有关土壤学的论文选题背景

关于土地的研究评价工作，涉及土地资源评价和土壤质量研究两大方面。国外和国内在这方面的研究互有借鉴，也各具特点。(一)土地资源评价方法研究进展国外土地评价方法土地评价的目的就是为合理利用土地、发展经济提供科学依据。根据评价过程和指标的不同，土地评价方法分为三大类。第一类是定性方法，第二类是定量方法，第三类是介于前二者之间的半定量土地评价方法。国际上典型的定性化土地评价方法有以美国为代表的土地潜力评价和联合国粮农组织的土地适宜性评价；定量化土地评价方法主要有模型方法和系统动力学方法；半定量土地评价有参数方法和生态带(区)方法。1)土地潜力评价方法。1961年美国对土地潜力进行了评价分类。该土地潜力分类系统首先按土地的用途区分为野生、林业、牧用和农用四类，再根据土地潜力影响因子的限定性和障碍性程度将土地分为八级(表2-1、图2-1)。2)土地适宜性评价方法。1976年，联合国粮农组织(FAO)发布了土地适宜性评价(《A Framework for Land Evaluation》)。FAO土地适宜性评价分类系统将土地分为适宜和不适宜两大类，又按适宜程度和限制性因子分为纲、级、亚级、单元四级(表2-2)。由表2-2可以看出，FAO土地适宜性评价分类系统仅仅是一个评价框架，评价结果的详略程度可以根据地区条件和评价要求的不同而定。表2-1 美国的土地潜力分类系统　Table 2-1 Land potential classification system of the USA图2-1 美国的土地潜力分类示意图图中Ⅰ—Ⅷ表示土地分级F2-1 Land potential classification sketch map of the USA表2-2 联合国FAO土地适宜性评价分类系统　Table 2-2 Classification system of the FAO of the UN for estimating land applicability3)农业生态区方法(AEZ)。1978年，联合国发布的农业生态区方法(AEZ)是把一个土地区域划分为具有相同性质的很小的土地单元，评价土地适宜性、土地潜力和环境影响的方法。农业生态区是依气候、地形、土壤、土地覆被来定义的土地资源单位，每个区内对土地利用来说具有特定的潜力和限制性范围；农业生态单元(AEC)是由地形、土壤、气候特征组成的最小单元，是农业生态区法的基本单元。其基本工作程序是：第一步，确定土地利用方式及其生态要求，即确定土地利用方式和土地利用方式的生态要求；第二步，从土壤和地形、气候、土地利用或土地覆被现状、行政区等方面开展土地资源调查工作，并结合农业生态区根据土地特性和质量划分农业生态单元；第三步，根据自然产量，划分土地等级。4)持续土地利用管理评价。1993年，联合国FAO发布了《持续土地利用管理评价纲要(An International Framework for Evaluating Sustainable Land Management)》(FESLM)。该评价方法遵循生产性(productivity)、稳定性(security)、保护性(protection)、经济可行性(viability)和社会接受性(acceptability)等五个评价准则(pillars)。FESLM指标分为自然方面、生物方面、经济方面、社会方面的指标共四大类。各类指标详尽而复杂，例如《无灌溉农业土地评价指南》中自然方面的指标包括太阳辐射、温度、有效给水状况、根层有效给氧状况(排水)、有效给养状况、养分保持能力、扎根条件、影响发芽与成苗的条件、影响生长的空气湿度、成熟条件、洪水风险、气候风险、盐碱化、有毒物质、病虫害、土壤可使用性、机械化潜力、土地预备与清理要求(植被/杂草)、存储与加工条件、影响生产时间安排的条件、生产单元内的可达性、潜在管理单元大小、区位、侵蚀风险、土壤退化风险等等。5)模型方法。1990年，根据1989年七国首脑会议的要求，经济合作与发展组织(OECD)启动了生态环境指标研究项目，创立了“压力-状态-响应”(PSR)模型的概念框架。有关指标见表2-3和表2-4。表2-3 压力-状态-响应模型的部分指标　Table 2-3 Part of the indexes of the pressure-condition-reaction model表2-4 环境性状相关指标(EPI)　Table 2-4 Relative environmental properties index续表国内土地评价方法我国古代对土地分类定级的工作开始较早，如禹贡时代将土地分为9等，战国时代将土地分为3等18类共90种，宋朝、明朝、清朝分别将土地分为5等、13等和4等。我国现代土地分类定级工作主要涉及三个部门或单位，即农业部、国土资源部和中国科学院南京土壤研究所。(1)耕地地力调查与质量评价农业部开展全国耕地地力调查与质量评价的目的在于查清我国耕地土壤养分状况、土壤污染问题。该工作以县为单位，图件比例尺1：5万；耕地基础地力构成要素包括立地条件、土壤条件和农田基础设施条件。立地条件又包括地貌类型、地形坡度和坡向等、成土母质(残积物、坡积物、洪积物、冲积物、湖积物、海积物、黄土母质等)；土壤条件包括土壤剖面与土体构型、土层状况(耕层厚度、有效土层厚度、土体厚度、障碍层深度和厚度等)、耕层土壤理化性状(质地、容重、pH值、交换量、有机质、矿质养分、含盐量、盐分构成、地下水矿化度、碱化度和石灰含量等)、直接污染源的背景值、土壤侵蚀程度；农田基础设施条件包括农田水利工程、水土保持工程、田园化与植被生态建设、土壤培肥水平等。不同类型区的耕地基础地力评价因素应反映地区性特点(表2-5)。通过全国耕地地力调查与质量评价，将全国耕地类型区系统划分为东北黑土型耕地类型区(水稻土)、北方平原潮土-砂姜黑土耕地类型区、北方山地丘陵棕壤-褐土型耕地类型区(含黄棕壤、黄褐土)、黄土高原黄土型耕地类型区、内陆灌漠(淤)土耕地类型区、南方稻田类型区、南方山地丘陵红黄壤(含紫色土、石灰岩土)旱耕地类型区等7个类型。1996年颁布了农业部行业标准《全国耕作类型区、耕地地力等级划分》，2002年全国农业技术推广服务中心会同有关单位又制定了《全国耕地地力调查与质量评价技术规程》(试行)。由上可知，该评价体系侧重于分类，在土地等级划分上仍然是以粮食产量为标准，没有将自然条件和人为投入体现出来。表2-5 我国南方耕地基础地力评价因素　Table 2-5 Factors for estimating the soil fertility of the farmland in south China(2)农用地分等定级估价国土资源部开展的农用地分等定级估价是“新一轮国土资源大调查——土地资源监测调查工程”的重要组成部分，是继土地详查摸清农用地数量和权属后，对农用地质量和价格的大调查，旨在摸清我国农用地质量等级与价格，建立起农用地的等、级、价体系。《农用地分等规程》、《农用地定级规程》、《农用地估价规程》三个行业标准从2003年8月1日起正式颁布实施。农用地分等技术思路表明，土地等别揭示了生产能力及其分布，包括光温生产潜力(土地质量差异基准面)、自然质量(土地自然条件差异)、开发利用(生产者平均利用水平差异)和综合因素(平均投入产出水平差异)等，等别层次揭示了开发利用潜力。该农用地评价体系具有以下特点：①与土地详查、土壤普查成果相衔接；②综合运用土地自然评价、土地经济评价和土地利用评价的理论与方法；③在全国范围内可比，通过包括光温生产潜力指数、标准耕作制度、产量比系数、指定作物最大产量、最大“产量-成本”指数等国家级参数体系实现；④综合农用地利用现状评价、潜力评价和适宜性评价，将分等和定级结合起来。其不足之处在于没能够开展土壤样品的采样分析，部分数据陈旧。(3)土壤质量演变规律与持续利用研究中国科学院南京土壤研究所主持完成的国家重点基础研究计划项目(973项目)“土壤质量演变规律与持续利用”的总体目标是：建立土壤质量指标体系与评价系统，提出土壤质量国家标准的建议方案；评估我国主要类型耕地土壤质量，揭示其演变规律；揭示土壤圈层界面物质交换规律及其对土壤质量的影响机理；创建主要耕地土壤质量的保持与定向培育理论，建立典型耕地土壤质量数据库与咨询系统。主要关注的科学问题包括：①土壤质量的演变机理、分异规律及保持与定向培育理论，着重阐明影响我国土壤质量变化的主要过程、机理和调控理论，以提出均衡土壤养分和提高土壤肥力、调控盐碱和酸化障碍因子，修复污染土壤，减轻土壤侵蚀，有效提高土壤质量的理论依据，为发展土壤资源的持续利用理论奠定基础；②土壤圈层界面物质交换对土壤质量与动植物健康的影响机制，着重阐明土壤圈与水、气、生物及岩石圈层界面的主要物质交换过程、速率、通量及关键因子，揭示土壤圈层界面物质交换的规律，及与土壤质量形成和环境演变的关系，提出土壤质量培育的界面调控理论和途径；③土壤质量指标的表征理论与方法，运用先进的量化表达理论和方法，对遴选获得的表征土壤质量的指标进行赋值、标准化，依据系统研究建立的土壤质量指标体系和评价系统，对土壤质量状况进行评价。通过重点研究，初步制定了我国主要土壤类型黑土、潮土、红壤、水稻土、菜园土的土壤肥力质量评价指标和土壤健康质量基准。(二)土壤质量研究进展国外土壤质量评价土壤质量是土壤在一定的生态系统内，提供生命必须养分和生产生物物质的能力，容纳、降解、净化污染物质和维护生态平衡的能力，影响和促进植物、动物和人类生命安全和健康的能力之综合量度。土壤质量包括三层内涵和功能：第一，土壤生产力，即土壤提高植物和生物生产力的能力；第二，环境质量，即土壤降低环境污染物和病菌损害的能力；第三，动物健康，即土壤质量影响动植物和人类健康的能力。这三项功能也被称为土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量，有关指标见表2-6、表2-7和表2-8。表2-6 土壤质量田间描述性指标　Table 2-6 Descriptive index of the soil quality in the field续表表2-7 常用土壤质量分析性指标　Table 2-7 Common analytic index for soil quality表2-8 土壤质量和健康状况参数及其与土壤质量的联系　Table 2-8 Soil quality and health condition parameters and their relationship with soil quality续表国内土壤质量评价国内关于土壤质量的研究主要集中在土壤背景值、土壤环境容量和土壤环境质量标准研究等三个方面。(1)土壤背景值调查和研究土壤环境背景值是指土壤在发育形成过程中，未受或很少受到人为活动的影响，特别是未受或很少受到污染、破坏的情况下，土壤本身固有的化学组成和含量。它基本反映土壤环境原有的物质组成、性质和结构特征。“七五”期间，由国家环境保护局主持、国家教育委员会和中国科学院参与主持的国家科技攻关项目“全国土壤环境背景值研究”，是迄今为止最为系统的土壤重金属背景值研究成果。与世界土壤相比，我国土壤的砷、锌、铜含量高于世界均值；汞、锰、钴在世界范围值之中；镉、铬、镍低于世界均值；铅的变异超出世界平均范围。历时16年的全国第二次土壤普查工作，重点对土壤中N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等9 种营养元素进行了系统测试分析，建立了土壤肥力分级标准。(2)土壤环境容量研究环境容量这一概念，大约于20世纪70年代引入到环境科学领域。目前关于土壤环境容量的概念尚在探索之中。一种观点认为，土壤存在一个可承纳一定污染物而不致污染作物的量。一般将土壤所允许承纳污染物质的最大数量称为土壤环境容量。另一种观点认为，土壤环境容量是在不使土壤生态系统的结构和功能受到损害的条件下，土壤中所承纳污染物的最大数量。后者强调必须明确污染物对土壤生态系统的结构和功能的影响，以及系统结构和功能方面的要求。不少国家，如前联邦德国、日本、前苏联、澳大利亚等国家确定了某些污染物的土壤环境污染标准。我国对土壤环境容量研究已有一些报道。土壤临界容量可用于表征土壤对各种污染物的容纳能力。在获得土壤对污染物的各种生态效应和环境效应，并获得各种单一体系的临界含量后，就可以采用各种效应的综合临界指标得出整个土壤生态系统的临界含量，并作为国家制定环境标准的依据和确定土壤环境容量的依据。表2-9为我国草甸褐土区各单体系的临界含量。表2-9 我国草甸褐土区各单体系临界含量　Table 2-9 Critical content of each system in meadow brown soil area of China注：*地表径流、地下渗漏水不超标；**5mg/kg时，地表径流、地下渗漏水不超标。(据夏增禄，1986)用数学模型定量表达土壤环境容量的方法尚在探索之中。目前，常采用的确定土壤环境容量的方法包括土壤静容量和土壤动容量。土壤静容量是根据土壤的环境背景值和环境标准的差值来推算容量的一种简易方法，可由Cs=M(Ci—CBi)表示(式中：M为每亩耕层土壤重量(kg)，Ci为i元素的土壤临界含量(mg/kg)，CBi为i元素的土壤背景值(mg/kg))。这时，现存容量Csp=M(Ci—CBi—CP)，CP是土壤中人为污染而增加的量。另外，土壤环境容量也可用Q=(CK-B)×150粗略估计(式中：Q为基本的土壤环境容量(g/亩)，CK为土壤环境标准值(mg/kg)，B为区域土壤背景值(mg/kg))。土壤是一个开放的物质体系，污染物可进入土壤，也可以输出。土壤动容量是根据污染物的残留来计算土壤的环境容量。假定年输入量为Q，年输出量为Q′，若Q大于Q′，则残留量为Q-Q′。随着时间的推移，残留量也不断地增加，造成积累。累积率(K)为残留量(Q-Q′)与输入量Q之比，则n年内土壤污染物累积总量AT(含当年输入量)为AT=Q+QK+QK2+…+QKn，而n年内的污染物残留总量RT(不含当年输入量)则为RT=QK+QK2+…+QKn。当年限n足够长时，QKn趋于零，AT达到最大极限值。因此，污染物在土壤中的年累积量为AT′=K(B+Q)(式中：ATˊ为污染物在土壤中的年累积量(mg/kg)，K 为土壤污染物年残留率(%)，B 为污染物的区域土壤背景值(mg/kg)，Q为土壤污染物的年输入量(mg/kg))。假定每年残留率(K)相同、年输入量相同，则n年内土壤的总累积量为AT=BKn+QK 。从式中可以看出，年残留率K值的大小，对计算结果影响很大。不同地区的土壤，不同的污染物，其K 值也有差异，需通过试验求得。利用这种计算方法，可预测某污染物累积达到区域的环境标准所需要的年限。(3)土壤环境质量标准研究为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，防止土壤污染，保护生态环境，保障农林生产，维护人体健康，我国于1995年制定颁布了土壤环境质量标准(GB15618—1995)(表2-10)。该标准按土壤应用功能、保护目标和土壤主要性质，规定了土壤中污染物的最高允许浓度指标值，用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等的土壤。该标准根据土壤应用功能和保护目标，将土壤划分为三类：Ⅰ类主要适用于国家规定的自然保护区(原有背景重金属含量高的除外)、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤，土壤质量基本保持自然背景水平；Ⅱ类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染；Ⅲ类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。表2-10 土壤环境质量标准值　Table 2-10 Environmental quality standard for soils　(mg/kg)注：①重金属(铬主要是三价)和砷均按元素量计，适用于阳离子交换量＞5cmol(+)/kg的土壤，若≤5cmol(+)/kg，其标准值为表内数值的半数；②水旱轮作地的土壤环境质量标准，砷采用水田值，铬采用旱地值。该标准规定，一级标准为保护区域自然生态、维持自然背景的土壤环境质量的限制值；二级标准为保障农业生产、维护人体健康的土壤限制值；三级标准为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。各类土壤环境质量执行标准的级别规定为：Ⅰ类土壤环境质量执行一级标准；Ⅱ类土壤环境质量执行二级标准；Ⅲ类土壤环境质量执行三级标准。

保护土壤资源，提高土壤－植物系统的生产能力，充分利用土壤－植物系统对污染物的净化能力，是环境土壤学研究的基本目的。它的主要研究内容包括：①　研究土壤背景值。其方法是，积累原始性和基础性资料，建立土壤环境背景资料数据库，以保证研究资料的准确性、可比性、系统性和完整性。 ②　研究土壤环境污染现状，进行综合评价，并根据国民经济发展的需要以及可能采取的环境保护措施，对土壤环境质量作出科学的预测。③　研究土壤及其边界环境中污染物特别是主要污染物的迁移、转化和分布规律，弄清它们的来源和归宿。④　定量研究人为污染因素（物理的、化学的和生物学的）对土壤物理、化学、生物学特性的微观机理和宏观生态效应。⑤　研究土壤－植物系统污染的生态效应和卫生学评价，进行流行病学的统计相关分析和因果关系定量分析。如土壤及其边界环境污染对资源利用、生物生产力和生态效应的影响评价。⑥　研究土壤－植物系统对主要污染物的净化功能和作用机理、反应动力学及其环境条件，为发展城市污水的土地处理系统提供科学依据。⑦　建立土壤及其边界环境中污染物迁移、转化规律的生物物理化学行为数学模式，并通过实践不断加以修改和完善。⑧　在严格的环境土壤学实验基础上，参考各种环境质量基准值，研究土壤环境标准。⑨　综合污染源、污染物类型、污染方式、污染途径、土壤类型及其分布的地貌条件、地球化学特征、气候和水文条件等因素，计算土壤的环境容量，确定表述土壤环境容量的数学模式，为实行土壤污染的总量控制提供科学依据。⑩　在发展国民经济的过程中，研究厂矿、企业、城市和大工程对土壤环境质量的影响。 通过实地调查和实验，研究土壤－植物系统及其边界环境的污染防治途径和措施。 研究土壤环境质量基准，例如收集和制备各种标准土壤样品、生物样品、纯化学标准品，建立跨部门的技术协作网，实现土壤环境分析测试方法的标准化。