 物质代谢材料 二氧化碳、水、氧气 营养盐类 食物等,第二节 环境土壤学的兴起,一、土壤的概念 19世纪7080年代俄罗斯学者，土壤发生学派创始人道库恰耶夫把土壤作为独立的自然体，认为土壤是五大成土因素生物、母质、气候、地形和时间综合作用的产物。这是从土

8、壤发生学观点来认识土壤，在土壤学界得到广泛的认同。,土壤指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征，能生长绿色植物的疏松物质层。,土壤组成（容积分数）,矿物质（骨骼）38%,土壤水分（血液）,土壤空气,固相,有机质、土壤生物（肌肉）12%,液相25%,气相25%,土壤是由固、液、气三相组成 固相由土壤矿物质、土壤有机质和土壤生物组成，其中土壤矿物质约占土壤固相体积的45%50%。液相：包括土壤水分以及溶解于水的矿物质和有机质气相：包括各种气体。气体和液体存在于固体颗粒间的孔隙中。孔隙的体积约占整个体积的50%55%。,主 讲:黄 界 颍,对土壤的新定义,综合定义：土壤是地球表面生物、气候、母质、地形、

9、时间等因素综合作用下所形成的、可供植物生长的一种复杂的生物地球化学物质；与形成它的岩石和沉积物相比，具有独特的疏松多孔结构，化学和生物学特性；它是一个动态生态系统，为植物生长提供了机械支撑、水分、养分和空气条件；支持大部分微生物群体的活动，来完成生命物质的循环；维持着所有的陆地生态系统，其中通过供给粮食、纤维、水、建筑材料、建设和废物处理用地，来维持人类的生存发展；通过滤掉有毒的化学物质和病原生物体，来保护地下水的水质，并提供了废弃物的循环场所和途径或使其无害化。,二、土壤学的概念,土壤学是研究土壤的形成、分类、分布、制图和土壤的物理、化学、生物学特性、肥力特征以及土壤利用和管理的科学。,三、

10、近代土壤科学的发展及重要观点,19世纪土壤学科的诞生,农业化学土壤学派:(德)李比希(1803-1873)农业地质土壤学派:(德)法鲁等(19世纪后半叶)土壤发生学派:(俄)道库恰耶夫(1846-1902),一门独立的学科-土壤学科的诞生,19世纪以来的学派或观点：,农业化学土壤学派：德国化学家李比希 化学在农业和植物生理上的应用（1840年）提出矿物营养学说,农业地质土壤学观点：德国地质学家法鲁、李希霍芬用地质学观点来研究土壤。认为土壤类型觉得于岩石的风化类型，土壤是变化、破碎中的岩石,主 讲:黄 界 颍,土壤发生学派：俄罗斯学者道库恰耶夫所创立，在俄罗斯黑钙土中提出五大成土因素学说，还创立

11、了土壤地带性学说,20世纪土壤学科的迅速发展,土壤学科发展的驱动力前60年:作物生产-独轮驱动60年代后:作物生产和环境质量保护-双轮驱动,20世纪土壤学科的迅速发展,20世纪土壤学科的新观点,土壤圈:(英)Matson(1938),(美)Arnold(1990)土壤水能量理论与运动方程的 建立:(美)Buckingham(1907),Richards(1930s)土壤生态系统:(美)Jenny(1940-1960)土壤质量综合调控理论(美)SSSA(1990s),20世纪土壤学科的迅速发展,19世纪土壤学,20世纪土壤学,化学地学生物学,化学地学生物学物理学数学生态学系统科学,欧洲,美国,2

12、1世纪IUSS对土壤学科的新划分,国际土壤学联合会的科学结构共分为如下的4个部门（Division）和18个专业委员会（Commission）(2002,4。泰国）。,部门1（D1）时空中的土壤部门2（D2）土壤性质与过程部门3（D3）土壤利用与管理部门4（D4）土壤在社会持续发展 与环境中的作用,21世纪IUSS对土壤学科的新划分,部门1（D1）时空中的土壤1.1 土壤形态学1.2 土壤地理学1.3 土壤发生学1.4 土壤分类学,是关于“什么”（What）的问题。它将土壤视作一个实体，研究它如何形成，在全球范围内土被的分布，及其与生物圈、水圈、大气圈和岩石圈的相互作用。这一部门研究重点是土壤

13、圈诸多“什么”的问题，以及现有知识的延伸。这一部门也体现了所有土壤学家所基于的共同兴趣。,21世纪IUSS对土壤学科的新划分,部门2（D2）土壤性质与过程2.1 土壤物理2.2 土壤化学2.3 土壤生物学2.4 土壤矿物学,是关于“怎样”（How）的问题，或者说它是我们学科的基础学科，强调对土壤基本过程的理解。,21世纪IUSS对土壤学科的新划分,部门3（D3）土壤利用与管理3.1 土壤评价与土地利用规划3.2 水土保持3.3 土壤肥力与植物营养3.4 土壤工程与技术 3.5 土壤退化防治与改良,是关于“为什么”（Why）的问题，说明土壤对我们社会的重要性。应用土壤学科的基础知识，去解决许多专

14、业学会所共同关心的、亟待解决的社会、经济和环境挑战。这一部分可以视作学科的应用专业部门。,21世纪IUSS对土壤学科的新划分,部门4（D4）土壤在社会持续发展 与环境中的作用4.1 土壤与环境4.2 土壤、食品安全与人类健康4.3 土壤与土地利用变化4.4 土壤教育与公众意识4.5 土壤学的历史、哲学与社会学,土壤学的推广应用部门，传递和拓展我们的知识范畴到社会的其它领域，本部门将其它3个部门所研究出的成果与新科技成果相结合，致力于吸引公众意识到土壤学、教育、国际交流以及人类活动对土壤生态系统、政策、食品安全和学科历史的影响等。这个部门应该被视作“顶级”部门，因为它应整合我们的科学知识实体，使

15、科学家、政策制定者以及那些不熟悉土壤学的专家们能更多地理解如何利用土壤这一地球表面最重要的自然资源。,土壤学,形态、发生、分类,肥力、保持、灌溉,水文学hydrology,地球化学geochemistry,土壤学Soil science,植物营养学plant nutrition,地质学geognosy,土力学soil mechanics,生态学ecology,沉积学sedimentology,地貌学geomorphology,土壤学和相关学科的关系,稳定性,四、环境土壤学兴起,从环境科学角度看，土壤不仅是一种资源，还具有重要的客观属性土壤缓冲性、同化和净化能力。20世纪60年代以来，工业发展迅

16、速，人口爆炸式膨胀，引起天然资源加速开发，人工合成化和物种类数量加速发展。一方面土壤高度集约化经营，更多的是过度掠夺式利用。,环境土壤学 Environmental soil science 环境地学的一个分支。是环境学与土壤学的边缘学科。主要研究土壤环境与人类活动和大气、地表水、地下水、生物等环境要素间物质、能量、信息的交换过程，以及这种交换对人体健康、社会经济、生态系统结构和功能的影响，探索国土整治、评价、区划、规划、预测、调控和改善土壤环境质量的方法。,起因 过度利用和各种废弃物排放造成了土壤污染和退化等直接危害：废物排入土壤导致土壤污染、次生潜育化和盐渍化等间接危害：森林和草原的植被破

17、坏导致冲刷、侵蚀与沙化等危害后果：生态失调、气候恶化、旱洪灾害频繁、产量下降、人畜发病率提高等。主要发展阶段50-60年代，三废综合治理与利用70年代，农田污灌监测评价，土壤污染和背景值调查80年代，农药使用和酸雨危害的研究90年代，土壤环境质量评价，土壤排放温室气体的研究,环境土壤学的特征交叉的界面科学：理论基础来源于近代土壤学、环境科学、生态学、生物地球化学、化学、生物学以及地理医学等研究环境中化学物质的生物小循环与地质大循环结合交点上兼有生命与非生命科学的双重内涵 研究方法：承袭于相关学科分析测试技术要求高宏观与微观相结合发挥模型与模拟的作用，提高其在宏观决策中的作用要求高素质的综合性人

18、才和研究群体,土壤与水质、空气、作物品质、人体与动物健康的关系土壤与水质土壤与空气质量土壤与作物品质土壤与人体和动物健康,土壤C库和N库是地球C库和N库的重要组成部分，在其循环中产生CO2,CH4和NOx等温室气体，从而影响气候的变化；而气候的变化又反过来影响有机质的分解速率，从而影响温室气体。,土壤影响人体与动物健康的途径土壤中化学品直接中毒土壤作为次生污染源的间接作用作物品质对人体和动物的影响,环境土壤学：以建设优良的土壤生态系统与提高土壤功能为宗旨，以土壤科学、环境科学和生态科学的理论与技术为手段，研究现代生产技术条件下土壤肥力异常恶化的原因与解决问题的方法。,第三节 环境土壤学任务与内

19、容,一、任务 从生态环境的角度研究土壤 研究人类活动引起的土壤环境质量变化、及其由此而对农业生产、生态环境以至人体健康等产生的影响。并探索调节、控制与改善土壤环境质量的优化途径、有效防治技术与治理方法等。,主 讲:黄 界 颍,区别：,农业土壤学：注重土壤肥力、生产力 环境土壤学：注重肥力、生产力，更注重影响土壤净化力的人工环境因素，及其影响的效应、规律与对策 土壤地理学：着重于土壤类型及自然分布规律 环境土壤学：着重研究由于人为因素应起的土壤资源破坏、土地损失与土壤污染等异常的环境问题，及其发展规律与对策技术等,二、内容,1、从生态系统观点出发，明确土壤与农业生态系统关系，了解土壤基本性质及其怎样表现与充分发挥其功能。2、掌握土壤背景值与土壤环境容量，为土壤生态优化与污染评价奠定基础。3、土壤生态建设、污染治理、质量评价等问题讨论及有关原理系统阐述，以建立环境土壤学的应用技术与途径。,三、环境土壤学与相邻学科的关系,涉及到地学、生物学、生态学、环境学、化学、物理学、经济学等多学科领域，是一门与多学科相互渗透、交叉的综合性很强的学科。,主 讲:黄 界 颍,思考题,1、土壤在农业生态系统中的地位如何？2、环境土壤学的目的与任务是什么？,主 讲:黄 界 颍,