土壤修復原理與技術緒論樣本

1、緒論一、 土壤生態(tài)系統(tǒng)1生態(tài)系統(tǒng)由生物群落及其生存環(huán)境共同組成的動態(tài)平衡系統(tǒng)。 在生物群落同其生存環(huán) 境之間，以及生物群落內不同種群生物之間，不斷進行著物質交換和能量流動， 并處于互相作用和互相影響的動態(tài)平衡之中。 由此構成的動態(tài)平衡系統(tǒng),就是生 態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)最顯著的特征之一是生產力(productivity),生產者為地球上一切的異養(yǎng)生物提供營養(yǎng)物質，它們是全球生物資源的營造者。而異養(yǎng)生物對初級 生產的物質進行取食加工和再生產而形成次級生產。初級生產和次級生產為人類 提供幾乎全部的食品，工農業(yè)生產的原料。據(jù)統(tǒng)計，已知約有8萬種植物可食用 人類歷史上僅用了 7000種植物。最重要的是小麥、

2、玉米和水稻等20種栽培植物。人類蛋白質來源不少是直接取自自然系統(tǒng)的，直接進入人類的社會經濟生活。這類服務不但在過去歷史上是至關重要的唯一來源，當今依然是重要的成分。海洋動物產品亦很重要，根據(jù)聯(lián)合國糧農組織報告(1995),在世界范圍內水 產為人類提供約20%的動物蛋白。陸地生態(tài)系統(tǒng)中草場是畜牧業(yè)的基礎，除生產肉、奶、蛋和皮革等產品外，還提供運輸勞役等多種服務。生態(tài)系統(tǒng)中許多植物是重要的藥物來源。人類利用野生動植物治療疾病有悠 久的歷史?，F(xiàn)代醫(yī)學依靠野生動植物的程度也必然有越來越大的趨勢。像美國這樣發(fā)達的國家，有40%以上的藥物來源于動植物。發(fā)展中國家有 80%的人靠傳 統(tǒng)的中草藥治療疾病。中國

3、人參、天麻、三七、杜仲、柴胡、鹿茸、商香、 羚羊角和五靈脂等都是重要的中藥材，原來不受注意的甚至不知其名的物種被 發(fā)現(xiàn)作為藥用，中國有記載藥用植物至少5000種以上，常見的約為1700種。中 藥天花粉的蛋白質不但能治療絨毛膜皮癌，還可能是治療艾滋病的良藥。全世界 動植物種作過研究的僅是很小一部分。國外研究機構從29000種植物篩選出約10000種提取物，其中3000種對癌癥等有抑制作用?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)有 500多種海 洋動物可提取抗癌藥物。2土壤生態(tài)系統(tǒng)土壤是指位于陸地表面、具有一定肥力而能夠生長植物的疏松層。它的本質屬性是具有肥力。所謂肥力，是指土壤為植物生長供應和協(xié)調水、肥、氣、熱的能力。土壤

4、處在巖石圈、 大氣圈、水圈和生物圈相互緊密接觸的地帶，是 連接各自然地理要素的樞紐，是結合無機自然界和有機自然界的中心環(huán)節(jié)，它是一個與周圍環(huán)境不斷進行物質和能量交換的開放系統(tǒng)。土壤又是一個獨立的生態(tài)系統(tǒng)，這是因為：(1) 土壤存在特有的食物鏈。植物經過光合作用攝取和固定大量能量，并經過根部從土壤中吸取大量養(yǎng)分和水分。 植物的枯枝落葉及動物殘骸、排泄物，富集在土壤表層。這些有機質殘體，成為土壤微生物、動物一一消費者和分解 者的食物，這些細小動物，又是某些捕食性小動物的食物。這樣，便形成了土壤 的食物鏈：動植物有機殘體及植物根系-植食性小動物捕食性小動物。(2) 土壤存在獨特的物質循環(huán)和能量轉化。

5、土壤中的營養(yǎng)元素，經過生物 的吸收、分解和轉化，形成了生物小循環(huán)。微生物和土壤動物在共同分解有機 質的過程中，不斷向環(huán)境中釋放熱能；又使有機質腐殖質化，儲存在土壤中， 長期供植物生長之用。也就是說，輸入土壤的物質和能量，經過轉移變化，一方 面維持土壤本身的活動，另一方面又以輸出的形式作用于外界環(huán)境，形成土壤 的肥力特性。土壤是農業(yè)的基礎。土壤層是自然生態(tài)系統(tǒng)經過千百年生物和物理、化學過程產生而形成的，并由整個生態(tài)系統(tǒng)維持更新。土壤是植物生長的基質和營養(yǎng)庫，每塊土壤都在不斷地進行著物質循環(huán)和 能量流動。土壤可分為土表和地下兩部分，但都形成為一個整體。絕大多數(shù)植物以土壤作為生活的基質。土壤提供了植

6、物生活的空間、水分和必須的礦質元素。植物的根系深植于土壤之中，根系與土壤之間有著極大的接 觸面，二者之間有著頻繁的物質交換。高等植物并不能直接吸收大氣中的氮，而 只能從土壤中吸收游離狀態(tài)的氮。植物生長發(fā)育過程中，至少有16種元素是維持生長所不可缺少的。植物需 要的無機元素 N、P、K、S、Mg、Ca、Fe、Cl、Mn、Zn、B、Cu、Mo 等13種元素和有機質都來自土壤。因此，土壤是植物的營養(yǎng)庫。土壤酸堿度對植物有影響。它能影響?zhàn)B分的有效性。在不同的酸堿度下，土 壤礦質元素有效性不同。pH約6.5時，所有的礦質營養(yǎng)都能夠充分地溶解，養(yǎng) 分的有效性是最高的。pH增大或減小時，有些養(yǎng)分變?yōu)殡y溶或不

7、溶，植物的養(yǎng) 分供應受到一定的限制。土壤微生物適宜生長的pH值的范圍都較窄。細菌最適宜于生活在中性的環(huán)境下，當pH值小于6.0或大于7.0時，硝化作用與一些腐 生生物的作用都會削減，有機質分解緩慢，常引起分解不完全的中間產物積累。 還能夠經過寄主和寄生生物對 pH的不同反應，對若干植物病害加以控制。例如， 棉花的根腐病、甘薯的瘡癡病以及煙草的根黑病)病菌常發(fā)生在堿性土壤中，十 享花科蔬菜的根月中病等病菌則喜酸性土壤。土壤生物是土壤積極的改良者。土壤中最多的生物當推微生物，估計現(xiàn)已知 菌種的50%以上棲息于土壤之中。某些表土，每1g 土中估計超過25000個細菌 和為數(shù)略少的真菌；而在肥沃的土中

8、，每1g土中有54萬，甚至1億個細菌存在 (Waksmanl932)。微生物對有機物進行分解，把它們降解為簡單的物質，還原成 有用的營養(yǎng)物質。有些土壤細菌可吸收空氣中的氮元素，轉化為植物能夠吸收的 狀態(tài)。棲居土壤中的動物，小的有原生動物，大的有蝸牛、 馬陸嚙齒類等。其 種類也很多。如蚯蚓約有1800種，線蟲有幾千種。節(jié)肢動物更多，其中昆蟲有 98 %以上種類或多或少與土壤有聯(lián)系。土壤中還有50種以上的酶與之結合，不易分離。這些酶有的是生物分泌的 胞外酶，有的是細胞死后釋放出來的胞內酶。土壤中存在大量能分解酚的微生物， 它們能破壞酚化合物，并能將酚化合物作為碳和能量的來源加以利用。同時，土 壤是

9、細菌將一氧化碳轉化為其它產物的場地。生活在土壤中的動物數(shù)量確實不少，據(jù)調查，在面積為1m2,深度為30cm的麥田中，有73000個元脊椎動物，其中6000個是昆蟲；同樣大小的荒草地有 198000個無脊椎動物，其中有昆蟲8700個。這些動物在土壤形成的過程中起著 很重要的作用。它們參與土壤有機質的搗碎、分解和腐爛等過程，從而提高了土壤的肥力。Murphyl962 年曾統(tǒng)計過耕地和未耕地內節(jié)肢動物的數(shù)量。在未耕土壤中,約有96%的節(jié)肢動物群集于0.051m處，該處有較多的有機物。蜘蛛的分布多集 中在落葉層和耕作淋溶層下的粗腐殖質層。大多數(shù)生物衰老、 腐朽和死亡以后都要回歸到土壤中去。例如，熱帶雨

10、林 地區(qū)有的地方，每平方米有0.9kg的碳是死樹、枯枝、爛葉等形態(tài)降解后歸回 到土壤中的。土壤是重要的有機碳庫和氮庫。土壤碳貯量為植被中貯量的1.8倍；土壤中氮貯量則為植被中貯量的18倍。土壤動物是最重要的土壤消費者和分解者。在土壤中存在的主要動物種類有 數(shù)千種，很多是節(jié)肢動物。非節(jié)肢土壤動物主要有線蟲和蚯蚓。 蚯蚓是定居在土 壤中最著名的類群。這類生物喜歡濕潤的環(huán)境和豐富的有機質。因此，一般蚯蚓多居住在黏質、 有機質含量高和酸性不太強的土壤里。顯然，蚯蚓的數(shù)量和作 用在不同的地塊是有差異的。有人估計，在一英畝耕作層中的蚯蚓數(shù)能夠從幾百 或到100萬條以上。它們打洞，夜晚出來吃植物有機質。有的

11、蚯蚓靠吞食土壤中 的有機物質而生活。它們的活動使土壤有機物緊密混合。另外，孔道的形成，糞 粒的產生，也使得土壤更疏松多孔。經過蚯蚓加過工的土壤數(shù)量是驚人的。Evans(1948)報道，在英國土地上每年每英畝形成的蚯蚓糞有l(wèi)-5t o土壤動物中很多是節(jié)肢動物。其中最重要的有蛾、娛蚣、馬陸、跳蟲、白 蟻、甲蟲和螞蟻等。在所有的土壤動物中，分布最廣、種類最多的是蛾類和彈 尾目昆蟲。它們粉碎和分解土壤中的有機物質，并把有機物質運到較深的土層中 去，起到了維持孔隙、 改進土壤性質的作用。土壤生態(tài)系統(tǒng)的凈化作用每一個生態(tài)系統(tǒng)對入侵的污染物質都有一定的自凈能力。 土壤生態(tài)系統(tǒng)也不 例外。土壤中存在著大量微生

12、物。它們分布廣、 種類多、繁殖快、新陳代謝 旺盛，因此具有很強的凈化環(huán)境污染的能力。土壤微生物中，細菌和真菌分解有 機物的能力很大?？茖W家經過試驗測算出，1000平方米范圍內的微生物，能夠 吸收300噸有機物質，其中的1/3轉化為土壤自身的有機體，余下的2/3被分解 為無機物質，進而被植物的根吸收。另外，土壤微生物還能吸收利用無機物。因 此，它們是凈化土壤污染物的主力軍。當重金屬污染土壤時，土壤中的腐殖質和土壤的團粒物質會吸附它們，使它們的毒性降低。之后，土壤中的植物根系會吸收重金屬,使之變成自身的組成 成分，從而慢慢地消除了土壤重金屬污染。同時，土壤中含有一些酸、 堿、鹽, 會與污染物發(fā)生化

13、學反應，生成其它物質，從而減少環(huán)境中的有毒物質。三、土壤生態(tài)系統(tǒng)的破壞土壤凈化污染的能力也有限度。當大量有毒有害污染物侵入土壤，超過了土壤的 消化吸收能力時，污染物就會保持它們原來的化學性質，而土壤的性質卻會發(fā) 生比較大的變化，甚至使土壤微生物的生命活動受到抑制和破壞。1、土壤生態(tài)系統(tǒng)的污染人類活動產生的污染物進入土壤并積累到一定程度，引起土壤質量惡化的現(xiàn)象。據(jù)環(huán)保部門調查分析，酸雨的頻繁發(fā)生嚴重破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)，導致土壤酸化 面積和程度逐年擴大、加深，危害植物特別是蔬菜、水稻等農作物的正常生長。 1999年，安徽銅陵市耕地酸化面積達7000多公頃，約占全市耕地總面積的30%。酸雨還侵蝕了城市

14、的鋼鐵金屬和水泥構件，對城市設施造成不可低估的破 壞。盲目使用化肥而使土壤生態(tài)系統(tǒng)紊亂，導致作物抵抗能力下降而感病、發(fā)病等現(xiàn)象。隨著世界人口的快速增長，土壤這一人類賴以生存的必須資源正承受著越來越大的壓力。在中國，由于工業(yè)生產規(guī)模和鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化的快速發(fā)展，農用耕地 的面積在以驚人的速度銳減；同時因受到工業(yè)三廢和農用化學品的污染，有相當 數(shù)量農田的土壤質量也日趨下降。根據(jù) 1998年統(tǒng)計資料表明，1980年全國受三 廢污染的農田面積為267萬公頃，1988年為670萬公頃，1998年污染農田數(shù)量 達萬公頃，約占耕地總面積的1/5,造成經濟損失億元，其中由于重金屬污 染而引起的糧食減產達1000萬噸/年，直接經濟損失達100多億元。在西方發(fā)達 國家和其它發(fā)展中國家也存在著類似的問題。土壤污染往往具有危害性大和持續(xù)時間長這兩大特性，如何采用有效措施對污染土壤進行治理己引起世界各國科 學家及政府部門的廣泛關注。2、土壤生態(tài)系統(tǒng)的受損土地荒漠化是全球性的環(huán)境災害，它已影響到世界六大洲的 100多個國家和地 區(qū)，全球名有1/6的人口生活在這些地區(qū)。當前，全球荒漠化的面積已經達3600 萬平方公里，占整個地球陸地面積的1/4,全世界受荒漠化影響的國家有100多 個，約9億人受到荒漠化的摧殘影響和威