土壤修復(fù)原理與技術(shù)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(dòng)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(nèi)不同種群生物之間，不斷進(jìn)行著物質(zhì)交換和能量流動(dòng)， 并處于互相作用和互相影響的動(dòng)態(tài)平衡之中。 由此構(gòu)成的動(dòng)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(chǎn)力(productivity),生產(chǎn)者為地球上一切的異養(yǎng)生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它們是全球生物資源的營(yíng)造者。而異養(yǎng)生物對(duì)初級(jí) 生產(chǎn)的物質(zhì)進(jìn)行取食加工和再生產(chǎn)而形成次級(jí)生產(chǎn)。初級(jí)生產(chǎn)和次級(jí)生產(chǎn)為人類 提供幾乎全部的食品，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的原料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，已知約有8萬(wàn)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(zhì)來(lái)源不少是直接取自自然系統(tǒng)的，直接進(jìn)入人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活。這類服務(wù)不但在過(guò)去歷史上是至關(guān)重要的唯一來(lái)源，當(dāng)今依然是重要的成分。海洋動(dòng)物產(chǎn)品亦很重要，根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織報(bào)告(1995),在世界范圍內(nèi)水 產(chǎn)為人類提供約20%的動(dòng)物蛋白。陸地生態(tài)系統(tǒng)中草場(chǎng)是畜牧業(yè)的基礎(chǔ)，除生產(chǎn)肉、奶、蛋和皮革等產(chǎn)品外，還提供運(yùn)輸勞役等多種服務(wù)。生態(tài)系統(tǒng)中許多植物是重要的藥物來(lái)源。人類利用野生動(dòng)植物治療疾病有悠 久的歷史?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)依靠野生動(dòng)植物的程度也必然有越來(lái)越大的趨勢(shì)。像美國(guó)這樣發(fā)達(dá)的國(guó)家，有40%以上的藥物來(lái)源于動(dòng)植物。發(fā)展中國(guó)家有 80%的人靠傳 統(tǒng)的中草藥治療疾病。中國(guó)

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(lái)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(guó)有記載藥用植物至少5000種以上，常見(jiàn)的約為1700種。中 藥天花粉的蛋白質(zhì)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(dòng)植物種作過(guò)研究的僅是很小一部分。國(guó)外研究機(jī)構(gòu)從29000種植物篩選出約10000種提取物，其中3000種對(duì)癌癥等有抑制作用?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)有 500多種海 洋動(dòng)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(zhǎng)植物的疏松層。它的本質(zhì)屬性是具有肥力。所謂肥力，是指土壤為植物生長(zhǎng)供應(yīng)和協(xié)調(diào)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(jié)合無(wú)機(jī)自然界和有機(jī)自然界的中心環(huán)節(jié)，它是一個(gè)與周圍環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的開(kāi)放系統(tǒng)。土壤又是一個(gè)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)，這是因?yàn)椋?1) 土壤存在特有的食物鏈。植物經(jīng)過(guò)光合作用攝取和固定大量能量，并經(jīng)過(guò)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(dòng)物殘骸、排泄物，富集在土壤表層。這些有機(jī)質(zhì)殘?bào)w，成為土壤微生物、動(dòng)物一一消費(fèi)者和分解 者的食物，這些細(xì)小動(dòng)物，又是某些捕食性小動(dòng)物的食物。這樣，便形成了土壤 的食物鏈：動(dòng)植物有機(jī)殘?bào)w及植物根系-植食性小動(dòng)物捕食性小動(dòng)物。(2) 土壤存在獨(dú)特的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化。

5、土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)過(guò)生物 的吸收、分解和轉(zhuǎn)化，形成了生物小循環(huán)。微生物和土壤動(dòng)物在共同分解有機(jī) 質(zhì)的過(guò)程中，不斷向環(huán)境中釋放熱能；又使有機(jī)質(zhì)腐殖質(zhì)化，儲(chǔ)存在土壤中， 長(zhǎng)期供植物生長(zhǎng)之用。也就是說(shuō)，輸入土壤的物質(zhì)和能量，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)移變化，一方 面維持土壤本身的活動(dòng)，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(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。土壤層是自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)千百年生物和物理、化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生而形成的，并由整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)維持更新。土壤是植物生長(zhǎng)的基質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)庫(kù)，每塊土壤都在不斷地進(jìn)行著物質(zhì)循環(huán)和 能量流動(dòng)。土壤可分為土表和地下兩部分，但都形成為一個(gè)整體。絕大多數(shù)植物以土壤作為生活的基質(zhì)。土壤提供了植

6、物生活的空間、水分和必須的礦質(zhì)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(zhì)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(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，至少有16種元素是維持生長(zhǎng)所不可缺少的。植物需 要的無(wú)機(jī)元素 N、P、K、S、Mg、Ca、Fe、Cl、Mn、Zn、B、Cu、Mo 等13種元素和有機(jī)質(zhì)都來(lái)自土壤。因此，土壤是植物的營(yíng)養(yǎng)庫(kù)。土壤酸堿度對(duì)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(zhì)元素有效性不同。pH約6.5時(shí)，所有的礦質(zhì)營(yíng)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(shí)，有些養(yǎng)分變?yōu)殡y溶或不

7、溶，植物的養(yǎng) 分供應(yīng)受到一定的限制。土壤微生物適宜生長(zhǎng)的pH值的范圍都較窄。細(xì)菌最適宜于生活在中性的環(huán)境下，當(dāng)pH值小于6.0或大于7.0時(shí)，硝化作用與一些腐 生生物的作用都會(huì)削減，有機(jī)質(zhì)分解緩慢，常引起分解不完全的中間產(chǎn)物積累。 還能夠經(jīng)過(guò)寄主和寄生生物對(duì) pH的不同反應(yīng)，對(duì)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(dāng)推微生物，估計(jì)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(jì)超過(guò)25000個(gè)細(xì)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(wàn)，甚至1億個(gè)細(xì)菌存在 (Waksmanl932)。微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解，把它們降解為簡(jiǎn)單的物質(zhì)，還原成 有用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。有些土壤細(xì)菌可吸收空氣中的氮元素，轉(zhuǎn)化為植物能夠吸收的 狀態(tài)。棲居土壤中的動(dòng)物，小的有原生動(dòng)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(chóng)有幾千種。節(jié)肢動(dòng)物更多，其中昆蟲(chóng)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(jié)合，不易分離。這些酶有的是生物分泌的 胞外酶，有的是細(xì)胞死后釋放出來(lái)的胞內(nèi)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(lái)源加以利用。同時(shí)，土 壤是

9、細(xì)菌將一氧化碳轉(zhuǎn)化為其它產(chǎn)物的場(chǎng)地。生活在土壤中的動(dòng)物數(shù)量確實(shí)不少，據(jù)調(diào)查，在面積為1m2,深度為30cm的麥田中，有73000個(gè)元脊椎動(dòng)物，其中6000個(gè)是昆蟲(chóng)；同樣大小的荒草地有 198000個(gè)無(wú)脊椎動(dòng)物，其中有昆蟲(chóng)8700個(gè)。這些動(dòng)物在土壤形成的過(guò)程中起著 很重要的作用。它們參與土壤有機(jī)質(zhì)的搗碎、分解和腐爛等過(guò)程，從而提高了土壤的肥力。Murphyl962 年曾統(tǒng)計(jì)過(guò)耕地和未耕地內(nèi)節(jié)肢動(dòng)物的數(shù)量。在未耕土壤中,約有96%的節(jié)肢動(dòng)物群集于0.051m處，該處有較多的有機(jī)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(zhì)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(shù)、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(jī)碳庫(kù)和氮庫(kù)。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(dòng)物是最重要的土壤消費(fèi)者和分解者。在土壤中存在的主要?jiǎng)游锓N類有 數(shù)千種，很多是節(jié)肢動(dòng)物。非節(jié)肢土壤動(dòng)物主要有線蟲(chóng)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(rùn)的環(huán)境和豐富的有機(jī)質(zhì)。因此，一般蚯蚓多居住在黏質(zhì)、 有機(jī)質(zhì)含量高和酸性不太強(qiáng)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(jì)，在一英畝耕作層中的蚯蚓數(shù)能夠從幾百 或到100萬(wàn)條以上。它們打洞，夜晚出來(lái)吃植物有機(jī)質(zhì)。有的

11、蚯蚓靠吞食土壤中 的有機(jī)物質(zhì)而生活。它們的活動(dòng)使土壤有機(jī)物緊密混合。另外，孔道的形成，糞 粒的產(chǎn)生，也使得土壤更疏松多孔。經(jīng)過(guò)蚯蚓加過(guò)工的土壤數(shù)量是驚人的。Evans(1948)報(bào)道，在英國(guó)土地上每年每英畝形成的蚯蚓糞有l(wèi)-5t o土壤動(dòng)物中很多是節(jié)肢動(dòng)物。其中最重要的有蛾、娛蚣、馬陸、跳蟲(chóng)、白 蟻、甲蟲(chóng)和螞蟻等。在所有的土壤動(dòng)物中，分布最廣、種類最多的是蛾類和彈 尾目昆蟲(chóng)。它們粉碎和分解土壤中的有機(jī)物質(zhì)，并把有機(jī)物質(zhì)運(yùn)到較深的土層中 去，起到了維持孔隙、 改進(jìn)土壤性質(zhì)的作用。土壤生態(tài)系統(tǒng)的凈化作用每一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)入侵的污染物質(zhì)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(qiáng)的凈化環(huán)境污染的能力。土壤微生物中，細(xì)菌和真菌分解有 機(jī)物的能力很大。科學(xué)家經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)算出，1000平方米范圍內(nèi)的微生物，能夠 吸收300噸有機(jī)物質(zhì)，其中的1/3轉(zhuǎn)化為土壤自身的有機(jī)體，余下的2/3被分解 為無(wú)機(jī)物質(zhì)，進(jìn)而被植物的根吸收。另外，土壤微生物還能吸收利用無(wú)機(jī)物。因 此，它們是凈化土壤污染物的主力軍。當(dāng)重金屬污染土壤時(shí)，土壤中的腐殖質(zhì)和土壤的團(tuán)粒物質(zhì)會(huì)吸附它們，使它們的毒性降低。之后，土壤中的植物根系會(huì)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(shí)，土壤中含有一些酸、 堿、鹽, 會(huì)與污染物發(fā)生化

13、學(xué)反應(yīng)，生成其它物質(zhì)，從而減少環(huán)境中的有毒物質(zhì)。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(dāng)大量有毒有害污染物侵入土壤，超過(guò)了土壤的 消化吸收能力時(shí)，污染物就會(huì)保持它們?cè)瓉?lái)的化學(xué)性質(zhì)，而土壤的性質(zhì)卻會(huì)發(fā) 生比較大的變化，甚至使土壤微生物的生命活動(dòng)受到抑制和破壞。1、土壤生態(tài)系統(tǒng)的污染人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物進(jìn)入土壤并積累到一定程度，引起土壤質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。據(jù)環(huán)保部門(mén)調(diào)查分析，酸雨的頻繁發(fā)生嚴(yán)重破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致土壤酸化 面積和程度逐年擴(kuò)大、加深，危害植物特別是蔬菜、水稻等農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。 1999年，安徽銅陵市耕地酸化面積達(dá)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(gòu)件，對(duì)城市設(shè)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(dǎo)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(zhǎng)，土壤這一人類賴以生存的必須資源正承受著越來(lái)越大的壓力。在中國(guó)，由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化的快速發(fā)展，農(nóng)用耕地 的面積在以驚人的速度銳減；同時(shí)因受到工業(yè)三廢和農(nóng)用化學(xué)品的污染，有相當(dāng) 數(shù)量農(nóng)田的土壤質(zhì)量也日趨下降。根據(jù) 1998年統(tǒng)計(jì)資料表明，1980年全國(guó)受三 廢污染的農(nóng)田面積為267萬(wàn)公頃，1988年為670萬(wàn)公頃，1998年污染農(nóng)田數(shù)量 達(dá)萬(wàn)公頃，約占耕地總面積的1/5,造成經(jīng)濟(jì)損失億元，其中由于重金屬污 染而引起的糧食減產(chǎn)達(dá)1000萬(wàn)噸/年，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100多億元。在西方發(fā)達(dá) 國(guó)家和其它發(fā)展中國(guó)家也存在著類似的問(wèn)題。土壤污染往往具有危害性大和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)這兩大特性，如何采用有效措施對(duì)污染土壤進(jìn)行治理己引起世界各國(guó)科 學(xué)家及政府部門(mén)的廣泛關(guān)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(zāi)害，它已影響到世界六大洲的 100多個(gè)國(guó)家和地 區(qū)，全球名有1/6的人口生活在這些地區(qū)。當(dāng)前，全球荒漠化的面積已經(jīng)達(dá)3600 萬(wàn)平方公里，占整個(gè)地球陸地面積的1/4,全世界受荒漠化影響的國(guó)家有100多 個(gè)，約9億人受到荒漠化的摧殘影響和威