青山工程培訓(xùn)講座

1、礦山破損山體治理工程中的土壤與生態(tài)學(xué)問題遼寧省閉坑礦山破損山體治理工程技術(shù)及管理要求培訓(xùn)2013內(nèi)容提要一、幾個(gè)土壤學(xué)問題二、關(guān)于生態(tài)恢復(fù)中的問題一、幾個(gè)土壤學(xué)問題（一）土壤（二）土壤的組成（三）土壤的性質(zhì)（四）土壤類型（五）土壤樣品采集（六）客土中應(yīng)注意的問題A nation that destroys its soils, destroys itself. President Franklin D. Roosevelt, Feb. 26, 1937.（一）土壤1.古人論土壤土: 地之吐生物者也。 說文解字 百谷草木麗乎土。 易彖傳壤：柔土也。無塊曰壤。 又物自生則言土， 人耕種則言壤。 說

2、文解字 以人所耕而樹藝 焉則曰壤。 周禮 有土斯有財(cái)萬物土中生2.土壤的概念（1）農(nóng)學(xué)：植物生長的介質(zhì)。（2）水利學(xué)：貯水和輸水的多孔介質(zhì)。（3）建筑學(xué)：承受高強(qiáng)度壓力的基地或工程材料的來源。（4）環(huán)境學(xué)：環(huán)境因素，污染物的緩沖帶和過濾器。（5）地質(zhì)學(xué)：地球陸地表面的一個(gè)疏松的薄層，主要是近代地質(zhì)作用所形成的地殼風(fēng)化產(chǎn)物。（6）生態(tài)學(xué)：地球表層系統(tǒng)中，生物多樣性最豐富，生物地球化學(xué)的能量交換、物質(zhì)循環(huán)（轉(zhuǎn)化）最活躍的生命層。（7）土壤學(xué)：由巖石風(fēng)化形成的母質(zhì)在生物等因素參與下逐漸形成的，獨(dú)立的歷史自然體。 土壤的簡明定義 土壤是在地球表面生物、氣候、母質(zhì)、地形、時(shí)間等因素綜合作用下所形成能夠生

3、長植物的、處于永恒變化中的疏松礦物質(zhì)與有機(jī)質(zhì)的混合物。 指土壤經(jīng)常地適時(shí)適量地供給并協(xié)調(diào)植物生長發(fā)育所需要的水分、養(yǎng)分、空氣、溫度、扎根條件和無毒害物質(zhì)的能力。土壤的本質(zhì)肥力四大肥力因子：水、肥、氣，熱土壤是固、液、氣三相體，包括礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水、空氣和多種生物。礦物質(zhì)45%-50%水（溶液）15%-35% 空氣15%-35%有機(jī)質(zhì)1%-5%土壤孔隙土壤固相（二）土壤的組成1.土壤礦物根據(jù)結(jié)晶狀態(tài)，可分為： 結(jié)晶質(zhì)礦物 非晶質(zhì)礦物根據(jù)產(chǎn)生原因常分為： 原生礦物直接來源于物理風(fēng)化作用的巖石碎屑。 土壤中較大顆粒的主要 成分。 次生礦物巖石風(fēng)化和成土過程新生成的礦物，包括各種簡單鹽類，次生 氧化

4、物和鋁硅酸鹽類礦物等。土壤中較小顆粒的主要成分。是指土壤中含碳的有機(jī)物質(zhì)，包括各種動(dòng)植物殘?bào)w、微生物體及其合成產(chǎn)物（腐殖質(zhì)）。2.土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)元素組成 土壤有機(jī)質(zhì)的基本元素組成是C、H、O、N， C/N比大約在10-12之間。(2) 化合物組成 腐殖物質(zhì) 非腐殖物質(zhì)常見的化合物有纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素及脂類。植物殘?bào)w腐爛的生物動(dòng)物殘?bào)w微生物生物體腐殖質(zhì)半分解全分解形成腐殖質(zhì)缺少腐殖質(zhì)的土壤土壤腐殖質(zhì)的形成過程雜草作物葉片畜禽糞便C H O N腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬圖有機(jī)質(zhì)的生態(tài)環(huán)境意義Organic matter is soil gold !提供植物營養(yǎng)物質(zhì)改善土壤肥力特性降低污染物脅迫風(fēng)

5、險(xiǎn) 與重金屬形成螯合物與有機(jī)物結(jié)合調(diào)節(jié)全球碳平衡土壤水存在于土壤孔隙中。實(shí)際上并不是純凈的水，而是含有多種成分的溶液。土壤水分為液態(tài)水、氣態(tài)水和固態(tài)水，只有液態(tài)水能為植物利用；液態(tài)水又可分為四種類型。吸濕水膜狀水毛管水重力水3.土壤水水沿著毛管上升毛管作用力范圍： 0.1-1mm有明顯的毛管作用0.05-0.1mm 毛管作用較強(qiáng) 0.05-0.005mm 毛管作用最強(qiáng)0.001mm 毛管作用消失土壤空氣來源于近地表大氣、土壤微生物的呼吸和代謝、土壤水分的蒸發(fā)。土壤空氣中含有較多的CH4、N2O、NO、CO、H2S、H2、醇類等氣體；土壤既是溫室氣體的源，也是溫室氣體的匯。4.土壤空氣O2CO2

6、N2其它氣體大氣20.940.0378.050.98土壤空氣18.020.030.150.6578.880.240.98土壤空氣與大氣組成的差別(%)生物學(xué)性質(zhì)土壤酶、微生物、動(dòng)物特性Ca2+Mg2+Zn2+Cu2+Fe3+Ca2+Mg2+Mo2+化學(xué)性質(zhì)酸堿性、氧化還原性、養(yǎng)分離子含量組成、有機(jī)質(zhì)H+Fe2+顆粒組成不同粒徑顆粒的組合比例孔性土壤孔隙數(shù)量和類型通氣透水與保水性水分、空氣透過土體的性能和土壤保持水分的性能Na+NH4+HPO42-K+結(jié)構(gòu)性土壤結(jié)構(gòu)體的大小、形狀、力穩(wěn)性、水穩(wěn)性及孔隙狀況的綜合特征。（二）土壤的性質(zhì)1.顆粒（機(jī)械）組成組成土壤的大小不同的土粒的比例組合。 1.物

7、理性質(zhì)石礫：1mm砂粒：1-0.05mm粉粒：0.05-0.002mm黏粒：0.002mm顆粒大小與比表面積 指根據(jù)土壤顆粒的大小及其匹配狀況確定的粗細(xì)程度。 一般土壤質(zhì)地分為沙土、壤土和粘土，中間還有過度類型。土壤質(zhì)地影響土壤水、空氣和熱量的運(yùn)動(dòng)，也影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化。2.質(zhì)地（1）膠體土壤中固相、液相和氣相呈互相分散的膠體狀態(tài)，其固體顆粒直徑1m，土壤膠體常指這些固相顆粒。無機(jī)（礦質(zhì)）膠體有機(jī)膠體有機(jī)無機(jī)復(fù)合體2.化學(xué)性質(zhì)（2）電性土壤膠體微粒都帶有一定的電荷，在多數(shù)情況下帶負(fù)電荷，但也有帶正電荷的，還有因環(huán)境條件不同而帶不同電荷的兩性膠體。腐殖質(zhì)膠體帶電（功能團(tuán)解離產(chǎn)生負(fù)電荷)粘土礦物膠體帶

8、電（功能團(tuán)解離產(chǎn)生負(fù)電荷)兩性膠體帶電（功能團(tuán)解離產(chǎn)生負(fù)電荷)電荷的類型及來源 永久電荷：在巖石化學(xué)風(fēng)化過程中，因粘土礦物晶格內(nèi)發(fā)生同晶置換而產(chǎn)生的電荷。 可變電荷：隨土壤pH值條件而改變的電荷，是由于膠體顆粒表面基團(tuán)的解離或質(zhì)子化而引起的。SiMgAl3+ for Si4+Mg2+ for Al3+土壤電荷的來源：同晶置換（永久電荷）: 蒙、伊高礦物晶格斷鍵（永久電荷）:高伊蒙表面分子的解離（可變電荷 ，pH影響）同晶置換AlAl（4）酸堿性土壤酸堿性是土壤酸性或堿性的程度，常以pH值表示。土壤酸堿性的不僅決定于土壤溶液中H+,更重要的是決定于土壤膠體上致酸離子（H+和Al3）或致堿離子（N

9、a）的數(shù)量，也決定于土壤中酸性鹽類或堿性鹽的存在。土壤酸堿性產(chǎn)生和氣候、母質(zhì)、生物、灌溉、施肥等因素有關(guān)。強(qiáng)酸性 酸性微酸性 中性微堿性堿性強(qiáng)堿性4.54.55.5 5.56.5 6.57.57.58.08.09.09.0土壤pH和酸堿性分級植物養(yǎng)分有效性、微生物數(shù)量與土壤pH的關(guān)系pH6.5（中性）大多數(shù)土壤養(yǎng)分在附近的有效性較高土壤中重金屬在什么pH范圍毒性最大5.鹽分組成土壤可溶性鹽，主要陽離子是Na+、 Ca2+、Mg2+、K+，主要陰離子是Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、NO3- ；另外，在過于鹽的水中還有B、Sr、Li、Si、Rb、F、Mo、Mn、Ba、Al。土壤中大量

10、的可溶性鹽存在導(dǎo)致表層積鹽會造成土壤鹽化。土壤中大量的Na+和Mg2+存在及其在土體中的頻繁運(yùn)動(dòng)還會造成土壤堿化。 土壤鹽堿化產(chǎn)生和氣候、地下水水位與礦化度高、地形、母質(zhì)、生物等有關(guān)。適用區(qū)域 土壤含鹽量（g kg-1）非鹽化輕度中度強(qiáng)度鹽土濱海、半濕潤、半干旱、干旱區(qū) 1.01.02.02.04.04.06.0（10.0） 6.0（10.0）土壤鹽漬化分級指標(biāo)鹽（堿）隨水去，水去鹽（堿）存普通潮濕堿積鹽成土阜新市彰武縣阿爾鄉(xiāng)。位于河流沖積平原，海拔210m，地下水位2m。自然荒地. 全剖面鹽分含量不超過3.0g/kg，均有蘇打出現(xiàn)，除底層外，堿化層的pH值在9.5以上。土壤粘粒和鹽分有明顯向

11、下淋淀的現(xiàn)象。 （四）遼寧土壤類型遼寧土壤圖遼西低山丘陵區(qū)遼河三角洲 遼東山地丘陵區(qū)遼東山地丘陵區(qū) 位于長大鐵路線以東，為長白山山脈西南延續(xù)部分，包括大連、丹東、本溪、撫順市的全部和鐵嶺、遼陽、鞍山、營口市的東部。土壤組合有2個(gè)類型。 東北部中低山地區(qū) 山的中上部分布著酸性棕壤或棕壤性土，下部分布著棕壤，坡腳或緩坡平地上，形成了潮棕壤，河流兩岸為草甸土，河灘洼地和河谷洼地分布著沼澤土和泥炭土，部分耕地在長期水耕熟化條件下形成水稻土，低山丘陵緩坡和平地上有白漿化棕壤分布。 遼東半島丘陵區(qū) 大部分丘陵上部發(fā)育著棕壤性土、粗骨土或石質(zhì)土，由丘陵中部向下至谷底，發(fā)育的土壤與遼東北山地區(qū)大體相同，依次為

12、棕壤、潮棕壤、草甸土、沼澤土和水稻土，在富鈣的石灰?guī)r風(fēng)化物和部分黃土母質(zhì)上還有褐土發(fā)育。遼西低山丘陵區(qū) 包括朝陽全部和阜新、錦州西部。南部以松嶺山脈為界，是棕壤與褐土的過渡地帶，相互間呈鑲嵌分布，全區(qū)土壤組合有3種類型。 努魯兒虎山和松嶺山地西麓低山丘陵區(qū) 除較高山地上部有棕壤或棕壤性土分布外，一般低山丘陵上部分布著褐土性土；下部為褐土、石灰性褐土；緩坡坡腳為潮褐土；河谷平原分布著潮土。 醫(yī)巫閭山和松嶺山地東麓低山丘陵區(qū) 低山丘陵上部分布著棕壤性土和粗骨土，下部為棕壤，坡腳平地分布窄條狀潮棕壤，河流兩岸河漫灘和河成階地上分布著潮土。 阜新、北票等山間盆地區(qū) 由盆地中心向外依次出現(xiàn)沼澤土、潮土、

13、潮褐土、褐土或石灰性褐土。遼河三角洲 介于遼東、遼西山地丘陵區(qū)之間。全區(qū)土壤組合有3種類型。 北部低丘漫崗區(qū) 包括昌圖、法庫至彰武，風(fēng)沙土、鹽土、堿土、黑土等均有分布。通常丘陵漫崗中上部為棕壤；下部為潮棕壤；平地為草甸土，低洼處沼澤土與鹽化草甸土、堿化草甸土呈復(fù)區(qū)分布；昌圖八面城一帶崗地上有黑土發(fā)育。 中部平原區(qū) 位于鐵嶺、彰武以南至遼東灣沿岸。近河床淺灘處形成新積土；遠(yuǎn)離河床的河漫灘至一、二級階地上為草甸土；有的沖積物含有碳酸鹽，形成石灰性草甸土；在平、中洼地及牛軛湖處則分布著沼澤土和泥炭土。 遼河三角洲 渾、太、遼、凌入?？趨^(qū)。近海岸為濱海潮灘鹽土；遠(yuǎn)海岸帶為濱海鹽土；再往內(nèi)陸多為鹽化草甸

14、土；低洼積水區(qū)分布著濱海沼澤鹽土和鹽化草甸土。草甸土、濱海鹽土多經(jīng)水耕熟化和洗鹽等發(fā)育成鹽漬型水稻土。為了解土壤情況，通常要實(shí)地進(jìn)行土壤剖面形態(tài)的觀察外，還需要采集分析樣品，以便進(jìn)行各項(xiàng)理化性質(zhì)的測定。土壤的復(fù)雜性和空間變異性，給土壤樣品的采集帶來很大的困難。（五）土壤樣品采集 土壤的空間變異性自然界土壤的分布極為復(fù)雜，田間實(shí)際情況表明，在土壤質(zhì)地相同的區(qū)域內(nèi)，土壤特性(物理、化學(xué)及生物性質(zhì))在同一時(shí)刻、各個(gè)空間位置上的量值并不相同，這種屬性即稱為土壤特性的空間變異性。各種外來物進(jìn)入土壤后要進(jìn)行流動(dòng)、遷移、混合較為困難，所以采集的樣品往往具有局限性。土壤的不均一性是造成采樣誤差的最主要原因。要

15、使分析結(jié)果能正確反映土壤的特性，在很大程度上決定于采樣的代表性，即選擇有代表性的地點(diǎn)和土壤層次。土壤三維實(shí)體的垂直切面，顯露出一些一般是平行于地表的層次。土壤剖面指從地表到母質(zhì)的垂直斷面。 1.土壤剖面土壤剖面構(gòu)型的一般綜合圖式 構(gòu)成土壤剖面大致呈水平狀態(tài)的不同層次，叫做土壤發(fā)生層，簡稱土層。土層的形成是土壤形成過程中物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化和積累的結(jié)果。 上端露出部分空間，使剖面不至于頂格整個(gè)畫面標(biāo)尺統(tǒng)一放置在剖面左邊，一定要放垂直可以放置田間號底部要到基巖或者至少1.2m左右可以剖面挑出部分毛面，但只占剖面整體寬度的1/3左右,要避免明顯刀痕剖面整體上要修理平整用平頭鏟修，避免呈下圖狀照相時(shí)鏡頭要基

16、本上垂直于剖面中心，避免各部分比例失真2.采集土壤樣品的工具常用的采樣工具有三種類型：小土鏟管形土鉆普通土鉆 土 鉆其他主要采樣工具鐵鏟、鋤頭土刀塑料布、塑料袋或布袋繩子鉛筆、標(biāo)簽紙3. 土壤樣品的采集樣品一般是采耕作土壤的耕作層。每個(gè)樣點(diǎn)采樣深度，一般為20厘米，水田可按15厘米采樣。樣點(diǎn)布設(shè)方式因地塊形狀而異。方格法布點(diǎn)：地塊呈正方形而又面積不大棋盤式布點(diǎn)：地塊大、地力不均勻蛇形曲線法：地塊呈長條形、地力不均勻4. 混合樣品的采集一般都采集混合土樣?；旌蠘悠肥怯珊芏帱c(diǎn)樣品混合組成。它實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)平均數(shù)，以降低土壤空間變異造成的差異。土壤攤成圓形中間劃十字線去掉對角兩份土樣留用去掉采集混

17、合樣品的要求每一點(diǎn)采取的土樣厚度、深淺、寬狹應(yīng)大體一致。 各點(diǎn)都是隨機(jī)決定的： 隨機(jī)定點(diǎn)可以避免主觀誤差， 提高樣品的代表性，一般按S形線路采樣。采樣地點(diǎn)應(yīng)避免田邊、路邊、溝邊和特殊地形的部位以及堆過肥料的地方。 一個(gè)混合樣品是由均勻一致的許多點(diǎn)組成的，各點(diǎn)的差異不能太大。 一個(gè)混合樣品重在 1kg 左右，如果重量超出很多，可以把各點(diǎn)采集的土壤放在一個(gè)木盆里或塑料布上用手捏碎、混勻、攤平捏，按四分法取樣，最后留取土樣0.51公斤。附上標(biāo)簽，要做好采樣記錄?？屯临|(zhì)量問題pH可溶性鹽分重金屬質(zhì)地表土心土問題二次生態(tài)破壞問題（六）客土中應(yīng)注意的問題二、幾個(gè)生態(tài)學(xué)問題（一）生態(tài)恢復(fù)中的誤區(qū)（二）遼寧地

18、區(qū)生態(tài)恢復(fù)優(yōu)先選用植物 （三）幾種生態(tài)復(fù)綠型恢復(fù)技術(shù)（一）生態(tài)恢復(fù)中的誤區(qū) 1.誤用外來入侵物種 原產(chǎn)于澳大利亞的桉樹是經(jīng)常被大量引種的外來物種之一，卻屢屢引起諸如土壤貧瘠、地下水位下降和生物多樣性降低等嚴(yán)重的生態(tài)問題。 進(jìn)行植被恢復(fù)的過程中，積極尋找的是具有抗逆性強(qiáng)和繁殖能力強(qiáng)，能夠迅速擴(kuò)展和蔓延等特點(diǎn)的物種。通常外來入侵物種正是具有上述特點(diǎn)。但帶來的危害是巨大的。 火炬樹會不會成為下一個(gè)外來入侵物種2.忽略了健康生態(tài)系統(tǒng)要求的異質(zhì)性 天然的生態(tài)系統(tǒng)具有多種多樣的異質(zhì)性（或稱多樣性），包括物種組成、空間結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)上的異質(zhì)性以及資源利用的異質(zhì)性。只見樹木不見森林3.忽略了物種之間的生態(tài)交互

19、作用 一個(gè)群落之所以具有自我更新和維持的能力，因?yàn)槠渲械奈锓N之間存在著緊密的交互作用關(guān)系。樹木和其他植物沒有授粉或傳播種子的媒介就不能繁殖和擴(kuò)散。應(yīng)該保護(hù)野生動(dòng)物，充分發(fā)揮它們作為授粉和種子傳播媒介的作用。 植被恢復(fù)初期選擇種植具有大量小型果實(shí)的灌木或其他小型植物，以吸引野生動(dòng)植物來采食嫩葉、花卉或果實(shí)。如果只種植長青的松柏等，鳥類和其他動(dòng)物將很難在這種環(huán)境中生存。 4.忽略了與周圍景觀的協(xié)調(diào)性 不考慮擬恢復(fù)區(qū)域周邊生態(tài)景觀，選擇物種單一或套用其他地區(qū)的模式，造成植被恢復(fù)后其形態(tài)、顏色與周圍環(huán)境形成強(qiáng)烈反差 。演替自然 交互共生樹 + 樹 森林參考天然群落特征進(jìn)行植被恢復(fù)草灌喬搭配先鋒植物和鄉(xiāng)

20、土植物結(jié)合與周邊景觀協(xié)調(diào)（二）遼寧地區(qū)生態(tài)恢復(fù)優(yōu)先選用植物以四平到沈陽、沈陽到丹東的鐵路線（或稍向南移）為界，其線以東為長白植物區(qū)；從上述鐵路線以西、北緯42以南的廣大地區(qū)，屬華北植物區(qū)；北緯42以北的地區(qū)屬內(nèi)蒙古植物區(qū)。根據(jù)生態(tài)恢復(fù)的原則，結(jié)合植物區(qū)系的特點(diǎn)，遼寧地區(qū)生態(tài)恢復(fù)優(yōu)先選用植物如下。地 區(qū)樹 種（草種）東部地區(qū) 刺槐、楊樹、柳樹、山楂、京桃、白臘、紫穗槐、山里紅、東北山梅花、忍冬、珍珠梅、桃葉衛(wèi)矛、蛇白蘞、葛藤、山葡萄、三葉地錦、五葉地錦、狗尾草、三葉草、羊胡草、黑麥草、狼尾草、紫花苜蓿等西部地區(qū) 刺槐、側(cè)柏、油松、楊樹、白臘、榆樹、臭椿、山皂角、山杏、紫穗槐、荊條、丁香、沙棘、爬地柏、沙地柏、桃葉衛(wèi)矛、檸條、三葉地錦、五葉地錦、草木犀、沙打旺、紫花苜蓿、黑麥草、狼尾草等（三）幾種生態(tài)復(fù)綠型恢復(fù)技術(shù) 1.客土噴播技術(shù)將土壤與有機(jī)基材、粘結(jié)劑、保水劑、肥料、酸堿調(diào)節(jié)劑和種子等按一定比例混合，經(jīng)過機(jī)械充分?jǐn)嚢?/p>