《土壤地理学》-第1章 绪论

土壤地理学第1章绪论本章主要内容1.1土壤的基本概念1.2土壤圈与全球变化1.3土壤圈演化与人类社会的发展1.4土壤地理学研究对象、内容与方法1.5土壤地理学的发展简史1.1、土壤的基本概念1.1.1、土壤概念土壤是位于地球陆地表面的、以岩石风化产物(即矿物)作为物质基础、并在大气圈、水圈、尤其是生物圈的多重作用下而形成的一层具有肥力、可以储藏养分和水分、可以生长植物的疏松多孔的物质层。位于地球陆地表面来源于岩石及其风化产物是疏松的多孔物质层可以生长植物具有一定的缓冲、净化功能如何理解土壤概念中的重点？维基词条“Soil土壤”开头部分http:///wiki/Soil释文第一段对土壤的定义：

Soilisanaturalbodyconsistingoflayers(soilhorizons)ofprimarilymineralconstituentsofvariablethicknesses,whichdifferfromtheparentmaterialsintheirtexture,structure,consistence,color,chemical,biologicalandotherphysicalcharacteristics.

大意：土壤主要是由矿物成分组成的各个层次(即土壤发生层)的自然体，这些层次具有不同的厚度，并且，它们在质地、结构、结持性、颜色、化学、生物和物理特性等方面都与母质不同。相关术语：Soilhorizon土壤发生层parentmaterial母质thickness：厚度texture：质地Structure：结构Consistence：结持性color：颜色维基词条soil对土壤的解释着眼于土壤本身的特性，而前文的土壤概念则是在地球表面环境下对土壤进行解释。

几乎所有人都会不同程度地接触或“知道”土壤，但是，我们是否真正了解土壤呢？本图片来自网络土壤与人类关系之密切，这幅图提示并强调这一点，但它并不能道出其全部真谛本图片来自网络人类要呵护土壤－就像我们都知道的那样，我们要保护大气、水体，同时非常重要的，我们还要不余遗力地保护土壤本图片来自网络1.1.2、土壤的形成与演化土壤是成土因素综合作用的产物，在不同时期不同成土环境下有不同的土壤，如下图所示。土壤形成与演化示意图化石土壤古土壤现代土壤理解：1、土壤是独立的历史自然体；2、土壤是由岩石风化过程与生物因素为主导作用，并在气候、地形以及时间的共同作用下所形成的；3、位于地球陆地表面的土壤，其起源、形成和发展与地球表层系统的发展和演化紧密相关；4、大约40亿年前，地球表面的原始岩石圈、大气圈和水圈开始形成，意味着地球表面的岩石风化也开始；5、时间前进到35～38亿年前，地球开始出现原始生命－原始细菌，它是地球上最早期的有机体；6、一直延续到5亿年前，即寒武纪时期，地球上的有机体才具备规模地形成与积累，并开始形成土壤；7、真正有意义的土壤形成于3.9亿年前的泥盆纪初期－它的前提是：陆地开始出现和生长低等绿色植物－藻类、地衣、苔藓；8、这个时期形成的土壤为化石土壤－毕竟，它距离现代太久远了，化石土壤一直延续至6600万年前的第三纪初期；9、进入第三纪，化石土壤也演变为古土壤－当前，全球环境变化的研究已经后推至第三纪，古土壤成为气候变化研究的新军和重要领域－例如：我国黄土高原的黄土－古土壤沉积序列与气候变化相关关系研究；10、现代土壤大概形成于第四纪的冰后期(全新世)，时间数量级约在数千年～万年之间；11、当今地球表面的土壤，既有可上溯至几千万年前第三纪形成的古土壤，但更多的是在第四纪冰后期形成的现代土壤。归纳化石土壤：3.9亿年前(5亿年前)～6600万年前古土壤：6600万年前～第四纪冰后期(全新世)现代土壤：1万年～至今1.1.3土壤剖析

土壤剖析就是从立体的角度研究土壤的组成，或者说把土壤立体化；

为什么要从立体的角度研究土壤？因为土壤在水平方向和垂直方向上都发生着变化；立体化研究方法是引进土壤剖面和土体的概念：土壤剖面、单个土体、聚合土体；

1、土壤剖面：土壤剖面是指从地面垂直向下至母质的土壤纵断面；2、单个土体：毕竟，我们看到的土壤剖面是土壤的纵断面，是一个“竖立的平面”，把这个“平面”－土壤剖面立体化，就构成了单个土体(pedon)；3、聚合土体：单个土体可以是立方体－它的水平面是矩形；也可以是棱柱体－它的水平面是正六边形。－无数个立方体或六棱柱体在水平方向上延续，就形成聚合土体(polypoden)。如下图所示。土壤剖面、单个土体、聚合土体、景观关系示意图土层聚合土体单个土体竖向流失侧向流失从上而下的加入土壤发生层图示中红色文字表示土壤发生层形成过程transformation转换translocation迁移、运移addition加入Loss(es)流失，失去从下而上的加入物质在上下层间迁移物质在水平层面上变化单个土体与聚合土体的关系单个土体、聚合土体、景观之间的关系小结：单个土体：具有代表特定土壤基本性质的土壤几何体，是认识和研究土壤的最基本土壤“量”，基本特征是只有在单个土体框架下才具有土壤剖面的解析意义：土壤发生层聚合土体：宏观意义上的土壤，基本特征是必须在聚合土体概念下考量其与生物(植物)的关系土壤景观：整个环境下的土壤，尤其强调其与其它环境因子或要素的关系，基本特征是在土壤-生物关系上强调与地形的关系。单个土体和聚合土体的概念较抽象，从而影响对它的理解，把它与具体的土壤性能指标结合，有助理解。4、土壤发生层：既然土壤在垂直方向(一般是向下方向)也发生着变化，那么，这是什么变化－土壤层次的变化！标准术语叫土壤发生层，简称土层；土壤发生层是土壤剖面的基本组成单元；当代土壤科学认定：发育完整的土壤剖面应包括三个最基本的土壤发生层；

A层：表土层，为有机质的积聚层和上层物质在下行水的带动下向下层迁移的淋溶层；

B层：心土层，由A层向下淋溶物质所形成的淀积层或聚积层；

A层和B层合称土体层，某些土壤可以在A和B之间划分E层，叫淋溶层

C层－母质层，或R层－基岩层，土体层的下部逐渐过渡到岩石的风化层次或者基岩，前者即母质层，后者为基岩层。中间层的性质指定中间层次，即B层，由于物质的淋溶和淀积，具有最多样化的发育特点。不同的气候、环境条件，影响到物质具有不同的淋溶淀积特点，形成不同的中间层次，一般用小写字母附在大写B之后表示。举例

Bt：表示粘粒积聚，形成粘粒淀积层

Bc：结核状物质积聚，如热带亚热带干湿交替频繁形成铁锰结核

Bg：氧化还原导致的锈斑，主要出现在干水与滞水交替的中下层

Bs：三二氧化物积聚，如红壤系列的B层

Bk：碳酸盐，尤指碳酸钙/镁积聚

By：石膏积聚

Bb：埋藏层更详细的土壤剖面分层标准联合国粮农组织(FAO)对土壤发生层划分标准1主要发生层1、主要发生层大意主要发生层符号为大写字母H：有机层，特指水饱和或周期性饱和下行程的有机质特别丰富的层次，如泥炭(peat)的H层O：具有良好透水性的有机表层，森林下土壤的有机层常用O表示A：具有有机质积累的(土壤)矿质层E：以硅酸盐、铁和/或铝淋失为特征的淋溶层B：以风化、淋溶，或结构形成为特征的发生层C：受土壤形成较小影响的层次。注：一般用C表示母质层R：土壤下面的固结岩石。注：R一般用作表示母岩/基岩2、过渡(发生)层大意：过渡层是指相邻主要发生层之间存在过渡特征，该过渡特征与两个相邻主要层次既有关系又不相同，所以，把其划分为过渡层较为合适。过渡层符号可把两个层次的符号合在一起使用，也可在两个层次符号之间加上“&”过渡层也属于主要层次，其符号也要大写。3、外加符号脆磐耕作扰动网纹永久冻土外加符号大意外加符号用小写字母b：埋藏c:结核(concretionofnodeles

结核)f：永久冻土(frozensoil冻土)g：潜育，特征为铁和锰化合物以斑状形式显示h：腐殖质积累，主要出现在表层土壤(topsoil)Ah及淀积层(illuvial

horizon)Bh中j：酸性硫酸盐土(acidsulphatesoils)中黄铁矿的斑状物k：碳酸钙/镁积累m：胶结或固结(通常以土壤中的硬化固结物为识别体)n：钠在土壤吸附复合体上积聚o：三氧化二物积聚(特指铁铝土的B层，而非网纹层)p：由耕作引起的扰动q：硅积聚r：强还原z：溶解性高于石膏的盐积聚土壤剖面示意图O:地表枯枝落叶(层)littern.凋落物，枯枝落叶A：表层，有机质层E：淋溶层B：亚表层，淀积层C：母质层R：母岩层(基岩层)通用土壤剖面示意图红壤黄壤土壤剖面－现代土壤－中国土壤1土壤剖面－现代土壤－中国土壤2棕壤黑土土壤剖面－现代土壤－中国土壤3黑钙土沼泽土土壤剖面－现代土壤－庐山土壤1黄壤红壤土壤剖面－现代土壤－庐山土壤2棕壤石缝土土壤剖面－古土壤肯尼亚古土壤照片组合1土壤剖面－古土壤肯尼亚古土壤照片组合25、土体构型

我们观察土壤剖面时，所看到的土层变化其实包括多种情况，例如：层次的多少、某个层次的厚度、层次从上到下的组合，这些信息因为都跟土壤剖面有关，表达了土壤剖面的现状，叫做土体构型。

土体构型：土壤剖面中土层数目、各土层厚度，以及土层从上到下的排列组合，统称为土体构型，也叫剖面构型。

1.2、土壤圈与全球变化

土壤圈是地球表层系统的组成部分，它处于地球表层不同圈层界面及其相互作用的交叉带，是联系有机界与无机界的中心环节，也是结合地理环境各组成要素的纽带。土壤圈物质循环是指土壤圈内部的物质迁移转化过程及其与地球其它圈层之间的物质交换过程。1.2.1、土壤圈在地球表层系统中的地位与作用土壤圈在地球系统中的地位示意图土壤圈是地球表层系统的组成部分；土壤圈处于人类智慧圈、大气圈、水圈、岩石圈、生物圈的界面与相互作用的交叉带；岩石圈使土壤圈具有物质来源，并形成多孔的疏松物质层；水圈使得土壤可以储存水分、养分；大气圈使土壤孔隙能够充填空气，这对于植物与土壤生物都是至关重要的；生物圈使土壤成为有机界与无机界之间的中介与桥梁；人类智慧圈使得土壤具备更好的生产性能－即更好的广义肥力。1.2.2、土壤圈与陆地生态系统土壤圈是陆地生态系统中最活跃的物质迁移转化界面；土壤圈包含着极其复杂多样的物理、化学、生物过程，使得土壤圈与陆地生态系统的各个介质(圈层)之间不断发生着物质的迁移、交换过程几个重要数字：每年有550×108吨植物有机体在土壤圈中形成与分解；其中的90％转入气相，10％转化为中间产物保存在土壤圈中；转入土壤圈的部分，其中富集的灰分物质达10×108吨；每年，土壤圈与水圈的物质交换作用，使10×108吨的物质从土壤圈进入水圈(江河、海洋)；1.2.3、土壤圈中的环境记录土壤圈同时又是反映环境的其中一个信息系统与信息载体；土壤圈作为地理环境变化的记录体，有以下特点：①、广泛性与相对的稳定性；②、综合性与聚集性；③、滞后性；1.3、土壤圈演化与人类社会发展土壤对人类社会的影响体现在两个方面为绿色植物的光合作用提供并协调水分、养分、温度和空气等条件，结果是，植物产物向人类以及陆生动物提供食物、纤维物质－土壤由此成为人类社会发展的重要自然资源；在土壤的发育形成过程中，土壤还担负着分解和净化人类生存环境中的污染物和废弃物；在前者，土壤处于陆地生态系统食物链的首端，在后者，土壤由于作为净化器又处于食物链的较后端。以下，从土壤肥力和土壤自净能力对上述土壤的两方面作简要阐述。土壤圈与人类生存发展关系示意图1.3.1、土壤肥力土壤肥力：指土壤为植物生长发育供应、协调营养因素(包括水分和养分)以及环境条件(包括温度和空气)的综合能力。影响植物生长的所有因素中，除了光能和热量主要来自太阳辐射外，其它因素基本都与土壤有关：大多数植物是直立生长的，植物根系穿插分布于土壤中，保证植物不会倾倒倒伏；土壤的三相组成，使土壤可以向植物提供养分、水分和氧气；由于土壤的巨大生产功能，人类有意识地改造和培育土壤，向肥力更高的耕作熟化方向演化。肥沃土壤(fertilesoil)应具备以下性质：富含植物基本养分中必须的营养物质，包括：氮、磷、钾；包含足够的微量矿物质元素，如：硼、氯、钴、铜、铁、镁、锰、钼、硫和锌；包含有机质，从而改善土壤结构和持水性；土壤pH在6.0-6.8之间，为大多数植物提供合适的酸碱条件；具有良好的土壤结构；具有一系列支持植物生长的微有机体(即微生物)；应具有较厚的表层土壤(topsoil)。维基词条“Fertility(soil)土壤肥力”1.3.2、土壤自净能力自净能力：土壤对进入土壤中的污染物通过复杂的物理、化学和生物过程，使其浓度降低、毒性减轻以致消失的性能。土壤自净作用：物理自净：通过扩散、稀释、淋洗、挥发、吸附、沉淀等过程达到的净化效果；化学自净：通过氧化或还原、化合或分解、酸碱反应、络和或螯合达到的自净效果；物理化学自净：通过土壤胶体的吸附、解吸(附)、凝絮等物理化学过程达到的自净效果；生物自净：通过生物的生理代谢作用，形成生物降解或转化作用。土壤的自净能力是有限的：如当前较为突出的土壤有机污染与重金属污染，已经超出土壤自净能力的范围。1.4、土壤地理学的研究对象、内容与方法1.4.1、土壤地理学的研究对象土壤地理学是一门怎样的科学?

以土壤及其与地理环境系统的关系作为研究对象，研究土壤的发生发育、分类以及时空分异规律，进而为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据，它是自然地理学与土壤学之间的交叉学科，也是一门综合性和实践性很强的学科。思路：研究土壤的物质组成和各土层之间的物质迁移和能量转换过程；研究地理环境因素与土壤之间的物质能量交换；了解土壤与地理环境之间的相互作用、依存和转化的关系；了解决定土壤发生发育的方向以及空间分异规律。1.4.2、土壤地理学的研究内容包括以下几个方面：关于土壤发生发育、诊断特性与系统分类的研究；关于土被结构和土壤－地形数字化数据库(SOTER)的研究；关于土壤调查、制图和土壤资源评价的研究；关于地理环境、人类活动与土壤圈的相互作用的研究；关于土壤资源保护以及污染土壤修复技术的研究1.4.3、土壤地理学的研究方法作为一门综合性和实践性都很强的学科，土壤地理学的研究方法，在理论性研究的前提和基础上，特别强调实践性的研究，主要研究方法包括：土壤野外调查与定位观测研究法；实验室化验分析与实验模拟研究法；遥感技术在土壤调查中的应用；数理统计与SGIS(土壤地理信息系统)在土壤研究中的应用；土壤历史发生研究法。汉字中的“土”和“壤”:

农业在人类乃至国家的发展有着重要的影响，在中国，这种影响甚至延伸到文字的形成汉字的“土”：

我国最早的字典《说文解字》对“土”字的解释：“土者，是地之吐生物者也。‘=’，象地之上，地之中；‘|’，物出形也”。

①、形象地反映了植物与支撑其生长的物质－土的关系②、指出了土的分层的事实1.5土壤地理学的发展简史1.5.1、古代中国对土壤的朴素认识注：《说文解字》，东汉(公元25-220年)许慎著汉字中的“壤”：《周礼》：“以人所耕而树艺焉则曰壤”

。

解释：“以人所耕”：通过人为的耕作活动“树艺”：栽种植物、作物解释：通过有目的的耕作活动，并栽种作物，则“土”就变成了“壤”《说文解字》：“壤，柔土也，无块曰壤”《禹贡》：“壤，天性和美也”《周礼》：古代中国官制典籍，大约写作形成于春秋时期(公元前770年～公元前476年)《禹贡》：是我国流传至今最古老的地理文献，它仅用1100余字，把我国主要的山川、土壤、物产、贡赋等描述清楚。按传统的记载，《禹贡》是大禹治水时所积累地理知识的总结，因此它应是成书于夏代(公元前2070年－前1600年)。但顾颉刚(1893-1980，历史学家)则认为形成于战国时代(公元前400年)

。古代中国把“土”和“壤”区别解释：“土”，首先是一种最基本的立地材料，使得植物能直立生长在其中当人们有目的地栽种植物，对“土”施以改造，则土就变成了“壤”现代科学不再刻意在字面上区分“土”和“壤”用现代土壤学解释，人类有目的、有意识地培育和熟化来自自然的土，使之栽种的农作物有更好的收成，它就成为了壤。由于汉字的双字组词习惯，把“土”、“壤”组合为“土壤”，既包括了中国古代对土、壤的理解，更是一个表示现代科学的词(组)。我们的祖先聪明、形象、哲学地解释了土壤的真谛和意义！土壤与国土和社会

在北京中山公园内，有一座祭坛，在坛面上铺垫了五种颜色的土，分别占据东西南北中五个位置：东为青色土，南为红色土，西为白色土，北为黑色土，中间为黄色土，叫五色土，所以，该祭坛也叫“社稷坛”。五种颜色的土壤，大概代表了我国土壤的发育形成与空间分布的特点。中山公园原名社稷坛。其中，社指土地，含有国土的意思，稷指五谷，有指国家财富之意。所以，社稷就有泛指国家社会的含义。由此可见，土壤在一个国家的发展初期具有何等重要的意义。

下一页，是一些相关的图片。北京中山公园的五色土祭坛五色土在中国分布示意图－东青、南红、西白、北黑中间黄中山公园－社稷坛位置图－在GoogleEarth下五色土祭坛围墙内就是中山公园延伸：大气故宫及周边建筑故宫－紫禁城天安门广场长安街劳动人民文化宫-原称太庙中山公园-社稷坛就是其原称天安门城楼社稷坛与太庙社稷坛，位于天安门右侧(西)，而其左侧(东)是太庙，这就是帝王都城设计的“左祖右社”的布局！祖：即祖先，社：代表苍天和大地，即国土。“中山公园”的来由：1925年，孙中山先生在北京逝世，以社稷坛为停灵场所，供人瞻仰，由此，社稷坛改名为“中山堂”，解放后，成为人民游乐场所，最终定名为“中山公园”九州与土壤分类

《禹贡》把当时的中国分为九个自然区域，并划分相应的土壤类型，作为向皇帝进贡的计量参考。见下图：6、豫州2、雍州5、梁州9、扬州8、荆州4、青州7、徐州3、兖州1、冀州1.5.2、西欧地理学派18世纪以后，西欧逐渐形成近代土壤地理学以德国科学家李比希为代表的农业化学土壤学派，认为：①、矿质元素是植物的主要营养物质，土壤则是这些营养物质的主要供给源；②、土壤中能供给植物利用的矿质元素是有限的，需要借助增施矿质肥料予以补充以德国地质学家法鲁为代表的农业地质土壤学派，强调岩石风化形成土壤，土壤是一个疏松的淋溶层，从而把岩石与土壤的关系建立与区分开来；以奥地利土壤学家库比恩纳为代表的土壤形态发生学派，创建了土壤微形态学体系，提出以土壤剖面特征和土壤发生层的组合区分土壤的发育阶段1.5.3、俄罗斯土壤地理学派及其前苏联土壤科学的进展道库恰耶夫是现代土壤地理学的奠基者，其于1883年发表《俄罗斯的黑钙土》，提出了著名的成土因素学说，业已成为现代土壤地理学和自然地理学的重要理论基础；进入前苏联时代，威廉斯、波雷诺夫、柯夫达提出土壤形成过程学说，指出：土壤的本质特性是土壤的肥力；土壤形成过程是生物小循环于地质大循环的对立统一过程1.5.4、美国诊断学派的发展

19世纪的美国土壤学研究，受道库恰耶夫学说影响，主要研究者有希拉各德和马伯特，前者几乎与道氏同时提出土壤形成的地学概念，后者把俄罗斯的土壤发生学说引进美国，并创建了美国第一个土壤分类系统，其中的土壤基层分类单元沿用至今；

20世纪前期(1941年)，詹尼发表了著名的《土壤形成因素》(FactorofSoilFormation)专著，对美国土壤科学产生深刻的影响，至今仍是一些美国大