2011年巖土工程師:土壤退化研究的進(jìn)展與趨向(4)

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4、土壤退化研究進(jìn)展
    自1971年FAO提出土壤退化問(wèn)題并出版“土壤退化”專(zhuān)著以來(lái),土壤退化問(wèn)題日益受到人們的關(guān)注。第一次與土地退化有關(guān)的全球性會(huì)議——聯(lián)合國(guó)土地荒漠化(desertification)會(huì)議于1977 在肯尼亞內(nèi)羅畢召開(kāi)。聯(lián)合國(guó)環(huán)境署(UNEP)又分別于1990 年和1992年資助了Olde man等開(kāi)展全球土壤退化評(píng)價(jià)(GLASOD)、編制全球土壤退化圖和干旱土地的土地退化(即荒漠化)評(píng)估的項(xiàng)目計(jì)劃。1993 年FAO 等又召開(kāi)國(guó)際土壤退化會(huì)議,決定開(kāi)展熱帶亞熱帶地區(qū)土壤退化和SOTER(土壤和地體數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù))試點(diǎn)研究。
    在1994 年墨西哥第15屆國(guó)際土壤學(xué)大會(huì)上,土壤退化,尤其是熱帶亞熱帶的土壤退化問(wèn)題倍受與會(huì)者的重視,不少科學(xué)家指出,今后20年熱帶亞熱帶將有1/3 耕地淪為荒地,117個(gè)國(guó)家糧食將大幅度減產(chǎn),呼吁加強(qiáng)土壤退化及土地退化恢復(fù)重建研究,并在土壤退化的概念、退化動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、退化指標(biāo)及評(píng)價(jià)模型與地理信息系統(tǒng)、退化的遙感與定位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和模擬建模及預(yù)測(cè)、土壤復(fù)退性能研究、退化系統(tǒng)恢復(fù)重建的專(zhuān)家決策系統(tǒng)等研究方面有了新的發(fā)展。國(guó)際水土保持學(xué)會(huì)也于1997 在加拿大多倫多組織召開(kāi)了以流域?yàn)榛A(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)管理的全球挑戰(zhàn)國(guó)際研討會(huì),從生態(tài)系統(tǒng)、流域的角度探討土壤侵蝕等土壤退化等問(wèn)題。而且,國(guó)際土壤聯(lián)合會(huì)于1996年和1999年分別在土耳其和泰國(guó)舉行了直接以土地退化為主題的第一屆和第二屆國(guó)際土地退化會(huì)議,并在第一屆會(huì)議上決定成立了土壤退化研究工作組專(zhuān)門(mén)研究土壤退化,在第二屆會(huì)議上則對(duì)土壤退化問(wèn)題更為重視,并有學(xué)者倡議將土壤退化研究提高到退化科學(xué)的高度來(lái)認(rèn)識(shí),并決定于2001年在巴西召開(kāi)第三屆國(guó)際土壤退化會(huì)議[12].
    同時(shí),在亞洲,由UNDP 和FAO支持的“亞洲濕潤(rùn)熱帶土壤保持網(wǎng) (ASOCON)”和“亞洲問(wèn)題土壤網(wǎng)”也在亞太土地退化評(píng)估與控制方面開(kāi)展了大量的卓有成效的研究工作??偟恼f(shuō)來(lái),國(guó)際上土壤退化研究在以下方面取得了重要進(jìn)展:
    ①?gòu)耐寥劳嘶膬?nèi)在動(dòng)因和外部影響因子(包括自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素)的綜合角度,研究土壤退化的評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)方法體系;
    ②從土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程及其相互作用入手,研究土壤退化的過(guò)程與本質(zhì)及機(jī)理;
    ③從歷史的角度出發(fā),結(jié)合定位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),研究各類(lèi)土壤退化的演變過(guò)程及發(fā)展趨向和速率,并對(duì)其進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè);
    ④側(cè)重人類(lèi)活動(dòng)(特別是土地利用方式和土壤經(jīng)營(yíng)管理措施)對(duì)土壤退化和土壤質(zhì)量影響的研究,并將土壤退化的理論研究與退化土壤的治理和開(kāi)發(fā)相結(jié)合,進(jìn)行土地更新技術(shù)和土壤生態(tài)功能保護(hù)的試驗(yàn)示范和推廣;
    ⑤注重傳統(tǒng)技術(shù)(野外調(diào)查、田間試驗(yàn)、盆栽試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試、定位觀測(cè)試驗(yàn)等)與高新技術(shù)(遙感、地理信息系統(tǒng)、地面定位系統(tǒng)、模擬仿真、專(zhuān)家系統(tǒng)等)的結(jié)合;
    ⑥從社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度研究土壤退化對(duì)土壤質(zhì)量及其生產(chǎn)力的影響。
    我國(guó)土壤學(xué)研究工作在過(guò)去幾十年主要集中在土壤發(fā)生、分類(lèi)和制圖(特別是土壤資源清查);土壤基本物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)(特別是土壤肥力性狀);土壤資源開(kāi)發(fā)利用與改良(特別是土壤培肥,鹽漬土和紅壤的改良等)等方面。這些工作雖然在廣義上與土壤退化科學(xué)密切相關(guān),但直接以土壤退化為主題的研究工作主要集中在最近10多年,其中又以熱帶亞熱帶土壤退化研究工作較為系統(tǒng)和深入,并在80年代參與了熱帶亞熱帶土壤退化圖的編制,完成了海南島1∶100萬(wàn)SOTER圖的編制工作。
    90年代以來(lái),中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所結(jié)合承擔(dān)國(guó)家“八五”科技攻關(guān)專(zhuān)題“南方紅壤退化機(jī)制及防治措施研究”和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“我國(guó)東部紅壤地區(qū)土壤退化的時(shí)空變化、機(jī)理及調(diào)控對(duì)策的研究”任務(wù),將宏觀調(diào)研與田間定位動(dòng)態(tài)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)相結(jié)合,將遙感、地理信息系統(tǒng)等高新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合,將自然與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素相結(jié)合,將時(shí)間演變與空間分布研究相結(jié)合,將退化機(jī)理與調(diào)控對(duì)策研究相結(jié)合,對(duì)南方紅壤丘陵區(qū)土壤退化的基本過(guò)程、作用機(jī)理及調(diào)控對(duì)策進(jìn)行了有益的探索,并在以下方面取得了重要進(jìn)展[8、13]:
    ①初步定義了土壤退化的概念,闡明了紅壤退化的基本過(guò)程、機(jī)制、特點(diǎn)。
    ②在土壤侵蝕方面,利用遙感資料和地理信息系統(tǒng)技術(shù)編制了東部紅壤區(qū)1∶400萬(wàn)90 年代土壤侵蝕圖與疊加類(lèi)型圖及典型地區(qū)70、80、90年代疊加土壤侵蝕圖,并在土壤侵蝕圖、土地利用圖、土壤母質(zhì)圖等基礎(chǔ)上,編制了 1∶400 萬(wàn)土壤侵蝕退化分區(qū)概圖;
    對(duì)南方主要類(lèi)型土壤可蝕性 K 值進(jìn)行了田間測(cè)定,并利用全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)和校正的 Wischmeier 方程,計(jì)算我國(guó)南方主要類(lèi)型土壤可蝕性 K,編制了相關(guān)圖件。
    ③在肥力退化機(jī)理方面,建立了南方紅壤區(qū)土壤肥力數(shù)據(jù)庫(kù),初步提出了肥力退化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,進(jìn)行了土壤肥力退化評(píng)價(jià)的嘗試,并繪制了紅壤退化評(píng)價(jià)有關(guān)圖件;將養(yǎng)分平衡與土壤養(yǎng)分退化研究相結(jié)合總結(jié)了我國(guó)南方農(nóng)田養(yǎng)分平衡10年變化規(guī)律及其與土壤肥力退化的關(guān)系,認(rèn)為土壤侵蝕、酸化養(yǎng)分淋失等造成的養(yǎng)分赤字循環(huán)及養(yǎng)分的不平衡是土壤養(yǎng)分退化的根本原因;應(yīng)用遙感手段及歷史資料,編制了0~20cm及0~100cm土層的土壤有機(jī)碳密度圖,探討了紅壤有機(jī)碳庫(kù)的消長(zhǎng)與轉(zhuǎn)化及腐殖質(zhì)組成性質(zhì)的變化規(guī)律;提出了磷素固定是紅壤磷素退化的主要原因,磷素有效性衰減的實(shí)質(zhì)是磷素的雙核化和向固相的擴(kuò)散,解決了紅壤磷素退化的實(shí)質(zhì)問(wèn)題。
    ④在土壤酸化方面,研究了紅壤的酸化特點(diǎn),根據(jù)土壤的酸緩沖性能,建立了土壤酸敏感性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行了紅壤酸敏感性分級(jí)和分區(qū),首次繪制了有關(guān)地區(qū)土壤酸敏感性分區(qū)概圖;
    采用MAGIC模型,并進(jìn)行校正對(duì)我國(guó)紅壤酸化進(jìn)行預(yù)測(cè),揭示紅壤酸度的時(shí)空變化規(guī)律;并在作物耐鋁快速評(píng)估方面取得了重要進(jìn)展。
    ⑤在土壤污染方面,利用多參數(shù)對(duì)重金屬的土壤污染進(jìn)行了綜合評(píng)估,建立了綜合污染指數(shù)(CPI)值的計(jì)算方法,對(duì)不同地區(qū)的污染狀況進(jìn)行了評(píng)估,繪制了重金屬污染概圖;應(yīng)用農(nóng)藥在土壤中的吸附系數(shù)(Kd)和半衰期(t1/2)及基質(zhì)遷移模式,闡明了土壤農(nóng)藥污染的機(jī)理;在重金屬污染對(duì)土壤肥力的影響方面的研究結(jié)果表明,重金屬污染可降低土壤對(duì)鉀的保持能力,促進(jìn)鉀的淋失;而對(duì)氮和磷而言,主要是降低與其催化降解和循環(huán)相關(guān)的酶的活性。⑥紅壤退化防治方面,提出了區(qū)域治理調(diào)控對(duì)策,“頂林—腰果—谷農(nóng)—塘魚(yú)”等立體種養(yǎng)模式等,并對(duì)一些開(kāi)發(fā)模式進(jìn)行示范和評(píng)價(jià)。
    然而,我國(guó)幅員遼闊,自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件復(fù)雜多樣,地區(qū)間差異明顯。各類(lèi)型區(qū)在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展過(guò)程中均不同程度地面臨著各種資源環(huán)境退化問(wèn)題,有些問(wèn)題是全區(qū)共存的,有些則是特定類(lèi)型區(qū)所特有的。過(guò)去的工作僅集中于江南紅壤丘陵區(qū),而對(duì)其它地區(qū)觸及較少。而且,在研究工作中,也往往偏重于單項(xiàng)指標(biāo)及單個(gè)過(guò)程的研究。土壤退化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究基本處于空白,對(duì)退化過(guò)程的相互作用研究不夠。同時(shí),在合理選擇堿性物質(zhì)改良劑種類(lèi)、提高經(jīng)濟(jì)效益以及長(zhǎng)期施用改良劑對(duì)土壤物理、化學(xué),特別是生物學(xué)性質(zhì)的影響等方面還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究,對(duì)耐酸(鋁)作物品種的選擇研究也亟待加強(qiáng)。此外,對(duì)其它土壤退化問(wèn)題,如集約化農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)引起的土壤及水體污染、土壤生物多樣性衰減等問(wèn)題,尚未開(kāi)展系統(tǒng)研究。