“环境生态工程”课程05030901第六章土壤恢复与土壤污染修复生态工程成水平shpcheng@同济大学环境科学与工程学院第六章土壤恢复与土壤污染修复生态工程一、土壤生态系统退化与恢复二、盐碱地改良生态工程二盐碱地改良生态工程三、矿山废弃地的生态恢复四、海滩的生态恢复五、荒漠土壤恢复生态工程五荒漠土壤恢复生态工程六、水土流失恢复生态恢复七、土壤污染修复生态工程一、土壤生态系统退化与恢复1 土壤生态系统土壤是陆地的一个重要组成部分，土壤生态系统是陆地生态系统的一个子系统，也是独立的。
土壤生态系统：是植物根系、土壤、藻类、土壤动物和微生物及他们所处的土壤环境一起构成的统一有机整体。
多层次结构的复合生态系统动态开放系统自然过程最活跃的场所人类活动最激烈的场所自然过程最活跃的场所土壤生态系统位于岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的交界层，是物质三态的复合界面人类活动最激烈的场所人类干预最多的生态系统，与人类的生产活动息息相关2、土壤退化类型土壤退化包括一切导致土壤生产力下降和土壤其他功能与属性衰退的现象与过程。
土壤侵蚀即土壤结构物质的损失土壤衰竭及土壤营养元素的消耗外来物质积聚即各种有害物质的积累和固定土壤板结即土壤物理结构破坏--Kjell B. Esser, 1999,The Global Soil Degradation Problem土壤水蚀土壤风蚀土壤化学性质恶化 土壤物理性质恶化土壤生物活动退化--ISRIC, 1991土壤侵蚀荒漠化盐渍化土壤污染土壤性质恶化 土壤非农占用--中科院南京土壤所3、土壤生态系统的退化及特点土壤侵蚀（soil erosion）：面积达到1.7x108hm2,有增加趋势，占全国土地面积的1/6；黄河流域、南方红壤、东北荒漠化（land desertification）:面积达到3.3x107hm2荒漠化（）面积达到盐碱化（soil salinization or alkalinization）:3.7x107hm2,黄淮海平原、东北平原、黄河河套平原、西3710h黄淮海平原东北平原黄河河套平原西北内陆、东部沿海贫瘠化（Impoverishment）:潜育化（soil gleyization）:土壤污染（il ll ti）土壤污染（soil pollution）:土壤非农业利用（loss of land production function）中国土壤生态系统退化特点范围广发展快对生态环境影响严重防治力度加大4、退化土壤生态系统的恢复途径恢复基本原则恢复后的基本结构、功能适应自然系统的良性演替原则 具有再发展功能原则能保持最大生产力和可利用资源原则恢复基本途径保护恢复重建维持恢复的主要措施农艺措施改善土壤表面状况，增加植物盖度改善土壤表面状况增加植物盖度培肥地力，测土配方施肥退耕还林还草调整种植结构，轮作、间作、套种、复种等能保持最大生产力和可利用资源原则工程措施水土保持工程水利设施工程生态林草工程生物措施：植物、动物、微生物物理化学措施：化学修复、物理修复、物理化学修复物理化学措施化学修复物理修复物理化学修复二、盐碱地改良生态工程盐碱土壤：受土体盐碱成分作用的、包括各种盐土及碱土以及其他不同程度盐化和碱化的各种类型土壤的总称•土壤盐碱化在世界范围内广泛存在，特别是干旱、半干旱地区问题为严重旱地区，问题更为严重。
•世界盐碱地面积：9.5x108 hm2---UNESCO和FAO•中国盐碱地面积：9.9x107 hm2超过世界的10%碱地1、盐碱地综合治理配套技术•引淡淋盐•浅群井强排技术•覆盖抑盐•农业与生物措施2、海滨盐地农业生态工程2.1 盐土及盐土资源2.1一系列受土体盐碱成分作用的、包括各种盐土及碱土以及其他不同程度盐化和碱化的各种类型壤的总称以及其他不同程度盐化和碱化的各种类型土壤的总称●水溶性盐累积含量0.1%-0.2%●碱化度超过5%●全世界盐滞土9.55* 108ha●我国盐滞土14.87亿亩(9.9*107ha)2.12.1 盐土及盐土资源2.2 盐土农业2.2●耐盐植物●盐土农业生态工程利用盐土和碱水，一引种耐盐植物为龙头所发展的农、林、牧复合经营。
●耐盐经济植物，初级生产力●土壤逐步积累有机质和养分三、矿山废弃地的生态恢复1、矿区废弃地的主要问题及解决办法限制因素变量问题短期方法长期方法太紧松土植被物理的结构太松松压紧或用细材料覆盖植被稳定性不稳定固定物，护根，护养植被太湿排水排水水分太干有机护根或护养抗性植物大量元素缺氮施肥豆科或其他固氮植物营养的缺其他元素合适的化肥化肥和抗性植物微量元素缺乏施肥施肥太高添加炼铁残渣或有机质抗性植物毒性的pH太低添加碱石灰碱石灰和抗性植物重金属含量高添加有机质抗性植物添加膏灌溉盐度太高添加石膏，灌溉抗性植物赤峰市元宝山矿区生态恢复2、赤峰市元宝山矿区生态恢复●实验区的环境特点地形●—黄土丘陵●气候–温带半干旱（年平均气温6-7°C，降水量40-50mm)●地带性土壤–黄土母质土●废弃地类型与分布●排土场●塌陷地●矿区闲置荒草坡废弃的被复程废弃地的植被恢复工程●引种栽培试验●排土场植被重建工程●林网人工草地●补播半人工草地●林草间作●塌陷地的植被恢复平地，填沟，播种沙打旺和紫花苜蓿●矿区闲置草坡植被的重建等高线开挖，油松、杂交杨，林间播种沙打旺矿区废弃地生态恢复的生态经济模式矿废弃复的济模饲养业社会市场环境牧肥就业投入就业投入肉奶蛋社会、市场、环境草加工业料商品草投环境人工、半人工草地入整治矿区废弃地3、铜陵市凤凰山铜矿尾砂库的复垦改良被损害的土地●●植被重建●注重生态-经济-社会综合效益四、海滩生态工程1、海岸与海岸带管理●近海海洋与海岸●沿岸区●大陆架●大陆坡和大陆隆美国南部欧洲北部●沿岸区●大陆架●大陆坡和大陆隆●海洋沉积●自生沉积●风化剥蚀沉积●三角洲及浅海碎屑沉积●现代海洋生物沉积●其他沉积●海侵与海平面上升芦苇生物量相对减●海洋资源极其开发●自然资源●能源资源少，得到控制，生物多样性提高●空间资源●海岸带污染●营养物污染●致病菌污染●有毒化学品污染●开发性污染及生境破坏●海岸带管理保护人类生命财产安全●●防治污染●维护河生态平衡●保护海岸带生物多样性●促进地区可持续发展主要各国通过一些海洋协定来实施主要各国通过些海洋协定来实施2、海滩生态工程-红树林●红树是分布热带和亚热带海滩的一种木本植物群落科属●全世界24科，30属，83种（变种）●我国16科，20属，29种，面积4* 104ha2、海滩生态工程-红树林2、海滩生态工程-红树林生物圈2号红树林系统圈号树统位于美国亚利桑那州，是爱德华·巴斯主持建造的人造封闭生态系统。
占地1.3万m 2。
2、海滩生态工程-红树林米埔红树林沼泽基围塘米埔树沼泽围塘2、海滩生态工程-红树林树统复红树林系统恢复3、米草生态工程3.13.1米草生态学●米草(Spartina sp .)●大米草●互花米草●狐米草大米草●大绳草●生态功效保滩护堤促於造陆作用明显●保滩护堤、促於造陆作用明显●饲料用（大米草）●野生动物栖息地●航道减淤●控制污染互花米草3.23.2米草生态工程设计●人工米草带的建立●米草绿色食品的研制●米草渣的开发利用3.33.3 米草生态工程的三级效益评估一级效益在天然条件下的保滩护堤作用●一级效益：在天然条件下的保滩护堤作用●1500元/公顷.年（修复堤岸的直接费用）●二级效益：绿色食品开发●90 000元/公顷.年●三级效益：草渣的利用：食用菌培养●172 500元/公顷.年3.43.4 米草生态工程的意义●保滩护堤作用●绿色食品功能●生态学意义●有利于资源的保护和持续利用●营养成分和有效成分的季节动力学●多层分级地充分利用米草的生物量和能量●无污染绿色工艺●1500元/公顷.年（修复堤岸的直接费用）多层分级地充分利用米草的生物量和能量五、荒漠土壤恢复生态工程荒漠化：由于人类的不良影响作用造成的干旱、半干旱及半湿润干旱地区的土地退化----UNEPUNEP•世界六大洲100多个国家和地区 3.6x107 km2 受到影响，占地球陆地面积的1/3，约10亿人受到荒漠化的影响和威胁地球陆地面积的1/3约10亿人受到荒漠化的影响和威胁•我国是荒漠化严重国家之一，2.67x106 km2占国土面积的6 227.3%，可能发生的面积3.31x10km土地荒漠化类型主导成因气候区•风蚀 1.61x106 km2•水蚀0.2x106 km2•干旱地区 1.15x106 km2•半干旱地区0.92x106 km2•冻融0.36x106 km2•盐渍0.23x106 km2•半湿润干旱地区0.55x106 km2•其他0.21x106 km2土地利用类型利用类型•退化耕地0.077x106 km2• 1.05x106 km2荒漠化程度•轻度0.95x106 km2退化草地•退化林地0.1x104 km2•中度0.64x106 km2•重度 1.03x106 km2土地荒漠化的成因•气候干旱是荒漠化的主要原因，人类活动冲击是次要的•人类不合理的经济活动是主因，气候变化是次因•是气候和人类活动共同作用的结果，自然和认为因素在荒漠化过程的驱动作用很难区分土地荒漠化治理技术几种模式•陕西榆林模式—半干旱地区•内蒙古赤峰模式—半湿润干旱地区•甘肃临泽模式—干旱地区•新疆和田模式—极端干旱藻类结皮荒漠化治理技术荒漠化土壤常存在区域性结皮现象, 这种结皮对改善荒漠化土壤具有极其重要的作用导致皮的产有物的学的物的因导致结皮的产生有物理的、化学的和生物的因素生物结皮最具生态意义，而生物结皮又分藻结皮、苔藓结皮和地衣结皮藻类是荒漠中的先锋植物, 尤其是一些抗逆性很强的蓝藻, 特别是丝状蓝藻在荒漠土壤中具有更强的拓殖作用土壤丝状蓝藻适应干旱、半干旱地区环境而生长发育的特性显示了它们在荒漠化治理中的独特优势藻类结皮荒漠化治理技术塔里木河下游受损生态系统人工恢复与重建1、区域概况2、土壤退化状况及原因分析–气候–水资源减少–水质盐化–地下水位下降–植被衰败–人为因素（农业大发人为因素农大发展、森林砍伐）3、人工恢复与重建–封育–生态输水–生态建设–退耕还林还草六、水土流失恢复生态工程水土流失：也叫土壤侵蚀，是指地球陆地表面的土壤、土壤母质及岩屑受外力作用发生的各种破坏、移动和堆积过程以及水及岩屑受外力作用发生的各种破坏移动和堆积过程以及水的损失。
•我国水土流失面积达3.56x10km,占国土总面积的37%,其中我国水土流失面积达356x106 2占国土总面积的37%其中水力侵蚀面积达1.65x106 km2,风力侵蚀面积1.91x106 km2•占世界水土流失面积的1/3水土流失类型侵蚀营力•水力•风力•冻融•重力土地利用类型坡耕山区陵的耕分布在坡•坡耕地山区、丘陵的耕地50-90%分布在坡地上•荒山荒坡•沟壑（黄土高原）。