1、山西师范大学自然地理课程组,土壤植物地理学,山西师范大学城市与环境科学学院 张永清 -mail: ,山西师范大学自然地理课程组,土壤植物地理学的主要内容,土壤地理学:以土壤及其与地理环境系统的关系为研究对象，研究土壤的发生发育、土壤分类及时空分异规律，进而为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据的学科。 植物地理学:研究生物圈中各种植物、植被的地理分布规律、生物圈各结构单元的植物种类组成、植被特征及其与自然环境之间相互关系的科学。,山西师范大学自然地理课程组,土壤地理学部分 课程简介,山西师范大学自然地理课程组,参 考 书：土壤地理学(多种版本,本次以李天杰主编为主)自然地理学(多种版本)土壤学
2、(多种版本)参考期刊： 土壤圈、土壤、土壤与植物营养肥料土壤学报Journal of Plant NutritionPlant and SoilFertilizer Research,山西师范大学自然地理课程组,内容提要 土壤地理学(第3版) 全书共分10章。第1章讲述土壤与土壤圈的概念，土壤地理学简介；第2、3章讲述土壤物质组成及其诊断特性，土壤生态系统与土壤物质循环过程；第4、5、6章讲述土壤成土因素学说和成土过程，以及世界主要土壤分类体系；第7、8章叙述主要土纲及其地理分布，土壤区划和土壤被结构；第9章讲述土壤资源、土壤质量评价、土壤退化及其防治对策；第10章介绍土壤地理调查与遥感解译方
3、法、土壤地理信息系统。,山西师范大学自然地理课程组,土壤地理学课程知识体系,第1章,土壤物质组成剖析与土壤性状的诊断,土壤与地理环境相互作用过程的分析,第2章和第3章,认识土壤、土壤圈与了解土壤地理学,第4章和第5章,山西师范大学自然地理课程组,土壤发育、性状及物质组成的系统化,第6章,土壤圈的组成单元及其空间分布规律,第7章和第8章,土壤资源持续利用及其调查管理技术,第9章和第10章,山西师范大学自然地理课程组,第1章 绪论,第2章 土壤固相组成及其诊断特性,第3章 土壤液相组成及其诊断特性,第4章 土壤形成因素学说,第5章 土壤形成过程,土壤与土壤圈的概念，土壤生态环境功能，土壤地理学,土
4、壤矿物、有机质的迁移转化及其诊断特性，土壤生态系统与土壤圈物质循环,土壤空气、水及其诊断特性，土壤肥力及其影响因素,气候、生物、岩石圈(母质与地形)、水圈(水文)、时间与人为因素对土壤形成的影响,土壤空气、水及其诊断特性，土壤肥力及其影响因素,土壤地理学课程内容结构,山西师范大学自然地理课程组,第6章 土壤分类,土壤地理发生分类，系统分类以及国际土壤分类参比系统,第7章 主要土壤类型,第8章 土壤分布与土壤分区,第9章 土壤资源可持续利用对策,第10章 土壤调查技术 与土壤信息系统,土纲的地理分布、成土因素、成土过程与土壤诊断特性,土壤空间分布规律与土壤区划,土壤资源、土壤质量评价原理，土壤退
5、化及其防治对策,土壤调查技术与土壤遥感解译，全球土壤-地形数字化数据库(SOTER),山西师范大学自然地理课程组,山西师范大学自然地理课程组土壤地理学电子教案,第1章 绪论,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 土壤地理学简介 1.5 土壤地理学的发展简史思考题与个案分析,山西师范大学自然地理课程组,教学重点,掌握土壤的概念与形态特征 了解土壤圈与地球表层系统相互作用 了解土壤圈的生态环境功能 掌握土壤地理学及其主要学派 掌握土壤地理学研究方法。,山西师范大学自然地理课程组,关键词,土壤(soil) 土壤剖面(soil profile)
6、单个土体(pedon) 土壤聚合体(polypedon) 土壤圈(pedosphere) 土壤肥力(soil fertility) 土壤自净能力(soil purification) 土壤圈物质循环(material cycle of pedosphere) 土壤地理学(soil Geography),山西师范大学自然地理课程组,知识结构,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 土壤地理学简介,1.5 土壤地理学发展简史,认识土壤与土壤圈,了解土壤圈与自然环境、人类社会发展的相互关系,熟悉土壤地理学研究对象、研究方法、发展历史,山西师范大学
7、自然地理课程组,1.1.1 土壤的定义 土壤是地球陆地表面具有肥力能够生长植物的疏松层，是独立的历史自然体。 其特征：有生物活性、孔隙结构； 其功能：有肥力及生产性能,缓冲与净化功能。,1.1 土壤的基本概念,山西师范大学自然地理课程组,土壤肥料学与农业生产,山西师范大学自然地理课程组,植物靠什么生长? 植物与环境的关系? 如何提高植物的产量和品质? ,山西师范大学自然地理课程组,饲养业,种植业,绿色植物所必需生活条件:日光、热量、空气、水分和养分，除日光、空气外，大部分来自土壤。此外，土壤还为植物提供了根系伸展的空间和机械支撑作用。,动物生产以植物生产资料为食料,农业生产,农业生产,山西师范
8、大学自然地理课程组,（二）土壤是农业生产链环中物质和能量循环枢纽,植物生产,动物生产,土壤管理,农业生产三环节,土壤是农业生产链中物质和能量的循环枢纽,山西师范大学自然地理课程组,全球土壤资源破坏情况,土壤侵蚀 土壤沙化 土壤盐碱化 土壤污染 土壤变质退化,山西师范大学自然地理课程组,沙河远上白云间，孤城一座万仞山,1993年5月5日沙尘暴锋面,不合理的土壤资源利用和生态环境遭受破坏,Why,山西师范大学自然地理课程组,自然对人类的惩罚,2002年4月 北京沙尘暴,山西师范大学自然地理课程组,沙 漠 景 观,山西师范大学自然地理课程组,草方格,戈壁,山西师范大学自然地理课程组,流动沙丘,绿洲,
9、山西师范大学自然地理课程组,梁和峁,山西师范大学自然地理课程组,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，如图1-1所示。,山西师范大学自然地理课程组,图1-1 土壤的形成与演化图解,山西师范大学自然地理课程组,1.1.3 土壤剖析土壤剖面是指从地面垂直向下至母质的土壤纵断面；土壤剖面的立体化就构成了单个土体(pedon)，如图1-2所示。,山西师范大学自然地理课程组,图1-2 土壤发生层、土壤剖面与单个土体图解 (据Botkin Daniel B, 1997),山西师范大学自然地理课程组,土壤圈是地球表层系统的组成部分，它处于地球表层不
10、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他圈层之间的物质交换过程，如图1-3所示。,1.2 土壤圈与全球变化,山西师范大学自然地理课程组,图1-2 土壤圈在地球系统中的地位示意图,山西师范大学自然地理课程组,土壤圈在地球表层系统中的地位和作用,土壤圈是地球表层系统的组成部分，它处于人类智慧圈、大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的界面与相互作用交叉带，是联系有机界与无机界扣心环节，也是结合地理环境各组成要素的纽带。 土壤圈与其他圈之间不断地进行着物质与能量的交换。一方面土壤是自然地理要素
11、、人类活动和时间综合作用的产物，另一方面土壤的发生发育，反过来又对地理环境的发展演化起着推动作用。土壤圈作为人类生存与发展的基本自然资源和人类劳动的对象，其变化比大气圈、水圈和岩石圈的变化更为复杂多样，并且在社会经济发展和生态环境改善中起着特殊的作用。,山西师范大学自然地理课程组,土壤中的环境记录,土壤是反映环境的一个信息系统和信息载体，土壤空间构型、诊断土层、形态特征、物质组成及其理化性状，都记录着地理环境变迁的历史，它们能提供时期一理环境要素和人类活动的信息。土壤作为地理环境变化的记录体具有以下特性： 广泛性和相对稳定性，即土壤广泛分布于地球陆地表层，易于发现和采集；一般来说土壤形成发育过
12、程中的物质空间运动范围较地质地貌过程小，故区域性较强。 综合性和聚集性，即土壤是成土因素综合作用的产物，一种土壤记录不可能专一地反映某一种环境变化现象，它反映的是成土环境之综合作用，因而使土壤记录的环境信息具有综合性。反之一种地理环境要素的变化不可能仅引起特定土壤记录体发生变化，而会引起多种土壤记录体的变化，这构成了土壤记录信息的聚集性。 滞后性，即土壤各相（固、液、气）及土壤生物有机体对地理环境变化的反应具有不同的速率，可用特征反应时间，即某个土壤性状达到与环境条件准平衡所需要的时间来表示。一般地讲，气相约0.001-0.1年,液相约0.01-1年,土壤生物约0.01-0.1年,固相约1-1
13、00000年,其中土壤固相是重要的环境记录体.,山西师范大学自然地理课程组,对人类社会发展的直接影响包括：土壤为植物光合作用提供并协调水分、养分、温度、空气等营养条件，以此向人类和陆生动物提供食物、纤维物质；土壤形成发育过程可以分解、净化各种污染物，是人类生存环境的净化器，如图1-4所示。,1.3 土壤圈演化与人类社会的发展,山西师范大学自然地理课程组,图1-4 土壤圈与人类生存发展的关系示意图,山西师范大学自然地理课程组,1.3.1土壤肥力的概念及其发生发展土壤最基本的特性是具有土壤肥力。20世纪30年代，苏联土壤学家威廉斯认为：“土壤肥力就是土壤在植物生活的全部过程中，同时而且不间断地供给
14、植物以最大限度的有效养分及水分的能力”。,山西师范大学自然地理课程组,沈阳农业土壤学：土壤肥力是诸因素综合性状的具体表现。南京土壤所：土壤肥力是土壤为植物生长供应和协调营养条件和环境条件的能力。侯光炯先生：土壤肥力就是土壤的体质和生命。,山西师范大学自然地理课程组,我国目前较公认的土壤肥力的概念为： 土壤 能供应与协调植物正常生长发育所需要的养分和水、空气 、热的能力。,山西师范大学自然地理课程组,1.3.2土壤自净能力,土壤自净能力（soil purification）是指土壤对进入土壤中的污染物通过复杂多样的物理过程、化学及生物化学过程，使其浓度降低、毒性减轻或者消失的性能。有的学者也称这
15、种能力为净化器的功能。 物理自净：通过扩散与稀释、淋洗、挥发、吸附、沉淀等使土壤污染物浓度或活性降低的过程。 化学自净：通过氧化还原、化合分解、酸碱反应、络合等过程使土壤污染物浓度或活性降低的过程。 物理化学自净：通过土壤胶体的吸附、解吸和凝聚等物理化学过程使土壤污染物浓度或活性降低的过程。 生物自净：通过生物生理代谢，即生物降解与转化作用使土壤污染物浓度或活性降低的过程。,山西师范大学自然地理课程组,土壤地理学是以土壤及其与地理环境系统的关系为研究对象，它是研究土壤的发生发育、土壤分类及时空分异规律，进而为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据的学科，是自然地理学与土壤科学之间的交叉学科，也是
16、一门综合性和生产性很强的学科。,1.4 土壤地理学简介,山西师范大学自然地理课程组,土壤地理学的研究内容： 土壤发生发育、诊断特性与系统分类 土被结构和全球土壤-地形数字化数据库(SOTER) 土壤调查、制图和土壤资源评价的研究 地理环境、人类活动与土壤圈相互作用 土壤资源保护及被污染土壤的修复技术。,山西师范大学自然地理课程组,土壤地理学研究方法：分析区域文献资料并通过野外观察对成土环境、土壤剖面及其诊断特性、土壤利用进行研究，运用地理比较法和相关分析法，把握区域土壤地理分异规律，绘制区域土壤图，采集土壤标本、分析样品。土壤地理研究的流程，如图1-5所示。,山西师范大学自然地理课程组,图1-
17、5 土壤地理学研究步骤示意图,山西师范大学自然地理课程组,其他土壤地理学研究方法：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S-GIS在土壤研究中应用、土壤历史发生研究法。,山西师范大学自然地理课程组,土壤地理学是土壤科学中发展历史最悠久的一个重要基础性分支学科，它最早可追溯到人类农耕的起始阶段。18世纪以后在西欧逐渐形成了近代土壤地理学。,1.5 土壤地理学的发展简史,山西师范大学自然地理课程组,对土壤科学发展产生了巨大推动作用的土壤地理学派有：以化学家李比希(18031873)为代表的农业化学土壤学派；以地质学家法鲁(17941877)为代表的农业地质土壤学派；
18、以土壤学家库比纳(18971970)为代表的土壤形态发生学派。,山西师范大学自然地理课程组,土壤地理学奠基人道库恰耶夫(18461902) 发表了俄国的黑钙土，论述了俄国广阔草原地带一种松软、暗色的富含腐殖质的土壤特征及其空间分布，揭示了土壤发生与成土环境的密切联系，创建了成土因素学说，即土壤是气候、生物、母质、地形和时间等综合作用的产物。,山西师范大学自然地理课程组,美国著名土壤学家詹尼(Hans Jenny)对道库恰耶夫的土壤形成因素学说进行了补充修正，于1941年发表了土壤形成因素专著，认为在土壤形成过程中生物的主导作用并不是到处都是一样的。如果某因素所起的作用超过其他因素，那么就得出以
19、该因素为主导的函数式，将主导因素放在函数式右侧括号内的首位。,山西师范大学自然地理课程组,美国学者史密斯认为：土壤是成土因素综合作用的产物，只要成土因素相同，则形成的土壤也相同；只要土壤相同，则土壤性质也相同；按土壤性质分类土壤，将发生理论作为选择土壤分异特性的参考。提出了诊断层与诊断特性的概念，并建立了标准化、定量化的美国土壤系统分类体系(Soil Taxonomy) 。,山西师范大学自然地理课程组,中国古代土壤科学不仅起源早，而且土壤观察记载详尽。中国近代土壤地理学的发展缓慢，1930年之后受欧美土壤学理论的影响，开展了中国境内的土壤调查研究；20世纪50年代受道库恰耶夫土壤发生学派影响，
20、开展土壤地理发生学研究；近年来中国土壤地理学研究正向标准化、定量化和国际化的方向发展。,山西师范大学自然地理课程组,当今土壤地理学的发展趋势为：重视土壤圈物质循环及全球土壤变化；土壤资源持续利用研究得到重视；世界土壤资源参比基础和土壤信息系统的研究不断加强；土壤退化的形成机制和监测对策；土壤地理学研究内容日益扩展；加强与发展土壤地理学基础性理论研究。,山西师范大学自然地理课程组,Justus von Liebig 1803-1873,Giessens university (with more than 21,000 students) hasa long and interesting hi
21、story. It was founded 1607. The official name “Justus-Liebig-University“ stems from the famous German “Justus von Liebig“, who became professor in Giessen at the age of 21 and who taught in theagricultural chemistry department for 28 years.,植物营养学的建立 和李比希(Liebig)的工作,山西师范大学自然地理课程组,1. 植物矿物质营养学说 （1840年，
22、化学在农业和生理学上的应用） 要点：土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料，厩肥及其它有机肥料对于植物生长所起的作用，并不是由于其中所含的有机质，而是由于这些有机质在分解时所形成的矿物质。 意义： 理论上，否定了当时流行的“腐殖质学说”，说明了植物营养的本质；是植物营养学新旧时代的分界线和转折点，使维持土壤肥力的手段从施用有机肥料向施用无机肥料转变有了坚实的基础； 实践上促进了化肥工业的创立和发展；推动了农业生产的发展。,山西师范大学自然地理课程组,2. 渥特沃(John Woodward)土和盐都有营养作用 3. 格鲁伯(J. R. Glauber)硝有营养作用 4. 泰伊尔(Von Thae
23、r)19世纪初期， “腐殖质营养学说”,该学说认为：土壤肥力决定于腐殖质的含量，因此腐殖质是土壤中植物养分的唯一来源，矿物质不过起间接作用，以加速腐殖质的转化和溶解，使之成为易被植物吸收的物质。,山西师范大学自然地理课程组,2. 养分归还学说 要点：随着作物的每次收获，必然要从土壤中取走大量养分，如果不正确地归还土壤的养分，地力就将逐渐下降，要想恢复地力就必须归还从土壤中取走的全部养分。 意义：对恢复和维持土壤肥力有积极作用 养分归还方式：一是通过施用有机肥料， 二是通过施用无机肥料。二者各有优缺点，若能配合施用则可取长补短，增进肥效，是农业可持续发展的正确之路。,山西师范大学自然地理课程组,
24、在未来农业发展过程中，养分归还的主要方式是“合理施用化肥”，而不是 “只需施用有机肥料”。 (Why?),因为，施用化肥是提高作物单产和扩大物质循环的保证，目前，农作物所需氮素的70是靠化肥提供的，因而合理施用化肥是现代农业的重要标志。我国几千年传统农业的特点就是有机农业，其特征是作物单产低，因此不符合人口增长的需求。考虑到有机肥料所含养分全面兼有培肥改土的独特功效，充分利用当地一切有机肥源，不仅是农业可持续发展的需要，而且也是减少污染和提高环境质量的需要。,山西师范大学自然地理课程组,3. 最小养分律（1843年） 要点：作物 产量的高低受 土壤中相对含 量最低的养分 所制约。也就 是说，决
25、定作 物产量的是土 壤中相对含量 最少的养分。,最小养分律示意图,山西师范大学自然地理课程组,最小养分随条件而变化的示意图,而最小养分会 随条件变化而变 化，如果增施不 含最小养分的肥 料，不但难以增 产，还会降低施 肥的效益。,意义：指出作物产量与养分供应上的矛盾，表明施肥要有针对性，应合理施肥。,山西师范大学自然地理课程组,李比希观点认识的不足与局限性,尚未认识到养分之间的相互关系；对豆科作物在提高土壤肥力方面的作用认识不足；过于强调矿质养分作用，对腐殖质作用认识不够。,山西师范大学自然地理课程组,李比希是植物营养学科 杰出的奠基人！,杰出学者，光辉著作纪念农业化学奠基者 尤李比希逝世110周年(金善宝，1983),Justus von Liebig 1803-1873,山西师范大学自然地理课程组,思考题与个案分析,怎样理解土壤在地理环境中的地位和作用，以及土壤和人的关系？ 人类应该以什么样的态度来看待和利用土壤？ 试从地理环境要素相互联系、相互作用的角度证明地理圈中包含着土壤圈。 请亲自观察校园绿地或者附近农田林地，选择一个具体的单个土体，运用所学的知识阐述土壤是一个开放系统，并说明该土壤开放系统中的主导物质能量迁移转化过程。,
