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土地资源研究进展论文范文

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土地资源研究进展论文范文

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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。

土地资源研究进展论文

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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。

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土壤学是广义的土壤科学.从土壤学的研究的对象和任务,可分为发生土壤学和农业土壤学两个方面.发生土壤学认为,土壤是地壳表层岩石,矿物的风化产物,在气候,生物,地形等环境条件和时间因素综合作用下形成的一种特殊的自然体.主要研究土壤自然体发生,组成,形态,特征,演化,分类和分布规律.农业土壤学则主要研究土壤的物质组成,性质极其与植物生长的关系,通过耕作施肥管理来提高土壤肥力和生产力等内容.土壤学是界于地球科学与生命科学之间的一门独立的学科,与环境科学也有密切的联系。除农业外,它又可服务于水利以及工业、矿业、医药卫生、交通和国防事业等。 目录[隐藏] • 基础理论 • 发展简史 • 分支学科 • 研究方法 • 研究趋势 • 相关词条 • 参考资料 土壤学-基础理论 土壤是有生命的自然体。在每平方米的草原土壤里除了盘根错节的根系外,还有约1210万头土壤小动物,每克肥沃的农田土壤中除了(数以万计)根系及其脱落物外,还有25亿个细菌,40万个真菌,5万个藻类生物,3万个原生动物。因此,土壤是生物的乐园,是自然界最复杂的生态系统之一,也是自然界最丰富的生物资源库。土壤微生物的分布状况见图00-04。土壤中大量的生物的存在,使土壤具有明显的呼吸作用,存在着旺盛的物质与能量的新陈代谢。 土壤是地球表层系统的重要组成部分 土壤是生命活动的产物,没有生物就没有土壤。低等生物的固氮作用使土壤具有了生长植物的肥力,而植物的生长促进了土壤的腐殖化过程和养分的富集过程,从而使土壤肥力进一步发展,在茂盛的植被下,强烈的生物风化推动着母质向土壤的演化。土壤又是生命的摇蓝。土壤不仅是生物的栖息地,是生物作用的对象,同时也是地球生命诞生与进化的温床。有证据表明,土壤巨大的表面及复杂的多孔多相体系,对于生命的产生与进化至关重要。如细菌与粘粒结合,可使细菌在极端严酷的条件存活,地球上生命也有可能起源于土壤(或母质)。现在人们已发现在土壤中普遍存在着DNA质粒或片段在不同生物细胞间的迁移,可导致物种变异或进化。土壤学就是研究土壤这个地球表面生物、气候、母质、地形、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。土壤学家认为:土壤同自然界中的其它物质一样,不仅是具有一定的物质组成、形态特征、结构和功能的物质实体,而且有着自己发生发展和长期演变的历史,土壤是由岩石风化形成的母质在生物等因素的参与下逐渐形成的,是自然界中一个独立的历史自然体。土壤学-发展简史 相关书籍 土壤学的兴起和发展与近代自然科学,尤其是化学和生物学的发展息息相关。16世纪以前,人们对土壤的认识仅是以土壤的某些直观性质和农业生产经验为依据。如中国战国时期《尚书·禹贡》中根据土壤颜色、土粒粗细和水文状况等进行的土壤分类,其后许多农学家有关多粪肥田和深耕细锄可以提高土壤肥力的论述,以及古罗马的加图所描述罗马境内的土壤类型等,都反映了当时人们对土壤的认识水平。16~18世纪,现代土壤学随着自然科学的蓬勃发展而开始孕育、萌芽。在西欧,许多学者为论证土壤与植物的关系,提出了各种假说。17世纪中叶,海耳蒙特根据他进行达5年之久的柳枝土培试验结果,认为土壤除了供给植物水分以外,仅仅起着支撑物的作用。17世纪末,J伍德沃德将植物分别置于雨水、河水、污水及污水加腐殖土 4种介质中生长,发现后两种介质中的植物生长较好,因而他认为细土是植物生长的“要素”,从而否定了海耳蒙特的观点。18世纪末,AD泰伊尔提出“植物腐殖质营养”学说。认为除了水分以外,腐殖质是土壤中唯一能作为植物营养的物质。这一学说在西欧曾风行一时。这些假说,虽未能全面正确地指出土壤的本质及其与植物生长的关系,但对于启发后人从不同的侧面认识土壤仍有裨益。 土壤学 18世纪以后,随着自然科学的进一步发展,土壤学在发展进程中先后出现了三大学派:①农业化学派。1840年,Jvon李比希的《有机化学在农业和生理学上的应用》一书问世,书中提出的“植物矿质营养学说”认为矿质元素(无机盐类)是植物的主要营养物质,而土壤则是这些营养物质的主要给源。他并指出,土壤中矿质养分的含量是有限的,必将随着耕种时间的推移而日益减少,因此必须增施矿质肥料予以补充,否则土壤肥力水平将日趋衰竭,作物产量将逐渐下降。这个主张即著名的“归还学说”。它正确地指出了土壤对植物营养的重要作用,从而促进了田间试验、温室试验和实验室化学分析的兴起以及化肥工业的发展,并为土壤学的发展作出了划时代的贡献。②农业地质学派。19世纪后期,以德国的FA法鲁为代表的一些土壤学家用地质学的观点和方法认识和研究土壤。他们认为土壤是陆地的一个淋溶层;甚至认为土壤过去是岩石,而今正在重新形成岩石。尽管这个学派未能阐明土壤形成的实质,但是他们提出的土壤改良、耕作和施肥等主张,对土壤学的发展也有一定意义。③发生土壤学派。19世纪末至20世纪初,俄国的ΒΒ多库恰耶夫提出发生土壤学观点。认为土壤是气候、生物、母质、地形和陆地年龄(时间)等 5种因子相互作用的产物,是一个独立的历史自然体,其发生过程与环境条件有密切关系;在空间分布上有明显的地带规律性。他的学说得到各国土壤学家的公认,为现代土壤学奠定了基础。 在中国,现代土壤科学的研究工作始于20世纪30年代。当时主要进行了某些土壤调查、制图和一般的分析、试验。对中国的土壤资源、主要的土壤类型、分布规律、理化性质以及土壤改良等也作了初步研究。中华人民共和国成立以后,土壤科学事业有了较大发展。中国科学院和农业部相继成立了专门的研究机构,高等农业院校土壤和农业化学的有关专业。广大土壤科学工作者对中国土壤的基本性质、发生分类、肥力特征进行的系统研究,以及对华南地区红壤和华北平原盐渍土等低产土壤进行的改良研究都取得积极成果,并在此基础上对土壤肥力概念等提出了新的见解。 土壤学-分支学科 土壤物理学 土壤学的主要分支学科有下述门类: 土壤物理学:主要研究土壤中固、液、气三相体系的物理现象及其变化规律。内容包括:土壤水分的保持和移动及其对植物的有效性,土壤空气的组成与交换,热的传导与转化,土壤固相的组成与排列,土壤的力学性质和电、磁性质等。 土壤化学:主要研究土壤固、液相的化学组成、化学变化以及固液相之间的反应。内容包括土壤固体颗粒的表面化学性质及阳离子交换,土壤溶液及土壤的酸碱性、氧化还原性等。 土壤生物学:主要研究栖居于土壤中的有机体(主要是微生物)的活动及其与土壤中物质转化和循环的关系。内容包括土壤中微生物的数量、组成及分布规律,碳、氮、磷、硫等元素的生物循环,生物固氮作用以及有机质的分解和腐殖质的形成及其对土壤肥力的影响等。 土壤肥力与植物营养:主要研究土壤供应矿质养分的能力及其影响因子与植物营养的关系。内容包括土壤肥力的实质及其指标,土壤养分的强度因素和容量因素,土壤和植物的营养诊断,主要作物对土壤肥力的要求等。 土壤地理学:主要研究土壤与自然地理环境的关系。内容包括土壤的形成、分类、分布及土壤调查、制图等。 土壤矿物学:主要研究土壤矿物的结构、组成、性质和化学反应。内容包括粘土矿物和氧化物的数量、组成以及相互间的反应,土壤中各种元素的迁徙状况,粘粒与有机质之间的相互作用,矿物的形成与转变以及矿物鉴定等。 土壤管理:主要研究人工措施对土壤和作物生产的影响,内容包括耕作、施肥、灌溉、排水及其他改良、保护措施对土壤肥力、生产力和作物产量的影响。 土壤学-研究方法 户外研究土壤学 土壤学经历了近代150余年的发展,已经形成了一套较为完整的研究方法,主要有下述。 野外调查法:即在野外(田间)通过对土壤形成因素和剖面形态的观察,并结合对周围自然地理环境和土壤利用情况的综合分析来掌握土壤的基本特征。这是研究土壤的形成、分类、分布、肥力特征以及进行土壤制图的最基本的传统方法之一。 实验室研究法:即在实验室内借助各种仪器设备和温室设施等对土壤的物理、化学、物理化学和生物学性质等进行定量或定性的测定,或对土壤肥力水平进行生物学试验(水培、砂培或土培)和模拟试验等。 定位研究法:即在田间选定某一土壤或某一地区,对土壤的某种属性或过程进行长期、系统的观察测定,以研究其动态变化和发展趋势及其对土壤性质或肥力的影响。最常用的方法是田间生物试验法和排水采集器法。 土壤学-研究趋势 由于现代科学技术的进步和世界人口的不断增长,当前土壤学的研究更趋向于重视保护土壤资源、合理利用土壤和提高土壤生产力,以适应人口增长与耕地日益减少的矛盾。在研究内容上,除继续深入进行土壤物理、化学、生物,土壤分类和土壤肥力等基础研究外,更侧重于研究土壤中生物物质的循环和能量交换,以及重金属、化学制品(农药及化肥)和各种有机废弃物对土壤、作物、森林以至人类健康的有害影响及其防治措施。在研究手段上,大型分析仪器和电子计算机的应用将使土壤分析的分辨力、精密度和分析速度进一步提高,并能为土壤学研究开辟新的领域;而土壤数据库和土壤信息系统的建立,则将使数据处理和某些模拟研究更为有效。

自1971年FAO提出土壤退化问题并出版“土壤退化”专著以来,土壤退化问题日益受到人们的关注。第一次与土地退化有关的全球性会议——联合国土地荒漠化(desertification)会议于1977在肯尼亚内罗毕召开。联合国环境署(UNEP)又分别于1990年和1992年资助了Oldeman等开展全球土壤退化评价(GLASOD)、编制全球土壤退化图和干旱土地的土地退化(即荒漠化)评估的项目计划。1993年FAO等又召开国际土壤退化会议,决定开展热带亚热带地区国家级土壤退化和SOTER(土壤和地体数字化数据库)试点研究。在1994年墨西哥第15届国际土壤学大会上,土壤退化,尤其是热带亚热带的土壤退化问题倍受与会者的重视,不少科学家指出,今后20年热带亚热带将有1/3耕地沦为荒地,117个国家粮食将大幅度减产,呼吁加强土壤退化及土地退化恢复重建研究,并在土壤退化的概念、退化动态数据库、退化指标及评价模型与地理信息系统、退化的遥感与定位动态监测和模拟建模及预测、土壤复退性能研究、退化系统恢复重建的专家决策系统等研究方面有了新的发展。国际水土保持学会也于1997在加拿大多伦多组织召开了以流域为基础的生态系统管理的全球挑战国际研讨会,从生态系统、流域的角度探讨土壤侵蚀等土壤退化等问题。而且,国际土壤联合会于1996年和1999年分别在土耳其和泰国举行了直接以土地退化为主题的第一届和第二届国际土地退化会议,并在第一届会议上决定成立了土壤退化研究工作组专门研究土壤退化,在第二届会议上则对土壤退化问题更为重视,并有学者倡议将土壤退化研究提高到退化科学的高度来认识,并决定于2001年在巴西召开第三届国际土壤退化会议。同时,在亚洲,由UNDP和FAO支持的“亚洲湿润热带土壤保持网(ASOCON)”和“亚洲问题土壤网”也在亚太土地退化评估与控制方面开展了大量的卓有成效的研究工作。总的说来,国际上土壤退化研究在以下方面取得了重要进展: ①从土壤退化的内在动因和外部影响因子(包括自然和社会经济因素)的综合角度,研究土壤退化的评价指标及分级标准与评价方法体系;②从土壤的物理、化学和生物学过程及其相互作用入手,研究土壤退化的过程与本质及机理;③从历史的角度出发,结合定位动态监测,研究各类土壤退化的演变过程及发展趋向和速率,并对其进行模拟和预测;④侧重人类活动(特别是土地利用方式和土壤经营管理措施)对土壤退化和土壤质量影响的研究,并将土壤退化的理论研究与退化土壤的治理和开发相结合,进行土地更新技术和土壤生态功能保护的试验示范和推广;⑤注重传统技术(野外调查、田间试验、盆栽试验、实验室分析测试、定位观测试验等)与高新技术(遥感、地理信息系统、地面定位系统、模拟仿真、专家系统等)的结合;⑥从社会经济学角度研究土壤退化对土壤质量及其生产力的影响。

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