土壤资源学

一、土壤在地理环境中的地位和作用：1、土壤及肥力的概念：土壤学家和农学家传统地把土壤定义为：“发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔的结构表层”。在这一概念中重点阐述了土壤的主要功能是能生长绿色植物，具有生物多样性，所处的位置是在地球陆地表面层，它的物理状态是由矿物质、有机质、水和空气组成的，具有孔隙结构的介质。土壤的基本属性和本质特征是具有肥力。土壤肥力是指土壤为植物生长供应和协调养分、水分、空气和热量的能力。2、土壤在地理环境中的地位：1938年，S.Matson根据物质循环的观点，提出土壤是岩石圈、水圈、生物圈及大气圈相互作用的产物。土壤圈处于其他圈层的交接面上，成为它们连接的纽带，构成了结合无机界和有机界----即生命和非生命联系的中心环境。3、资源：1）所谓资源指的是一切可被人类开发和利用的物质、能量和信息的总称，它广泛地存在于自然界和人类社会中，是一种自然存在物或能够给人类带来财富的财富。2）分类：按资源性质分类1）自然资源：一般是指一切物质资源和自然过程，通常是指在一定技术经济环境条件下对人类有益的资源。2）社会经济资源又称社会人文资源，是直接或间接对生产发生作用的社会经济因素。其中人口、劳动力是社会经济发展的主要条件。技术资源广义上也属于社会人文资源，其在经济发展中愈益起着重大作用。自然资源、社会经济资源、技术资源通常被称为人类社会的三大类资源。按资源用途分类．农业资源．工业资源．信息资源（含服务性资源）按资源可利用状况分类．现实资源，即已经被认识和开发的资源。潜在资源，即尚未被认识，或虽已认识却因技术等条件不具备还不能被开发利用的资源。废物资源，即传统被认为是废物，而由于科学技术的使用，又使其转化为可被开发利用的资源。4、土壤资源(soilresource)是指具有农业、林业、牧业生产力的各种土壤类型的总称，是人类生存与发展过程中最基本、最广泛、最重要的自然资源之一。土壤资源具有质(土壤肥力)和量(面积)两方面内容。特点：＃土壤资源具有一定的生产力＃土壤资源具有可更新性和可培育性＃土壤资源的位置有固定性，面积有其有限性，同时具有其他资源不能代替的性质。＃土壤资源的空间存在形式具有地域分异规律土壤资源的功能表现在：土壤是生产食物、木材和纤维的基地；土壤支持和调节地表生物过程与养分循环；土壤调节陆地表面水分分配与过滤水质；土壤作为地球的“皮肤”是生物的重要栖息地；土壤也是人类生产建设的主要基质。中国土壤资源及其利用现状：从土壤形成的自然环境和社会历史条件，以及土壤诊断特性等方面来看，中国土壤资源具有以下特点：①中国土壤类型众多、土壤资源丰富；②中国山地土壤资源所占比重大；③中国耕地面积少、宜农后备土壤资源不多；④中国土壤资源空间分布差异明显。二、土壤学与土壤地理学(土壤资源学)（一）广义土壤学：研究土壤的形成（发生），土壤组成，土壤物理、化学、生物学特征；土壤分类、土壤分布；土壤调查与制图；土壤肥力特征以及利用改良和管理的科学。从土壤学研究的对象和任务出发可把土壤学分为：1、发生土壤学：侧重研究土壤发生、演化特性、分布、分类和利用潜力的土壤学（也称为自然土壤学）2、耕作土壤学：侧重研究耕地土壤的组成、性质及其与农业生产的关系，通过耕作管理提高土壤肥力和生产能力的土壤学3、土壤地理学：着重研究土壤空间分布和组合及其与地理环境相互关系的学科。土壤发生学与分类学龄前土壤地理学的基础。土壤地理学必然依据某一个土壤分类系统为基础，讲各种土壤类型的形成条件、分布范围、土壤的形成过程、土壤的剖面形态特征和理化性质，并对这些土壤类型的适宜利用方向，土壤限制因素的改良进行阐述。4、土壤发生学和土壤分类学：土壤发生学：就是研究土壤形成因素---土壤发生过程---土壤类型及其性质三者之间的关系的学说。土壤分类学：就是选取土壤分类标准对土壤这个地球表面的连续的历史自然综合体进行划分，通过构建分类单元和分类等级的逻辑关系，形成树枝状的分类系统，以便人们在不同的概括水平上认识它们，区分各种土壤以及它们之间的关系。（二）与《土壤学》的区别与联系：三、发展概况：（一）农业化学土壤学派：在西欧出现了农业化学土壤学派，创始人是著名德国化学家李比希（J.F.Liebi.1803-1873）。（二）农业地质土壤学观点：19世纪后半叶，德国地质学家法鲁（F.A.Fallow）、李希霍芬（F.V.Richthofen）、拉曼（E.Ramann）等用地质学观点来研究土壤，形成了农业地质土壤学观点。他们把土壤形成过3程看作岩石的风化过程，认为土壤是岩石经过风化而形成的地表疏松层，即岩石风化的产物。土壤类型决定于岩石的风化类型，土壤是变化、破碎中的岩石。（三）土壤发生学派：19世纪70～80年代，俄罗斯学者道库恰耶夫创立了土壤发生学观点。（四）美国的《土壤系统分类》：1975年出版的《土壤系统分类》（SoilTaxonomy），提出按土壤诊断层和诊断特性进行分类。这一分类制迅速推广到全世界，与土壤发生学分类制对峙出现在土壤地理学领域中。四、土壤与土地的关系第一章土壤剖析第一节土壤组成一、土壤矿物质土壤矿物质来源为岩石和母质，按成因类型将其分为两大类：原生矿物和次生矿物。1、原生矿物(primarymineral)：指经过不同程度的物理风化、未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。影响土壤原生矿物的因素主要有：土壤的母岩和母质的成因类型、母岩成土的环境条件、矿物的抗风化能力土壤中原生矿物的特点：①土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势；常见的有石英、长石类、云母类、角闪石、辉石、橄榄石等。②土壤中原生矿物类型和数量的多少在很大程度上决定于矿物的稳定性；③土壤原生矿物是植物养分的重要来源。2、土壤次生矿物：由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物。土壤次生矿物以结晶态层状硅酸盐粘土矿物为主，如：高岭石、蒙脱石等；还含相当数量的晶态和非晶态的Si、Fe、Al的氧化物和水化氧化物。二、岩石岩石：由一种或多种矿物组成的集合体，是构成地壳的主要物质。{单质岩：由一种矿物组成的岩石。如大理岩。{复成岩：含多种矿物的岩石。如花岗岩。根据岩石的成因大致可分为岩浆岩（火成岩)、沉积岩和变质岩等三大类。（一）岩浆岩：即火成岩，指地球内部熔融岩浆上侵地壳的一定深度或喷出地表冷却凝固所形成的岩石。（二）沉积岩：亦叫水成岩，是地表和接近地表的原有岩石(岩浆岩、变质岩、原有沉积岩)在常温常压条件下，经风化剥蚀，在原地堆积或经搬运到不同地方沉积下来的沉积物，再经过成岩作用而形成的岩石。（三）变质岩：原有的岩石（岩浆岩、沉积岩和早期形成的变质岩），由于受到高温、高压以及化学活动性流体的影响，在矿物成分，化学成分和结构、构造方面发生了一系列变化所形成的岩石。三、风化作用风化作用：指地壳表面的岩石，在大气与水的联合作用以及温度变化、生物活动影响下，所发生的一系列崩解和分解作用，即称。风化可分为物理风化、化学风化和生物风化。1、物理风化：又称机械崩解作用，指岩石在外力影响下机械地破裂成碎块，仅改变了大小与外形而不改变化学成分的过程。产生物理风化的原因以地表温度变化为主，此外水的冻融、盐的结晶胀裂及风力、流水、冰川等均会促使岩石破裂。2、化学风化：指岩石在外界环境条件影响下，化学成分发生改变，产生新的物质的过程。化学风化是水、氧、二氧化碳对岩石作用的结果。3、生物风化：生物及其生命活动对岩石、矿物产生的破坏作用。也表现为物理与化学两种形式。四、母质：1、风化壳和母质：覆盖在地球陆地表面上的风化产物所构成的那一层厚厚的外壳即称为风化壳。母质是风化壳的表层，是指原生基岩经过风化、搬运、堆积等过程在地表形成的一层疏松、最年轻的地质矿物质层，是形成土壤的物质基础，是土壤的前身。2、母质类型：按成因可划分为：残积母质：指岩石风化后，基本上未经动力搬运而残留在原地的风化物。运积母质：母质经外力，如水、风、冰川和地心引力等作用而迁移到其他地区的物质。五、土壤有机质土壤有机质是泛指以各种形态和状态存在于土壤中的含碳有机化合物。主要包括动植物残体、微生物体和这些生物残体的不同分解阶段的产物以及由分解产物合成的腐殖质等。1、含量：有机质的含量在不同土壤中差异很大，高的可达20％或30％以上（如泥炭土、一些森林土壤等），低的不足0.5％（如一些漠土和砂质土壤）。在土壤学中，一般把耕层含有机质20％以上的土壤，称为有机质土壤，含有机质在20％以下的土壤，称为矿质土壤，但耕作土壤中，表层土壤有机质通常在5％以下。2、组成：①主要元素组成：C、O、H、N，分别占52％～58％、34％～39％、3.3％～4.8％、3.7％～4.1％，其次是P和S，C/N比大约在10左右。②主要的化合物组成：类木质素和蛋白质，其次是半纤维素、纤维素以及乙醚和乙醇可溶性化合物。3、土壤腐殖质：除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称。土壤腐殖质由非腐殖物质和腐殖物质组成，通常占土壤有机质的90％以上。4、土壤有机质的转化1）有机质的矿化过程：A糖类：包括简单糖类及淀粉、纤维素和半纤维素等多糖类化合物。多糖类首先通过酶的作用水解为单糖，再由单糖进一步分解成为更简单的物质。①在好气条件下，分解迅速，最终产物为CO2和H2O；②在极端厌氧的条件下，则生成CH4、H2等简单的还原性物质；③在半嫌气的情况下，则往往有有机酸等中间产物的积累。各种糖类中，以已糖分解最快，淀粉次之，半纤维素再次之，纤维素最慢。B树脂、蜡质等：比较难分解，一般分解得较慢且不彻底。C木质素：是各类有机化合物不易分解的成分。①在好气条件下，它主要是在真菌和放线菌的作用下，先行氧化和脱水，再缓慢地降解。另5外其中间产物可参与腐殖物质的形成。②在嫌气条件下，木质素的分解极慢，所以沼泽地的木质素含量一般特别多。D含氮有机化合物：主要是蛋白质和缩氨酸一类的化合物。一般与糖类、淀粉等一样易于分解。首先在蛋白酶的作用下，通过逐级降解，而产生氨基酸。再由氨基酸通过氨化作用而酰胺态氮（NH2-N）转化为铵态氮（NH4-N），这种氨化作用在好气和嫌气条件下均可进行。好气条件下，通过亚硝化细菌和硝化细菌的相继作用逐渐转化为亚硝态氮和硝态氮。2）土壤腐殖物质的分解和转化：一般认为，腐殖物质的分解、转化经历三个阶段。在第一阶段，腐殖物质经过物理化学作用和生物降角，使其芳香结构核心与其复合的简单有机物质分离，或是整个复合体解体。在第二阶段，释放的简单有机物质被分解（矿化）和转化，酚类聚合物被氧化。最后一个过程是脂肪酸被分解，被释放的芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。腐殖质在土壤中很稳定，分解速率很小，周转速度很慢。据报道，土壤腐殖质的年周转量为1.1％。这一特征对维持土壤有机质水平，减少氮等其它养分元素的移动、损失十分重要。5、有机质在土壤肥力上的作用：有机质在土壤肥力上的作用是多方面的，它的含量是土壤肥力水平的一项重要指标。1）提供植物需要的养分2）提高土壤的保水、保肥性和缓冲性：a内部有很多交联结构，结构不紧密，表层疏松，是一种酸性亲水胶体，故能吸收大量水分。b带有大量的负电荷，能吸收大量阳离子，其CEC平均为150～300cmol/kg土，比无机胶体要高出几倍到几十倍。矿质土壤中有机质的交换量约占土壤总交换量的30％～65％。c通过对H+的吸附和解吸，使它对土壤酸碱变化具有较强的缓冲能力，有利于植物和微生物的生长发育。3)改善土壤结构和其他物理性质：4)促进土壤养分有效化、减轻农药残毒和重金属危害5)腐殖物质对植物具有生理活性功能：六、土壤水分和空气（一）土壤水1、土壤水分主要来源大气降水、灌溉水和地下水，此外，空气中的水汽遇冷也会凝结成土壤水。2、土壤水分的消耗主要有土壤蒸发、植物吸收和蒸腾、水分渗漏和径流损失，其中地面蒸发和水分渗漏最为重要；土壤透水性主要取决于土壤孔隙的大小、土壤质地、结构与松紧度；土壤水分的收入与消耗导致的土壤含水量变化状况即为土壤的水量平衡。3、根据成土环境及土壤特征，可以将土壤水分状况划分