Science 327, 1008 (2010);
DOI: 10.1126/science.1182570
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Science (print ISSN 0036-8075; online ISSN 1095-9203) is published weekly, except the last week in December, by theAmerican Association for the Advancement of Science, 1200 New York Avenue NW, Washington, DC 20005. Copyright 2010 by the American Association for the Advancement of Science; all rights reserved. The title Science is aregistered trademark of AAAS.
D o w n l o a d e d f r o m w w w . s c i e n c e m a g . o r g o n M a r c h 31, 2010
REPORTS
Significant Acidification in Major whether they also cause significant soil acidifi-cation at a national scale.
Chinese Croplands
A national soil survey was conducted during the early 1980s, and pH was determined in all topsoils that were sampled (17). For comparison, J. H. Guo, 1*X. J. Liu, 1*Y. Zhang, 1J. L. Shen, 1W. X. Han, 1W. F. Zhang, 1P. Christie, 1,2we collected all published data (13) on topsoil pH K. W. T. Goulding, 3P. M. Vitousek, 4F. S. Zhang 1?
from 2000to 2008and compiled two (unpaired)data sets (1980sversus 2000s) on the basis of six soil groups according to geography and use, with Soil acidification is a major problem in soils of intensive Chinese agricultural systems. We used two two subgroups per soil group:cereal crops and nationwide surveys, paired comparisons in numerous individual sites, and several long-term cash crops (tablesS1and S2and fig. S1) (13). In monitoring-field data sets to evaluate changes in soil acidity. Soil pH declined significantly
China, both systems receive very high nutrient (P <0.001) from="" the="" 1980s="" to="" the="" 2000s="" in="" the="" major="" chinese="" crop-production="" areas.="" processes="" inputs="" as="" compared="" with="" those="" of="" other="" agricul-related="" to="" nitrogen="" cycling="" released="" 20to="" 221kilomoles="" of="" hydrogen="" ion="" (h+)="" per="" hectare="" per="" year,="" tural="" systems="" worldwide="" (18),="" especially="" the="" cash="" and="" base="" cations="" uptake="" contributed="" a="" further="" 15to="" 20kilomoles="" of="" h="" +per="" hectare="" per="" year="" to="" crops="" (suchas="" greenhouse="" vegetable="" systems),="" soil="" acidification="" in="" four="" widespread="" cropping="" systems.="" in="" comparison,="" acid="" deposition="" (0.4to="" which="" have="" developed="" rapidly="" since="" the="" 1980s="" 2.0kilomoles="" of="" h="" +per="" hectare="" per="" year)="" made="" a="" small="" contribution="" to="" the="" acidification="" of="">0.001)>
agricultural soils across China.
The results reveal significant acidification of all topsoils (averagepH declines for the soil A
groups of 0.13to 0.80) except in the highest-pH cidification can alter the biogeochemis-slowly under natural conditions over hundreds to soils, which represent only a small percentage of try of ecosystems and adversely affect millions of years. Old soils and soils in high-Chinese cultivated soils (tableS1). In all other biota (1, 2). Poorly buffered freshwater
rainfall regions tend toward greater acidity (8). soil groups, acidification has been greater in cash systems have been changed substantially by an-Naturally acid soils occupy approximately 30%crop systems (pHdecreased by 0.30to 0.80) than thropogenic acidification (3), mostly by sulfuric of the world ’s ice-free land and are commonly under cereals (0.13to 0.76) (Table1). These are and nitric acids, and the surface ocean has acid-associated with phosphorus (P)deficiency, Al substantial changes. The pH scale is logarithmic ified measurably from increased carbon dioxide toxicity, and reduced biodiversity and produc-and a pH decrease of 0.30(CO2) in the atmosphere, raising concerns about tivity (9).
+corresponds to a doubling in hydrogen ion (H) activity.
marine biodiversity and ecosystem function (4–6). Chinese agriculture has intensified greatly Soils in group I [forexample, leached red Anthropogenic acidification of soils has received since the early 1980s on a limited land area with soils (Argi-Udic Ferrosols ) and yellow soils (Ali-less attention. Soils are strongly buffered by ion large inputs of chemical fertilizers and other Periudic Argosols )]are the most acidic in south exchange reactions, by the weathering of soil min-resources. Grain production and fertilizer nitro-China and have acidified further since the 1980s, erals, and (inthe acidic range) by interactions with gen (N)consumption reached 502million and with pH declines of 0.23and 0.30(P <0.001) in="" aluminum="" (al)and="" iron="" (7).="" soils="" acidify="">0.001)>
32.6million tons nationally in 2007, respectively, cereal and cash crop systems, respectively (Table1). increases of 54and 191%as compared with 1981Although net pH decreases for group I soils were 1
College of Resources and Environmental Sciences, China (10). High levels of N fertilization can drive soil small as compared with those of other groups, the Agricultural University, Beijing 100193, China. 2Agri-Environment acidification both directly and indirectly (11–13), impact may be more pronounced because these Branch, 3
Agri-Food and Biosciences Institute, Belfast BT95PX, UK. Department of Soil Science, Rothamsted Research, Harpenden, and the rates of N applied in some regions are soils are approaching pH values at which poten-Herts AL52JQ, UK. 4Department of Biology, Stanford University, extraordinarily high (14) as compared with those tially toxic metals such as Al and manganese (Mn)Stanford, CA 94305, USA.
of North America and Europe (15). These have could be mobilized (20, 21).
*Theseauthors contributed equally to this work.
degraded soils and environmental quality in the At the other extreme, soils in group V [main-?North China Plain (16) and in the Taihu Lake ly fluvo-aquic soils (Ochri-Aquic Cambosols ), zhangfs@cau.edu.cn.
To whom correspondence should be addressed. E-mail:region in south China (14). Here, we investigate
which are widely distributed in north China]are
Table 1. Topsoil pH changes in major Chinese croplands between the 1980s and 2000s. The soil groups are defined in (13). NS, not significant; pH range is an average (5to 95percentile).
1980s
2000s
Soil group Sample number
pH value Cereal crop systems*
Cash crop systems ?
Sample number
pH value pH change Sample number
pH value pH change I 3015.375.14(4.40–6.60) 505(4.17–6.52) –0.23?3375.07(3.93–6.44) –0.30?II 11576.336.20(5.00–8.04) 1101(5.00–7.70) –0.13?4135.98(4.58–7.49) –0.35?III 2976.425.665.62(4.50–8.30) 211(4.27–8.06) –0.76?98(4.27–7.73) –0.80?IV 5626.326.005.60(5.10–7.89) 537(4.84–7.60) –0.32?238(4.07–7.42) –0.72?V 9957.967.697.38(6.39–8.80) 850(5.37–8.70) –0.27?520(5.69–8.20) –0.58?VI
493
8.168.168.170.01(ns)
(7.10–8.80)
250
(7.49–8.82)
–0.00(ns)
10
(7.43–8.93)
*Cereal/fibercrops (suchas rice, wheat, maize, and cotton). ?High-input cash crops (suchas vegetables, fruit trees, and tea).
?P <>
100819FEBRUARY 2010VOL 327SCIENCE www.sciencemag.org
D o w n l o a d e d f r o m w w w . s c i e n c e m a g . o r g o n M a r c h 31, 2010
REPORTS
considered resistant to acidification because of their relatively high CaCO 3content (5to 10%).However, they have also acidified significantly (P <0.001), with="" ph="" decreases="" averaging="" 0.27and="" 0.58under="" cereals="" and="" cash="" crops,="" respec-tively.="" the="" ph="" decline="" in="" group="" vis="" small="" compared="" with="" those="" of="" groups="" iii="" and="" iv="" (table1)="" (13)="" but="" probably="" resulted="" in="" substantial="" loss="" of="" caco="" 3.="" therefore,="" soil="" ph="" decline="" might="" be="" expected="" to="" accelerate="" in="" the="">0.001),>
The broad-scale comparative results are supported by data from 154agricultural fields, in which strictly paired data were available from the same sites in the 1980s and the 2000s (13).
Paired t tests show that these topsoils were significantly (P <0.001) acidified,="" with="" an="" average="" ph="" decline="" of="" 0.50(fig.1).="" topsoil="" ph="" in="" 53.2%of="" the="" sites="" decreased="" by="" over="" 0.50,="" 18.2%by="" 0.30to="" 0.50,="" and="" 18.9%by="" 0to="" 0.30;="" only="" 9.7%of="" the="" sites="" increased="" in="" ph.="" the="" paired="" national="" data="" strongly="" support="" widely="" occurring="" soil="" acidification="" in="" chinese="">0.001)>
We also summarized information from 10long-term monitoring field (LTMF)sites in which soil pH was measured regularly over an 8-to 25-year period (13). Decreases in pH were substantial, from 0.45to 2.20(Fig.2). We found significant soil acidification occurred only in
NPK (conventionalfertilization) plots (P <0.001), whereas="" soil="" ph="" did="" not="" show="" obvious="" change="" in="" ck="" (nofertilization)="" and="" fallow="" (nofertilization="" and="" no="" crop)="" plots="" (fig.s2)="" (13).="" further="" analysis="" shows="" that="" recent="" soil="" acid-ification="" in="" china="" has="" resulted="" mainly="" from="" high-n="" fertilizer="" inputs="" and="" the="" uptake="" and="" removal="" of="" base="" cations="" (bcs)by="" plants.="" in="" the="" three="" major="" chinese="" double-cropping="" cereal="" systems="" (wheat-maize,rice-wheat,="" and="" rice-rice),="" annual="" n="" fertilizer="" rates="" are="" usually="" above="" 500kg="" n="" ha="" ?1with="" n="" use="" efficiencies="" of="" only="" 30to="" 50%(tables3).="" calculations="" based="" on="" inputs="" and="" outputs="" of="" ammonium="" and="" nitrate="" n="" indicate="" that="" n="" loading="" contributes="" 20to="" 33kmol="" h="" +ha="" ?1year="" ?1of="" proton="" generation="" in="" these="" systems="" (fig.3and="" table="" s3).="" greenhouse="" vegetable="" sys-tems,="" the="" major="" cash="" crops,="" receive="" even="" higher="" n="" fertilizer="" inputs;="" in="" shandong="" province,="" n="" fer-tilizer="" rates="" above="" 4000kg="" n="" ha="" ?1year="" ?1are="" com-mon="" with="" n="" use="" efficiencies="" below="" 10%(22,="" 23).="" under="" this="" management,="" about="" 220kmol="" h="" +ha="" ?1year="" ?1of="" potential="" acidity="" accumulates="" in="" each="" hectare="" of="" soil="" (fig.3and="" table="" s3).="" the="" proton="" generation="" related="" to="" n="" cycling="" (20to="" 221kmol="" h="" +ha="" ?1year="" ?1)="" in="" china="" is="" extremely="" high="" as="" compared="" with="" values="" (1.4to="" 11.5kmol="" h="" +ha="" ?1year="" ?1)="" at="" lower="" n="" fertilizer="" rates="" in="" other="" regions="">0.001),>
Plant uptake of BCs together with removal of economic yields and crop residues from fields is another driver of soil acidification because the net removal of excess cations over anions leaves behind equivalent H +released to the soil. At current fertilization levels, approximately 25tons of dry biomass (grainand stalk) (tableS4) is harvested annually in the three double-cropping systems, leading to an estimated H +production rate by BCs uptake of 15to 20kmol H +ha ?1year ?1(Fig.3and table S3). In greenhouse vegetable sys-tems, the importance of BCs uptake varies greatly with plant species and yield but overall appears similar to the cereal systems.
Increasing N fertilizer applications has been a major management technique driving high crop yields, which in turn increase the removal of BCs. These factors combined have produced potential acidity equivalent to 30to 50kmol H +ha ?1year ?1in double-cropping cereal systems and ~230kmol H +ha ?1year ?1in greenhouse vegetable systems (Fig.3). Although acid dep-osition is an important regional environmental problem in China, strongly affected areas with a precipitation pH of 4.00to 5.60(25) receive 0.4to 2.0kmol H +ha ?1year ?1, much of which is buffered by other depositional or soil processes. Overall, anthropogenic acidification driven by N fertilization is at least 10to 100times greater than that associated with acid rain (13, Fig. 3). In other regions, serious acidification was found in the long-term (NH4) 2SO 4–treated Park Grass soils at Rothamsted in England when no lime was ap-plied to buffer soil acidity (26), and Wallace (27) reported soil acidification from routine fertiliza-tion practices for crop production.
8.00
S o i l p H
7.006.00
5.00
4.00
S o i l p H
Fig. 2. Long-term changes in topsoil pH in some typi-cal Chinese soils. (A ) Groups I to III. (B ) Groups IV and V received conventional rates of NPK fertilizers for 8to 25years. Soil groups are described in (13). Data are means T SD.
A
8.007.00
6.005.004.003.00
5
10
15
20
25
5
10
15
20
25
Cropping year (yr)
Cropping year (yr)
H p r o d u c t i o n f l u x (k m o l h a y r )
Fig. 3. H +production budget of main factors in four typical Chinese cropping systems. W-M, wheat-maize; R-W, rice-wheat; R-R, rice-rice; and G-V, greenhouse vegetables. N cycling, S uptake, and P up-take denote the H produced by N cycling and S and P uptake processes. BCs uptake indicates H released by BCs uptake. Net H production is the algebraic sum of H re-
sulting from N cycling and P, S, and BCs uptake. Data are means T SD.
-1
-1
Cropping system
www.sciencemag.org SCIENCE VOL 32719FEBRUARY 20101009
D o w n l o a d e d f r o m w w w . s c i e n c e m a g . o r g o n M a r c h 31, 2010
Fig. 1. Topsoil pH changes from 154paired data over 35sites in seven Chinese provinces between the 1980s and the 2000s. The line and square within the box represent the median and mean values of all data; the bottom and top edges of the box represent 25and 75percentiles of all data, respectively; and the bottom and top bars represent 5and 95percentiles, respectively.
9.00
REPORTS
Anthropogenic acidification of Chinese agri-References and Notes
23. X. T. Ju, C. L. Kou, P. Christie, Z. X. Dou, F. S. Zhang,
cultural soils will be difficult to correct as long as 1. E. Delhaize, P. R. Ryan, Plant Physiol. 107, 315Environ. Pollut. 145, 497(2007).
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Goulding 2. O. Hoegh-Guldberg et al ., Science 318, 1737(2007).Plant Soil 316, 241(2009).
1and Annis (28) found that each 50kg 25. www.mep.gov.cn/plan/zkgb/2008zkgb/200906/
ha ?3. P. M. Vitousek et al ., Ecol. Appl. 7, 737(1997).t20090609_152566.htm(2009).
+of 1added ammonium-N generates ~4kmol 4. J. C. Orr et al ., Nature 437, 681(2005).H ha ?year ?1and requires ~500kg CaCO 3ha ?15. R. A. Feely et al ., Science 305, 362(2008).
26. L. Blake, K. W. T. Goulding, C. J. B. Mott, A. E. Johnston,
year ?1to neutralize in their field conditions. 6. J. M. Hall-Spencer et al ., Nature 454, 96(2008).Eur. J. Soil Sci. 50, 401(1999).
Similar theoretical calculations show that each kg 7. O. A. Chadwick, J. Chorover, Geoderma 100, 32127. A. Wallace, Commun. Soil Sci. Plant Anal. 25, 87
of applied NH (2001).
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reference correction, and X. Shi and J. Ren for providing soil pH dynamics at two LTMF sites. Financial support Decreasing N use efficiency (fig.S5) indicates Policy Responses , K. Chopra, R. Leemans, P. Kumar, H. Simons, Eds. (IslandPress, Washington, DC, 2005), for this work was provided by the Chinese National that more fertilizer N is being lost to the environ-pp. 295–311.
Basic Research Program (2009CB118600and
ment (31), causing further negative environ-16. X. J. Liu, X. T. Ju, F. S. Zhang, J. R. Pan, P. Christie, Field
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Profession (200803030).
6(ChinaAgriculture Press, Beijing, 1994).
rates without decreasing crop yields (14, 32, 33), 18. P. M. Vitousek et al ., Science 324, 1519(2009).Supporting Online Material
with multiple benefits to agriculture and the en-19. www.luna.com.cn/showScfx.aspx?ID=37(2009).www.sciencemag.org/cgi/content/full/science.1182570/DC1vironment (15), including the slowing of dangerous 20. Q. G. Zhao et al ., Mechanism, Temporal-Spatial
Materials and Methods SOM Text rates of anthropogenic acidification. Fertilization Changes and Controlling Countermeasures of Soil Degradation in Hilly Red Soil Region of
Figs. S1to S5based on comprehensive, knowledge-based N Southeastern China (SciencePress, Beijing, 2002), Tables S1to S4
management practices has become one of the pp.202–204.
References and Notes
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Published online 11February 2010; regions worldwide.
22. J. H. Zhu, X. L. Li, P. Christie, J. L. Li, Agric. Ecosyst.
10.1126/science.1182570
Environ. 111, 70(2005).
Include this information when citing this paper.
Peptidomimetic Antibiotics Target peptide protegrin I (PG-I)(3). These mimetics contain loop sequences related to that in PG-I, Outer-Membrane Biogenesis in but linked to a D -proline –L -proline template, which helps to stabilize b -hairpin conformations Pseudomonas aeruginosa
within the macrocycle (4, 5) (Fig.1A). One se-quence variant, L8-1, had broad-spectrum anti-microbial activity like that of PG-I, but with a Nityakalyani Srinivas, 1Peter Jetter, 1Bernhard J. Ueberbacher, 1Martina Werneburg, 1reduced hemolytic activity on human red blood Katja Zerbe, 1Jessica Steinmann, 1Benjamin Van der Meijden, 1Francesca Bernardini, 2
cells (2). To optimize this lead, we performed Alexander Lederer, 2Ricardo L. A. Dias, 2Pauline E. Misson, 2Heiko Henze, 2JürgZumbrunn, 2iterative cycles of peptidomimetic library syn-Frank O. Gombert, 2thesis and screening for improved antimicrobial 4Daniel Obrecht, 2Peter Hunziker, 3Stefan Schauer, 3Urs Ziegler, 4Andres K?ch,Leo Eberl, 5Kathrin Riedel, 5Steven J. DeMarco, 2*John A. Robinson 1*activity. The optimal hit from each library was used as a starting point for the synthesis and Antibiotics with new mechanisms of action are urgently required to combat the growing health testing of variations in a subsequent library. This threat posed by resistant pathogenic microorganisms. We synthesized a family of peptidomimetic structure-activity trail led sequentially to mimetics antibiotics based on the antimicrobial peptide protegrin I. Several rounds of optimization gave a L19-45, L26-19, and L27-11(Fig.1). L27-11
lead compound that was active in the nanomolar range against Gram-negative Pseudomonas spp., but was largely inactive against other Gram-negative and Gram-positive bacteria. Biochemical 1
Chemistry Department, University of Zurich, Winterthur-and genetic studies showed that the peptidomimetics had a non –membrane-lytic mechanism of erstrasse 190, 8057Zurich, Switzerland. 2Polyphor AG, action and identified a homolog of the b -barrel protein LptD (Imp/OstA),which functions in
Hegenheimermattweg outer-membrane biogenesis, as a cellular target. The peptidomimetic showed potent antimicrobial 3
125, 4123Allschwil, Switzerland. Functional Genomics Center Zürich,Winterthurerstrasse activity in a mouse septicemia infection model. Drug-resistant strains of Pseudomonas are a serious 190, 8057Zurich, Switzerland. 4Center for Microscopy and health problem, so this family of antibiotics may have important therapeutic applications.
Image Analysis, University of Zurich, Winterthurerstrasse 190, 8057Zurich, Switzerland. 5Department of Microbiol-ogy, University of Zurich, Winterthurerstrasse 190, 8057N
aturally occurring peptides and proteins tive peptidomimetics. We previously synthesized Zurich.
make interesting starting points for the libraries of b -hairpin –shaped peptidomimetics *Towhom correspondence should be addressed. E mail:design and synthesis of biologically ac-(1, 2) based on the membranolytic host-defense
robinson@oci.uzh.ch(J.A.R.);steve.demarco@polyphor.com(S.J.D.)
1010
19FEBRUARY 2010VOL 327
SCIENCE
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D o w n l o a d e d f r o m w w w . s c i e n c e m a g . o r g o n M a r c h 31, 2010
当前中国耕地土壤问题的思考
当前中国耕地土壤问题的思考
中国梦,是中国共产党第十八次全国代表大会召开以来,****所提出的重要指导思想和重要执政理念。自2012年11月推出中国梦后,全国各地纷纷作出响应,相继推出了行业梦与各地的地方梦,掀起了梦想热潮。梦想系列分别有:强国梦、强军梦、体育强国梦、中国航天梦、中国航母梦、河南梦、四川梦、贵州梦、湖北梦、湖南梦、重庆梦、吉林梦、广东梦、江苏梦、江西梦、云南梦、陕西梦、甘肃梦等等。
基于笔者所学专业为土壤学,而近来一本《寂静的土壤》面世,作者把土壤资源-人为活动-区域发展视为一个整体,以土壤-自然环境-经济社会复合系统为对象,可持续发展为目标,土壤理念-土壤文化-人类自身的行为为脉络,概括成“土壤梦”。土壤梦不仅仅是土壤专业工作者美好的憧憬和追求,它与实现中华民族伟大复兴的“中国梦”会聚在一起,成为今后地球人共同的追求和梦想。
民以食为天,粮以土为本。耕地土壤是农业发展的基础,土壤环境质量的好坏,直接影响农产品质量安全,进而影响人类的生存质量。长期以来,因污水灌溉,工矿区周围和城市郊区废水、废渣排放,农药化肥使用不当等原因,导致农田重金属、有机物污染的问题十分突出。土壤污染造成的有害物质在农作物中积累,通过食物链进入人体,引发各种疾病,最终危害人体健康。目前,我国耕地土壤污染监测、管理、控制、治理体系还不健全,相关法律和标准还不完善,污染土地长期从事农业生产,影响农业生产和粮食安全的问题十分突出。对此,我们亟待高度关注耕地土壤污染带来的一系列问题,并从完善法律、健全制度的角度,提出解决思路和方法。
资源、环境、人口是当今全球所关注的重大问题。土壤是农业生产的基础物质资料,关系到人类的生存与发展。在人类社会和生态系统可持续发展面临困境的时代背景下,探讨土壤问题具有十分重要的意义。
一、存在的土壤问题
(1)耕地面积锐减。
我国土地资源总量多,人均占有量少,尤其是耕地少,耕地后备资源少。随着人口的增加和 经济的发展,土地资源形势日趋严峻。我国耕地面积大量减少,土地退化、损毁严重,土地后备资源严重不足,60%以上的耕地分布在水源不足或者水土流失、沙化、盐碱化严重的地区,通过开发补充耕地的潜力也十分有限,土地利用粗放、利用率和产出率低,浪费土地的情况十分严重。造成耕地减少的因素主要包括非农建设占用、生态退耕、农业结构调整和灾害损毁4个方面。
随着我国改革开放的深化、工业化进程的加速发展、城镇发展的日新月异,政府和企业征用、占用了大量的可耕土地,导致耕地面积日趋减少。与此同时,我国还在继续发展,城市化、工业化的进程仍在加快推进,还要不可避免的占用一部分耕地。由于现行的城镇建设用地制度以及相关政策还很不完善,不能够完全适应当前城市化的发展需要,加上受我国特殊土地国情的制约,使得我国城市化进程中面临的土地占用问题和难题仍然比较突出。 长期以来,粗放的经济增长方式造成了土地资源的巨大浪费。许多地方,盲目投资,低水平重复建设,造成拼资源,高浪费,低产出。还有许多地方建设盲目的摊煎饼式占地,建宽 马路、大广场,追求大而全, 讲求“大开发、大建设、大发展”,大量占用城郊良田。有的 地方近几年来建设用地成倍增长,占地增长速度大大高于经济增长速度。有的地方在今后几 年之内,就将用完除基本农田以外的全部耕地,面临无地可用的局面。现阶段,占用耕地的形式除以上提到的几种外还有城区扩建、新城区建设占用大量的城郊结合部耕地;房地产开发,新兴住宅区的建设占用大量的城郊结合部耕地;大学城、高尔夫球场的盲目、重复建设,占用大量耕地等。
(2)忽视耕地养护,土壤肥力下降。
重用轻养是耕地肥力下降的主要原因,特别是经济发达地区,对农业生产不够重视,有机肥施用不足,导致了土壤肥力下降。农村土地肥力下降导致农业收益随之下降已成为制约当地农村经济发展的一大障碍。在注重农村产业提高的过程中,探讨土地肥力下降的原因并找出相应的对策,是当前农村经济发展,农民收入提高的重要一环。土地肥力下降表现为目前作物产量的稳定更多的是依靠化肥的大量投入。
(3)水土流失严重
由于受气候和成土母岩特性的影响,加上历史上的种种原因,广东水土流失相对较为严重。近十年来,随着省委、省政府一系列造林绿化措施的落实,森林破坏的状况得到了初步控制,林木消长不平衡的状况也得到了一定的改善。
(4)环境污染和化学用品量增加,导致土壤退化和有害物质在农产品残留增加
在当代,由于人为作用,土地退化和水土污染问题日益严重。工业“三废”的排放,直接或间接加大了环境压力,加剧了土壤污染,导致土壤退化。化肥的使用在一定程度上可使作物增产,但化肥的过量使用,有机肥施用的不断减少,会导致土壤的酸性增加,有机质减少,土壤板结,土壤质量下降,作物受污染;特别是大量偏施化学氮肥,会导致蔬菜类作物中的硝酸盐和亚硝酸盐严重污染。长期以来,大量性质稳定、残留期长的有机氯农药的使用,污染了土壤、水体和作物。现在有机氯农药已经禁用,但农药品种繁多,加上广东高温多雨的气候条件,病虫的抗药性提高,因而人们所使用的农药品种和用量逐渐增加,特别是没有严格按照有关的农药使用规定,而将一些高毒农药如甲胺磷等用于蔬菜生产上,污染了农业环境,造成了农产品中的农药残留。因食用蔬菜而导致农药中毒的事故时有发生,可见农药的滥用危害了人们的身体健康。另外,农用薄膜由于不易分解和具有一定的毒性,随着使用量的逐年增加,其带来的“白色污染”也正在蔓延和加重。
二、对策
(1)各级政府必须把保护耕地作为战略性的头等大事来抓,从全局上、战略上和政治上重视保护耕地。应完善土地使用的有关法规,严格履行土地使用审批手续,把非农业用地降低到最低限度。对于工矿企业和乡镇企业非法挤占土地,坚决贯彻谁破坏谁复垦的原则,逐步恢复地力。
(2)加强土壤退化治理,改造中低产田,提高耕地生产力治理土壤退化刻不容缓。地力是作物产量和质量的重要基础,要取得高产、优质、高效,就必须坚持不懈地培肥地力。要培肥地力,就必须大面积种植绿肥和施用其它种类的有机肥。在高度集约化条件下,有机-无机肥的配合施用是培肥土壤、发展持续农业的基础。研究表明,种植绿肥是改良山坡地土壤的重要途径。要注意培育土壤生态肥力,建立合理的施肥制度,优化养分循环,提高养分利用率。重视利用微生物资源对农业可持续发展的作用。
(3)加强水土流失的综合治理
土壤环境保护是持续发展的重要保证。土壤生态系统与外界不断地进行物质、能量交换和循环,因而,其结构、功能及生产力也始终处在不断变化之中。人类活动的掠夺式经营,加速了水土流失,使生态平衡失调,使土壤资源和环境受到破坏,危害着农业的持续发展。要培肥耕地,首先必须搞好坡耕地的水土保持。在水土流失治理中,应遵循如下的原则:工程措施与生物措施相结合,以生物措施为主;治理与开发相结合,以开发性治理为主;政策措施与技术措施相结合,调动群众的积极因素。
(4)合理开发和利用土壤资源
针对本省土壤资源严重不足的情况,应在可能的条件下加大力度进行开发。在开发原则上必须以生态学原理为指导,以环境建设为目标;在开发方式上变资源消耗型为资源节约型,
变经营粗放型为经营集约型。要与自然相协调地利用土壤资源,深化土壤资源评价和管理。要在土壤资源评价的基础上,有步骤地开发宜农荒地、荒滩和围垦海涂。必须做好土地利用总体规划,统筹兼顾,合理布局,尽可能做到宜农则农、宜林则林、宜牧则牧,协调农林牧生产比例,充分发挥土地优势和提高开发利用的经济效益。为了提高土地利用效益,要在搞好生产布局的基础上逐步向“立体利用”、“综合利用”的方向发展。
(5)加强土壤环境污染的防治工作
对土壤环境污染的防治,首先必须加强环境法制建设,使环境法制体系日臻完善。必须提高环保队伍的执法水平,严格审批污染型企业项目,严厉惩治对环境有严重污染和破坏的违法行为。同时,要深入开展环保宣传教育,提高全民的环境意识,使全体公民自觉爱护环境,遵守环境法规。对于建设项目,要坚持先评价、后建设,执行防治环境污染和破坏的设施与生产主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用的“三同时”制度和环境影响评价制度,严格控制新污染源的产生,完善污染治理设施;发展清洁工艺,增强企业污染防治能力,减少污染物的排放。从而,从源头上控制污染物对土壤的污染。防止乡镇工业土壤重金属污染的根本措施在于控制污染源。环境监测必须面向环境管理,应加强农田环境的监测工作,为土壤环境治理提供依据。
(6)加强土壤科学研究,促进农业持续发展
在当前,土壤科学的主要内容是研究土壤与环境质量问题。土壤学研究应关注困扰人类的问题,应关注可持续发展。应加强对土壤资源合理利用和改良的研究,制定既可以提高生产力和经济效益,也可以增强土壤资源和生态可持续性的技术体系,防治土壤退化;加强对区域土壤资源的动态变化和人口承载力的预测研究;加强区域土壤生态系统演变规律等方面的研究,为农业可持续发展提供科学依据。
参考文献:
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土壤问题
浅谈我国土壤污染现状及其防治
摘要:随着我国经济的发展,我国土壤状况每日俱下,其污染形势总体严峻, 部分地区土壤污染严重, 由土壤污染引发的农产品质量安全问题和群体性事件逐年增多。探求土壤污染的防治路径已迫在眉睫,针对我国土壤污染的现状、危害、原因, 提出了解决我国土壤污染的治理措施, 分析了我国土壤污染防治的法律规定及其存在的问题,提出一些解决土壤污染的措施。
一、何为土壤污染
土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层, 其厚度一般在2 m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力, 并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。近年来, 由于人口急剧增长, 工业迅猛发展, 固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒, 有害废水不断向土壤中渗透, 汽车排放的废气, 大气中的有害气体及飘尘不断随雨水降落在土壤中。农业化学水平的提高, 使大量化学肥料及农药散落到环境中, 导致土壤遭受非点源污染的机会越来越多, 其程度也越来越严重, 在水土流失和风蚀作用等的影响下, 污染面积不断扩大。因此, 凡是妨碍土壤正常功能, 降低农作物产量和质量, 通过粮食、蔬菜、水果等间接影响人体健康的物质都叫做土壤污染物。
当土壤中有害物质过多, 超过土壤的自净能力, 引起土壤的组成、结构和功能发生变化, 微生物活动受到抑制, 有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累, 通过“土壤→植物→人体”,或通过“土壤→水→人体”间接被人体吸收, 达到危害人体健康的程度, 就是土壤污染。
二、我国土壤污染现状
土壤是人类生存、兴国安邦的战略资源,随着工业化、城市化、农业集约化的快速发展,大量未经处理的废弃物向土壤系统转移,并在自然因素的作用下汇集、残留于土壤环境中。据估计,我国受农药、重金属等污染的土壤面积达上千万公顷,其中矿区污染土壤达200万hm2、石油污染土壤约 500 万 hm2、固废堆放污染土壤约 5万hm2,已对我国生态环境质量、食品安全和社会经济持续发展构成严重威胁。污染物质的种类主要有重金属、硝酸盐、农药及持久性有机污染物、放射性核素、病原菌、病毒及异型生物质等;按污染物性质,可分为无机污染、有机污染及生物污染等三大类型;根据环境中污染物的存在状态,可分为单一污染、复合污染及混合污染等;依污染物来源,可分为农业物资(化肥、农药、农膜等) 污染型、工企三废(废水、废渣、废气) 污染型及城市生活废物(污水、固废、烟尾气等) 污染型;按污染场地(所) ,又可分为农田、矿区、工业区、老城区及填埋区等污染退化。可见,我国土壤污染退化已表现出多源、复合、量大、面广、持久、毒害的现代环境污染特征,正从常量污染物转向微量持久性毒害污染物,尤其在经济快速发展地区 我国土壤污染退化的总体现状已从局部蔓延到区域,从城市城郊延伸到乡村,从单一污染扩展到复合污染,从有毒有害污染发展至有毒有害污染与N 、P 营养污染的交叉,形成点源与面源污染共存,生活污染农业污染和工业污染叠加,各种新旧污染与二次污染相互复。
合或混合的态势目前, 我国土壤污染的总体形势严峻, 部分地区土壤污染严重, 在重污染企业或工业密集区、工矿开采区及周边地区、城市和城郊地区出现了土壤重污染区和高风险区。土壤污染类型多样, 呈现出新老污染物并存、无机有机
复合污染的局面。土壤污染途径多, 原因复杂, 控制难度大。土壤环境监督管理体系不健全, 土壤污染防治投入不足, 全社会防治意识不强。由土壤污染引发的农产品质量安全问题和群体性事件逐年增多, 成为影响群众身体健康和社会稳定的重要因素。
土壤污染物有下列4类:①化学污染物。包括无机污染物和有机污染物。前者如汞、镉、铅、砷等重金属,过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物等; 后者如各种化学农药、石油及其裂解产物, 以及其他各类有机合成产物等。②物理污染物。指来自工厂、矿山的固体废弃物如尾矿、废石、粉煤灰和工业垃圾等。③生物污染物。指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施(包括医院)排出的废水、废物以及厩肥等。④放射性污染物。主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区,以锶和铯等在土壤中生存期长的放射性元素为主。
据报道,目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近12000万公顷,约占总耕地面积的1/5;其中工业' 三废' 污染耕地1000万公顷,污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。另一方面,全国有1300-1600万公顷耕地受到农药的污染。除耕地污染之外,我国的工矿区、城市也还存在土壤(或土地)污染问题。
土壤生物污染在我国分布广泛,危害严重。污水灌溉、粪便施肥、污泥和垃圾以及病毒尸体都可能造成土壤生物污染,通过各种途径危害动植物和人体健康。土壤生物污染分布最广的是由肠道致病性原虫和蠕虫类所造成的污染,据调查,上海市郊蔬菜的大肠菌群检出率为13.7%,最高可达12800个/克,寄生虫卵检出率为11.9%,近三成蔬菜受到不同程度的生物污染。
近年来,随着核技术在工农业、医疗、地质、科研等各领域的广泛应用,越来越多的放射性污染物进入到土壤中,这些放射性污染物除可直接危害人体外,还可以通过生物链和食物链进入人体。
三、土壤污染危害
土壤污染导致严重的直接经济损失。初步统计, 全国受污染的耕地约有1 000万hm2, 有机污染物污染农田达3 600万hm2, 主要农产品的农药残留超标率高达16%~20%;污水灌溉污染耕地216.7万hm2, 固体废弃物堆存占地和毁田13.3万hm2。每年因土壤污染减产粮食超过1 000万t, 造成各种经济损失约200亿元。 土壤污染导致生物产品品质不断下降。因农田施用化肥, 大多数城市近郊土壤都受到不同程度的污染, 许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、砷、铬、铅等重金属含量超标或接近临界值。每年转化成为污染物而进入环境的氮素达1 000万t, 农产品中的硝酸盐和亚硝酸盐污染严重。农膜污染土壤面积超过780万hm2, 残存的农膜对土壤毛细管水起阻流作用, 恶化土壤物理性状, 影响土壤通气透水, 影响农作物产量和农产品品质。
土壤污染危害人体健康。土壤污染会使污染物在植物体内积累, 并通过食物链富集到人体和动物体中, 危害人体健康, 引发癌症和其他疾病。 放射性物质可以由多种途径进入人体,它们发出的射线会破坏机体内的大分子结构,甚至直接破坏细胞和组织结构,给人体造成损伤。高强度射线会灼伤皮肤,引发白血病和各种癌症,破坏人的生殖机能,严重的能在短期内致死。少量累积照射会引起慢性放射病,使造血器官、心血管系统、内分泌系统和神经系统等受到损害,发病过程往往延续几十年。土壤生物污染在土壤、植物、动物以及人体之间构成一条链,主要通过食物链进行物质和能量传递,其危害不容忽视。土壤健康、植物健
康、动物健康和人体健康由食物链紧密联系在一起。
土壤污染导致其他环境问题。土壤受到污染后, 含重金属浓度较高的污染土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中, 导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。
四、土壤污染原因
4.1过量施用化肥
我国每年化肥施用量超过4100万t 。虽然施用化肥是农业增产的重要措施, 但长期大量使用氮、磷等化学肥料, 会破坏土壤结构, 造成土壤板结、耕地土壤退化、耕层变浅、耕性变差、保水肥能力下降、生物学性质恶化, 增加了农业生产成本, 影响了农作物的产量和质量; 未被植物吸收利用和根层土壤吸附固定的养分, 都在根层以下积累或转入地下。残留在土壤中的氮、磷化合物, 在发生地面径流或土壤风蚀时, 会向其他地方转移, 扩大了土壤污染范围。过量使用化肥还使饲料作物含有过多的硝酸盐, 妨碍牲畜体内氧气的输送, 使其患病, 严重导致死亡
4.2农药是土壤的主要有机污染物
直接进入土壤的农药, 大部分可被土壤吸附, 农作物从土壤中吸收农药, 在植物根、茎、叶、果实和种子中积累, 通过食物、饲料危害人体和牲畜的健康。
4.3重金属元素引起的土壤污染
全国320个严重污染区约有548万hm2土壤, 大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20%,其中重金属污染占80%,粮食中重金属镉、砷、铬、铅、汞等的超标率占10%。被公认为城市环境质量优良的公园存在着严重的土壤重金属污染。汽油中添加的防爆剂四乙基铅随废气排出污染土壤, 使行车频率高的公路两侧常形成明显的铅污染带。砷被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂, 硫化矿产的开采、选矿、冶炼也会引起砷对土壤的污染。汞主要来自厂矿排放的含汞废水。土壤组成与汞化合物之间有很强的相互作用, 积累在土壤中的汞有金属汞、无机汞盐、有机络合态或离子吸附态汞, 所以, 汞能在土壤中长期存在。镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车尾气沉降, 磷肥中有时也含有镉。
4.4污水灌溉对土壤的污染
我国污水灌溉农田面积超过330万hm2。生活污水和工业废水中, 含有氮、磷、钾等许多植物所需要的养分, 所以合理地使用污水灌溉农田, 有增产效果。未经处理或未达到排放标准的工业污水中含有重金属、酚、氰化物等许多有毒有害的物质, 会将污水中有毒有害的物质带至农田, 在灌溉渠系两侧形成污染带。
4.5大气污染对土壤的污染
大气中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等有害物质, 在大气中发生反应形成酸雨, 通过沉降和降水而降落到地面, 引起土壤酸化。冶金工业排放的金属氧化物粉尘, 则在重力作用下以降尘形式进入土壤, 形成以排污工厂为中心、半径为2~3 km 范围的点状污染。
4.6固体废物对土壤的污染
污泥作为肥料施用, 常使土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原体的污染。工业固体废物和城市垃圾向土壤直接倾倒, 由于日晒、雨淋、水洗, 使重金属极易移动, 以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散。
4.7牲畜排泄物和生物残体对土壤的污染
禽畜饲养场的厩肥和屠宰场的废物, 其性质近似人粪尿。利用这些废物作肥料, 如果不进行物理和生化处理, 则其中的寄生虫、病原菌和病毒等可引起土壤和水域污染, 并通过水和农作物危害人群健康。
4.8放射物的污染
放射性污染主要来源于核武器试验,核工业的放射性废物排放,各种核事故泄漏,以及各种带辐射源的装置,如X 射线源和电视机显像管等。大气层核试验的散落物可造成土壤的放射性污染, 放射性散落物中,90Sr 、137Cs 的半衰期较长, 易被土壤吸附, 滞留时间也较长。
五、我国土壤污染治理措施
土壤污染的防治包括二个方面:一是“防”,就是采取对策防止土壤污染; 一是“治”,就是对已经污染的土壤进行改良、治理。
5.1.1科学地利用污水灌溉农田
废水种类繁多,成分复杂,有些工业废水可能是无毒的,但与其他废水混合后,即变成了有毒废水。因此,利用污水灌溉农田时,必须符合《不同灌溉水质标准》,否则,必须进行处理后,符合标准要求后方可用于灌溉农田。
5.1.2 合理使用农药,积极发展高效低残留农药
科学地使用农药能够有效地消灭农作物病虫害,发挥农药的积极作用,合理使用农药包括:严格按《农药管理条例》的各项规定进行保存、运输和使用。使用农药的工作人员必须了解农药的有关知识,以合理选择不同农药的使用范围、喷施次数、施药时间以及用量等,使之尽可能减轻农药对土壤的污染,禁止使用残留时间长的农药,如六六六、滴滴涕等有机氯农药,发展高效低残留农药,如拟除虫菊酯类农药,这将有利于减轻农药对土壤的污染。
5.1.3 积极推广生物防治病虫害
为了既能有效地防治农业病虫害又能减轻化学农药对的污染,需要积极推广生物防治方法,利用益鸟、益虫和某些病原微生物来防治农林病虫害,例如,保护各种以虫为食的益鸟;利用赤眼蜂、七星瓢虫、蜘蛛等益虫来防治各种粮食、棉花、蔬菜、油料作物以及林业病虫害;利用杀螟杆菌、青虫菌等微生物来防治玉米螟、松毛虫等,利用生物方法防止农林病虫害具有经济、安全、有效和不污染的特点。
5.1.4 提高公众的土壤保护意识
土壤保护意识是指特定主体对土壤保护的思想、观点、知识和心理,包括特定主体对土壤本质、作用、价值的看法,对土壤的评价和理解,对利用土壤的理解和衡量,对自己土壤保护权利和义务的认识,以及特定主体的观念。在开发和利
用土壤的时候,应进一步加强舆论宣传工作,使广大干部群众都知道,土壤问题是关系到国泰民安的大事,让农民和基层干部充分了解当前严峻的土壤形势,唤起他们的忧患感、紧迫感和历史使命感。
5.2.1针对重金属污染
土壤重金属污染治理途径主要有两种,一是改变重金属在土壤中的存在状态,使其由活化态转为稳定态;二是从土壤中除去重金属。
常采用的物理及物理化学的方法时热解吸法、电化学法和提取法。对于挥发性重金属可用加热方法从土壤中解吸出来。若重金属渗透性不高且传导性差则用电化学法除去。提取法课利用试剂和土壤中的中的重金属作用,形成溶解性的重金属离子或金属--试剂络合物,回收再利用。美国应用淋滤法和洗土法成功治理了八中重金属污染的土地。
再来就是向土壤中施用石灰、碱性磷酸盐、氧化铁、碳酸盐和硫化物等化学改良剂, 加速有机物的分解, 使重金属固定在土壤中, 降低重金属在土壤及土壤植物体的迁移能力, 使其转化成为难溶的化合物, 减少农作物的吸收, 以减轻土壤中重金属的毒害。针对有机物污染, 用植物、细菌、真菌联合加速有机物降解。针对无机物污染, 利用植物修复可以把一部分重金属从土壤中带走。
5.2.2针对生物污染的土地
在了解了土壤生物污染的危害机理之后,我们就可以根据各种病原微生物和寄生虫的特点来寻找适当的方法进行防治。微生物在土壤中的存活时间长短不一,但都是有限的,都与土壤中的有机物种类和数量、土壤理化性质、酸碱度、光照时间、暴露条件、温度和湿度、微生物群系和抗生物质以及噬菌体等因子有关。据张薇等研究,真菌在酸性土壤中较多,放线菌在碱性土壤中较多,土壤经15天干旱后,细菌种类下降近90%,非芽孢细菌和球菌近乎消失,产芽孢细菌只剩三分之一。以下是一些病原微生物在土壤中的存活时间。只要我们研究出致病菌的敏感因子,有针对性地把这些因子控制在不适宜病原微生物生长条件的范围之内,有效地降低他们在土壤中的存活时间,就可以达到灭菌杀毒的目的了。 土壤生物污染的物理防治方法主要通过土壤的吸附过程来完成,病原体进入土壤后,一般会被土壤吸附截留,其影响因素主要有土壤类型、酸碱性、阳离子交换量和孔隙饱和度等。一般土壤表面积越大、pH 越低、阳离子交换量越高,吸附病原体的数量就越多。另外渗滤液流速、土壤水分含量、病原体大小和土壤溶液中可溶性有机物数量等因子都会影响病原体在土壤中的保留及转移速度。如果可以通过改变这些因子来降低土壤病原体的吸附量,降低其在土壤中的停留时间,就能减轻土壤生物污染。
其化学防治是利用臭氧具有极强的氧化性能,在酸性介质中的氧化还原电位为2.07V ,在碱性介质中为1.27V ,其氧化能力仅次于氟,高于氯和高锰酸钾,在水中可短时间内自行分解,无二次污染,是理想的绿色氧化剂。臭氧还很容易溶解在土壤溶液中,其溶解度比氧气大12倍,有利于和污染物充分接触,杀死病原微生物,其分解产生的氧气还可以抑制厌氧菌生长。另外过氧化氢也有类似的灭菌作用,据说柠檬草油的主要成分是柠檬醛,含量高达85%,也有一定的杀菌消毒作用。
一些土壤微生物也可以通过竞争和拮抗作用来消灭病原菌,我们是不是可以考虑往污染土壤中加入一些无害的微生物,改善土壤质地、结构、温度、湿度、
pH 、有机质含量和植被等因子,以利于其生长,通过竞争碳源和氮源或者分泌一些对病原微生物有害的产物,从而抑制致病菌的生长,即饿死或毒死土壤中的病原菌,收到以生物治生物的效果,以消除土壤生物污染。
5.2.3针对被放射性物质污染的土地
放射性污染的间接防治法是先采用机械物理、化学、电化学和物理化学联合去污等方法对放射性污染水源、大型设备、车辆等去进行去污。然后将放射性物焚烧、固化、掩埋,不让放射性污染物进入土壤。
而目前比较直接的处理方法主要是自然衰减消除法,化学处理法和物理填埋法。自然衰变可使放射性污染土壤降至可接受的程度,适用于偏远的试验区和核事故的现场。对于小规模的放射性土壤的处理可用化学处理法,其造价昂贵且会产生二次污染。物理填埋法理论上比较简单但在处理大规模低剂量的污染物有较多困难。
近年来随着技术发展可利用土壤放射性污染的生物修复技术,土壤生物修复放射性核素污染土壤可利用耐辐射的微生物、超积累植物和森林的吸附、拦截作用。
5.2.4污染土壤的综合治理
施用化学改良剂, 采取生物改良措施, 增加土壤环境容量, 增强土壤净化能力 强化污染土壤环境管理与综合防治, 大力发展清洁生产 调控土壤氧化还原条件 改变耕作制度, 实行翻土和换土采用农业生态工程措施 工程治理
5.2.55防治相关法律
至今我国在土壤污染的防治方面还没有专门立法,防治土壤污染的法律基本上是空白,虽然若干法律中有一些零星规定,但分散而不系统、缺乏可操作,为了防治土壤污染、搞好土壤污染防治工作应该加强我国的土壤污染防治法制建设。建立健全土壤污染防治法律法规体系。目前我国土壤污染防治的立法 。明确土壤污染防治的基本原则。尽快建立健全防治土壤污染的制度、措施。建立健全科学、高效的管理体制,强化对土壤污染防治的监督管理。建立完善的责任追究机制与公众参与机制。
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中国土壤
中国土壤类型及分布
(一)、砖红壤
Ⅰ、分布地区 → 海南岛、雷州半岛、西双版纳和台湾岛南部,大致位于北纬 22°以南地区
Ⅱ、形成条件 → 热带季风气候。年平均气温为 23~26℃,年平均降水量为 1600 ~2000毫米。植被为热带季雨林。
Ⅲ、一般特征 → 风化淋溶作用强烈,易溶性无机养分大量流失,铁、铝残留在 土中,颜色发红。土层深厚,质地粘重,肥力差,呈酸性至强酸性。 (二)、赤红壤
Ⅰ、分布地区 → 滇南的大部,广西、广东的南部,福建的东南部,以及台湾省的 中南部,大致在北纬 22°至 25°之间。为砖红壤与红壤之间的过渡类型。 Ⅱ、形成条件 → 南亚热带季风气候区。气温较砖红壤地区略低,年平均气温为 21~22℃,年降水量在 1200~2000毫米之间,植被为常绿阔叶林。 Ⅲ、一般特征 → 风化淋溶作用略弱于砖红壤,颜色红。土层较厚,质地较粘重, 肥力较差,呈酸性。
(三)、红壤和黄壤
Ⅰ、分布地区 → 长江以南的大部分地区以及四川盆地周围的山地。
Ⅱ、形成条件 → 中亚热带季风气候区。气候温暖,雨量充沛,年平均气温 16~ 26℃,年降水量 1500毫米左右。植被为亚热带常绿阔叶林。黄壤形成的热量条 件比红壤略差,而水湿条件较好。
Ⅲ、一般特征 → 有机质来源丰富,但分解快,流失多,故土壤中腐殖质少,土性 较粘,因淋溶作用较强,故钾、钠、钙、镁积存少,而含铁铝多,土呈均匀的红 色。因黄壤中的氧化铁水化,土层呈黄色。
(四)、黄棕壤
Ⅰ、分布地区 → 北起秦岭、淮河,南到大巴山和长江,西自青藏高原东南边缘, 东至长江下游地带。是黄红壤与棕壤之间过渡型土类。
Ⅱ、形成条件 → 亚热带季风区北缘。夏季高温,冬季较冷,年平均气温为 15~ 18℃,年降水量为 750~1000毫米。植被是落叶阔叶林,但杂生有常绿阔叶树 种。
Ⅲ、一般特征 → 既具有黄壤与红壤富铝化作用的特点,又具有棕壤粘化作用的特 点。呈弱酸性反应,自然肥力比较高,
(五)、棕壤
Ⅰ、分布地区 → 山东半岛和辽东半岛。
Ⅱ、形成条件 → 暖温带半湿润气候。夏季暖热多雨,冬季寒冷干旱,年平均气温 为 5~14℃,年降水量约为 500~1000厘米。植被为暖温带落叶阔叶林和针阔 叶混交林。
Ⅲ、一般特征 → 土壤中的粘化作用强烈,还产生较明显的淋溶作用,使钾、钠、 钙、镁都被淋失,粘粒向下淀积。土层较厚,质地比较粘重,表层有机质含量较 高,呈微酸性反应。
(六)、暗棕壤
Ⅰ、分布地区 → 东北地区大兴安岭东坡、小兴安岭、张广才岭和长白山等地。 Ⅱ、形成条件 → 中温带湿润气候。年平均气温 -1~5℃,冬季寒冷而漫长,年降 水量 600~1100毫米。是温带针阔叶混交林下形成的土壤。
Ⅲ、一般特征 → 土壤呈酸性反应,它与棕壤比较,表层有较丰富的有机质,腐殖 质的积累量多,是比较肥沃的森林土壤,
(七)、寒棕壤(漂灰土)
Ⅰ、分布地区 → 大兴安岭北段山地上部,北面宽南面窄。
Ⅱ 、 形成条件 → 寒温带湿润气候 。 年平均气温为 -5℃ , 年降水量 450~550毫米。 植被为亚寒带针叶林。
Ⅲ、一般特征 → 土壤经漂灰作用 (氧化铁被还原随水流失的漂洗作用和铁、铝氧 化物与腐殖酸形成螯合物向下淋溶并淀积的灰化作用) 。土壤酸性大,土层薄, 有机质分解慢,有效养分少。
(八)、褐土
Ⅰ、分布地区 → 山西、河北、辽宁三省连接的丘陵低山地区,陕西关中平原。
Ⅱ、形成条件 → 暖温带半湿润、半干旱季风气候。年平均气温 11~14℃,年降 水量 500~700毫米,一半以上都集中在夏季,冬季干旱。植被以中生和旱生森 林灌木为主。
Ⅲ、一般特征 → 淋溶程度不很强烈,有少量碳酸钙淀积。土壤呈中性、微碱性反 应,矿物质、有机质积累较多,腐殖质层较厚,肥力较高。
(九)、黑钙土
Ⅰ、分布地区 → 大兴安岭中南段山地的东西两侧,东北松嫩平原的中部和松花 江、辽河的分水岭地区。
Ⅱ、形成条件 → 温带半湿润大陆性气候。年平均气温 -3~3℃,年降水量 350~ 500毫米。植被为产草量最高的温带草原和草甸草原。
Ⅲ、一般特征 → 腐殖质含量最为丰富,腐殖质层厚度大,土壤颜色以黑色为主, 呈中性至微碱性反应,钙、(十)、栗钙土
Ⅰ、分布地区 → 内蒙古高原东部和中部的广大草原地区,是钙层土中分布最广, 面积最大的土类。
Ⅱ、形成条件 → 温带半干旱大陆性气候。年平均气温 -2~6℃,年降水量 250~ 350毫米。草场为典型的干草原,生长不如黑钙土区茂密。
Ⅲ、一般特征 → 腐殖质积累程度比黑钙土弱些,但也相当丰富,厚度也较大,土 壤颜色为栗色。土层呈弱碱性反应,局部地区有碱化现象。土壤质地以细沙和粉 沙为主,区内沙化现象比较严重,
(十一)、棕钙土
Ⅰ、分布地区 → 内蒙古高原的中西部,鄂尔多斯高原,新疆准噶尔盆地的北部, 塔里木盆地的外缘,是钙层土中最干旱并向荒漠地带过渡的一种土壤。 Ⅱ、形成条件 → 气候比栗钙土地区更干,大陆性更强。年平均气温 2~7℃,年 降水量 150~250毫米,没有灌溉就不能种植庄稼。植被为荒漠草原和草原化荒 漠。
Ⅲ、一般特征 → 腐殖质的积累和腐殖质层厚度是钙层土中最少的,土壤颜色以棕 色为主,土壤呈碱性反应,地面普遍多砾石和沙,并逐渐向荒漠土过渡。 (十二)、黑垆土
Ⅰ、分布地区 → 陕西北部、宁夏南部、甘肃东部等黄土高原上土壤侵蚀较轻,地 形较平坦的黄土源区。
Ⅱ、形成条件 → 暖温带半干旱、半湿润气候。年平均气温 8~10℃,年降水量 300~500毫米,与黑钙土地区差不多,但由于气温较高,相对湿度较小。由黄 土母质形成。植被与栗钙土地区相似。
Ⅲ、一般特征 → 绝大部分都已被开垦为农田。腐殖质的积累和有机质含量不高, 腐殖质层的颜色上下差别比较大,上半段为黄棕灰色,下半段为灰带褐色,好像 黑垆土是被埋在下边的古土壤。
(十三)、荒漠土
Ⅰ、分布地区 → 内蒙古、甘肃的西部,新疆的大部,青海的柴达木盆地等地区, 面积很大,差不多要占全国总面积的 1/5。
Ⅱ、形成条件 → 温带大陆性干旱气候。年降水量大部分地区不到 100毫米。植 被稀少,以非常耐旱的肉汁半灌木为主。
Ⅲ、一般特征 → 土壤基本上没有明显的腐殖质层,土质疏松,缺少水分,土壤剖 面几乎全是砂砾,碳酸钙表聚、石膏和盐分聚积多,土壤发育程度差。 (十四)、高山草甸土
Ⅰ、分布地区 → 青藏高原东部和东南部,在阿尔泰山、准噶尔盆地以西山地和天 山山脉。
Ⅱ、形成条件 → 气候温凉而较湿润,年平均气温在 -2~1℃左右,年降水量 400毫米左右。高山草甸植被。
Ⅲ、一般特征 → 剖面由草皮层、腐殖质层、过渡层和母质层组成。土层薄,土壤 冻结期长,通气不良,土壤呈中性反应,
(十五)、高山漠土
Ⅰ、分布地区 → 藏北高原的西北部,昆仑山脉和帕米尔高原。
Ⅱ、形成条件 → 气候干燥而寒冷,年平均气温 -10℃左右,冬季最低气温可达 -40℃,年降水低于 100毫米。植被的覆盖度不足 10%。
Ⅲ、一般特征 → 土层薄,石砾多,细土少,有机质含量很低,土壤发育程度差, 碱性反应。
中国耕地土壤污染问题研究简析_陈浩
():黑龙江农业科学2012949~52
HeilonianAriculturalSciences中国耕地土壤污染问题研究简析
陈 浩
()南京大学地理与海洋科学学院,江苏南京210093
摘要:耕地在中国的意义不亚于水在中东的意义。耕地土壤污染问题是耕地良性发展上的一块毒瘤。总结当前中国耕地土壤污染问题的众多研究,大致有:土壤污染的基本认识、调查与评价和对策研究等;更细的,如重金属污染研究、土壤污染修复技术以及制度与立法研究等。与国外相比,国内的此类研究定量化还不够。关键词:耕地;土壤污染;重金属污染;调查与评价;对策
()中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:10022767201209004904---
人类的祖先在一片原始的土地上 很早以前,
开垦出了最早的耕地,经历了漫长的人工管理,土壤理化性质发生了巨大的变化。农业文明时期,生产力不高,但基本没有土壤污染问题。工业革命之后,一切都发生了前所未有的变化。现在关于环境问题的觉察和认识并不是与文明同步的。而土壤污染问题又是环境问题的一部分。因此,关于环境问题的起源便是该文所指问题的起源。
《追溯历史,寂静的春天》唤醒了世界,但它问世时却是备受争议的。由于民众压力增大,1963年美
国政府介入调查,证实了书中结论,于是有了第一个民间环境组织,美国环境保护局也成立了。之后这种认识和行为传到各国和各领域。关于土壤在那时属于首先被关注的问题之一。污染问题,
不仅需要关心在土壤里发生了什么事,而且还要努力知道有多少杀虫剂从污染了的土壤被吸收到
1]
。时过境迁,植物组织内[土壤污染非但没有减轻,反而加重,尤其在发展中国家。
/据《环境保护》国土资源部消20074B报道,
2
,息称,目前全国受污染的耕地约0.污水1亿hm
2,固体废弃物堆存占灌淋污染耕地216.7万hm
2,地和毁田1合计占中国耕地总面积的3.3万hm
/110以上。全国每年因重金属污染的粮食达[]
,万t直接经济损失超过2120000亿元2。此外,
全国土地污染防治基础薄弱,全国土壤污染的分
2]
。另布和程度尚不清楚,防治措施缺乏针对性[
2
,耕地面积近2约占耕地总面积的000万hm
/全国每年因重金属污染而减产粮食115,000多
[3]
。耕地的土壤污染问题是耕地良性发展上万t
的一块毒瘤。一方面,中国快速城市化使得可耕地急剧减少,另一方面可耕地又普遍受到污染。对于拥有1粮食安全也是中国的3亿人口的大国,耕地土壤污染的研究和防治便战略安全。这样,极度重要了,而且随着人们对食品安全和环境质量要求的提高会变得更加迫切。
农业、农村和农民即“三农”问题一直都是中国社会发展道路上的痼疾。耕地是农业最为基本
它的合理开发和持续利用不仅是解的生产资料,
决“三农”问题的基础,而且对一个国家或地区的国民经济和社会稳定及健康发展都有极其重要的
4]
。土壤污染问题又是耕地资源可持续利用意义[
的一大制约,因此,耕地土壤污染问题的研究最终
是服务于国民经济发展的。
1 中国耕地土壤污染问题研究现状
国内关于耕地土壤污染的研究很多。总结来说,主要集中在土壤污染的类型、特点、危害与机理、土壤污染调查与评价和土壤污染对策研究等;更细的,如农药污染研究、重金属污染研究、土壤污染修复技术以及制度与立法研究等。
1.1 耕地土壤污染的基本认识
特点、危害与机理 土1.1.1 土壤污染的类型、壤污染类型有化学污染、物理污染和生物污染,又
5]
。土壤污染以化学污染最为普遍、严重和复杂[
据报道,20世纪80年代末我国耕地土壤污染面
积只有几百万公顷,而现在已经超过1000
2
;万h目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的m
物种类有有机污染物、重金属污染物、放射性污染
6]
。这些污染物可通过污物和病原微生物污染物[
收稿日期:20120624--
,作者简介:陈浩(男,安徽省阜阳市人,在读硕士,从1988-)
:_事自然地理学研究。E-mailchenhaocoolina.。@s
水灌溉、大气沉降、废弃物堆放、农药和化肥使用等途径进入土壤。土壤一旦被污染,就很难治理,
因为它具有隐蔽性和滞后性、累积性、不可逆性以
49
黑 龙 江 农 业 科 学
5]
。土壤污染的机理在于,及难治理性等[人类的
9期
生产和生活活动向土壤中排放的污染物超过了土
壤的承受能力,进而破坏土壤生态系统的平衡,引由于人口急剧起土壤理化性质的变化。近年来,增长、工业迅猛发展、固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒,有害废水不断向土壤中渗透,大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中,导
7]
。它可导致土壤的组成、结构和致了土壤污染[
功能发生变化,进而影响植物的正常生长发育,造
二是专门讨论农药出它是土壤污染的一种类型;
]1415-
,的污染[但是比较定性;三是定量研究农药分布和迁移等,探讨其理化特在土壤环境的含量、
如灭多威在棉花及土壤中的残留行为研征,
16]、究[甲拌磷在棉花及土壤中的残留动态研17]
,究[高毒农药如硫丹残留及其微生物降解也是18]
。有机氯农药由于有毒性、研究热点[低水溶性化学性质稳定,自然降解性差,能通和高脂溶性,
成有害物质在植物体内积累,并通过食物链使污
6]
。例如,进而危害人体健康[长期染物进入人体,
大量使用化肥和农药,会破坏土壤结构,导致土壤
元素失衡,进而使土壤性质恶化。尤其农药的残留,是破坏土壤的生态平衡,引起其生物链变异,而且诸如DDT等高毒农药会通过生物富集和累积作用进入到人类的餐桌上。也有人总结了我国耕地土壤污染的特点,认为形式十分严峻,土壤污
土壤污染途径多,原因复杂,控制难染类型多样,
7]
。度大,污染程度加剧,危害巨大,防治基础薄弱[
过蒸发、迁移及食物链传递等多种途径而在生物
19]
,体及人体内,危害人类健康[成为另一个研究
]2021-
。发表的文章水平很高[热点,
难1.1.3 重金属污染研究 重金属因为富集性、
降解性和累积性等使其在耕地土壤中的危害增大。我国的土壤重金属污染主要源于开矿、工业污水排放、大气沉降、固废渗滤液及农业污染源
铅、汞、镉、铜、砷等进入土壤便引起严重的污等,
染。目前研究主要是其调查与风险评价及修复技术。夏利亚等对我国土壤重金属污染及防治对策做了定性研究,总结了重金属来源和侵入方22]
。在长江中下游平原地区,式[长期的污水灌、溉,致使C是造成农田rHg等重金属叠加累积,
[]3
。而关于重金属在土土壤污染的最主要原因1
壤中的迁移转化过程模拟方面还比较薄弱,这需
要大量的实验和数学建模。
1.1.4 地膜污染研究 彭训广等对我国农用地
指出随着农用薄膜用量的膜污染问题做了简析,
不断增加,农用薄膜的土壤污染问题也日益突出;目前多数农用薄膜为聚乙烯成分组成,这种材料的性能稳定,在自然环境中,其光解和生物分解性
23]
。正因为均较差,残膜仍留在土壤中很难降解[
林绍霞等采用灰色关联度法对农业非点源土
壤污染影响因子做了研究,得出农耕地土壤污染发生机率为水田>菜地>旱地,春秋两季耕作土壤>单季耕作土壤,距居民点越近,土壤污染越严
8]
。王秉莲和李俊杰对我国城市与农村两种土重[
9]
。认壤污染现状及其污染原因进行了分析比较[
城市和农村可以看成土壤污染的两个系列,在为:
污染源、侵入途径、危害等方面有差异,而后者更强调耕地土壤的污染。研究尺度上,耕地土壤污染研究分为全国、区域和地方3种。全国尺度如司东伟等对全国范围的耕地土壤污染治理对策的
10]
,研究[区域尺度如张谦元等对我国西北地区的土壤污染的研究,就该地区提出了治理与制度上11]
,的对策[地方尺度亦被一些研究重视如曲芬霞
12]
,等对贺州市土壤污染现状及对策做了研究[服
务当地。但是这些研究大多是定性的,缺乏数据
地膜的难降解性决定了这种污染的长期性和艰难
性。该研究的难点是防治对策的可行性,提出建议简单,但是技术上和经济上常常受到限制,尤其在西北地区。
1.2 耕地土壤污染调查与评价研究
在耕地土壤污染研究中,调查与评价方法的研究十分重要。夏家淇等从耕地土壤污染调查的全面性、污染评价指标、污染超标率以及土壤环境质量等级划分等几个问题加以探讨,指出耕地土壤污染调查的全面性问题应从污染物-土壤-受体
24]
。土壤污染调查应该是综合的关联性来认识[
的,过去和现在的地理背景、社会经济背景和生态
背景。土壤污染的评价也主要是基于特定标准和一些数学模型进行的是否污染及污染程度的评
分析的支持,而且多停留在书面探讨上,缺乏实践基础。较少的研究者进行了土壤污染的理化性质的实验分析,如任荣富等分析了农田土壤污染的地球化学特征,尤其是土壤Cr的地球化学特
13]
。总体来说,征[这些研究确实提高了人们对耕地土壤污染这一问题的认识和理解。
农药污染的研究1.1.2 农药污染的研究 当前,
有3个层面:一是作为土壤污染研究里的一个组
]57、911--
,成部分,文章里有涉及,但不详尽[只是指50
9期中国耕地土壤污染问题研究简析 陈 浩:
估,建立一个通用的评价指标体系和方法体系十
分必要。基于GIS的土壤污染问题研究也得到它在调查评价、动态监测和管理上具有很大重视,
的潜力。以G条码技术和GPS终端技术、IS平台的土壤污染状况调查综合管理系统,对实地调查实现全面、统一和准确的管理,以及查询、统计、分
25]
。苗德强等利用嵌入式G析及结果展现[IS二
次开发技术开发的信息系统,具有快捷方便的优
后者获取数据较难。如何利用污染源数据并析,
在缺乏土壤内实验数据的条件下进行土壤污染的
量化分析,值得研究。而两者结合是最好的。总之,耕地土壤污染的研究很受关注,应用性很强。无论是研究范围、领域,还是研究方法和技术都已较全面。定量化方法得到一定的应用,与国外比,定量化研究还不够,建模方面较弱。而且最好能定量分析社会经济和资源环境等这类宏观数据,因为污染物主要源于人类社会经济活
]1、57、910--
。耕地土壤污染研究的目的是解决实动[
际问题,故而实践在该研究中很重要。
点,提高了土壤污染评价与管理的质量和效率。1.3 耕地土壤污染对策研究现状
关于土壤污染防治,研究者提出了各种对策,包括农业技术、科技教育、思想观念、制度体制及多主张进行土壤污染状况调政策等。具体来说,查,建立土壤污染评价和风险管理,加强法规建设和土壤质量监测,严格控制污染物排放,合理施用农药、化肥,禁用长残留和对人畜高毒性农药,提倡生物防治和生态农业。但是,在实践上有些对原因是多方面的。策并没有被采纳,
1.3.1 土壤污染修复技术 夏利亚等认为污染土壤的物理、化学、生物尤其是植物修复处理污染问题将是重金属污染修复技术的发展方向之22]
。据介绍,当前有4种土壤修复技术被应一[
用,具体内容参见胡春华等做的这方面综述
[26]
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。
而蚯蚓在土壤污染研究上的作用似乎颇受研究者
可青睐。蚯蚓被认为具有土壤污染的指示作用,以通过改善土壤理化性质、增强微生物活性和改变污染物的活性等强化污染土壤的生物修复过
27]
。转基因技术也被期望在生物修复受污染程[
土壤中发挥作用。
1.3.2 制度与立法研究 一般认为我国现有法律体系中关于土壤污染这一块有缺陷。陈世军等提出了一些耕地污染防治的法律对策,构建具体
28]
。更有研究中直接提出的耕地污染防治制度[
[11]
。据报道,制定一部专门的“土壤污染防治法”
《中国土壤污染防治法》的专家意见稿已经完成。
这是这一领域的一大标志性成就。
2 耕地土壤污染研究方法简析
关于土壤污染研究的方法,从数据获取和研究尺度上可分为壤外分析方法和壤内分析方法,前者偏宏观-综合,后者偏微观-机理。从污染源、耕作技术、作物生长等方面分析土壤污染问题,不以采样化验分析为主,这便是壤外分析;而以实验分析为主,揭示土壤内物质分布、迁移等,便是壤内分析。前者获取数据容易,难点在于定量化分
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BriefAnalsisontheStudaboutSoil yy PollutionofChineseCultivatedLand
CHENHao
(,,GeorahicandOceanorahicSciencesSchoolofNaninUniversitNaninJiansu gpgpjgyjgg
)210093
:AbstractCultivatedlandtoChinaaswatertotheMiddleEast.Soilisatumourindeveloinwellollution pgp
,:situationofitsstudinChinawasSummerizedaroximateasectsfundamentalunderfarmland.Theresent -ypppp ,,,,,standinofsoilinvestiationandassessmentcountermeasureresearchetc.Indetailforexamleollution ggpp
,,,studaboutheavmetalrestorationtechnoloaainstsoilaboutsstemandleislationollutionollution yygygygpp
etc.Thedomesticresearcheshavelessinarisonwithforeinstudaboutsoiluantificationollution. pgyqp
::;;;;Kewordscultivatedlandsoilollutionheavmetalollutioninvestiationandassessmentcountermeasure pypgy
(上接第38页)
EffectsofNitroenFertilizerLevelon g
GrowandYieldCharacteristicsofRice
1,21222,WE,,YUYaninNJinzhiZHAOBeiinSONGLiuanYANGZhonlian -m - -p - -gg,jgg,22,WUHontaoGAOHonru - -gg
(,,1.AronomColleeofNortheastAriculturalUniversitHarbinHeilonian150030; gyggygjg
,,2.WuchanRiceInstituteofHeilonianAcademofAriculturalSciencesWuchanHei -ggjgygg
)lonian150229gjg
:,,rowieldAbstractTakinSoninNo.9asmaterialtheeffectsofnitroenfertilizerleveloncharacteristics gyggjgg andieldoodonentsofricewerestudied.Theresultsindicatedthatnitroenfertilizerwasforincreasin ygpgg,riceheihtandtillerbuttoomuchnitroenfertilizerwouldleadtomoreinvalidtillers.Usinnitroenfertilof -gggg ,,izercouldincreaseieldwhileharvestindexwoulddescend.Sikenumberfullrainersikeand1000rain -ypgppg
,weihtwereraisedbusinnitroenfertilizerolbasiclinearreressioneuationtakinnitroenfertilizera -gyggpygqgg ,,mountasdeendentvariablesikenumberfullrainand1000rainweihtasindeendentvariablewassetu - ppgggppatthesametime.
:;;row;ieldKewordsnitroenfertilizerlevelrice gygy
52
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