第三章土壤恢复生态工程

1第三章土壤恢复生态工程2应用生态学、生态经济学与系统科学基本原理，采用生态工程方法，吸收现代科学技术成就与传统农业中的精华，建成的以恢复土壤结构和功能为中心的生产工艺体系，以实现防治土壤侵蚀和改良各种低产田，建设高效、稳定、持续发展的土壤生态系统的目的。土壤恢复生态工程3第一节土壤生态系统退化及恢复4土壤生态系统基本特点土壤生态系统是多层次结构的复合生态系统水平结构垂直结构第一层是生物群体层，它是植物进行光合作用的主要场所，所占空间的高度依植物种类而异；第二层是生物地被层，包括地面的生物群体及植物根系所及的土层，其中土壤动物和土壤微生物丰富，生物物质的累积、分解、转化、矿质元素的淋溶、淀积以及水分蒸发蒸腾的活跃场所；第三层是土壤底层和岩石风化层，生物有机体少，是土壤矿质养分元素与水分补给的基地。5土壤生态系统基本特点土壤生态系统是多层次结构的复合生态系统水平结构均匀分布：簇生分布：随机分布：生物种群的分布是均匀的，在二维空间上各占有一定的面积；生物种群在空间上间断地成群分布；土壤生态系统中多数生物种的分布都呈随机分布。6土壤生态系统是一个动态开放系统土壤生态系统基本特点土壤生态系统为物质流和能量流所贯穿，是个开放系统，通过内部以及与外部物质能量的交换，表现出动态演替过程。天然演替过程人为控制演替过程一种自调节、自修复、自维持、自发展的过程。在人类定向干预下进行的，人类活动参与了系统中物质与能量的交换，是在人类干预和不同程度管理下产生的人工生态系统7土壤生态系统基本特点土壤生态系统是自然过程最活跃的场所土壤生态系统位于岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的交界层，是物质三态的复合界面，构成了一个完整的生物与其环境无法分离的生态系统。自然界中四大基本循环——大气循环、地质循环、水分循环、生物循环都在此不同程度地表现，各种循环的各个环节都表现为物质的迁移、能量的转换，构成该系统与外界的联系以及自身的发展，维持系统的动态平衡。8土壤生态系统基本特点土壤生态系统是人类活动最激烈的场所土壤生态系统是一种人工干预最多的生态系统，它与人类的生产活动息息相关。直接影响间接影响天然植被的破坏、土壤的耕种、灌溉、排水、化肥和有机肥的施用，病、虫、草的化学防治等作用；与工业的发展、大气和水污染、人为气候变化与流域治理等有关。9土壤生态系统基本特点10土壤生态系统退化类型土壤退化包括一切导致土壤生产力下降和土壤其他功能与属性衰退的现象与过程，如土壤侵蚀、土壤机械压实与地表结壳、土壤酸化、土壤有机质含量降低、土壤肥力衰竭、土壤生物退化以及土壤污染等。Esser土壤侵蚀即土壤结构物质的损失；土壤衰竭即土壤中营养元素的消耗；外来物质积聚即各种外来有害成分在土壤中的积累与固定；土壤板结即土壤物理结构破坏，容重增加。11土壤生态系统退化类型国际土壤信息参比中心(ISRIC)土壤水蚀土壤风蚀土壤化学性质恶化土壤物理性质恶化土壤生物活动退化。中国科学院土壤侵蚀荒漠化土壤盐渍化土壤污染土壤性质恶化土壤非农占用。12我国土壤生态系统退化情况土壤侵蚀(Soilerosion)：土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力（水、风）作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。通常分为水力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和风力侵蚀等。土壤侵蚀会造成土壤肥力的下降和生态环境的恶化。20世纪50年代，中国土壤侵蚀的总面积为1.5×l08hm2，而现在已增长到1.7×108hm2，约占全国土地面积的1/60。其中，1／3的耕地受到不同程度的侵蚀面积达4.54×l07hm2。13我国土壤生态系统退化情况土壤侵蚀(Soilerosion)：黄河流域是全国最严重的土壤侵蚀地区，占该地区面积为67%的土地，大约4.3×l07hm2遭侵蚀。第二个土壤侵蚀严重的地区为中国南方红色土壤丘陵地区，水土流失率在20世纪80年代已达38%～76%。第三个土壤侵蚀严重的地区为东北地区。14土壤侵蚀15土壤侵蚀长江流域土壤侵蚀强度16土壤侵蚀17我国土壤生态系统退化情况荒漠化(Landdesertification)土壤荒漠化的原因是多方面的，主要包括不当的土地利用方式（如森林破坏、无远见的垦殖、过度放牧等）和由于移动沙丘占据农用地或牧场使之丧失生产功能这两大方面。目前，中国已有土壤荒漠化面积3.34×l07hm2，其中包括2.66×l06hm2的耕地。1958年以来，有6.7×105hm2的牧场改为农地用以生产谷类作物，这些土地现多已荒漠化。在过去的50年中，中国土壤荒漠化的速度由原来的1.0×l05hm2/a增加到2.1×l05hm2/a。18我国土壤生态系统退化情况荒漠化(Landdesertification)目前，受土壤荒漠化威胁的地区涉及全国11个省（自治区）的212个县，受影响的人口达2.5×107人。中国土壤荒漠化严重的地区基本上分布在中国北部和西北部，特别是农牧交错地带。正是这些地区多存在过度开垦、过度放牧、过度砍伐等现象，导致了生态平衡的破坏，使得整个荒漠地区面积的65.4%是由土壤荒漠化造成的。19土壤荒漠化20土壤荒漠化21土壤荒漠化22我国土壤生态系统退化情况盐碱化(Soilsalinizationoralkalinization)土壤盐渍化是由于漫灌和只灌不排，导致地下水位上升或土壤底层、地下水的盐分上升至地表，水分蒸发，使盐分积累在表层土壤中，当土壤含盐量过高（超过0.3%）时，形成的盐碱灾害。23在中国，现代盐化过程造成的盐碱化土壤有3.69×l07hm2。其中受盐碱化影响的耕地主要分布在黄淮海平原、东北平原西部、黄河河套地区、西北内陆地区，东部沿海地区也有小面积的分布。干旱与半干旱地区耕地的盐碱化主要是人为灌溉所致。我国土壤生态系统退化情况盐碱化(Soilsalinizationoralkalinization)24按照含盐量的多少划分土壤盐化程度，其分级标准如下：土壤盐碱化根据钠化率的大小划分土壤碱化程度。钠化率（%）是指土壤中代换性钠离子数量占土壤阳离子交换量的百分数，也称钠离子饱和度或碱化度。CEC指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量，其数值以每千克土壤中含有各种阳离子的物质的量来表示，即mol/kg。25土壤盐碱化26贫瘠化(Impoverishment)我国土壤生态系统退化情况土壤肥力衰竭或下降的现象。由于自然或人类活动的影响,使土壤的组成、构成、理化性质和生物学方面的特性发生变化以致土壤肥力下降，生产力降低。27第二次全国土壤普查表明，全国耕地土壤的平均有机质质量分数低于1.5%，甚至有占全国总耕地面积11%的土壤有机质质量分数低于0.7%。全国缺磷土壤的面积由1953年的2.7×107hm2增加到1995年的6.7×l07hm2。土壤贫瘠化是当今世界农业所面临的一个突出的问题。由于土壤侵蚀和过度使用，全球性的土壤贫瘠化问题正越来越严重。我国是一个古老的农业大国，土壤贫瘠化的问题也十分严重。据统计，在我国14亿亩多的耕地中，高产田只占20.8%，低产田也仅占30.4%，其余48.8%的土地则都是贫瘠的或利用条件比较差的耕地。土壤贫瘠化28据全国第二次土壤普查及有关标准，将养分含量分级标准为：项目有机质（%）全氮（%）速效氮（ppm）速效磷ppm（P2O5）速效钾K2O级别含量140.21504020023~40.15～0.2120～15020～40150～20032～30.1～0.1590～12010～20100～15041～20.07～0.160～905～1050～10050.6～10.05～0.07530～603～530～5060.60.0530330土壤有机质（腐殖质）：泛指土壤中来源于生命的物质。包括：土壤微生物和土壤动物及其分泌物以及土体中植物残体和植物分泌物。土壤速效氮就是可以直接被植物根系吸收的氮。包括游离态、水溶态的一些氨态氮、硝态氮。29潜育化(Soilgleyization)我国土壤生态系统退化情况指土壤长期滞水，严重缺氧，产生较多还原物质，使高价铁、锰化合物转化为低价状态，使土体变为蓝灰色或青灰色的现象。在中国，除东北和四川阿坝地区约有2.08×107hm2不同类型潜育化土壤以外，秦岭、淮河以南山间盆地和谷地中还有6.8×106hm2的潜育化水稻土。30土壤潜育化3132土壤污染(Soilpollution)我国土壤生态系统退化情况是指人类活动所产生的污染物质通过各种途径进入土壤，其数量超过土壤的容纳和同化能力而使土壤的性质、组成性状等发生变化，导致土壤的自然功能失调，土壤质量恶化的现象。土壤污染的原因33据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，重度污染的占9.7%，严重污染的占8.4%。我国每年因重金属污染而减产粮食1000多万t，被重金属污染的粮食每年多达1200万t，合计经济损失至少200亿元。34土壤非农业利用(Lossoflandproductivefunction)我国土壤生态系统退化情况耕地是有限的资源，一旦被城市、工矿、交通所占用，将不能或很难复得，这就意味着非农业占地也是土壤退化的一种形式。估计全国平均每年被非农业利用所占的土地达4×l04hm2。近年来仅上海市每年就有2000hm2的土地被非农业利用所占。统计表明，50年代全国人均占有耕地0.187hm2，到1995年已下降到0.087hm2。35土壤退化的特点我国土壤生态系统范围广发展快对生态环境影响严重防治土壤退化的力度在加大江南农林区：土壤侵蚀、养分亏缺和土壤潜育化等；华北平原农业区：盐碱化土壤、风沙土、低产贫瘠的变性土和漂白土壤；内蒙古农牧区：荒漠化和盐碱化；黄土高原：土壤侵蚀；西北牧区：干旱、荒漠化和盐碱化；青藏高原：冷冻和土壤贫瘠化。36宁夏中卫县的沙坡头37宁夏中卫县的沙坡治理：“麦草方格固定法”工程措施与生物措施结合：采用“l×lm”的麦草方格固定流沙，选择花棒、柠条、油蒿等适应性极强的树种，引进沙拐枣等外地耐旱树种，以草障为依托，在流动沙丘上植树种草，逐步建立人工植被，促使沙丘表面形成有机结皮，从而产生“沙漠化逆转现象”，恢复被破坏了的生态系统。在前沿辅以工程阻沙和育草封沙，构成一个稳固的绿色防护体系，以达到治沙的目的。38退化土壤生态系统恢复途径恢复的基本原则土壤生态系统的恢复应当根据当地自然条件，针对土壤退化的主要原理，因地制宜地定向加速土壤系统良性替代过程，宏观上配置合理的土地利用模式，在微观上创造与土地生产力相适宜的生态条件，实现土壤生态系统的稳定性，使退化土壤得到恢复。基本结构、功能能适应自然系统的良性演替原则；具有再发展功能原则；能保持最大生产力和可利用资源原则。39退化土壤生态系统恢复途径恢复的基本途径根据不同的破坏程度，有以下4种恢复的基本途径：保护：恢复：重建：维持：土壤生态系统存在退化隐患或者初步出现退趋势时，对其进行人为管理，避免其出现破坏和继续退化的途径；土壤生态系统发生可逆的退化，通过人为建立起具有原土壤生态系统特征环境实现系统恢复的一种途径；土壤生态系统经历了不可逆的退化阶段，必须通过人为增加土壤生态系统要素来实现系统恢复的一种途径；土壤生态系统失去自我调节能力，只能通过人为调控达到减弱或延缓系统退化趋势的途径。40恢复的主要措施退化土壤生态系统恢复途径农艺措施工程措施生物措施物理化学措施41恢复的主要措施退化土壤生态系统农艺措施改善土壤表面状况，增加植物盖度依靠植物和植物残茬的保护作用，提高土壤抗风蚀能力，达到限制土壤颗粒运动的目的；改变以铧式犁翻耕为主的传统耕作方法，积极实施保护性耕作，实行少耕免耕；采取残茬覆盖、秸秆覆盖、生物覆盖，相对增加地表粗糙度，保护土壤。培肥地力，测土配方施肥建高产田，退耕还林还草调整种植结构42恢复的主要措施退化土壤生态系统工程措施水土保持工程水土流失的防治：坡面工程、沟道工程、小型蓄水灌溉工程、山洪及泥石流排导工程等；农田水土保持：梯田、坝地等；林地水土保持工程：筑天沟、品字沟、鱼鳞坑