自然杂志土壤学

土壤学是广义的土壤科学．从土壤学的研究的对象和任务，可分为发生土壤学和农业土壤学两个方面．发生土壤学认为，土壤是地壳表层岩石，矿物的风化产物，在气候，生物，地形等环境条件和时间因素综合作用下形成的一种特殊的自然体．主要研究土壤自然体发生，组成，形态，特征，演化，分类和分布规律．农业土壤学则主要研究土壤的物质组成，性质极其与植物生长的关系，通过耕作施肥管理来提高土壤肥力和生产力等内容．土壤学是界于地球科学与生命科学之间的一门独立的学科，与环境科学也有密切的联系。除农业外，它又可服务于水利以及工业、矿业、医药卫生、交通和国防事业等。 目录[隐藏] • 基础理论 • 发展简史 • 分支学科 • 研究方法 • 研究趋势 • 相关词条 • 参考资料 土壤学-基础理论 土壤是有生命的自然体。在每平方米的草原土壤里除了盘根错节的根系外，还有约1210万头土壤小动物，每克肥沃的农田土壤中除了（数以万计）根系及其脱落物外，还有25亿个细菌，40万个真菌，5万个藻类生物，3万个原生动物。因此，土壤是生物的乐园，是自然界最复杂的生态系统之一，也是自然界最丰富的生物资源库。土壤微生物的分布状况见图00-04。土壤中大量的生物的存在，使土壤具有明显的呼吸作用，存在着旺盛的物质与能量的新陈代谢。 土壤是地球表层系统的重要组成部分 土壤是生命活动的产物，没有生物就没有土壤。低等生物的固氮作用使土壤具有了生长植物的肥力，而植物的生长促进了土壤的腐殖化过程和养分的富集过程，从而使土壤肥力进一步发展，在茂盛的植被下，强烈的生物风化推动着母质向土壤的演化。土壤又是生命的摇蓝。土壤不仅是生物的栖息地，是生物作用的对象，同时也是地球生命诞生与进化的温床。有证据表明，土壤巨大的表面及复杂的多孔多相体系，对于生命的产生与进化至关重要。如细菌与粘粒结合，可使细菌在极端严酷的条件存活，地球上生命也有可能起源于土壤（或母质）。现在人们已发现在土壤中普遍存在着DNA质粒或片段在不同生物细胞间的迁移，可导致物种变异或进化。土壤学就是研究土壤这个地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下所形成的、可供植物生长的一种复杂的生物地球化学物质；与形成它的岩石和沉积物相比，具有独特的疏松多孔结构，化学和生物学特性；它是一个动态生态系统，为植物生长提供了机械支撑、水分、养分和空气条件；支持大部分微生物群体的活动，来完成生命物质的循环；维持着所有的陆地生态系统，其中通过供给粮食、纤维、水、建筑材料、建设和废物处理用地，来维持人类的生存发展；通过滤掉有毒的化学物质和病原生物体，来保护地下水的水质，并提供了废弃物的循环场所和途径或使其无害化。土壤学家认为：土壤同自然界中的其它物质一样，不仅是具有一定的物质组成、形态特征、结构和功能的物质实体，而且有着自己发生发展和长期演变的历史，土壤是由岩石风化形成的母质在生物等因素的参与下逐渐形成的，是自然界中一个独立的历史自然体。土壤学-发展简史 相关书籍 土壤学的兴起和发展与近代自然科学,尤其是化学和生物学的发展息息相关。16世纪以前，人们对土壤的认识仅是以土壤的某些直观性质和农业生产经验为依据。如中国战国时期《尚书·禹贡》中根据土壤颜色、土粒粗细和水文状况等进行的土壤分类，其后许多农学家有关多粪肥田和深耕细锄可以提高土壤肥力的论述，以及古罗马的加图所描述罗马境内的土壤类型等，都反映了当时人们对土壤的认识水平。16～18世纪，现代土壤学随着自然科学的蓬勃发展而开始孕育、萌芽。在西欧，许多学者为论证土壤与植物的关系，提出了各种假说。17世纪中叶，海耳蒙特根据他进行达5年之久的柳枝土培试验结果,认为土壤除了供给植物水分以外，仅仅起着支撑物的作用。17世纪末，J.伍德沃德将植物分别置于雨水、河水、污水及污水加腐殖土 4种介质中生长，发现后两种介质中的植物生长较好，因而他认为细土是植物生长的“要素”，从而否定了海耳蒙特的观点。18世纪末，.泰伊尔提出“植物腐殖质营养”学说。认为除了水分以外，腐殖质是土壤中唯一能作为植物营养的物质。这一学说在西欧曾风行一时。这些假说，虽未能全面正确地指出土壤的本质及其与植物生长的关系，但对于启发后人从不同的侧面认识土壤仍有裨益。 土壤学 18世纪以后,随着自然科学的进一步发展,土壤学在发展进程中先后出现了三大学派：①农业化学派。1840年，李比希的《有机化学在农业和生理学上的应用》一书问世，书中提出的“植物矿质营养学说”认为矿质元素（无机盐类）是植物的主要营养物质，而土壤则是这些营养物质的主要给源。他并指出，土壤中矿质养分的含量是有限的，必将随着耕种时间的推移而日益减少,因此必须增施矿质肥料予以补充,否则土壤肥力水平将日趋衰竭，作物产量将逐渐下降。这个主张即著名的“归还学说”。它正确地指出了土壤对植物营养的重要作用，从而促进了田间试验、温室试验和实验室化学分析的兴起以及化肥工业的发展，并为土壤学的发展作出了划时代的贡献。②农业地质学派。19世纪后期，以德国的.法鲁为代表的一些土壤学家用地质学的观点和方法认识和研究土壤。他们认为土壤是陆地的一个淋溶层；甚至认为土壤过去是岩石，而今正在重新形成岩石。尽管这个学派未能阐明土壤形成的实质，但是他们提出的土壤改良、耕作和施肥等主张，对土壤学的发展也有一定意义。③发生土壤学派。19世纪末至20世纪初，俄国的Β.Β.多库恰耶夫提出发生土壤学观点。认为土壤是气候、生物、母质、地形和陆地年龄（时间）等 5种因子相互作用的产物,是一个独立的历史自然体,其发生过程与环境条件有密切关系；在空间分布上有明显的地带规律性。他的学说得到各国土壤学家的公认，为现代土壤学奠定了基础。 在中国，现代土壤科学的研究工作始于20世纪30年代。当时主要进行了某些土壤调查、制图和一般的分析、试验。对中国的土壤资源、主要的土壤类型、分布规律、理化性质以及土壤改良等也作了初步研究。中华人民共和国成立以后，土壤科学事业有了较大发展。中国科学院和农业部相继成立了专门的研究机构，高等农业院校土壤和农业化学的有关专业。广大土壤科学工作者对中国土壤的基本性质、发生分类、肥力特征进行的系统研究，以及对华南地区红壤和华北平原盐渍土等低产土壤进行的改良研究都取得积极成果，并在此基础上对土壤肥力概念等提出了新的见解。 土壤学-分支学科 土壤物理学 土壤学的主要分支学科有下述门类： 土壤物理学：主要研究土壤中固、液、气三相体系的物理现象及其变化规律。内容包括：土壤水分的保持和移动及其对植物的有效性,土壤空气的组成与交换,热的传导与转化，土壤固相的组成与排列，土壤的力学性质和电、磁性质等。 土壤化学：主要研究土壤固、液相的化学组成、化学变化以及固液相之间的反应。内容包括土壤固体颗粒的表面化学性质及阳离子交换，土壤溶液及土壤的酸碱性、氧化还原性等。 土壤生物学：主要研究栖居于土壤中的有机体（主要是微生物）的活动及其与土壤中物质转化和循环的关系。内容包括土壤中微生物的数量、组成及分布规律，碳、氮、磷、硫等元素的生物循环，生物固氮作用以及有机质的分解和腐殖质的形成及其对土壤肥力的影响等。 土壤肥力与植物营养：主要研究土壤供应矿质养分的能力及其影响因子与植物营养的关系。内容包括土壤肥力的实质及其指标，土壤养分的强度因素和容量因素，土壤和植物的营养诊断，主要作物对土壤肥力的要求等。 土壤地理学：主要研究土壤与自然地理环境的关系。内容包括土壤的形成、分类、分布及土壤调查、制图等。 土壤矿物学：主要研究土壤矿物的结构、组成、性质和化学反应。内容包括粘土矿物和氧化物的数量、组成以及相互间的反应，土壤中各种元素的迁徙状况，粘粒与有机质之间的相互作用，矿物的形成与转变以及矿物鉴定等。 土壤管理：主要研究人工措施对土壤和作物生产的影响，内容包括耕作、施肥、灌溉、排水及其他改良、保护措施对土壤肥力、生产力和作物产量的影响。 土壤学-研究方法 户外研究土壤学 土壤学经历了近代150余年的发展，已经形成了一套较为完整的研究方法，主要有下述。 野外调查法：即在野外（田间）通过对土壤形成因素和剖面形态的观察，并结合对周围自然地理环境和土壤利用情况的综合分析来掌握土壤的基本特征。这是研究土壤的形成、分类、分布、肥力特征以及进行土壤制图的最基本的传统方法之一。 实验室研究法：即在实验室内借助各种仪器设备和温室设施等对土壤的物理、化学、物理化学和生物学性质等进行定量或定性的测定，或对土壤肥力水平进行生物学试验（水培、砂培或土培）和模拟试验等。 定位研究法：即在田间选定某一土壤或某一地区,对土壤的某种属性或过程进行长期、系统的观察测定，以研究其动态变化和发展趋势及其对土壤性质或肥力的影响。最常用的方法是田间生物试验法和排水采集器法。 土壤学-研究趋势 由于现代科学技术的进步和世界人口的不断增长，当前土壤学的研究更趋向于重视保护土壤资源、合理利用土壤和提高土壤生产力，以适应人口增长与耕地日益减少的矛盾。在研究内容上，除继续深入进行土壤物理、化学、生物，土壤分类和土壤肥力等基础研究外，更侧重于研究土壤中生物物质的循环和能量交换，以及重金属、化学制品（农药及化肥）和各种有机废弃物对土壤、作物、森林以至人类健康的有害影响及其防治措施。在研究手段上，大型分析仪器和电子计算机的应用将使土壤分析的分辨力、精密度和分析速度进一步提高，并能为土壤学研究开辟新的领域；而土壤数据库和土壤信息系统的建立，则将使数据处理和某些模拟研究更为有效。