中国土壤地质学【土壤学】

后勤部长 · 发表于 2010-5-21 23:56

中国土壤地质学研究进展与展望

土壤地质学作为土壤学与地质学的交叉学科，在过去几十年中，伴随着土壤学、地质学及相关学科的发展，正不断地取得新的发展，并在不同学科和领域中得到应用。笔者在早期《土壤地质科学面临的机遇与挑战》等文章中，曾就我国土壤地质科学的发展简史、土壤地质学相关专著、土壤地质学术会议与活动、土壤地质学面临的机遇与挑战等方面进行了论述。本文将依此为基础，针对国内外研究进展，进一步就土壤地质学的主要研究领域，土壤地质学与其他学科的关系，土壤地质学的研究展望等方面进行论述，以期推动我国土壤地质学的发展。
1土壤地质学的主要研究领域
土壤地质学重点探讨地质与土壤的相互关系、土壤地质对其他因素的影响效应等。近年来，土壤地质学的研究领域主要集中在成土母质与土壤发育、成土母质与土壤分类分区、土壤地质对农业种植业结构的影响等方面的研究。
1．1成土母质与土壤发育
土壤是成土母质在一定水热条件和生物作用下，经过一系列物理化学和生物化学过程形成的。母质是土壤形成的物质基础，不同地质时期发育的成土母质类型决定着相应区域土壤类型的形成与分布。如淮北平原发育的黄潮土、灰潮土和砂姜黑土等与相应的不同成因和性状的成土母质密切相关。在洞庭湖地区，土壤潜育化的程度往往与水文地质、地质构造、地层、地面类型等密切相关。地质背景差异导致不同背景下的土壤元素分布特征差异较大，甚至生长于其上的动植物个性亦产生巨大差异，土壤元素含量及分布特征主要取决于成土母岩(母质)组成和成土作用改造过程。土壤中营养元素分大量、中量、微量三种，除大量营养元素N、P、K受大气、人类活动影响变化较大外，其余元素主要来自母岩。这些元素常常通过其含量、形态反映成土母质的特点和母岩的岩石类型。如在四川金佛山区域，石灰岩样地的土壤有机质含量明显高于砂页岩样地，而砂页岩样地土壤中全氮、全磷含量总体上高于石灰岩样地H1。土壤性质受土壤地质环境特征的影响表现出明显的区域分异性质。在兰州地区的黄河以北，主要分布的土壤类型为灰钙土、栗钙土，成土母质主要为第四纪全新世黄土及次生黄土。在兰州地区的黄河以南，主要分布的土壤类型为灰褐土、草甸土，成土母质主要为前第四纪沉积岩、变质岩的风化残积物及第四纪全新世流水冲积物。此外，土壤中微量元素的丰缺也受地质分布状况的影响和制约。
1．2成土母质与土壤分类分区
根据地学特征对成土母质进行分类，进而建立的土壤单位，即基于地学意义的土壤分类，也属于土壤地质学研究的范畴。在具体工作中，是由地学工作者在收集、分析各类地质资料的基础上，考虑其与成土的关系建立的土壤分类系统"J。该土壤分类系统能较准确地厘定出各类岩石的结构构造、地化性质、沉积环境等特征性参数和空间分布，在此基础上进行的成土母质分类较农业部门所做的相关工作精度更高，具有较大的应用价值。在土壤的形成发育过程中，土壤中营养元素的迁移富集，大气圈、生物圈、岩石圈能量及物质的交换均与地质环境演化的一定阶段和地质作用有关。运用地质理论进行土壤生态分区，根据土壤生态特征与地质环境之间具有密切的成生联系，以地质构造和地貌条件划分土壤生态区、亚区，以土壤类型、母质、微地形、土壤资源评价等级、社会经济条件划分土壤生态片，对于准确客观地反映地球表面能量分配的差异、生态系统及类型的空间分布规律，因地制宜开发利用土地资源，科学合理整治生态环境具有重要的现实意义。考虑地质条件进行土壤生态分区，是当前农业地质生态环境学研究领域中的崭新课题，它的特点是在土壤生态分区原则与方法中突出体现了地质环境对土壤形成与土壤生态的控制规律，避免了生态分区界线的人为性⋯。。
1．3土壤地质对农业、种植业结构的影响
区域土壤地质的差异会对农业、种植业结构的调整产生明显影响。如刘学录等旧1对兰州地区土壤地质环境特征进行研究时发现，黄河以北地区的土壤地质环境，有利于农作物营养物质，特别是糖份的积累，适宜种植瓜类作物。正因为有这种特殊的自然条件，该地区历史上就是瓜类作物，尤其是优质白兰瓜的主要产地。赵小敏等-在实地调查和采样分析的基础上，对南丰蜜橘原产地与引种地的土壤地质背景条件进行了比较，认为土壤地质背景是影响南丰蜜橘果实品质的重要原因。今后在引种扩种时，必须首先进行土壤地质背景的研究，选择在平地或平缓坡地上由近代河流冲积物和红砂岩发育的潮土、红壤土种植。此外，土壤、成土母岩、地球化学元素等地质环境中的相关因子对于蔬菜、金银花、三七、茶叶等植被的生长、发育、品质等均表现出不同程度的影响，并影响到区域的物种多样性指数等。
1．4地质背景与土壤地球化学循环
不同地质背景下土壤地质化学循环也是土壤地质学中研究的热点问题之一。如邓卫东等Ⅲ1在对云南省6个主要地质背景区的土壤、岩石和饲料样品的铜、锰、锌、镁和钾元素进行测定分析后发现，玄武岩和碳酸盐岩红壤区土壤和饲料中钾、镁、锌、锰和铜元素含量较丰富；碳酸盐岩、碎屑岩和玄武岩混合型黄红壤区居中；而由碎屑岩和变质岩发育的土壤区土壤和饲料中钾、镁、锌、锰和铜元素最低。饲料中钾、镁、锌、锰和铜的含量受地质背景值，特别是土壤中元素丰度的影响不大。此外，其他学者也开展了类似的研究，如席冬梅等开展了钴、铁和硒等元素在岩石一土壤一饲料中的分布与转移规律研究引，吴新民等开展了南京及周边地区土壤地球化学特征研究等，Jordan等分析了北爱尔兰不同地质条件对地表土壤地球化学特征的应用，Garcia—Sanchez等针对西班牙萨拉曼卡省分析了砷在土壤和水体环境变化特征及其与地质条件和采矿活动的关系等。
1．5土壤地质学研究的其他领域
1．5．1 土壤地质调查农业地质环境调查是从农业基础地质背景调查人手，以土壤地球化学调查为切人点，与农业科学密切联系、紧密结合的一项工作。从这个意义上说，土壤地质是联结地质学与农学的桥梁与纽带，土壤地质图则是这种桥梁与纽带作用的具体体现。随着全国范围内农业地质工作的广泛开展和不断深入，这种桥梁与纽带作用将会不断加强，土壤地质调查与研究必将受到广大农业地质工作者的广泛关注与重视，并进而推动土壤地质科学的发展嵋。
1．5．2古土壤与地质构造最近10—20年期间，古土壤潜在应用领域大大扩展。埋藏第四纪古土壤的最重要新应用之一，是对东欧、中国、前苏联中亚地区及其他一些区域的黄土层序中多种土壤的古气候解释。这些黄土层序提供了最近240万年期间气候变化的详细记录，其详细程度至少能与深海岩心氧同位素记录相媲美。埋藏古土壤另一项重要的新应用领域是估算构造事件的发生时间和频度，进而计算过去地震活跃期的持续时间并在此基础上预测未来的地震将在何时发生。
1．5．3 土壤地质与人体健康微量元素供应超过或低于人体生理需要量均会引起生理机能的亢进或衰退，影响人体健康。而不同地域土壤地质环境中含有的宏量、微量元素不同，会造成人体中对某些元素摄取量过多，某些元素摄取量较少，进而引发相应的地方病发生。如在三峡库区，灰岩母岩区土壤元素富集而泥岩母岩区土壤元素贫乏，As、Br、B、Sb、C、F、I、Li、Mo、CaO等元素在灰岩母岩区土壤中含量大于泥岩区2倍以上。泥岩母岩区土壤元素含量较灰岩母岩区高的元素仅有Ba、P、Sr、Na 0、Si。元素分布的差异与三峡库区的地氟病与克山病分布关系密切，地氟病高发区主要分布于灰岩母岩风化形成的高氟土壤区，克山病则主要发生于泥岩母岩风化形成的低硒土壤区。地质背景对地方性疾病具有明显的区域控制作用。
1．5．4地质地貌对土壤侵蚀的作用地质地貌的特征也对土壤侵蚀产生显著影响。在豫西黄河流域，土壤侵蚀规律受区域地质、地貌及地表岩性控制，呈现出不同的侵蚀特征。其中，处于地壳上升区、地表岩性疏松，垂直裂隙及大空隙发育的黄土丘陵沟壑区侵蚀严重。而对于处于地壳上升区、地表岩性坚硬的区域或处于地壳沉降区的区域，土壤侵蚀则相对较弱旧。在浙江省，不同地质构造区域的土壤侵蚀模数差异显著嵋⋯，在陕北和陇中地区，由于不同区域间的岩性、地貌组合类型、地质地貌发育过程等因素的差异明显，相应的土壤侵蚀量、侵蚀强度和粗泥沙量差异明显。
1．5．5土壤地质学与3s技术近年来，随着土壤地质学在宏观尺度研究方面的加强，3s技术在土壤地质学中也得到了广泛的应用。如Drake等在对美国内华达州中部地区开展研究中，应用了SWIRAVIRIS遥感影像，采取光谱匹配和混合建模的方法进行了半干旱灌丛区土壤、地质和植被制图研究。Zhang等针对澳大利亚NaMOI流域，应用Arclnfo系统建立了地质、土壤、土地利用相关的数据库。Jordan等在分析北爱尔兰地质条件对地表土壤地球化学特征的影响效应时，综合应用了GIS技术和统计学方法¨刘等。Bui等在对澳大利亚Murray—Darling流域表层地质和土壤制图研究中，也充分应用了空间模型等技术方法等。
2土壤地质学与其他学科的关系
土壤地质科学作为一门交叉学科，与土壤学、地质学、农业地质、生态环境地质学、土地科学等学科既相互联系又相互独立。
2．1土壤地质学与土壤学、地质学地质环境间接或直接地影响土壤的水、肥、气、热，导致土壤属性的差别，地质环境与土壤有着密切关系。土壤是成土母质在一定水热条件和生物作用下，经过一系列物理、化学和生物化学过程形成的。母质是土壤形成的物质基础，母质中的原生矿物是土壤中各种化学元素的初始来源。土壤学中有三个方面涉及到地质学。第一，是按岩性分出成土母岩类型；第二，从成土母岩的常量元素及其化合物对土壤化学性状的影响；第三，成土母岩对土壤物理性状的影响。地质学在理论上影响了土壤学理论的发展，在实践上脱离地质学基础的土壤学，也是难以解决当前实际问题。土壤地质学是扎根于地质学的土壤学，在不断吸收地质学营养的基础上不断发展壮大。土壤地质学以土壤学、地质学为母体，土壤学与地质学互为研究基础。土壤地质学不同于土壤学其他分支学科(如土壤物理、土壤化学、土壤地理学等)的关键因素是其内在的地学基础，其研究过程主要围绕成土质、基岩、成土作用及表生水文地质环境等展开，主要研究内容包括岩石、矿物与土壤发生、发育的关系，内力地质作用与土壤形成等。
2．2 土壤地质学与生态环境地质学、环境地质学生态环境地质学是地质科学的一门新兴的分支学科，它以生态学、环境科学与地质科学相结合为特点，属新近创立的边缘学科。环境地质学是地质科学与环境科学相交叉的产物，属地质科学的分支学科；环境科学以“人类生存环境是一个自然一社会一经济复合生态系统的基本原理”为基础，以人类一环境系统”为研究对象，主要研究“环境的负效应，特别是次生环境问题”，因此又将生态环境。地质学视为环境科学的重要组成部分。生态环境地质学不仅研究自然环境自身变化所引起的原生环境问题，也研究人类活动作用于周围环境所引起的次生环境问题，研究范围较环境科学有所外延。其次，它不仅研究生态系统、生物多样性等内容，也从地学角度研究生物多样性减少等生态问题，研究角度较经典生态学有所扩展。土壤地质学与生态环境地质学、环境地质学相比，具有共同的地质学研究的基础，但从归属上来看，属于土壤学和地质学的分支。若从研究内容上来分析，土壤地质学不仅研究地质条件与土壤属性的关系，也探讨土壤地质交互作用对植被、土壤分区、生命健康的影响，研究内容与生态环境地质学有相同的部分，但也表现出明显的不同。
2．3 土壤地质学与农业地质学土壤地质学的另一个母体——地质学与农学的交叉称为农业地质学。农业地质学是地质科学向农业拓展并交融渗透构建的一门新的边缘学科。其研究对象为农业地质背景、农业土壤地质以及促进农业发展的农用矿质养分∞引。其中，土壤地质是农业地质学的主要研究内容，但农业地质并不等同于土壤地质。农业地质主要反映了在其他条件相同的情况下，优势作物和名优特农产品决定于所处的地质体类型。所谓地质体类型是指“岩石、形成岩石的时代、衍化成土壤以及地下水的一个综合体”。地质体类型也是一般所说的农业地质背景，它对于优势作物和名特优农产品的影响显著。土壤地质学则是强调地质条件与土壤性状的交互作用。
2．4土壤地质学与土地科学
土地科学是以土地的自然、社会经济属性为基础，以土地类型、质量、数量、空间分布和供求矛盾作为研究对象，具体研究土地与人之间的相互关系，土地利用与保护，土地整治与管理及其发展变化规律的一门学科。它要解决的实际问题是如何持续利用土地，促进人口、土地、环境的协调发展。土地科学主要包括土地资源学、土地经济学、土地利用学、土地管理学、土地法学、土地信息学等分学科。土壤地质学与土地科学的联系，主要表现在土壤地质学研究的内容能够为土地资源评价、土地利用规划、土地资源开发与整治提供必要的研究基础；在某种意义上属于土地科学的基础学科。土地科学则为土壤地质学的应用提供了非常广阔的研究空间。
3研究展望
随着土壤学和地质学发展，以及土壤地质学与其他学科的相互渗透，作为一门新兴的边缘学科，土壤地质学呈现出良好的发展态势，将会随着各门学科的协同发展，而逐渐成熟起来。在今后的研究中，土壤地质学将呈现出如下发展方向。
3．1 加强与生态环境保护和资源可持续利用相结合随着生态环境破坏的日趋严重，人们越来越意识到保护环境和合理分配、利用资源的重要性。国家也在创建资源节约、环境友好型社会方面向学术界提出了重大需求。在今后的研究中，土壤地质学需要跳出早期地质与土壤相互关系的狭义圈子，大力拓展新的研究领域，将土壤地质研究与区域生态环境保护、资源可持续利用相结合，开拓新的研究领域，在增强服务社会的能力同时，提升整体科研水平。
3．2密切土壤地质学与土地科学的联系成土母质是土壤发育的母体，而土壤是土地自然属性研究的主体内容。地质、土壤、土地的天然联系决定了土壤地质学在土地科学中的基础地位。在今后的研究中，有待于进一步密切土壤地质学与土地科学的联系，加强土壤地质学研究方法、研究
内容在土地科学研究中的应用。如在土地资源评价、土地利用规划、国土资源主体功能区划分、土地生态环境建设、土地整理等领域，积极应用土壤地质学研究中的思想和方法，从而在服务土地科学的同时，推动土壤地质学的发展。
3．3开展多尺度综合研究尺度是指所研究客体或过程的时间维和空间维，是某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。在土壤地质学的研究中，往往只重视单一尺度的研究，如在宏观尺度上探讨地质条件与土壤类型的关系，或在微观尺度上分析土壤微形态的地质学解释，但是较少开展多尺度地质条件与土壤特征的综合分析研究。但是，多尺度的综合研究却有望为土壤地质学研究带来新的研究视角，从而推动土壤地质学在研究方法和研究结论上出现新的突破。
3．4注重理论与技术的更新土壤地质学作为一门新兴的边缘学科，其理论基础源于土壤学与地质学的专业理论，有待于在科研实践中进行理论创新。在土壤地质学的研究中，需要采用精密灵敏的分析仪器和科学的测试、鉴定方法，确定岩石、土壤结构和性质，获取土壤在植物或有机体中的元素含量和化学成分等；同时，也需要针对宏观尺度，进行基础数据的建设和空间数据分析。在这些研究过程中，也需要积极探索新的研究技术和方法，充分利用现代技术，如3s技术等，提高土壤地质研究成果的精度和综合应用水平。

01第一章地质学基础.ppt
02第二章岩石风化与土壤形成.ppt
03第三章土壤生物.ppt
04第四章土壤有机质.ppt
05第五章土壤质地、结构与孔性.ppt
06第六章土壤水.ppt
07第七章土壤空气和热量.ppt
08第八章土壤胶体和土壤离子交换.ppt
09第九章土壤酸碱性及缓冲性.ppt
10第十章土壤养分.ppt
11第十一章土壤与林木营养诊断.ppt
12第十二章肥料与林木施肥.ppt
13第十三章土壤退化与土壤质量.ppt
14第十四章土壤污染与防治.ppt

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