土壤(學名:soil)是指地球表面的一層疏松的物質(zhì),由各種顆粒狀礦物質(zhì)、有機物質(zhì)、水分、空氣、微生物等組成,能生長植物。土壤由巖石風化而成的礦物質(zhì)、動植物,微生物殘體腐解產(chǎn)生的有機質(zhì)、土壤生物(固相物質(zhì))以及水分(液相物質(zhì))、空氣(氣相物質(zhì)),氧化的腐殖質(zhì)等組成。
固體物質(zhì)包括土壤礦物質(zhì)、有機質(zhì)和微生物通過光照抑菌滅菌后得到的養(yǎng)料等。液體物質(zhì)主要指土壤水分。氣體是存在于土壤孔隙中的空氣。土壤中這三類物質(zhì)構成了一個矛盾的統(tǒng)一體。它們互相聯(lián)系,互相制約,為作物提供必需的生活條件,是土壤肥力的物質(zhì)基礎。
構成
土壤里的物質(zhì)可以概括為三個部分:固體部分、液體部分和氣體部分。
土壤礦物質(zhì)是巖石經(jīng)過風化作用形成的不同大小的礦物顆粒(砂粒、土粒和膠粒)。土壤礦物質(zhì)種類很多,化學組成復雜,它直接影響土壤的物理、化學性質(zhì),是作物養(yǎng)分的重要來源之一。
土壤由礦物質(zhì)和腐殖質(zhì)組成的固體土粒是土壤的主體,約占土壤體積的50%,固體顆粒間的孔隙由氣體和水分占據(jù)。
土壤氣體中絕大部分是由大氣層進入的氧氣、氮氣等,小部分為土壤內(nèi)的生命活動產(chǎn)生的二氧化碳和水汽等。土壤中的水分主要由地表進入土中,其中包括許多溶解物質(zhì)。
土壤中還有各種動物、植物和微生物。
有機質(zhì)
有機質(zhì)含量的多少是衡量土壤肥力高低的一個重要標志,它和礦物質(zhì)緊密地結合在一起。在一般耕地耕層中有機質(zhì)含量只占土壤干重的0.5%~2.5%,耕層以下更少,但它的作用卻很大,群眾常把含有機質(zhì)較多的土壤稱為“油土”。土壤有機質(zhì)按其分解程度分為新鮮有機質(zhì)、半分解有機質(zhì)和腐殖質(zhì)。腐殖質(zhì)是指新鮮有機質(zhì)經(jīng)過酶的轉化所形成的灰黑土色膠體物質(zhì),通過陽光殺滅了致病的有害菌病毒寄生蟲后,保留其營養(yǎng)物質(zhì)的土壤,一般占土壤有機質(zhì)總量的85%~90%以上。
腐殖質(zhì)的作用主要有以下幾點:
(一)作物養(yǎng)分的主要來源
腐殖質(zhì)既含有氮、磷、鉀、硫、鈣等大量元素,還有微量元素,經(jīng)微生物分解可以釋放出來供作物吸收利用。
(二)增強土壤的吸水、保肥能力
腐殖質(zhì)是一種有機膠體,吸水保肥能力很強,一般粘粒的吸水率為50%~60%,而腐殖質(zhì)的吸水率高達400%~600%;保肥能力是粘粒的6~10倍。
(三)改良土壤物理性質(zhì)
腐殖質(zhì)是形成團粒結構的良好膠結劑,可以提高粘重土壤的疏松度和通氣性,改變砂土的松散狀態(tài)。同時,由于它的顏色較深,有利吸收陽光,提高土壤溫度。
(四)促進土壤植物的生長
腐殖質(zhì)為植物生長提供了豐富的養(yǎng)分和能量,土壤酸堿適宜,因而有利植物生長,促進土壤養(yǎng)分的轉化。
(五)作物生長發(fā)育
腐殖質(zhì)在分解過程中產(chǎn)生的腐殖酸、有機酸、維生素及一些激素,對作物生育有良好的促進作用,可以增強呼吸和對養(yǎng)分的吸收,促進細胞分裂,從而加速根系和地上部分的生長。土壤有機質(zhì)主要來源于施用的有機肥料和殘留的根茬。許多社隊采用柴草墊圈、秸稈還田、割青漚肥、草田輪作、糧肥間套、擴種綠肥等措施,提高土壤有機質(zhì)含量,使土壤越種越肥,產(chǎn)量越來越高,應當因地制宜加以推廣。
微生物
土壤微生物的種類很多,只有抑制有害菌,利用這些菌產(chǎn)生的植物需要的一些養(yǎng)料。如進行有效的陽光照射后,細菌、真菌、放線菌、原生動物、被有效的殺滅,腐體可作養(yǎng)料。土壤微生物的數(shù)量很大,1克土壤中就有幾億到幾百億個。1畝地耕層土壤中,微生物的重量有幾百斤到上千斤。土壤越肥沃,微生物的利用率也越高。
植物莖葉中含有果膠酶、纖維素酶、過氧化氫酶、琥珀酸硫激酶、琥珀酸脫氫酶、延胡索酸酶、蘋果酸脫氫酶等,把植物的莖葉作為肥料,是作物生長的必要營養(yǎng)的來源。
微生物在土壤中的主要作用如下:
(一)分解有機質(zhì)
作物的殘根敗葉和施入土壤中的有機肥料,只有經(jīng)過土壤微生物的作用,才能腐爛分解,釋放出營養(yǎng)元素,供作物利用;并且形成腐殖質(zhì),改善土壤的理化性質(zhì)。
(二)分解礦物質(zhì)
例如磷細菌能分解出磷礦石中的磷,鉀細菌能分解出鉀礦石中的鉀,以利作物吸收利用。
(三)固定氮素
氮氣在空氣的組成中占4/5,數(shù)量很大,但植物不能直接利用。土壤中有一類叫做固氮菌的微生物,能利用空氣中的氮素作食物,在它們死亡和分解后,這些氮素就能被作物吸收利用。固氮菌分兩種,一種是生長在豆科植物根瘤內(nèi)的,叫根瘤菌,種豆能夠肥田,就是因為根瘤菌的固氮作用增加了土壤里的氮素;另一類單獨生活在土壤里就能固定氮氣,叫自生固氮菌。另外,有些微生物在土壤中會產(chǎn)生有害的作用。例如反硝化細菌,能把硝酸鹽還原成氮氣,放到空氣里去,使土壤中的氮素受到損失。實行深耕、增施有機肥料、給過酸的土壤施石灰、合理灌溉和排水等措施,可促進土壤中有益微生物的繁殖,發(fā)揮微生物提高土壤肥力的作用。
水分
土壤是一個疏松多孔體,其中布滿著大大小小蜂窩狀的孔隙。直徑0.001~0.1毫米的土壤孔隙叫毛管孔隙。存在于土壤毛管孔隙中的水分能被作物直接吸收利用,同時,還能溶解和輸送土壤養(yǎng)分。毛管水可以上下左右移動,但移動的快慢決定于土壤的松緊程度。松緊適宜,移動速度最快,過松過緊,移動速度都較慢。降水或灌溉后,隨著地面蒸發(fā),下層水分沿著毛管迅速向地表上升,應在分墑后及時采取中耕、耙、耱等措施,使地表形成一個疏松的隔離層,切斷上下層毛管的聯(lián)系,防止跑墑。“鋤頭有水”的科學道理就在這里。土壤含水量降至黃墑以下時,毛管水運行基本停止,土壤水分主要以氣化方式向大氣擴散丟失。這時進行鎮(zhèn)壓(碾地),使地表形成略為緊實的土層,一方面可以接通已斷的毛細管,使底墑借毛管作用上升;另一方面可減少大孔隙,防止水汽擴散損失,所以群眾說“碾子提墑,碾子藏墑”。鎮(zhèn)壓后耱地,使耕層上再形成一個平整而略松的薄層,保墑效果更好。五、土壤空氣土壤空氣對作物種子發(fā)芽、根系發(fā)育、微生物活動及養(yǎng)分轉化都有極大的影響。生產(chǎn)上應采用深耕松土、破除扳結、排水、曬田(指稻田)等措施,以改善土壤通氣狀況,促進作物生長發(fā)育。
在19世紀末,俄國土壤學家道庫恰耶夫(V.V.Dokuchaisv)從土壤發(fā)生學的觀點,認為土壤的性質(zhì)是氣候、生物、地形、母質(zhì)和時間等成土因素綜合作用的結果。土壤是發(fā)育于地球陸地表面具有一定肥力且能夠生長植物的疏松表層(包括海、湖淺水區(qū))。它是地球表面上的附著物,人力可以搬動土壤。
分類原則
第二次全國土壤普查匯總的中國土壤分類系統(tǒng),采用土綱、亞綱、土類、亞類、土屬、土種、變種7級分類,是以土類和土種為基本分類單元的分級分類制。土類以下細分亞類,土種以下細分變種。土屬為土類和土種間的過渡單元,具有承上啟下作用。土類以上歸納為土綱、亞綱,以概括土類間的某些共性。
土綱
根據(jù)土類間的發(fā)生和性狀的共性加以概括。全國土壤共分鐵鋁土、淋溶土、半淋溶土、鈣層土、干旱土、漠土,初育土、半水成土、水成土、鹽堿土、人為土、高山土等12土綱。
亞綱
根據(jù)土壤形成過程的主要控制因素的差異劃分。土壤水分狀況和土壤溫度狀況的差異常用作亞綱的劃分依據(jù),如鐵鋁土綱根據(jù)溫度狀況不同劃分為濕熱鐵鋁土和濕暖鐵鋁土兩個亞綱。
分類基本單元
它是在一定的綜合自然條件或人為因素作用下,經(jīng)過一個主導的或幾個附加的次要成土過程,具有一定相似的發(fā)生層次,土類間在性質(zhì)上有明顯的差異。劃分土類的依據(jù)是:
1)地帶性土壤類型和當?shù)氐纳铩夂驐l件相吻合;非地帶性土壤類型(如巖成土、水成土)可由特殊的母質(zhì)或過多的地表水或地下水的影響而形成。
2)在自然因素與人為因素(如耕作、施肥、灌溉、排水等)作用下,具有一定特征的成土過程,如灰化過程或潛育化過程、粘化過程、富鋁化過程、水耕熟化過程等。
3)每一個土類具有獨特的剖面形態(tài)及相應的土壤屬性,特別是具有作為鑒定該土壤類型特征的診斷層,例如,灰化土的灰化層、褐土的粘化層、紅壤的富鋁化層。
4)由于成土條件和成土過程的綜合影響,在同一土類內(nèi),必定有其相似的肥力特征和改良利用的方向與途徑。例如紅壤的酸性、鹽土的鹽分、褐土的干旱問題。
亞類
在土類范圍內(nèi)的進一步劃分。亞類劃分的主要依據(jù)是:
1)同一土類的不同發(fā)育階段,表現(xiàn)為成土過程和剖面性態(tài)上的差異。例如,把褐土劃分為淋溶褐土和石灰性褐土,就是反映了褐土中碳酸鹽的積聚與淋溶的不同發(fā)育階段。
2)不同土類之間的相互過渡,表現(xiàn)為主要成土過程中同時產(chǎn)生附加的次要成土過程,例如,鹽土和草甸土之間的過渡類型有草甸鹽土亞類和鹽化草甸土亞類。
土屬
具有承上啟下的特點,是土壤在地方性因素的影響下所表現(xiàn)出的區(qū)域性變異,這些區(qū)域性變異因素主要有:
1)成土母質(zhì)類型:例如,殘積的、洪積的、沖積的母質(zhì);酸性鹽類及基性巖類等母巖風化物。
2)地形部位特征:崗坡地——燥性的,暖性的;洼地或陰坡——涼性的、冷性的以及某些以地形為主體的綜合表現(xiàn),如塝田、沖田、峒田、洋田等概念。
3)水文地質(zhì)條件:主要指區(qū)域水文地質(zhì)條件及地下水或土壤的化學組成,例如,平原區(qū)不同礦化度的地下水引起鹽分組成上所發(fā)生的差異;山麓鈣質(zhì)水對土體中砂姜形成的影響等。
4)古土壤形成過程的殘留特征:例如,殘余鹽土、殘余沼澤土等。
5)耕種影響:某些農(nóng)業(yè)土壤,例如黃壚土(耕種褐土)、耕種草甸土、黃剛土(耕種黃棕壤)等,尚未形成獨特的土類及亞類,則均可列入土屬。
土種
基層分類的基本單元。同一土種發(fā)育在相同的母質(zhì)上,并且有相似的發(fā)育程度和剖面層次排列。表現(xiàn)為主要層次的排列順序、厚度、質(zhì)地、結構、顏色、有機質(zhì)含量和pH值等基本相似,只在量上有些差異。至于具體反映變異的指標,應根據(jù)各地區(qū)、各土種的特點而進行具體規(guī)定。
變種
土種范圍內(nèi)的細分。劃分的依據(jù)是土種在某些性狀上的差異,例如,表層或表層以下某些質(zhì)地的變化;沖積平原表土層以下某些較次要的質(zhì)地層次的出現(xiàn);某些質(zhì)地層位、厚度的變異;地面覆蓋程度的變異;新修梯田、其他新形成的田地土壤中所表現(xiàn)出的不十分穩(wěn)定的熟化特征等。
演變
中國在20世紀三、四十年代,曾采用美國馬伯特制訂的的土壤分類;50年代初期開始,采用蘇聯(lián)的地理發(fā)生學土壤分類。1958年-1960年全國第一次土壤普查時,總結農(nóng)民群眾鑒別土壤農(nóng)業(yè)性狀的經(jīng)驗,提出了第一個農(nóng)業(yè)土壤分類系統(tǒng)。1978年中國土壤學會提出了《全國土壤分類暫行草案》。在此基礎上,全國第二次土壤普查開始時,于1979年7月提出《暫擬土壤工作分類系統(tǒng)》(修改稿);在此次土壤普查的野外工作接近完成時,于1987年12月在太原召開土壤分類會議擬訂出《中國土壤分類系統(tǒng)》,經(jīng)過修改,于1992年定稿,確立了12個土綱、29個亞綱、61個土類和231個亞類的高級分類單元;基層分類單元為土屬、土種和變種,而以土種為基本單元。
形成
在19世紀末,俄國土壤學家道庫恰耶夫(V.V.Dokuchaisv)從土壤發(fā)生學的觀點,認為土壤的性質(zhì)是氣候、生物、地形、母質(zhì)和時間等成土因素綜合作用的結果。土壤是發(fā)育于地球陸地表面具有一定肥力且能夠生長植物的疏松表層(包括海、湖淺水區(qū))。它是地球表面上的附著物,人力可以搬動土壤。
母質(zhì)因素
風化作用使巖石破碎,理化性質(zhì)改變,形成結構疏松的風化殼,其上部可稱為土壤母質(zhì)。如果風化殼保留在原地,形成殘積物,便稱為殘積母質(zhì);如果在重力、流水、風力、冰川等作用下風化物質(zhì)被遷移形成崩積物、沖積物、海積物、湖積物、冰磧物和風積物等,則稱為運積母質(zhì)。成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎和植物礦質(zhì)養(yǎng)分元素
(氮除外)的最初來源。母質(zhì)代表土壤的初始狀態(tài),它在氣候與生物的作用下,經(jīng)過上千年的時間,才逐漸轉變成可生長植物的土壤。母質(zhì)對土壤的物理性狀和化學組成均產(chǎn)生重要的作用,這種作用在土壤形成的初期階段最為顯著。隨著成土過程進行得愈久,母質(zhì)與土壤間性質(zhì)的差別也愈大,盡管如此,土壤中總會保存有母質(zhì)的某些特征。
首先,成土母質(zhì)的類型與土壤質(zhì)地關系密切。不同造巖礦物的抗風化能力差別顯著,其由大到小的順序大致為:石英→白云母→鉀長石→黑云母→鈉長石→角閃石→輝石→鈣長石→橄欖石。因此,發(fā)育在基性巖母質(zhì)上的土壤質(zhì)地一般較細,含粉砂和粘粒較多,含砂粒較少;發(fā)育在石英含量較高的酸性巖母質(zhì)上的土壤質(zhì)地一般較粗,即含砂粒較多而含粉砂和粘粒較少。此外,發(fā)育在殘積物和坡積物上的土壤含石塊較多,而在洪積物和沖積物上發(fā)育的土壤具有明顯的質(zhì)地分層特征。
其次,土壤的礦物組成和化學組成深受成土母質(zhì)的影響。不同巖石的礦物組成有明顯的差別,使其上發(fā)育的土壤
的礦物組成也就不同。發(fā)育在基性巖母質(zhì)上的土壤,含角閃石、輝石、黑云母等深色礦物較多;發(fā)育在酸性巖母質(zhì)上的土壤,含石英、正長石和白云母等淺色礦物較多;其他如冰磧物和黃土母質(zhì)上發(fā)育的土壤,含水云母和綠泥石等粘土礦物較多,河流沖積物上發(fā)育的土壤亦富含水云母,湖積物上發(fā)育的土壤中多蒙脫石和水云母等粘土礦物。從化學組成方面看,基性巖母質(zhì)上的土壤一般鐵、錳、鎂、鈣含量高于酸性巖母質(zhì)上的土壤,而硅、鈉、鉀含量則低于酸性巖母質(zhì)上的土壤,石灰?guī)r母質(zhì)上的土壤,鈣的含量最高。
氣候因素
氣候對于土壤形成的影響,表現(xiàn)為直接影響和間接影響兩個方面。直接影響指通過土壤與大氣之間經(jīng)常進行的水分和熱量交換,對土壤水、熱狀況和土壤中物理、化學過程的性質(zhì)與強度的影響。通常溫度每增加10℃,化學反應速度平均增加1~2倍;溫度從0℃增加到50℃,化合物的解離度增加7倍。在寒冷的氣候條件下,一年中土壤凍結達幾個月之久,微生物分解作用非常緩慢,使有機質(zhì)積累起來;而在常年溫暖濕潤的氣候條件下,微生物活動旺盛,全年都能分解有機質(zhì),使有機質(zhì)含量趨于減少。
氣候還可以通過影響巖石風化過程以及植被類型等間接地影響土壤的形成和發(fā)育。一個顯著的例子是,從干燥的荒漠地帶或低溫的苔原地帶到高溫多雨的熱帶雨林地帶,隨著溫度、降水、蒸發(fā)以及不同植被生產(chǎn)力的變化,有機殘體歸還逐漸增多,化學與生物風化逐漸增強,風化殼逐漸加厚。
生物因素
生物是土壤有機物質(zhì)的來源和土壤形成過程中最活躍的因素。土壤的本質(zhì)特征——肥力的產(chǎn)生與生物的作用是密切相關的。在生物作用下從巖石到土壤的形成過程見圖9-7。
巖石表面在適宜的日照和濕度條件下滋生出苔薛類生物,它們依靠雨水中溶解的微量巖石礦物質(zhì)得以生長,同時產(chǎn)生大量分泌物對巖石進行化學、生物風化;隨著苔蘚類的大量繁殖,生物與巖石之間的相互作用日益加強,巖石表面慢慢地形成了土壤;此后,一些高等植物在年幼的土壤上逐漸發(fā)展起來,形成土體的明顯分化。
在生物因素中,植物起著最為重要的作用。綠色植物有選擇地吸收母質(zhì)、水體和大氣中的養(yǎng)分元素,并通過光合作用制造有機質(zhì),然后以枯枝落葉和殘體的形式將有機養(yǎng)分歸還給地表。不同植被類型的養(yǎng)分歸還量與歸還形式的差異是導致土壤有機質(zhì)含量高低的根本原因。例如,森林土壤的有機質(zhì)含量一般低于草地,這是因為草類根系茂密且集中在近地表的土壤中,向下則根系的集中程度遞減,從而為土壤表層提供了大量的有機質(zhì),而樹木的根系分布很深,直接提供給土壤表層的有機質(zhì)不多,主要是以落葉的形式將有機質(zhì)歸還到地表。動物除以排泄物、分泌物和殘體的形式為土壤提供有機質(zhì),并通過啃食和搬運促進有機殘體的轉化外,有些動物如蚯蚓、白蟻還可通過對土體的攪動,改變土壤結構、孔隙度和土層排列等。微生物在成土過程中的主要功能是有機殘體的分解、轉化和腐殖質(zhì)的合成。
地形因素
地形對土壤形成的影響主要是通過引起物質(zhì)、能量的再分配而間接地作用于土壤的。在山區(qū),由于溫度。降水和濕度隨著地勢升高的垂直變化,形成不同的氣候和植被帶,導致土壤的組成成分和理化性質(zhì)均發(fā)生顯著的垂直地帶分化。對美國西南部山區(qū)土壤特性的考察發(fā)現(xiàn),土壤有機質(zhì)含量、總孔隙度和持水量均隨海拔高度的升高而增加,而pH值隨海拔高度的升高而降低。此外,坡度和坡向也可改變水、熱條件和植被狀況,從而影響土壤的發(fā)育。在陡峭的山坡上,由于重力作用和地表徑流的侵蝕力往往加速疏松地表物質(zhì)的遷移,所以很難發(fā)育成深厚的土壤;而在平坦的地形部位,地表疏松物質(zhì)的侵蝕速率較慢,使成土母質(zhì)得以在較穩(wěn)定的氣候、生物條件下逐漸發(fā)育成深厚的土壤。陽坡由于接受太陽輻射能多于陰坡,溫度狀況比陰坡好,但水分狀況比陰坡差,植被的覆蓋度一般是陽坡低于陰坡,從而導致土壤中物理、化學和生物過程的差異。
時間因素
在上述各種成土因素中,母質(zhì)和地形是比較穩(wěn)定的影響因素,氣候和生物則是比較活躍的影響因素,它們在土壤形成中的作用隨著時間的演變而不斷變化。在酷熱、嚴寒、干旱和洪澇等極端環(huán)境中,以及堅硬巖石上形成的殘積母質(zhì)上,可能需要數(shù)千年的時間才能形成土壤發(fā)生層,例如在沙丘土中,特別是在林下,典型灰壤的發(fā)育需要1000~1500年。但在變化比較緩和的環(huán)境條件中,以及利于成土過程進行的疏松成土母質(zhì)上,土壤剖面的發(fā)育要快得多。
土壤發(fā)育時間的長短稱為土壤年齡。從土壤開始形成時起直到目前為止的年數(shù)稱為絕對年齡。例如,北半球現(xiàn)存的土壤大多是在第四紀冰川退卻后形成和發(fā)育的。高緯地區(qū)冰磧物上的土壤絕對年齡一般不超過一萬年,低緯未受冰川收用地區(qū)的土壤絕對年齡可能達到數(shù)十萬年至百萬年,其起源可追溯到第三紀。
由土壤的發(fā)育階段和發(fā)育程度所決定的土壤年齡稱為相對年齡。在適宜的條件下,成土母質(zhì)首先在生物的作用下進入幼年土壤發(fā)育階段,這一階段的特點是土體很薄,有機質(zhì)在表土積累,化學-生物風化作用與淋溶作用很弱,剖面分化為A層和C層,土壤的性質(zhì)在很大程度上還保留著母質(zhì)的特征。隨著B層的形成和發(fā)育,土壤進入成熟階段,這一階段有機質(zhì)積累旺盛,易風化的礦物質(zhì)強烈分解,在淀積層中粘粒大量積聚,土壤肥力和自然生產(chǎn)力均達到最高水平。經(jīng)過相當長的時間以后,成熟土壤出現(xiàn)強烈的剖面分化,出現(xiàn)E層,并使A層和B層的特征發(fā)生顯著差異,有機質(zhì)累積過程減弱,礦物質(zhì)分解進入最后階段,只有抗風化最強的礦物殘留在土體中,淀積層中粘粒積聚形成粘盤,土壤進入老年階段,這一階段土壤的肥力和自然生產(chǎn)力都明顯降低。
人類因素
在五大自然成土因素之外,人類生產(chǎn)活動對土壤形成的影響亦不容忽視,主要表現(xiàn)在通過改變成土因素作用于土壤的形成與演化。其中以改變地表生物狀況的影響最為突出,典型例子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動,它以稻、麥、玉米、大豆等一年生草本農(nóng)作物代替天然植被,這種人工栽培的植物群落結構單一,必須在大量額外的物質(zhì)、能量輸入和人類精心的護理下才能獲得高產(chǎn)。因此,人類通過耕耘改變土壤的結構、保水性、通氣性;通過灌溉改變土壤的水分、溫度狀況;通過農(nóng)作物的收獲將本應歸還土壤的部分有機質(zhì)剝奪,改變土壤的養(yǎng)分循環(huán)狀況;再通過施用化肥和有機肥補充養(yǎng)分的損失,從而改變土壤的營養(yǎng)元素組成、數(shù)量和微生物活動等。最終將自然土壤改造成為各種耕作土壤。人類活動對土壤的積極影響是培育出一些肥沃、高產(chǎn)的耕作土壤,如水稻土等;同時由于違反自然成土過程的規(guī)律,人類活動也造成了土壤退化如肥力下降、水土流失、鹽漬化、沼澤化、荒漠化和土壤污染等消極影響。
成土因素學說的基本觀點可概括為:
①土壤是一種獨立的自然體,它是在各種成土因素非常復雜的相互作用下形成的。
②對于土壤的形成來說,各種成土因素具有同等重要性和相互不可替代性。其中生物起著主導作用。土壤是一定時期內(nèi),在一定的氣候和地形條件下,活有機體作用于成土母質(zhì)而形成的。
特征及改良
①塊狀結構體
近似立方體型,長、寬、高大體相等,走私一般大于3cm,1-3cm之內(nèi)的稱作核狀結構體,外形不規(guī)則,多在粘重而乏有機質(zhì)的土中生成,熟化程度低的死黃土常見此結構,由于相互支撐,會增大孔隙,造成水分快速蒸發(fā)跑墑,多有壓苗作用,不利植物生長繁育。
改良方法:可在墑情合適時耙耱,冬季凍土后,輾壓,以提高土壤有機質(zhì)含量,也可摻河沙或爐渣灰來改良。
②片狀結構體
水平面排列,水平軸比垂直軸長,界面呈水平薄片狀;農(nóng)田犁耕層、森林的灰化層、園林壓實的土壤均屬此類。不利于通氣透水,造成土壤干旱,水土流失。
改良方法:松土施用有機肥,公園街道綠地行人常經(jīng)過的地方,可進行透氣鋪裝、種植地被植物或進行必要的圍欄保護,結皮和板結的可采取適墑深翻,增施有機肥解決。
③柱狀棱狀結構體
沿垂直軸排列,垂直軸大于水平軸,土體直立,結構體大小不一,堅實硬,內(nèi)部無效孔隙占優(yōu)勢,植物的根系難以介入、通氣不良、結構體之間有形成的大裂隙,既漏水又漏肥。
改良方法:通過深翻施肥和深翻種植綠肥。
④團粒結構體
這是最適宜植物生長的結構體土壤類型,它在一定程度上標志著土壤肥力的水平和利用價值。其能協(xié)調(diào)土壤水分和空氣的矛盾;能協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分的消耗和累積的矛盾;能調(diào)節(jié)土壤溫度,并改善土壤的溫度狀況;能改良土壤的可耕性,改善植物根系的生長伸長條件。
耕層
土壤耕層是對于耕作的土壤來說的,對于仍處于自然形態(tài)的土壤來說是沒有這個概念的。土壤耕層的形成是由于人類的農(nóng)業(yè)種植活動擾亂了土壤的自然狀態(tài)下的結構,是土壤表層大約0~20cm。土壤耕層以下的層次稱為耕底層。對于土壤耕層到底有多厚是如何劃分的,西北農(nóng)林科技大學土壤學專家王益權教授認為區(qū)分土壤耕層主要是有兩個出發(fā)點:一是土壤的肥力,也就是土壤主要的養(yǎng)分有機質(zhì)的集中層;二是土壤的根系的長度,耕作層自然要與植物根系所對應。根據(jù)這兩點各個地方的耕層是不一致的,但是為了研究方便我們一般來說把從土表面0~20cm這個垂直厚度作為土壤的耕層厚度。土壤耕層一方面富集了土壤主要的肥力,另一方面也是土壤根系的主要集中部分。具體研究時可以根據(jù)實際情況確定土壤的耕層厚度。因為有的植物像黃瓜和草莓的根系比較淺,闊葉喬木的根系也比較淺,而禾谷類的根系就比較深。土壤刨面試驗表明在中國農(nóng)業(yè)的發(fā)祥地楊凌,八米以下仍然可見小麥的根系。
中國概況
氮:中國土壤耕層中的全氮含量大概變動在0.05%~0.25%。其中東北地區(qū)的黑土是中國土壤平均含氮量最高的土壤,一般為0.15%~0.35%。而西北黃土高原和華北平原的土壤含氮量較低,一般為0.05%~0.1%。華中華南地區(qū),土壤全氮含量有較大的變幅,一般為0.04%~0.18%。在條件基本相近的情況下,水田的含氮量往往高于旱地土壤。中國絕大部分土壤施用氮肥都有一定的增產(chǎn)效果。
磷:磷是農(nóng)業(yè)上僅次于氮的一個重要土壤養(yǎng)分。土壤中大部分磷都是無機狀態(tài)(50%~70%),只有30%~50%是以有機磷形態(tài)存在的。
中國北方土壤中的無機磷主要是磷酸鈣鹽,而南方主要是磷酸鐵、鋁鹽類。其中有相當大的部分是被氧化鐵膠膜包裹起來的磷酸鐵鋁,稱為閉蓄態(tài)磷。
中國土壤全磷含量變動在0.02%~0.11%,其中北方土壤的全磷含量,一般比南方土壤高,中國土壤的全磷含量大體上從南向北有增加的趨勢。如東北地區(qū)的黑土、白漿土全磷含量一般為0.06%~0.15%,而中國南方的紅壤和磚紅壤全磷含量一般為0.01%~0.03%。
土壤全磷含量的高低,通常不能直接表明土壤供應磷素能力的高低,它是一個潛在的肥力指標,但是當土壤全磷含量低于0.03%時,土壤往往缺磷。’在土壤全磷中,只有很少一部分是對當季作物有效的,稱為土壤有效性磷。
隨著產(chǎn)量的提高,中國土壤缺磷面積不斷擴大,原來那些對磷肥效果不明顯的地區(qū)表現(xiàn)了嚴重的缺磷現(xiàn)象,如廣大的黃淮海平原,西北黃土高原以至新疆等地都大面積缺磷。而原來缺磷的地區(qū),由于長期施磷,磷肥效果下降,這主要是指華中、華南某些缺磷水稻土。在華中華南中高產(chǎn)水稻土上,隨著有機肥的施入,磷已可滿足作物需要,而大面積的酸性旱地土壤以及部分低產(chǎn)水田,缺磷仍然是相當嚴重的。
鉀:土壤中鉀全部以無機形態(tài)存在,而且其數(shù)量遠遠高于氮磷。中國土壤的全鉀含量也大體上是南方較低,北方較高。南方的磚紅壤,土壤全鉀含量平均只有0.4%左右,華中、華東的紅壤則平均為0.9%,而中國北方包括華北平原、西北黃土高原以至東北黑土地區(qū),土壤全鉀量一般都在1.7%左右。因此,缺鉀主要在南方,北方已開始出現(xiàn)缺鉀現(xiàn)象。
土壤中的微量元素大部分是以硅酸鹽、氧化物、硫化物、碳酸鹽等無機鹽形態(tài)存在。在土壤溶液中可有一部分微量元素以有機絡合態(tài)存在。通常把水溶液或交換態(tài)的微量元素看作是對作物有效的。土壤中微量元素供應不足的一個原因是土壤本身含量過低,另一種原因是含量并不低,甚至很高但是由于土壤條件(主要是土壤酸堿度和氧化還原條件)造成有效性降低而供應不足。在前一種條件下,需要靠補施微量元素肥料,后一種情況下,有時只需改變土壤條件,增加土壤微量元素的有效性,就可增加供應水平。
施肥影響
增加土壤養(yǎng)分無論施用有機肥料或無機肥料都能增加土壤養(yǎng)分。無機肥料大多易于溶解,施用后除部分為土壤吸收保蓄外,作物可以立即吸收。而有機肥料,除少量養(yǎng)分可供作物直接吸收外,大多數(shù)須經(jīng)微生物分解,作物方能利用。在分解過程中,會產(chǎn)生二氧化碳以及各種有機酸和無機酸。二氧化碳除被植物吸收外,溶解在土壤水分中形成的碳酸和其它各種有機酸、無機酸都有促進土壤中某些難溶性礦質(zhì)養(yǎng)分溶解的作用,從而增加土壤中有效養(yǎng)分的含量。有些肥料(如石灰、石膏)除直接增加土壤養(yǎng)分,還能通過調(diào)節(jié)土壤反應,提高土壤中有效養(yǎng)分的含量。
改善土壤結構施用有機肥料和含鈣質(zhì)多的肥料,除了能增加土壤養(yǎng)分外,還能促進土壤團粒結構的形成。因為有機肥料在土中微生物的作用下,進行礦化作用增加土中有效養(yǎng)分,同時,增加土壤腐殖質(zhì)含量。腐殖質(zhì)在土中遇到鈣離子就會和土粒凝聚在一起形成水穩(wěn)定性團粒結構。改善粘土的堅實板結以及沙土的跑水漏肥等不良性狀,提高土壤肥力。
改善土壤的水熱狀況一般有機質(zhì)都有吸水和保水的能力,特別象腐殖質(zhì)這一類親水膠體,保水能力更強。土壤中的腐殖質(zhì)和粘土粒結合形成團粒,在團粒內(nèi)部有許多毛管孔隙,也能保存很多的水分,能被植物利用。由于腐殖質(zhì)是綜黑色的物質(zhì),土壤中腐殖質(zhì)含量多,土壤顏色較深,可增加吸收日光熱能,有利于提高土溫。同時陽光可以殺滅土壤里的有害菌,保留其腐化物的營養(yǎng)成分,保水能力也強,有利于作物生長。
增加生理活性物質(zhì)增施有機肥能促進微生物的活動。由于微生物活動的結果,除了增加土壤中的礦物質(zhì)營養(yǎng)和腐殖質(zhì)以外,通過合理的陽光照射,還能產(chǎn)生多種維生素、抗生素、生長素等,具有促進根系發(fā)育,刺激作物生長,增強抗病能力。