据统计,全球土壤退化面积达20亿公顷,占全球土地面积的6.5%,全球农田、草场、森林与林地土壤总面积的22%已发生了不同程度的退化,且土壤退化往往是多种退化形式叠加呈现,加剧了土壤退化的危害和治理难度。就地区分布来看,地处热带亚热带地区的亚洲、非洲土壤退化尤为突出,约3亿公顷的严重退化土壤中有1.2亿公顷分布在非洲、1.1亿公顷分布于亚洲。就退化等级来看,土壤退化以中度、强度和极强度退化为主,轻度退化仅占总退化面积的38%。就土壤退化类型来看,土壤侵蚀退化占土壤总退化面积的84%,其中水蚀退化占56%,风蚀退化占28%。土壤肥力退化呈现两极趋势,在贫穷落后地区主要是土壤养分耗竭问题。例如撒哈拉以南非洲地区和中国西部一些贫困山区;而在欧洲、中国东部沿海发达地区则存在因化肥过量施用而引起养分失衡等问题。土壤酸化影响了世界上约30%的不结冰陆地土壤面积,主要分布在南美亚马孙地区、北美的北部和东部地区、东南亚、中部和南部非洲及欧洲的北部地区。土壤(次生)盐碱化问题存在于全球100多个国家,受(次生)盐碱化影响的土壤面积估计约10亿公顷。全球约有6800万公顷土壤存在土壤压实问题,其中大约一半面积位于在广泛使用大型机械的欧洲。土壤污染在发达国家普遍存在,欧洲环境署2014年估计在欧洲约有近250万个土壤污染地点,美国尽管已经清洁治理好约54万个土壤污染地点,但截至2014年9月仍然有约1300个高风险土壤污染地点有待修复。发展中国家正在经历工业化过程,土壤污染问题日益严峻。在亚洲经济快速发展地区几乎都存在中度和重度重金属污染问题。在拉丁美洲,土壤和水中的砷污染影响了约1400万人口。在南部非洲,土壤污染主要是由采矿、泄漏以及废物处置不当所引起,而在北非和中东地区,土壤石油污染较为常见。另外,全球每天因土壤封闭而损失的土壤面积为2.5万~3万公顷,而且随着农村人口向城市的迁移,土壤资源面积的损失速度会进一步加快。
中国是土壤退化问题较为严重的国家之一。中国的土壤退化总面积为4.65亿公顷,占国土地总面积的40%,其中大部分为轻度退化,面积为3.07亿公顷,占总退化面积的66%。中国水蚀面积达1.79亿公顷,每年流失表土约60亿吨,主要分布在中国东部湿润和半湿润气候带的山地丘陵地区和西北部的黄土高原区;风蚀面积达1.6亿公顷,其中土壤沙化严重地区主要分布在内蒙古和长城沿线的农牧交错带。在中国西部欠发达的部分地区,土壤肥力退化表现为土壤养分呈不断耗竭状态,土壤肥力水平呈下降趋势;但在中国东部沿海发达地区,化肥过量施用尤其是氮肥配比过高,土壤肥力退化则主要表现为氮磷养分过剩而流失,加剧了水体富营养化和蓝藻暴发频率。由于酸沉降和铵态氮肥的不合理施用等原因,加剧了土壤酸化,全国农田土壤pH平均下降了0.5单位,北方部分地区以中性为主的土壤也变成了酸性和中强酸性的土壤。中国南方酸性土壤总面积为2.04亿公顷,占国土总面积的22.7%,该区的农田土壤pH平均下降了0.23~0.30单位,由于其土壤本底pH为酸性,虽然pH下降幅度小,但其引起的酸度胁迫和植物铝毒更为严重。中国盐碱土壤面积达9913万公顷,占国土总面积的11.2%,主要分布在干旱、半干旱和半湿润地区的低平洼地、灌溉农区及滨海地区。在中国工业化、城镇化和农业集约化的快速发展过程中,由于环境保护问题重视不够,土壤污染问题也日益严峻,中国约19.4%的耕地土壤受到镉、砷等污染。随着中国农业机械化水平的提高,大型种植和收割农用机械得到不断推广应用,中国小麦机收面积约占总面积的92%,水稻机收面积约占总面积的67%,在粮食生产机械化率较高、实施时间较长的河南、河北、东北等地区,土壤压实问题在某些农区已开始出现并影响作物生长。另外,根据2004年的遥感资料,中国因各种基本建设形成的土壤封闭表面总面积达872万公顷,随着中国城市和交通建设的快速发展,非农占用将会导致更多的耕地、林地、草地土壤资源面积的损失。
土壤是在成土母质、气候、生物、地形、时间等五大成土因子长期相互作用下而形成的自然体,带有明显的响应主导成土因子的土壤物理、化学和生物学特征,因而对于地球表面不同地区的土壤,判断其是否处于土壤退化的土壤质量指标及标准也有所差异。国际上对土壤退化分类还没有一个权威的标准。根据退化程度可分为轻度、中度、强度和极强度土壤退化;根据土壤性质的退化特点分为物理退化、化学退化和生物退化,但土壤这三种性质的退化往往是相互关联的,在实际中可能很难区分。因此,更为常见的是根据土壤退化的具体、主导表现形式进行分类,主要有土壤侵蚀、土壤肥力退化、土壤酸化、土壤盐碱化和土壤次生盐碱化、土壤污染、土壤压实和土壤封闭等类型。
表层土壤随水流、风力、重力或耕作而移出原来所处位置的过程。土壤侵蚀主要包括水蚀和风蚀。
包括土壤养分耗竭和养分过量失衡两个方面的问题。土壤养分耗竭贫瘠化问题主要出现在撒哈拉以南非洲等地区,收获物带走的养分超过养分输入,土壤生产力因养分贫瘠化而呈不断下降趋势。但在美国中西部、西欧及中国东部沿海地区,则为肥料过量施用导致的土壤部分营养元素过剩,引起养分失衡,加剧了水体富营养化等环境问题。另外,集约化生产过程中,由于重化学肥料、轻有机肥施用,导致土壤有机碳含量降低明显,碳氮比失调,也导致土壤生产力的可持续性能的下降。
土壤中钾、钙、钠、镁等盐基离子淋失,氢离子和铝离子积累而导致土壤pH降低的现象。土壤酸化是土壤高度发育过程中出现的自然现象,人类生产活动,包括酸性废水和酸雨沉降输入、过量施用生理酸性肥料、种植物种选择不当等加剧了土壤酸化进程。土壤酸化是一个隐蔽而缓慢的过程,将会加速土壤盐基养分的淋失、产生植物逆境胁迫、降低微生物活性,严重影响农林草业生产。
土壤表层积聚过多的盐(碱)而造成土壤质量变劣的现象。盐碱化土壤pH一般高于8.2。引起土壤盐碱化的自然因素有内陆干旱区地下水位过高、蒸发量大于降水量、滨海区海水侵入等;人为因素主要是人类对土壤和水分的不合理利用,包括排水不畅引起地下水位上升、咸水灌溉、灌溉方式不当、温室条件下的降水淋洗作用丧失而蒸发作用增强等等。土壤盐分含量过多会导致土壤颗粒高度分散,很难形成团聚体结构,造成土壤板结、透气性差、渗透系数低、土温上升慢、微生物活性弱、养分释放慢、磷和一些金属微量元素的有效性低等问题。过多的可溶性盐类使土壤溶液渗透压很高,容易引起植物生理性缺水而导致生长受阻甚至死亡。
由于人类活动导致有毒有害物质进入土壤并积累到一定程度而引起土壤质量恶化的现象。土壤污染不仅影响农产品卫生质量安全,严重时会导致土壤生产力及其生态服务功能的降低甚至丧失。
土壤由于大型机械以及家畜长期反复碾压踩踏土壤而导致土壤内部空隙减少甚至基本丧失的现象。
因城市扩展、住宅与道路建设等非农用地对自然土壤尤其是农业土壤的占用,土壤表面被水泥、沥青、建筑物等覆盖而基本丧失土壤作为自然资源生产农产品和提供生态服务功能的能力。实际上是土壤资源数量的减少,其中对农业土壤的过多占用将严重威胁到未来粮食安全保障。
土壤退化引起土壤物理、化学、生物学性状的劣化,具体表现为土壤有机碳含量下降、土壤生物多样性下降、营养元素失衡、土壤板结、表层土壤变浅、土壤(次生)盐碱化、土壤酸化、土壤沙化、土壤污染等,最终导致土壤农业生产力和生态系统服务功能的降低。
土壤退化是自然因素和人为因素共同作用的结果,其中自然因素是引起土壤自然退化的基础原因,而人为因素是加剧土壤退化的根本原因。根据土壤退化的类型、程度及特性,有针对性地采取物理的、化学的、生物的技术和工程措施,并制定实施配套的政策法规,是防治土壤退化、保护甚至提高土壤质量的基本策略。水土流失防治,宜采取以小流域为治理单元,推行免耕少耕等保护性耕作技术、宜林地退耕还林、宜草地退耕还草、等高种植、用养并重的轮休耕制度等措施,并执行生态补偿政策。土壤肥力退化防治,对于养分耗竭状态退化应采取平衡施肥、土壤培肥技术;对于养分过量失衡宜采取测土施肥、均衡施肥,有机肥部分替代化肥、化肥减量等技术。土壤酸化防治宜减少铵态氮肥和生理酸性肥料施用,合理施用有机肥,强化碱性物料的施用。土壤(次生)盐碱化防治措施主要是建立有效排灌系统,采取合理灌溉技术,避免地下水位上升;种植绿肥、牧草或其他覆盖植物,增加土壤全年植被覆盖率,降低蒸发量,抑制盐分上移,防止土壤表层返盐;对于设施土壤的次生盐渍化可在多年旱作后进行一次水旱轮作,合理施肥进行降盐。土壤污染防治一方面控制污染源,进行风险管控,实现安全生产;另一方面要逐步减少土壤污染物存量。对于压实土壤宜采取土壤深耕,辅以秸秆还田技术疏松土壤。对于土壤封闭防治主要是政策管理,保护优质土壤。尽管土壤是可再生利用的自然资源,且具有自我修复与恢复的能力,但土壤一旦进入土壤退化的变化方向,不仅治理和恢复的难度非常大,而且需要比较长的时间。因此,土壤退化的防治必须以防为主,治为辅,综合治理。