土壤學

土壤學

土壤學是以地球表面能夠生長綠色植物的疏松層為對象,研究其中的物質運動規律及其與環境間關系的科學,是農業科學的基礎學科之一。主要研究內容包括土壤組成;土壤的物理、化學和生物學特徵;土壤的發生和演變;土壤的分類和分布;土壤的肥力特征以及土壤的開發利用改良和保護等。其目的在于為合理利用土壤資源、消除土壤低產因素、防止土壤退化和提高土壤肥力水準等提供理論依據和科學方法。

辭源,英語pedology源于希臘語的pedon(土地)。

  • 中文名稱
    土壤學
  • 外文名稱
    agrology ; pedology
  • 隸屬學科
    農業科學
  • 起源
    近代自然科學
  • 註明學說
    植物腐殖質營養
  • 學科分支
    土壤物理 土壤生物等

辭源

英語pedology源于希臘語的pedon(土地)。

理論基礎

土壤是有生命的自然體。在每平方米的草原土壤裏除了盤根錯節的根系外,還有約1210萬頭土壤小動物,每克肥沃的農田土壤中除了(數以萬計)根系及其脫落物外,還有25億個細菌,40萬個真菌,5萬個藻類生物,3萬個原生動物。因此,土壤是生物的樂園,是自然界最復雜的生態系統之一,也是自然界最豐富的生物資源庫。土壤微生物的分布狀況見圖00-04。土壤中大量的生物的存在,使土壤具有明顯的呼吸作用,存在著旺盛的物質與能量的新陳代謝

土壤是生命活動的產物,沒有生物就沒有土壤。低等生物固氮作用使土壤具有了生長植物的肥力,而植物的生長促進了土壤的腐殖化過程和養分的富集過程,從而使土壤肥力進一步發展,在茂盛的植被下,強烈的生物風化推動著母質向土壤的演化。

土壤又是生命的搖藍。土壤不僅是生物的棲息地,是生物作用的對象,同時也是地球生命誕生與進化的溫床。有證據表明,土壤巨大的表面及復雜的多孔多相體系,對于生命的產生與進化至關重要。如細菌與粘粒結合,可使細菌在極端嚴酷的條件存活,地球上生命也有可能起源于土壤(或母質)。現已發現在土壤中普遍存在著DNA質粒或片段在不同生物細胞間的遷移,可導致物種變異或進化。

土壤學就是研究土壤這個地球表面生物、氣候、母質、地形、時間等因素綜合作用下所形成的、可供植物生長的一種復雜的生物地球化學物質;與形成它的岩石沉積物相比,具有獨特的疏松多孔結構,化學和生物學特徵;它是一個動態生態系統,為植物生長提供了機械支撐、水分、養分和空氣條件;支持大部分微生物群體的活動,來完成生命物質的迴圈;維持著所有的陸地生態系統,其中通過供給糧食、纖維、水、建築材料、建設和廢物處理用地,來維持人類的生存發展;通過濾掉有毒的化學物質和病原生物體,來保護地下水的水質,並提供了廢棄物的迴圈場所和途徑或使其無害化。

土壤學家認為:土壤同自然界中的其它物質一樣,不僅是具有一定的物質組成、形態特征、結構和功能的物質實體,而且有著自己發生發展和長期演變的歷史,土壤是由岩石風化形成的母質在生物等因素的參與下逐漸形成的,是自然界中一個獨立的歷史自然體。 土壤學是界于地球科學與生命科學之間的一門獨立的學科,與環境科學也有密切的聯系。除農業外,它又可服務于水利以及工業、礦業、醫葯衛生、交通和國防事業等。

發展歷史

起源

土壤學的興起和發展與近代自然科學,尤其是化學和生物學的發展息息相關。16世紀以前,人們對土壤的認識僅是以土壤的某些直觀性質和農業生產經驗為依據。如中國戰國時期《尚書·禹貢》中根據土壤顏色、土粒粗細和水文狀況等進行的土壤分類,其後許多農學家有關多糞肥田和深耕細鋤可以提高土壤肥力的論述,以及古羅馬的加圖所描述羅馬境內的土壤類型等,都反映了當時人們對土壤的認識水準。

發展

16~18世紀,現代土壤學隨著自然科學的蓬勃發展而開始孕育、萌芽。在西歐,許多學者為論證土壤與植物的關系,提出了各種假說。17世紀中葉,海耳蒙特根據他長達五年的柳枝土培試驗結果,認為土壤除了供給植物水分以外,僅僅起著支撐物的作用。

17世紀末,伍德沃德將植物分別置于雨水、河水、污水及污水加腐殖土四種介質中生長,發現後兩種介質中的植物生長較好,因而他認為細土是植物生長的"要素",從而否定了海耳蒙特的觀點。

18世紀末,泰伊爾提出"植物腐殖質營養"學說。認為除了水分以外,腐殖質是土壤中唯一能作為植物營養的物質。這一學說在西歐曾風行一時。這些假說,雖未能全面正確地指出土壤的本質及其與植物生長的關系,但對于啓發後人從不同的側面認識土壤仍有裨益。

18世紀以後,隨著自然科學的進一步發展,土壤學在發展進程中先後出現了三大學派:農業化學派、農業地質學派、發生土壤學派。

1840年,李比希的《有機化學在農業和生理學上的套用》一書問世,書中提出的"植物礦質營養學說",認為礦質元素(無機鹽類)是植物的主要營養物質,而土壤則是這些營養物質的主要給源。這是農業化學派的開端。

年輕的李比希年輕的李比希

李比希指出,土壤中礦質養分的含量是有限的,必將隨著耕種時間的推移而日益減少,因此必須增施礦質肥料予以補充,否則土壤肥力水準將日趨衰竭,作物產量將逐漸下降。這個主張即著名的"歸還學說"。它正確地指出了土壤對植物營養的重要作用,從而促進了田間試驗、溫室試驗和實驗室化學分析的興起以及化肥工業的發展,並為土壤學的發展作出了劃時代的貢獻。

19世紀後期,以德國的法魯為代表的一些土壤學家用地質學的觀點和方法認識和研究土壤,因而也被稱為農業地質學派。他們認為土壤是陸地的一個淋溶層;甚至認為土壤過去是岩石,而今正在重新形成岩石。盡管這個學派未能闡明土壤形成的實質,但是他們提出的土壤改良、耕作和施肥等主張,對土壤學的發展也有一定意義。

19世紀末至20世紀初俄國的多庫恰耶夫提出發生土壤學觀點。認為土壤是氣候、生物、母質、地形和陸地年齡(時間)等五種因子相互作用的產物,是一個獨立的歷史自然體,其發生過程與環境條件有密切關系;在空間分布上有明顯的地帶規律性。他的學說得到各國土壤學家的公認,為現代土壤學奠定了基礎。

現狀

與世界相比較,在中國,現代土壤科學的研究工作始于20世紀30年代。當時主要進行了某些土壤調查、製圖和一般的分析試驗。對中國的土壤資源、主要的土壤類型、分布規律理化性質,以及土壤改良等也作了初步研究。

這一直到直到新中國成立以後,土壤科學事業才有了較大發展。中國科學院和農業部相繼成立了專門的研究機構,高等農業院校土壤和農業化學的有關專業。廣大土壤科學工作者對中國土壤的基本性質、發生分類、肥力特征進行的系統研究,以及對華南地區紅壤和華北平原鹽漬土等低產土壤進行的改良研究都取得積極成果,並在此基礎上對土壤肥力概念等提出了新的見解。

而世界現狀則是由于現代科學技術的進步和世界人口的不斷成長,土壤學的研究更趨向于重視保護土壤資源、合理利用土壤和提高土壤生產力,以適應人口成長與耕地日益減少的矛盾。

並且在研究內容上,除繼續深入進行土壤物理、化學、生物,土壤分類和土壤肥力等基礎研究外,更側重于研究土壤中生物物質的迴圈和能量交換,以及重金屬、化學製品(農葯及化肥)和各種有機廢棄物對土壤、作物、森林以至人類健康的有害影響及其防治措施。

而研究手段上,大型分析儀器和電子電腦的套用將使土壤分析的分辨力、精密度和分析速度進一步提高,並能為土壤學研究開闢新的領域;而土壤資料庫和土壤信息系統的建立,則將使資料處理和某些模擬研究更為有效。

研究方向

1. 土壤化學與肥力

2. 土壤資源遙感與信息系

3. 生態系統養分迴圈及其調控

4. 土壤環境化學與污染環境修復

5. 土壤碳迴圈與全球變化

6. 土壤生態學

7. 土壤物理學

研究方式

定位研究

即在田間選定某一土壤或某一地區,對土壤的某種屆性或過程進行長期、系統的觀察測定,以研究其動態變化和發展趨勢及其對土壤性質或肥力的影響。最常用的方法是田間生物試驗法和排水採集器法。

野外調查

土壤學經歷了近代150餘年的發展,已經形成了一套較為完整的研究方法,主要有:野外調查法 即在野外(田間)通過對土壤形成因素和剖面形態的觀察,並結合對周圍自然地理環境和土壤利用情況的綜合分析來掌握土壤的基本特征。這是研究土壤的形成、分類、分布、肥力特征以及進行土壤製圖的最基本的傳統方法之一。

實驗室試驗

即在實驗室內借助各種儀器設備和溫室設施等對土壤的物理、化學、物理化學和生物學性質等進行定量或定性的測定,或對土壤肥力水準進行生物學試驗(水培、砂培或土培)和模擬試驗等。

學科分支

土壤學的主要分支學科有下述門類:

土壤物理

主要研究土壤中固、液、氣三相體系的物理現象及其變化規律。內容包括:土壤水分的保持和移動及其對植物的有效性,土壤空氣的組成與交換,熱的傳導與轉化,土壤固相的組成與排列,土壤的力學性質和電、磁性質等。土壤化學:主要研究土壤固、液相的化學組成、化學變化以及固液相之間的反應。內容包括土壤固體顆粒的表面化學性質及陽離子交換,土壤溶液及土壤的酸鹼性氧化還原性等。

土壤生物

主要研究棲居于土壤中的有機體(主要是微生物)的活動及其與土壤中物質轉化和迴圈的關系。內容包括土壤中微生物的數量、組成及分布規律,碳、氮、磷、硫等元素的生物迴圈,生物固氮作用以及有機質的分解和腐殖質的形成及其對土壤肥力的影響等。

土壤肥力與植物營養:主要研究土壤供應礦質養分的能力及其影響因子與植物營養的關系。內容包括土壤肥力的實質及其指標,土壤養分的強度因素和容量因素,土壤和植物的營養診斷,主要作物對土壤肥力的要求等。

土壤地理

主要研究土壤與自然地理環境的關系。內容包括土壤的形成、分類、分布及土壤調查、製圖等。

土壤礦物

主要研究土壤礦物的結構、組成、性質和化學反應。內容包括粘土礦物和氧化物的數量、組成以及相互間的反應,土壤中各種元素的遷徙狀況,粘粒有機質之間的相互作用,礦物的形成與轉變以及礦物鑒定等。

土壤管理

主要研究人工措施對土壤和作物生產的影響,內容包括耕作、施肥、灌溉排水及其他改良、保護措施對土壤肥力、生產力和作物產量的影響。

土壤化學

主要研究土壤中的物質組成、組分之間和固液相之間的化學反應和化學過程,以及離子(或分子)在固液相介面上所發生的化學現象。包括土壤礦形成。

學術交流

行業論壇

土壤之家論壇,致力于土壤專業知識交流與招聘就業信息發布,為廣大土壤專業人員提供專業交流場所

主要版塊有土壤技術,農業資訊,農業技術,土壤學考研資料,課件傳遞,以及土壤學招聘信息等。

專業院校

中國農業大學 (國家重點學科)

中國農業大學中國農業大學

南京農業大學 (國家重點學科)

西北農林科技大學(國家重點學科)

沈陽農業大學(國家重點學科)

中國科學院研究生院、中科院南京土壤研究所、中科院沈陽套用研究所、中國科學院成都山地災害與環境研究所、中國科學院水土保持與生態環境研究中心、中國農業科學院

東北農業大學、東北林業大學、八一農墾大學、吉林農業大學、內蒙古農業大學、北京林業大學、河北農業大學、 山東農業大學、山西農業大學、河南農業大學、南京師範大學、南京林業大學、揚州大學、河海大學、浙江大學、浙江農林大學、安徽農業大學、湖南農業大學、華中農業大學、江西農業大學、福建農林大學、華南農業大學、海南大學、貴州大學、 雲南農業大學、海南大學、廣西大學、 西南大學、四川農業大學、甘肅農業大學、新疆農業大學等

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