完成機構:[1]四川農業(ye)大學資源(yuan)環境學院,四川雅安625014 [2]中(zhong)國(guo)科學院南(nan)京(jing)土(tu)壤研究所,江蘇南(nan)京(jing)210008
一、土壤質量概念的內涵
土壤質量一般定義為:土壤在生態系統的范圍內,維持生物的生產力、保護環境質量以促進動植物與人類健康行為的能力。美國土壤學會(1995)把土壤質量定義為:在自然或管理的生態系統邊界內,土壤具有動植物生產持續性,保持和提高水、空氣質量以及支撐人類健康與生活的能力。因此,“土壤質量是指土壤提供植物養分和生產生物物質的土壤肥力質量,容納、吸收、凈化污染物的土壤環境質量,以及維護保障人類和動植物健康的土壤健康質量的總和(據曹志洪、周健民)”。
土壤質量概念的內涵不僅包括作物生產力、土壤環境保護,還包括食物安全及人類和動物健康。土壤質量概念類似于環境評價中的環境質量綜合指標,從整個生態系統中考察土壤的綜合質量。這一概念超越了土壤肥力概念,超越了通常的土壤環境質量概念,它不只是把食物安全作為土壤質量的最高標準,還關系到生態系統穩定性,地球表層生態系統的可持續性,是與土壤形成因素及其動態變化有關的一種固有的土壤屬性。專家認為:土壤科學的研究除了應繼續重視土壤肥力質量的研究外,還必須向土壤環境質量和土壤健康質量方面轉移。
二、土壤質量評價指標體系分類
土壤質量評價指標體系應該從土壤系統組分、狀態、結構、理化及生物學性質、功能以及時空等方面,加以綜合考慮。土壤質量評價指標體系大致可分為兩大類,一類是描述性指標,即定性指標;另一類是分析性定量指標,選擇土壤的各種屬性,進行定量分析,獲取分析數據,然后確定數據指標的閥值和最適值。
根據分析性指標的性質,土壤質量的評價指標分為土壤物理指標、土壤化學指標、土壤生物學指標三個方面。
1、土壤物理指標:土壤物理狀況對植物生長和環境質量有直接或間接的影響。土壤物理指標包括土壤質地及粒徑分布、土層厚度與根系深度、土壤容重和緊實度、孔隙度及孔隙分布、土壤結構、土壤含水量、田間持水量、土壤持水特性、滲透率和導水率、土壤排水性、土壤通氣、土壤溫度、障礙層次深度、土壤侵蝕狀況、氧擴散率、土壤耕性等。
2、土壤化學指標:土壤中各種養分和土壤污染物質等的存在形態和濃度,直接影響植物生長和動物及人類健康。土壤質量的化學指標包括土壤有機碳和全氮、礦化氮、磷和鉀的全量和有效量、CEC、土壤pH、電導率(全鹽量)、鹽基飽和度、堿化度、各種污染物存在形態和濃度等。
3、土壤生物學指標:土壤生物是土壤中具有生命力的主要部分,是各種生物體的總稱,包括土壤微生物、土壤動物和植物,是評價土壤質量和健康狀況的重要指標之一。土壤中許多生物可以改善土壤質量狀況,也有一些生物如線蟲、病原菌等會降低土壤質量。目前應用較多的指標是土壤微生物指標,而中型和大型土壤動物指標正在研究階段。土壤質量的生物指標包括微生物生物量碳和氮,潛在可礦化氮、總生物量、土壤呼吸量、微生物種類與數量、生物量碳/有機總碳、呼吸量/生物量、酶活性、微生物群落指紋、根系分泌物、作物殘茬、根結線蟲等。
根據土壤質量評價指標的選擇原則,土壤質量的評價指標分為農藝指標、微生物指標、碳氮指標和生態學指標。
1、土壤質量評價的農藝指標:選用了10個參數指標(吳啟堂等,1995),既質地、耕層厚度、pH、有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、容重、CEC。
2、土壤質量的微生物學指標包括:土壤微生物的群落組成和多樣性、土壤微生物量、土壤微生物活性、土壤酶活性等。
3、土壤質量的碳氮指標:即生物活性碳和生物活性氮,作為土壤質量評價的一個重要指標,能敏感反映土壤質量的變化,以及不同土地利用和管理,如耕作、輪作、施肥、殘留物管理等對土壤質量的影響。
4、土壤質量的生態學指標主要有:種群豐富度、多樣性指數、均勻度指數、優勢性指數等。
根據土壤質量評價指標涉及的內容,土壤質量指標也可以分四個方面:
1、土壤肥力:土壤肥力因素包括水、肥、氣、熱四大因素,具體指標有土壤質地、緊實度、耕層厚度、土壤結構、土壤含水量、田間持水量、土壤排水性、滲透性、有機質、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、緩效鉀、速效鉀、缺乏性微量元素全量和有效量、土壤通氣性、土壤熱量、土壤侵蝕狀況、pH、CEC等。
2、土壤環境背景:背景值、鹽分種類與含量、硝酸鹽、堿化度、農藥殘留量、污染指數、植物中污染物、環境容量、地表水污染物、地下水礦化度與污染物、重金屬元素種類及其含量、污染物存在狀態及其濃度等。
3、 土壤生物活性:包括微生物量、C/N、土壤呼吸、微生物區系、磷酸酶活性、脲酶活性等。
4、 土壤生態質量:節肢動物、蚯蚓、種群豐富度、多樣性指標、優勢性指標、均勻度指標、雜草等。
三、土壤質量的評價方法
1992年土壤質量國際會議上,建立標準的土壤質量評價方法包括氣候、景觀、土壤化學和物理學性質的綜合評價(據何文壽)。
由于目前對土壤質量的評價還沒有一個統一的標準,為此國家“973計劃”中的 “土壤質量演變規律與持續利用” 課題組在充分調研的基礎上提出了我國土壤質量指標體系的初步建議方案[1]。該方案由四步組成,第一,測定土壤的化學指標、物理指標和生物指標等質量指標,包括土壤有機質、速效鉀、有效磷、pH值、土層厚度、粘粒、容重、水穩性團聚體和微生物生物量碳等。第二,根據土壤質量指標隸屬函數計算隸屬度,評價指標與作物生長效應曲線之關系的數學表達式即隸屬度函數。第三,用因子分析法確定指標的權重值,以特征值>1為選取主因子的條件作因子分析,得到各質量因子主成分的特征值和貢獻率,并由因子載荷矩陣計算土壤質量指標的公因子方差及權重值。第四,計算土壤肥力質量綜合評價指標值。根據模糊數學中的加乘法原則,利用專用的計算公式求得土壤肥力質量綜合評價指標(據曹志洪、周健民)。
四、無公害食品——水果產地生態環境條件
1、產地選擇:無公害水果產地應選擇在生態環境良好,無或不受污染源影響或污染物限量控制在允許范圍內,生態環境良好的農業生產區域。
2、水果產地灌溉水質量:灌溉水質量指標應符合表1要求
表1 農田灌溉水質量指標(mg/L)
項目
氯化物
氰化物
氟化物
汞
總砷
總鉛
總鎘
鉻(六價)
pH
指標
≤250
≤0.5
≤3.0
≤0.001
≤0.1
≤0.1
≤0.005
≤0.1
≤5.5~8.5
3、水果產地土壤質量:土壤質量指標應符合表2要求
表2 水果產地土壤質量指標(mg/kg)
項目
總汞
總砷
總鉛
總鎘
總鉻
六六六
滴滴涕
pH<6.5
≤0.30
≤40
≤250
≤0.3
≤150
≤0.5
≤0.5
pH6.5~7.5
≤0.50
≤30
≤300
≤0.3
≤200
≤0.5
≤0.5
pH>7.5
≤1.0
≤25
≤350
≤0.6
≤250
≤0.5
≤0.5
4、水果產地空氣質量:空氣質量應符合表3 要求
表3 水果產地空氣質量指標
項目
日平均指標
1小時平均指標
總懸浮顆粒物(TSP)(標準狀態,mg/m3)
≤0.30
二氧化硫(SO2) (標準狀態,mg/m3)
≤0.15
≤0.50
氮氧化物 (NO2) (標準狀態,mg/m3)
≤0.12
≤0.24
氟化物 (F) μg /(dm2 ·d)
≤1.8
≤2.0
氟化物 (F) μg /m3
月平均 10
鉛(標準狀態)μg /m3
季平均1.5
注:表內所列含量限值適用于陽離子交換量>5cmol/kg的土壤,若≤5cmol/kg,其含量限值為表內數值的半數。
五、無公害食品—— 茶葉的土壤管理
定期監測土壤肥力水平和重金屬元素含量,一般要求每2年檢測一次。根據檢測結果,有針對性地采取土壤改良措施。
采用地面覆蓋等措施提高茶園的保土蓄水能力。雜草、修剪枝葉和作物秸桿等覆蓋材料應未受有害或有毒物質的污染。
采用合理耕作、施用有機肥等方法改良土壤結構。耕作時應考慮當地降水條件,防止水土流失。對土壤深厚、松軟、肥沃,樹冠覆蓋度大,病蟲草害少的茶園可實行減耕或免耕。
幼齡或臺刈改造茶園,宜間作豆科綠肥,培肥土壤和防止水土流失。
土壤pH值低于4.0的茶園,宜施用白云石粉、石灰等物質調節土壤pH值至4.5~5.5范圍。土壤pH值高于6.0的茶園應多選用生理酸性肥料調節土壤pH值至適宜的范圍。
土壤相對含水量低于70%時,茶園宜節水灌溉。灌溉用水符合表4的要求。
表4 無公害茶園灌溉水質標準(mg/L )
項目
pH值
總 汞,
總 鎘
總 砷,
總 鉛
鉻(六價)
氰化物
氯化物
氟化物,
石油類
濃度限值
5.5~7.5
≤0.001
≤0.005
≤0.1
≤0.1
≤0.1
≤0.5
≤255
≤2.0
≤10
表5 無公害茶園土壤環境質量標準 項 目
濃度限值
pH
4.0~6.5
鎘,mg/kg
≤0.30
汞,mg/kg
≤0.30
砷,mg/kg
≤40
鉛,mg/kg
≤250
鉻,mg/kg
≤150
銅,mg/kg
≤150
六、綠色食品產地土壤肥力分級
土壤肥力評價 :土壤肥力的各個指標, I級為優良、II級為尚可、III級為較差。供評價者和生產者在評價和生產時參考。生產者應增施有機肥, 使土壤肥力逐年提高。
表 6 土壤肥力分級參考指標 項 目
級 別
旱地 水田 菜地 園地 牧地
有機質(g/Kg)
I
II
III
>15 >25 >30 >20 >20
10~15 20~25 20~30 15~20 15~20
<10 <20 <20 <15 <15
金 氮(g/kg)
I
II
III
>1.0 >1.2 >1.2 >1.0 -
0.8~1.0 1.0~1.2 1.0~1.2 0.8~1.0 -
<0.8 <1.0 <1.0 <0.8 -
有效磷(mg/kg)
I
II
III
>10 >15 >40 >10 >10
5~10 10~15 20~40 5~10 5~10
<5 <10 <20 <5 <5
有效鉀(mg/kg)
I
II
III
>120 >100 >150 >100 -
80~120 50~100 100~150 50~100 -
<80 <50 <100 <50 -
陽離子交換量
(c mol/kg)
I
II
III
>20 >20 >20 >15 -
15~20 15~20 15~20 15~20 -
<10 <20 <20 <15 -
質 地
I
II
III
輕壤、中壤 中壤、重壤 輕壤 輕壤 砂壤-中壤
砂壤、重壤 砂壤、輕粘土 砂壤、中壤 砂壤、中壤 重壤
砂土、粘土 砂土、粘土 砂土、粘土 砂土、粘土 砂土、粘土
七、土壤環境質量標準(GB 15618-1995)(摘要)
本標準按土壤應用功能、保護目標和土壤主要性質,規定了土壤中污染物的最高允許濃度指標值及相應的監測方法;適用于農田、蔬菜地、茶園、果園、牧場、林地、自然保護區等地的土壤。
土壤環境質量分類:根據土壤應用功能和保護目標,劃分為三類:Ⅰ類主要適用于國家規定的自然保護區(原有背景重金屬含量高的除外)、集中式生活飲用水源地、茶園、牧場和其他保護地區的土壤,土壤質量基本保持自然背景水平。Ⅱ類主要適用于一般農田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土壤,土壤質量基本上對植物和環境不造成危害和污染。Ⅲ類主要適用于林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產附近等地的農田土壤(蔬菜地外)。土壤質量基本上對植物和環境不造成危害和污染。
土壤環境質量分類和標準分級:
一級標準 為保護區域自然生態,維持自然背景的土壤環境質量的限制值。
二級標準 為保障農業生產,維護人體健康的土壤限制值。
三級標準 為保障農林業生產和植物正常生長的土壤臨界值。
各類土壤環境質量執行標準的級別規定如下:
Ⅰ類土壤環境質量執行一級標準;
Ⅱ類土壤環境質量執行二級標準; Ⅲ類土壤環境質量執行三級標準。
八、果園的土壤管理
1、幼年果園的土壤管理
幼齡果園間作綠肥,尤其是豆料綠肥,既解決了有機質的問題,也起了固氮作用,增加了土壤中的氮及其它元素,做到以園養園。綠肥要選高產品種,進行早播,密植,達到苗足,莖密和桿高。夏季綠肥在3~4月播種,冬季綠肥在9~10月播種。播種前全園翻耕15~20厘米,每畝施廄肥和過磷酸鈣(10~20斤),8月翻壓作基肥,間作綠肥可起復蓋作用,防止土壤被沖刷降低夏季地表高溫,但要比清耕消耗較多的土壤水分,故需灌溉。綠肥品種前面已經提過,幼樹封行前,還可以間作薯類,蔬菜。不論間作那一種間作物,都需要留出樹盤;樹盤除覆蓋綠肥外,還可覆蓋青草,稻草,可降低夏季高溫,冬季防寒。中耕除草:如無間作的果園每年至少要中耕除草1~2次。
2、成年果園的土壤管理:
成年果園(yuan)根據樹(shu)冠大小種(zhong)(zhong)植(zhi)綠(lv)肥(fei),在(zai)冬(dong)季(ji)(ji)(ji)或(huo)夏季(ji)(ji)(ji),耕(geng)作志幼(you)齡(ling)果園(yuan),樹(shu)齡(ling)較大隙(xi)地(di)(di)很小的(de)果園(yuan),可(ke)以(yi)少種(zhong)(zhong)此綠(lv)肥(fei)。中(zhong)耕(geng)除草(cao):間(jian)作綠(lv)肥(fei)的(de)果園(yuan)隨綠(lv)肥(fei)播種(zhong)(zhong)進(jin)行翻(fan)(fan)耕(geng),樹(shu)冠密集(ji),不能(neng)種(zhong)(zhong)綠(lv)肥(fei)或(huo)密植(zhi)果園(yuan),每(mei)年冬(dong)季(ji)(ji)(ji)應(ying)翻(fan)(fan)耕(geng)一次(ci),深度(du)在(zai)15~20厘米。但樹(shu)桿(gan)周圍(wei)就(jiu)淺耕(geng)。每(mei)年中(zhong)耕(geng)除草(cao)幾次(ci),尤其(qi)應(ying)保(bao)持樹(shu)冠下及其(qi)外(wai)沿(yan)周圍(wei)的(de)土壤疏(shu)松,可(ke)以(yi)保(bao)持水分,降低氣(qi)溫,清除某些病蟲害。深翻(fan)(fan):除定植(zhi)前開(kai)1米深寬(kuan)壕溝外(wai),5~6年或(huo)7~8年以(yi)后,地(di)(di)下1米的(de)壕溝已經不能(neng)滿足強大根系(xi)的(de)要(yao)求(qiu)。因此,必(bi)須擴穴深翻(fan)(fan),才(cai)能(neng)保(bao)持地(di)(di)上和(he)地(di)(di)下部分的(de)協(xie)調關系(xi),深翻(fan)(fan)要(yao)用電鉆或(huo)手鉆打炮眼,取(qu)出樹(shu)下的(de)石(shi)頭(tou),換上好(hao)土,分層壓渣。為避免影響(xiang)結果,最好(hao)每(mei)年翻(fan)(fan)半(ban)邊。樹(shu)盤復蓋:復蓋在(zai)冬(dong)季(ji)(ji)(ji)氣(qi)溫較低的(de)地(di)(di)區(qu)防止冬(dong)季(ji)(ji)(ji)落果效果很好(hao),復蓋方法同(tong)幼(you)樹(shu)。
成土母質對土壤鉀素的影響:
1、母質影響土壤的礦物組(zu)成(cheng)和機械組(zu)成(cheng)。
2、母質影響成(cheng)土過程的速度(du),性質和(he)方向(xiang)。
3、母(mu)質(zhi)(zhi)影響土(tu)壤(rang)的物(wu)理性質(zhi)(zhi),不同母(mu)質(zhi)(zhi)上形成(cheng)的土(tu)壤(rang),其養分,質(zhi)(zhi)地情(qing)況(kuang)有所不同。
土壤溶液中的鉀
存在于土壤(rang)溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鉀離子是植物(wu)鉀素營養(yang)的(de)(de)(de)直接來(lai)源(yuan)。一般情況下,土壤(rang)溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鉀含量在0.2~10 mmol/L范圍內(nei),熱(re)帶和亞熱(re)帶地區(qu)的(de)(de)(de)酸(suan)性土平均為0.7 mmol/L,這些鉀僅(jin)夠生(sheng)長旺(wang)盛(sheng)的(de)(de)(de)作物(wu)用1~2天(tian)。
由(you)于在任何時刻,土壤(rang)(rang)(rang)溶液(ye)中鉀(jia)(jia)濃度都(dou)是極低的,所以從其(qi)他形(xing)態(tai)向土壤(rang)(rang)(rang)溶液(ye)補(bu)充鉀(jia)(jia),是決定土壤(rang)(rang)(rang)鉀(jia)(jia)素肥(fei)力(li)狀況(kuang)極其(qi)重(zhong)要的因素,土壤(rang)(rang)(rang)向土壤(rang)(rang)(rang)溶液(ye)中補(bu)充鉀(jia)(jia)的能(neng)力(li)取決于各種形(xing)態(tai)鉀(jia)(jia)之(zhi)間的轉(zhuan)化和它們(men)各自與(yu)土壤(rang)(rang)(rang)溶液(ye)的平衡特性。
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