土壤学
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。
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。
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。
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。
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