【正文】 《環(huán)境土壤學(xué)》講義SATELLITE第一章 緒論第一節(jié) 土壤與生態(tài)系統(tǒng)定義1： 存在于地球表層的含有生命物質(zhì)，植物可以生長(zhǎng)的自然集合體。定義2： 土壤是能產(chǎn)生植物收獲物的地球陸地的疏松表層，是巖石圈，水圈，大氣圈和生物圈相互進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換的產(chǎn)物，是在母質(zhì)（巖石及其風(fēng)化物）、氣候、生物、地形、時(shí)間等因素相互作用下形成的自然體。土壤圈Pedosphere：地球陸地表層由所有土壤所構(gòu)成的具有重要特征的圈層。土壤圈是地球圈層結(jié)構(gòu)中具有重要作用的一個(gè)圈層，界于巖石圈和大氣圈、生物圈、水圈之間。成土條件Siol Forming Condition： s = f(cl,o,r,p,t) 式中： s 土壤 soil cl 氣候 climate o 生物 organism (Vegetation) r 地形 relief p 巖石或母質(zhì) rock or parent materials t 時(shí)間(年齡) timeThe type of soil developed depends on the amount of time a parent material on a specific topography is exposed to the effects of climate and vegetation. Why do I have so many different soil series on my land? The answer is quite simple. If you had three parent materials on five topographies developed under two vegetations, one climate, and two periods of time, you would have the following number of soil series: 3 parent materials 5 topographies 2 vegetations 1 climate 2 time intervals = 60 soil series（土系）.土壤的作用Role of Soil:They help supply our food, support our homes and highways, act as building materials for our construction, absorb our waste materials, and give us many beautiful and scenic areas for relaxation and recreation. The wealth of a nation lies in her soils and their intelligent development. Richard Gordon我國(guó)主要的土壤類型：磚紅壤，紅壤，黃壤，暗棕壤，黑土，紫色土，水稻土，荒漠土。 Soil Science研究土壤的形成、發(fā)生分類、基本性質(zhì)與功能、土壤分布規(guī)律、土壤資源利用與管理和土壤調(diào)查技術(shù)的專門學(xué)科。 派生的分支學(xué)科主要有：土壤生態(tài)學(xué)、土壤環(huán)境學(xué)、土壤生物學(xué)、土壤物理學(xué)、土壤化學(xué)、土壤膠體化學(xué)、土壤地理學(xué)、土壤微生物學(xué)、土壤肥料學(xué)、土壤改良學(xué)、土壤發(fā)生與地理學(xué)和土壤調(diào)查與制圖學(xué)等一系列學(xué)科體系。土壤是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的部分。土壤以其肥力(Fertility)養(yǎng)育著陸地上的植物，通過植物又養(yǎng)育著動(dòng)物和微生物?！叭f物土中生”：植物(plants)、動(dòng)物(animals)、微生物(microorganisms)土壤生態(tài)系統(tǒng)是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的。 土壤提供物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)：光合作用和代謝作用； 植被是土壤生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的保障。 植物生物量的增加為整個(gè)生物界的生存繁育提供物質(zhì)能量基礎(chǔ)。一旦植被破壞，不僅直接使土壤生態(tài)受損，導(dǎo)致各種生物的能量匱乏，同時(shí)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)也因物質(zhì)和能量的收支改變而導(dǎo)致平衡失調(diào)，以致最終被破壞。這就是土壤與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，也是為什么要重視土壤生態(tài)環(huán)境保護(hù)的原因。第二節(jié) 環(huán)境土壤學(xué)的興起1. 土壤環(huán)境問題Environmental Problem of Soil存在數(shù)量（quality）和質(zhì)量（guantity）兩個(gè)方面的問題。 人口爆炸式增長(zhǎng)，資源（礦藏、森林、草原）過度開發(fā)(糧食數(shù)量供應(yīng)的安全)，人工合成化學(xué)物質(zhì)加速發(fā)展，土壤被過度的集約化經(jīng)營(yíng)都直接或間接地?fù)p害和污染著土壤，構(gòu)成對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的危害（影響糧食質(zhì)量的安全）。直接影響：“三廢”排放，導(dǎo)致土壤污染、酸化、次生鹽漬化。 間接影響：森林、草原植被的破壞導(dǎo)致土壤沖刷、侵蝕與沙化。2. 土壤污染Soil Pollution進(jìn)入土壤的污染物超過土壤的自凈能力，而且對(duì)土壤、植物和動(dòng)物造成損害時(shí)的狀態(tài)。與大氣污染、水體污染相比，土壤污染更隱蔽，其危害的后果也更深遠(yuǎn)。污染物在土壤中能與土壤成分相結(jié)合，它被土粒所吸收、吸附和固定，也受到微生物分解轉(zhuǎn)化作用的影響。保存下來的污染物能逐漸為植物和微生物所吸收，再通過食物鏈向人、蓄體內(nèi)輸送。由于土體比水體對(duì)污染物的容量要大，其危害的過程就緩慢得多，從而也增加了人們對(duì)此認(rèn)識(shí)的難度。（第五章）3. 土壤環(huán)境研究 Study on Soil Problem20世紀(jì)5060年代“三廢”治理與綜合利用，城市污水進(jìn)行農(nóng)田灌溉； 20世紀(jì)70年代進(jìn)行農(nóng)田污水灌溉利弊與監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，部分城市郊區(qū)土壤污染與背景值研究； 20世紀(jì)80年代關(guān)注農(nóng)藥、化肥污染，引起部分地區(qū)土壤的酸化、板結(jié)，深入開展土壤背景值、環(huán)境容量及酸沉降危害研究； 20世紀(jì)90年代注意污染土壤排放的甲烷對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)開展污染土壤生物修復(fù)研究，并逐步成為研究的熱點(diǎn)。第三節(jié) 環(huán)境土壤學(xué)任務(wù)與內(nèi)容 Main Duty of the Course研究人類活動(dòng)引起的土壤環(huán)境質(zhì)量變化及由此對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和人體健康等產(chǎn)生的影響，并探索調(diào)節(jié)、控制和改善土壤環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)化途徑、有效防治技術(shù)和治理方法等。 主線是土壤的環(huán)境功能（土壤與環(huán)境的質(zhì)能交換）和土壤環(huán)境行為（背景值、環(huán)境容量、污染與修復(fù)機(jī)制、生態(tài)優(yōu)化）。 從土壤生產(chǎn)力的角度研究土壤是農(nóng)業(yè)土壤學(xué)的任務(wù)；從生態(tài)環(huán)境的角度研究土壤是環(huán)境土壤學(xué)的主要任務(wù)。 Content of the Course土壤的基本特性及其主要功能； 土壤環(huán)境背景值與土壤環(huán)境容量； 土壤中污染物的遷移轉(zhuǎn)化與土壤修復(fù)； 土壤生態(tài)優(yōu)化、污染治理、質(zhì)量評(píng)價(jià)。第四節(jié) 環(huán)境土壤學(xué)與相關(guān)學(xué)科1. 環(huán)境土壤學(xué)的基本學(xué)科Basic Science of the Course環(huán)境土壤學(xué)是建立在土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)之間的邊緣學(xué)科，它是隨著環(huán)境問題的出現(xiàn)在土壤學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新學(xué)科。 土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)以化學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，特別是化學(xué)。環(huán)境土壤學(xué)以生物學(xué)、氣候?qū)W、地學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)為原理揭示其規(guī)律，并通過工程技術(shù)（生物工程）和區(qū)劃方法達(dá)到分區(qū)規(guī)劃和治理目的。2. 環(huán)境地學(xué)的概念Environmental Geography環(huán)境地學(xué)包括環(huán)境地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、化學(xué)地理學(xué)、污染氣象學(xué)和海洋環(huán)境學(xué)等。環(huán)境地質(zhì)學(xué) 以人類活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系為研究對(duì)象。人類活動(dòng)會(huì)誘發(fā)環(huán)境地質(zhì)問題，如地震、廢棄礦床、地下水質(zhì)惡化、地面沉降。而地質(zhì)作用產(chǎn)生的地震、火山爆發(fā)、海嘯、山崩、泥石流等又深刻影響著土壤的生態(tài)環(huán)境。環(huán)境地球化學(xué) 以化學(xué)物質(zhì)在地表環(huán)境中的分布、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律為研究對(duì)象?；瘜W(xué)物質(zhì)從土壤到植物再影響食物鏈和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。污染氣象學(xué) 研究大氣污染和大氣運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，大氣運(yùn)動(dòng)對(duì)污染物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散，氣象因素對(duì)污染物的化合和分解的影響。環(huán)境海洋學(xué) 主要研究物質(zhì)在水體中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，底泥對(duì)水生生物的影響。第二章 土壤的形成與功能第一節(jié) 土壤的形成過程 and Rocks研究土壤首先要認(rèn)識(shí)形成土壤的母質(zhì)材料（parent materials）。 母質(zhì)是最重要的成土因素和土壤形成的條件。按照風(fēng)化物不同搬運(yùn)動(dòng)力與沉積特點(diǎn)可分為八大類型： 殘積物（就地風(fēng)化堆積，未經(jīng)搬運(yùn)）； 坡積物（流水、重力搬運(yùn)和就地堆積）； 洪積物（洪水、搬運(yùn)距離遠(yuǎn)和分選性差、磨圓度不佳）； 沖擊物（水搬運(yùn)，河流相沉積）； 湖積物（水搬運(yùn)，湖相沉積）； 淺海沉積物（水搬運(yùn)，海相沉積）； 風(fēng)成物（風(fēng)搬運(yùn)和堆積：黃土）； 冰積物（冰川搬運(yùn)和沉積）。需要很好理解和掌握以下三個(gè)基本概念： 巖石（rock）:各種礦物大多以集合體的形式存在于地殼（音：Qiao；earth39。s crust）中，這種礦物的集合體就是巖石。 根據(jù)巖石的成因，可以分為三大類： 巖漿巖（igneous rock）: 火山噴發(fā)（未噴出）的巖漿冷凝而形成。根據(jù)二氧化硅的含量多少區(qū)分為酸性巖（65%）、中性巖（5265%）、基性巖（4552%）和超基性巖（45%）。 沉積巖（sedimentary rock）: 在地表常溫常壓下，先成的巖石風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物，以及生物作用與火山作用的產(chǎn)物在原地或經(jīng)外力搬運(yùn)而形成沉積層，再經(jīng)過固結(jié)成巖作用而形成的巖石。是主要的成土母質(zhì)，分礫巖、砂巖、頁巖、石灰?guī)r。 變質(zhì)巖（metamorphic rock）: 已經(jīng)形成的巖漿巖或沉積巖受到地殼運(yùn)動(dòng)或巖漿運(yùn)動(dòng)造成的高溫高壓和熱氣熱液作用，而發(fā)生變質(zhì)的巖石，就叫變質(zhì)巖。常見的變質(zhì)巖有：片麻巖、石英巖、大理巖和結(jié)晶片巖類。 礦物 （mineral）:各種地質(zhì)作用下自然產(chǎn)生于地殼中的化合物或化學(xué)元素，是具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然均質(zhì)體，是組成巖石的基本單位。 根據(jù)礦物的成因，區(qū)分為原生礦物和次生礦物。 原生礦物（primary minerals）: 形成于高溫高壓下的礦物，如巖漿熔融體或熱液中形成的礦物，石英、長(zhǎng)石、云母等； 次生礦物（secondary minerals）: 由原生礦物在風(fēng)化和成土過程中經(jīng)過化學(xué)蝕變，或由分解產(chǎn)物重新結(jié)合而成的礦物，如高嶺石、蒙脫石、水云母等。風(fēng)化作用 （rockweathering processes）暴露于地表（或不露出地表）的礦物、巖石遇到和它形成時(shí)不相同的外界條件就發(fā)生形變、組成和性質(zhì)的變化，這就叫風(fēng)化。風(fēng)化作用包括三大類型：物理風(fēng)化（physical weathering） 由物理作用使巖石發(fā)生物理變化而成碎屑的過程。如溫度變化引起的熱力風(fēng)化、水力作用。化學(xué)風(fēng)化（chemical weathering） 巖石的化學(xué)成分受到化學(xué)作用發(fā)生化學(xué)成分和性質(zhì)的變化，以及產(chǎn)生新的礦物的過程。如溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用、氧化作用。此外還有硫酸化作用、還原作用、去碳作用、中和作用。水化作用實(shí)例： 2Fe2O3 + 3H2O 2Fe2O33H2O (赤鐵礦) （褐鐵礦）生物作用與風(fēng)化（biological weathering） 生物所參與的風(fēng)化過程。物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化都直接或間接地與生物作用有關(guān)。 直接方面：根系對(duì)巖石的擠壓、穿插而使巖石崩解。 間接方面：生物呼吸作用是大氣二氧化碳的主要來源；綠色植物在光合作用中放出氧氣。而氧氣和二氧化碳都是化學(xué)風(fēng)化作用的重要因素。 Processes of Soil Forming各種土壤的成土過程是多種多樣的；不同土壤的成土過程是不一樣的。一般來說，任何土壤都必須經(jīng)歷三個(gè)基本的成土過程：原始成土過程，有機(jī)質(zhì)積累過程和粘化過程，而象脫硅富鋁化過程只有南方紅黃壤上才具有，鹽堿化過程只有鹽堿土上才有。這就是說土壤的成土過程可區(qū)分為共有成土過程和專有成土過程。 原始成土過程 Primary Soil Forming Process母質(zhì)具有疏松多孔的特點(diǎn)和具有初步的透水透氣性、持水性，以及釋放供應(yīng)部分養(yǎng)分的能力，使生物生長(zhǎng)發(fā)育具有了可能。首先是對(duì)養(yǎng)分要求不高的低等生物（如化能自養(yǎng)性微生物）。低等生物（化能自養(yǎng)型微生物）的出現(xiàn)，抑制營(yíng)養(yǎng)元素的淋溶（從氧化母質(zhì)的無機(jī)物種取得合成有機(jī)物的能量），開始了最初的土壤形成過程（母質(zhì)上開始產(chǎn)生有機(jī)物，營(yíng)養(yǎng)元素得以初步在母質(zhì)表層集中和積累）。有機(jī)質(zhì)積累過程 Organic Matter Accumulation有機(jī)營(yíng)養(yǎng)性微生物大量生長(zhǎng)使有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素得到進(jìn)一步的積累和集中，特別是固氮細(xì)菌的發(fā)育使土壤氮素進(jìn)一步積累，肥力（水、肥、氣、熱）水平進(jìn)一步提高，生物群落也相應(yīng)交替和發(fā)展。接著出現(xiàn)地衣、苔蘚，直到高等綠色植物生長(zhǎng)。一方面有大量以有機(jī)質(zhì)為能量和養(yǎng)分來源的微生物不斷分解有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)在微生物作用下一部分分解供植物再利用，另一部分有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為特殊的腐殖質(zhì)（humus），積累在土壤的表層，保存了植物需要的營(yíng)養(yǎng)元素。粘化過程 Clay Minerals Forming固相部分是構(gòu)成土壤的基本骨架，包括土壤礦物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)。土壤礦物質(zhì)與成土母質(zhì)有關(guān)，區(qū)分為原生礦物和次生礦物（粘土礦物）。這部分是作為重要的基質(zhì)，它影響著土壤的物理機(jī)械性和養(yǎng)分供應(yīng)類型、水平以及土壤的保水保肥性能等，也影響土壤的液相及氣相的狀況。在土壤的發(fā)生發(fā)育過程中經(jīng)歷著不斷粘化的過程，表現(xiàn)為土壤中次生粘土礦物逐步占主導(dǎo)位置。主要是由風(fēng)化作用所致。所以有“南酸北堿”的土壤分布規(guī)律。 第二節(jié) 土壤的基本功能 Concept of Soil Function土壤能為植物提供支撐的場(chǎng)所，調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱等植物所需的生活環(huán)境，即土壤肥力（soil fertility）功能。土壤還具有吸附、固定和轉(zhuǎn)化有毒有害物質(zhì)的效用，即土壤凈化（soil sanitation）功能。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本的物質(zhì)資料主要在于土壤具有肥力功能。 污水土地處理系統(tǒng)、有毒有害物質(zhì)（農(nóng)藥）在土壤中的降解即體現(xiàn)土壤的凈化功能。土壤養(yǎng)分只代表狹義的肥力概念，僅僅是肥