重要环境地质指标释义

一、地表特征

名称：地表特征

简介：地表特征指标主要测量或监测地表植被的变化及地表面的裸露程度。为衡量草地退化的最为直观的指标之一。一般来说，草地退化的过程是：草地的茂盛程度降低，逐渐稀疏，高度呈下降趋势，耐旱型植物开始逐渐占优势，退化到一定程度，地表的裸露程度不断增加，造成土地沙化、盐渍化等。

意义：草地退化是草地生态系统的退化，其后果表现在各个方面。最直接、最易为人们看到的是草地植被的变化。严重退化的草地，其植物群落的高度，盖度明显下降，据调查，羊草的高度从45cm降到7cm，其盖度即从30%降到10%，而大针茅的高度由27cm降到3cm，盖度由5%降到0%，所以退化的草原最显著的后果是植被的矮化。此后，生产力也大大下降，生物量只有原生植被的40%左右。

植被变化的另一个表现是植物群落组成的变化，在家畜的过度啃食条件下，不耐牧的植物显著减少，而耐牧的植物则被保存下来，其结果导致退化草地由低适口性的植物所组成，这也就是为什么退化草场的最终类型都可能是由耐旱耐牧的植物所组成的原因。在内蒙古典型草原，草原退化后，植物主要由冷蒿、星毛委陵菜构成。

地表植被的分布是反映草地退化最为直观的指标之一，通过统计一个地区草地植被的覆盖度、高度和产草量等参数，可以很好地衡量这个地区的草地退化情况。另外一些标志着某类草地植被类型出现的特征种植物或标志草地出现退化具有指示意义的植物种，也具有很重要的意义。

人为或自然原因：自然因素与人为因素综合作用。

适用环境：适合于处在退化过程中草原地区。

监测场地类型：已出现不同程度植被退化、地表裸露的退化地区。

空间尺度：块段至景观/中尺度至区域尺度。

测量方法：采用面积统计的方法进行测量。方法是随机量取一定面积的地块，分别计算其中草地面积与非草地面积占其总面积的百分率。

测量频率：1～2年。

数据与监测的局限性：在进行指标参数测量和计算的过程中，会有部分人为主观因素的影响。

过去与未来的应用：仝川（2000）根据地被物明显减少、地被物消失以及表土裸露，甚至出现盐碱斑为临界值，将草地退化程度划分为轻度、中度、重度3个等级。李博（1997）以地被物明显减少、地被物消失、地表裸露、呈现裸地或盐碱斑为临界值，划分出轻度、中度、重度和极度退化4个等级。我国现行的国家标准——天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标（GB 19377—2003）其中也包括对地表特征的监测参数（见表4-7）。

可能的临界值：对于草地退化、草地沙化和草地盐渍化，浮沙堆积面积占草地面积相对百分数的增加率、盐碱斑面积占草地面积相对百分数的增加率2个参数有不同的临界值。

生态环境地质指标研究

主要参考文献：

李博.中国北方草地退化及其防治对策.中国农业科学，1997（6）：1-9.

天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标（GB 19377—2003）.

仝川.草地退化指数的研究.内蒙古大学学报（自然科学版），2000（5）：508-512.

其他资料来源：农林牧、环保等相关部门。

有关的环境与地质问题：草地退化、草地沙化和草地盐渍化。

总体评价：可用于测量和监测草地退化、草地沙化和草地盐渍化的现状及发展趋势。

二、土壤理化性质

名称：土壤理化性质

简介：土壤理化性质包括土壤物理特性和土壤化学特性。物理特性包括土壤结构、土壤质地、土壤含水量、土壤容重等，化学特性包括酸碱度（pH值）、含盐量等。

意义：土壤的物理特性主要指土壤温度、水分含量及土壤质地和结构等。土温是太阳辐射和地理活动的共同结果。不同类型土壤有不同的热容量和导热率，因而表现出相对太阳辐射变化的不同滞后现象。这种土温对地面气温的滞后现象对植物有利，影响植物种子萌发与出苗，制约土壤盐分的溶解、气体交换与水分蒸发、有机物分解与转化。较高的土温有利于土壤微生物活动，促进土壤营养分解和植物生长。土壤水分直接影响各种盐类溶解、物质转化、有机物分解。土壤水分不足不能满足植物代谢需要，会产生旱灾，同时好气性微生物氧化作用加强，有机质消耗加剧。水分过多使营养物流失，还引起嫌气性微生物缺氧分解，产生大量还原物和有机酸，抑制植物根系生长。土壤中空气含量和成分也影响土壤生物的生长状况，土壤结构决定其通气度，其中CO₂含量与土壤有机物含量直接相关，土壤CO₂直接参与植物地上部分的光合作用。土壤的质地、结构和土壤的水分空气和温度状况密切相关，并直接或间接的影响着植物和土壤动物的生活。沙土类土壤黏性小，气孔多，通气透水性强，蓄水和保肥能力差，土壤温度变化剧烈；黏土类土壤的质地黏重，结构紧密，保水保肥能力强，但孔隙小，通气透水性差，湿时黏干时硬；壤土类土壤的质地比较均匀，土壤既不太松又不太黏，通气透水性能良好且有一定的保水保肥能力。

土壤化学特性主要包括酸碱度（pH值）、含盐量等。土壤酸碱度是土壤最重要的化学性质，因为它是土壤各种化学性质的综合反映，对土壤肥力、土壤微生物的活动、土壤有机质的合成和分解、各种营养元素的转化和释放、微量元素的有效性以及动物在土壤中的分布都有着重要的影响。土壤酸碱度（pH值）间接影响生物对矿质营养的利用，它通过影响微生物的活动和矿质养分的溶解度进而影响养分的有效性。对一般植物而言，土壤pH=6～7时养分的溶解度最高，最适宜植物生长。在强碱性土壤中容易发生铁、硼、铜、锰、锌等的不足；在酸性土壤中则易发生磷、钾、钙、镁的不足。

人为或自然原因：人为/自然因素综合作用。

适用环境：适用于干旱、半干旱地区的草地类型。

监测场地类型：适合在有较厚第四系堆积层的草原地区监测。

空间尺度：适宜在小-中尺度的区域进行测量与监测。

测量方法：土壤理化性质包括土壤结构、土壤质地、土壤含水量、土壤容重、土壤酸碱度（pH值）、土壤含盐量等。

（1）土壤结构：是指土壤颗粒（包括团聚体）的排列与组合形式。土壤结构是成土过程或利用过程中由物理的、化学的和生物的多种因素综合作用而形成，按形状可分为块状、片状和柱状3大类型；按其大小、发育程度和稳定性等，再分为团粒、团块、块状、棱块状、棱柱状、柱状和片状等结构。其测量方法主要采用野外直接描述测定。

（2）土壤质地：土壤质地即土壤机械组成，是指土壤中各级土粒含量的相对比例及其所表现的土壤砂粘性质。可划分为3大质地类型，即沙土类、壤土类和粘土类。可采用野外直接描述测定和野外采样实验室分析2种方法。

野外直接描述测定方法：根据土壤中砂粒、粉粒和黏粒三级含量，并参考砾石量，可划分为3大质地类型，即沙土类、壤土类和粘土类。各种土壤质地如下：

沙土：干土块不用力即可用手指压碎，肉眼可看出是沙粒，在手指上摩擦时，可发出沙沙声。抓一把沙用手捏紧，沙粒即行下泻，愈紧握下泻愈快。湿时不能揉成球，或在水分较多时，能揉成球或粗条状，但都有裂缝。胶结力弱，用力即碎。

沙壤土：干土块不用力即可用手指压碎，用小刀在其上刻划有条纹，痕迹不整，肉眼可见单粒，摩擦时也有沙沙声。湿土可揉成球，亦可搓成圆条。

粉沙壤土：干土块压碎用力较大，用小刀刻划，痕迹较沙壤土明显，但边缘破碎不齐。干摩擦时仍有沙沙声。湿土可搓成球，稍用力也致散开，有一定可塑性，可揉成圆条，粗约3毫米，手持一段，即破碎为数段。

壤土：干土块压碎时必须用相当大的力量，用刀刻划，刀痕粗糙，唯边缘稍平整，湿土可揉成细圆条状，弯成直径2～3cm的小圆圈时，既出现裂缝折断。

粉沙粘壤土—粘壤：干土块用手指不能压碎，用刀刻划痕迹较小，湿土用力较大也可搓成球，手揉时，不费力即可揉成粗为1.5～2mm细条，也可变成直径为2cm的圆环，压扁圆环时，其外圈部分发生裂缝，可塑性较大，可用两指搓成扁平的光面，光滑面较粗糙，不显光亮。很湿的土置于二手指间，再抬手指，粘着力不强，有棱角.

粘土：干土块坚硬，手指压不碎，湿土可揉成球或细条，但仍会有裂缝，手揉时较费力。干土加水不能很快浸润，粘性大，很湿的土置于二指间粘力较大，有粘胶的感觉。土壤压成扁片时，表面光滑有反光。

重粘土：干土十分坚硬，以斧头打始碎，土块有白痕，并粘在斧上，湿土可塑性大，粘着力更强，搓成条或球均光滑，手指感觉细腻，塑性甚大，土壤压成片时表面光滑有亮光。

野外采样实验室分析方法：采用筛分法，分析采集的土壤样本的颗粒组成，按DT-82土工试验规程进行命名。

（3）土壤含水量：土壤中所含水分的数量。一般是指土壤绝对含水量，即100g烘干土中含有若干克水分。也称土壤含水率。可采用野外直接描述测定和野外采样实验室分析2种方法。

野外直接描述测定方法：采用TDR水分测定仪测定。

野外采样实验室分析方法：采用烘干称重法。野外用环刀取样并即时称重，实验室用恒温箱对土壤样本进行烘干后称重，由此计算土壤总量含水量。

（4）土壤容重：一定容积的土壤（包括土粒及粒间的孔隙）烘干后的重量与同容积水重的比值。它与包括孔隙的1立方厘米烘干土的重量用克来表示的土壤容重，在数值上是相同的。采用野外采样实验室分析方法。

（5）土壤酸碱度（pH值）：又称“土壤反应”。它是土壤溶液的酸碱反应。主要取决于土壤溶液中氢离子的浓度，以pH值表示。可采用野外直接描述测定和野外采样实验室分析2种方法。

野外直接描述测定方法：采用土壤pH计测定。

野外采样实验室分析方法：采用电位测定法进行测定。

（6）土壤含盐量：指土壤中盐分的含量。采用野外采样实验室测定方法。

测量频率：5～10年。

数据与监测的局限性：在指标参数的野外测定过程中，会受人为主观因素的影响，另外实验室分析数据也可能存在一定的误差。

过去与未来的应用：陈有君、红梅等（2004）研究过浑善达克沙地不同植被下的土壤水分状况，结果表明植物的生长使根层土壤含水量下降，而且不同植物利用水的土层及利用土壤水的量不同。在干旱半干旱地区，植被影响着降水在土层中的分布及地表的蒸散条件，使土壤有效水向浅层分配。而降水在土壤不同深度的分配及入渗深度，决定着地表植被的生活型，从而影响地表植被的演替方向及顶级类型。

朱志梅、杨持等（2007）以内蒙古多伦县为例，进行了草地退化对土壤理化性质质的影响研究。结果表明，随着草地退化的加剧：①土壤颗粒组成发生变化，黏粒含量趋于减少，砂粒增多。不同粒径对土壤团粒结构形成和保水保肥的贡献不同，黏粒的减少抑制了土壤的膨胀、可塑性及离子交换等物理性质。②土壤含水量下降。上层（0～20cm）土壤含水量下降明显，随着沙漠化梯度的增加，表层土壤含水量下降速度加快，从而深层土壤含水量逐渐高于表层。③土壤容重呈上升趋势。容重的增加必然影响土壤中水分和空气的移动及植物根系的发育。不同深度的土壤容重与草地退化也存在一定的关系，潜在阶段深土层（30～50cm）的容重最小，而严重阶段表土层（0～5cm）容重最小。④土壤有机质、C、N含量下降，方差分析显示各沙漠化梯度间均差异极显著。且土壤N的衰减要快于C。土壤C/N比呈增加趋势，说明伴随着土壤C，N的显著下降，质地变粗，植物N素供应不足更为突出。⑤土壤容重与土壤全N，C及黏粒含量的相关分析表明，细颗粒物多，有机质含量高，土壤容重减小，从而有助于提高土壤的稳定性，且5～10cm土层的性质表现突出。⑥土壤的颗粒组成状况与土壤营养元素之间有着同增同减性，但黏粒与N的关系要密切于黏粒与C和C，N间的关系。因此，土壤中细颗粒物的减少会导致N素的衰减十分明显，从而导致土壤稳定性降低。

可能的临界值：对于草地退化，有土壤容重相对百分数的增加率的临界值；对于草地沙化，有土壤质地>0.05mm粗砂粒含量相对百分数的增加率、

生态环境地质指标研究

其他可能的临界值：一般含矿物质多而结构差的土壤（如砂土），土壤容积比重在1.4～1.7之间；含有机质多而结构好的土壤（如农业土壤），在1.1～1.4之间。土壤酸碱度对土壤肥力及植物生长影响很大，我国西北、北方不少土壤pH值大，南方红壤pH值小。因此，可以种植和土壤酸碱度相适应的作物和植物。如红壤地区可种植喜酸的茶树，而苜蓿的抗碱能力强等。土壤酸碱度对养分的有效性影响也很大，如中性土壤中磷的有效性大；碱性土壤中微量元素（锰、铜、锌等）有效性差。在农业生产中应该注意土壤的酸碱度，积极采取措施，加以调节。土壤pH=6～7时养分的溶解度最高，最适宜植物生长。另外土壤含盐量超过0.3%，土壤便会发生盐碱化。

主要参考文献：

陈有君，红梅等.浑善达克沙地不同植被下的土壤水分状况.干旱区资源与环境.2004，18（1）：68-73.

天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标（GB 19377—2003）.

朱志梅，杨持等.多伦草原土壤理化性质质在沙漠化过程中的变化.水土保持通报，2007年，27（1）：1-5.

其他资料来源：农林牧、环保等相关部门。

有关的环境与地质问题：草地退化、草地沙化及草地盐渍化。

总体评价：土壤的理化性质是反映自然和人为因素的灵敏指标，有助于进行草地退化的监测。

三、土壤养分

名称：土壤养分

简介：土壤养分指土壤中的养分贮量、强度因素和容量因素，主要取决于土壤矿物质及有机质的数量和组成。就世界范围而言，多数矿质土壤中的氮、磷、钾三要素的大致含量分别是0.02%～0.5%、0.01%～0.2%和0.2%～3.3%。但土壤向植物提供养分的能力并不直接决定于土壤中养分的贮量，而是决定于养分有效性的高低；而某种营养元素在土壤中的化学位又是决定该元素有效性的主要因素。化学位是一个强度因素，从一定意义说，它可以用该营养元素在土壤溶液中的浓度或活度表示。由于土壤溶液中各营养元素的浓度均较低，它们被植物吸收以后，必须迅速地得到补充，方能使其在土壤溶液中的浓度即强度因素维持在一个必要的水平上。所以，土壤养分的有效性还取决于能进入土壤溶液中的固相养分元素的数量，通常称为容量因素。在实用中，养分容量因素常指呈代换态的养分的数量（代换性钾、同位素代换态磷等）。土壤养分的实际有效性，即实际被植物吸收的养分数量，还受土壤养分到达植物根系表面的状况，包括植物根系对养分的截获、养分的质流和扩散三方面状况的影响。

意义：土壤养分是土壤化学性质的体现。但与土壤的酸碱度等参数相比，土壤养分指标对植物生长的过程具有相当的控制作用，植物生长发育主要取决于土壤中有机质和氮磷钾含量，且还受这几者之间供给比例的影响。J.von Liebig（1843）提出了植物生长的最小养分律，意指植物的产量由含量最少的养分所支配的定律。如果相对增加最少的某个因子（最少因子），那么产量将与此成比例地增加。其次如果其他某个因子成为相对最少时，产量也不会增加，一旦增加这个因子，则产量就会再次增加。例如氮供给不充足时，即使多施磷等，但植物产量仍受氮的施用量所决定。

另外，除主要的养分因素之外，土壤还提供植物体生长发育的一些微量元素。微量元素虽然在植物体内的含量不多，但与其生长发育息息相关。微量元素最突出的作用是与生命活力密切相关，能发挥巨大的生理作用。其中B、Mo、Cu、Zn、Fe、Mn等微量元素对植物的生长具有重要意义。

人为或自然原因：土壤养分主要取决于土壤矿物质及有机质的数量和组成，但受人为活动影响。

适用环境：适用于干旱、半干旱地区的草地类型。

监测场地类型：适合在有较厚第四系堆积层的草原地区开展监测。

空间尺度：适宜在小至中尺度的区域进行测量与监测

测量方法：具体测量参数为有机质、氮、磷、钾及一些微量元素。

土壤有机质：泛指土壤中来源于生命的物质。包括：土壤微生物和土壤动物及其分泌物以及土体中植物残体和植物分泌物。

氮、磷、钾：氮是构成蛋白质的主要成分，对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，是与产量最密切的营养元素。磷能够促进幼苗根系生长和改善植物品质。钾能促进植株茎秆健壮，改善植物品质，增强植株抗寒能力。

微量元素：生物体是由60多种元素所组成，其中C、H、O、N、Ca、P、Mg、Na等含量较大的元素，称为宏量元素。而占生物体总重量0.01%以下的如Fe、Zn、Cu、Mn、Cr、Se、Mo、Co、F等，为微量元素。微量元素虽然在生物体内的含量不多，但与生物体的生存和健康息息相关。它们的摄入过量、不足、或缺乏都会不同程度地引起生物体生理的异常或发生疾病。微量元素最突出的作用是与生命活力密切相关，能发挥巨大的生理作用。而这些微量元素必须直接或间接地由土壤供给。到目前为止，已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种，即有Fe、Zn、Cu、Mn、Cr、Se、Co、I、Ni、F、Mo、V、Sn、Si、Sr、B、Ru、As等。

测量方法主要采用野外取样实验室测试方法。

测量频率：5～10年

数据与监测的局限性：数据的获取主要依靠实验室分析获取，在经济上受一定限制，因此该项指标不宜开展大规模的测量和监测。

过去与未来的应用：国内的研究者对土壤养分与地表植被退化的相关性进行了大量的研究。如赵利君，王艳荣等（2005）进行了土壤养分在草原退化过程中的变化分析，研究了三个不同退化强度草原的有机质含量和全磷含量的差异及其季节变化，结果表明，不同群落土壤有机质和全磷含量大小顺序都为：未退化群落>中退化群落>重退化群落，方差分析指出中度退化群落与不退化群落土壤有机质的最大差异出现在0～10cm土层处，而重度退化群落与中度退化群落土壤有机质的最大差异出现在10～20cm土层处。在0～10cm层次三种群落全磷含量之间都没有显著差异。在10～20cm和20～40cm层次上，未退化群落与中度、重度退化群落之间存在极显著差异。中、重度退化群落之间差异不显著。

闫顺国（1991）对河西走廊盐渍化草地土壤生态环境进行了研究，分析了土壤盐分组成对植被生长的影响，对土壤盐分组成，pH及有机质含量（OM）进行了主成分分析。结果表明，各变量在环境分类中的作用秩序为：。

钟志祥、万开元等（2006）研究了武汉植物园迁地保护植物樟科和木兰科21种珍稀植物的营养状况及其所生长土壤的营养条件。结果表明：酸性土壤中Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo 6种微量元素的有效态含量顺序为Fe>Mn>Cu>Zn>B>Mo，其平均值大小与全国平均值相差不大；植物叶片中微量元素含量大小顺序为Fe>Mn或（Mn>Fe）>B>Zn（或Zn>B）>Cu>Mo，与正常含量范围相比，所有植物Mn含且偏高，部分植物Fe含量较大，Cu、Zn、B含量较ä¸