第一节 土壤和肥料的概念
一、土壤的概念
“民以食为天，食以土为本”精辟地概括了土壤对我们人类生存和发展的重要性。土壤是植物生长的载体，提供植物生长所需的水分和大部分生命必需元素。是植物生产和动物生产的基础。土壤是一种十分重要的自然资源，从某种意义上说土壤是不可再生资源，因为土壤的形成和更新速度非常缓慢，而土壤质量的破坏却可能及为迅速。
土壤：地球陆地表面一种疏松、多孔、具有肥力，在自然和人工栽培条件下能够生长植物的物质土壤是土地的最主要的组成部分。土壤肥力（肥沃性）是指土壤具有能够不断为植物生长提供土壤因素（养分、水分、空气、热量、扎根条件，以及无毒物质等）的能力。
土地：是地球上的特定部分，即地球表面除海洋之外的陆地及其之上的江河、湖泊等水面，是由空气、土壤、水文、地质、生物和人类活动的结果所组成的综合体。
国土：是指一个国家辖区内的版图。
土壤在自然环境中的地位
土地的功能
（1）养育功能 作为耕地用于农业生产，为人类生存提供基本条件。
（2）承载功能 作为载体建造房屋、道路等，为人类活动提供场所。
（3）美学功能 各种不同的地貌特征，为人们提供观赏、旅游的功能。
（4）资产功能进行土地买卖，是重要的财产。
土壤在人类农业生产和自然环境中的重要性
1.土壤不仅是人类赖以生存的物质基础和宝贵财富的源泉，又是人类最早开发利用的生产资料。
2.土壤和水、空气一样，既是生产食物、纤维及林产品不可替代或缺乏的自然资源，又是保持地球系统的生命活性，维护整个人类社会和生物圈共同繁荣的基础。
3.农业生产的废弃物、人类的有机废弃物通过土壤进入物质循环。
土壤在植物生长繁育中有下列不可取代的特殊作用
1.营养库的作用
植物需要的营养元素除CO2主要来自空气外，其它养分主要来自土壤。
2.养分转化和循环作用通过土壤实现营养元素与生物之间的周转。
3.雨水涵养作用土壤贮水量大于江河水和大气水，防止水土流失中作用巨大。
表1 全球氮磷营养贮备和分布
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环境单位 |
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N（109t） |
P（106t） |
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大气 |
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3.8×106 |
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陆地 |
生物 |
12.29×102 |
2×103 |
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土壤 |
|
16×104 |
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水域 |
生物 |
0.97 |
138 |
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|
沉积物 |
4×106 |
106 |
|
|
水体 |
2×104 |
12×104 |
|
地壳 |
|
14×106 |
3×1016 |
4.生物的支撑作用
植物、土壤微生物和土壤动物生活的介质。获得土壤机械支撑，保证绿色植物地上部分稳定地站立于大自然当中。
5.稳定和缓冲环境变化的作用
土壤处于大气圈、水圈、岩石圈及生物圈的交界。是各种物理、化学和生物过程的界面。使得土壤具有抗外界温度、湿度、酸碱、氧化还原变化的缓冲能力。对进入土壤的污染物进行净化作用。土壤的自然肥力和人为肥力自然肥力自然因素形成的土壤所具有的肥力。如原始森林、未开垦的荒地。人为肥力由耕作、施肥、灌溉、改良土壤等人为因素作用形成的土壤肥力。
农业土壤既具有自然肥力，又具有人为肥力。土壤肥力和土壤生产力之间的关系。
二、肥料的概念
能够直接供给植物生长的必需营养元素的物料称为肥料。肥料可分为化学肥料和有机肥料。按照植物生长发育所必需的元素，经过物理或化学工业方法合成、加工等工艺制造的肥料则叫作化学肥料，简称化肥。按化肥所含营养元素成分，可分为：氮肥、磷肥、钾肥、硼肥、锌肥、钼肥等。按化肥所含营养元素种类多少，可分为：单质肥料、复合肥料或复（混）肥料。按化肥的状态，可分为：固体肥料（包括粒状和粉状肥料）、液体肥料等。有机肥料是利用各种有机物质，就地收取、就地积制的自然肥料的总称。
有机肥料按其来源、特性和积制方法可分为以下几类。
粪尿类
包括人粪尿、家畜粪尿、禽粪等。秸秆及堆沤肥类包括堆肥、沤肥、秸杆直接还田和沼气肥等。
绿肥类
绿肥是直接翻压绿色鲜嫩植物体做肥料的总称。绿肥的种类很多，按来源可分为栽培绿肥和野生绿肥。
饼肥类
饼肥是各种含油的种子，经榨油后剩余残渣用做肥料的总称。
其它有机肥类
如泥炭、有机生活垃圾、生活污泥等。施用有机肥料改良土壤和提高土壤肥力的作用明显，而施用化学肥料的增产作用更大。
第二节 土壤肥料学发展概况
一、我国土壤肥料科学的发展史
公元前2100年 土壤肥瘦概念，地力退化现象
公元前770—222年 土壤分类分级
公元前—19世纪 系统的土壤管理和有机肥施用知识
1930年 成立土壤研究室
1957年 全国肥料试验网
1958年 全国第一次土壤普查
1979年—1984年 全国第二次土壤普查
1999年 土壤质量“973”项目
二、欧洲土壤肥料科学的发展史
19世纪中叶，德国化学家李比希（J.V.Liebig,1804—1873）提出的划时代的“植物矿质营养学说”。使化肥工业得到迅速发展。作物产量大幅度提高。是植物营养和农业化学的创始人
1.“矿质营养学说”推翻了泰伊尔错误的腐殖质学说。
“水营养学说”。
荷兰薄荷试验
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水分来源 |
植株重量 |
77天所得 |
水分
消耗 |
植株增重与水分消耗之比 |
|
|
3.8×106 |
|
雨水 |
28.25 |
45.75 |
17.5 |
3004 |
1:171.65 |
|
河水 |
28 |
54 |
26 |
2493 |
1:95.88 |
|
沟渠水 |
110 |
249 |
139 |
13140 |
1:94.53 |
沟渠水+
1.5盎司园土 |
92 |
376 |
284 |
14950 |
1:52.99 |
重量单位为格令，1格令=0.064g 泰晤士河水，海德公园沟渠水
1640年Helmont的柳树插条试验
2.19世纪下半叶，德国地质学家法鲁（Fallou,1882）提出了“土壤矿质淋溶学说”，强调土壤矿物的风化作用，认为土壤肥力不可避免地要下降。
3. 19世纪下半叶（1870），俄罗斯的道库恰耶夫（Dokuchaev, 1846—1903)创建了土壤发生学，认为土壤是母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素共同作用下形成的，推动了土壤形成与分类的发展。
4.20世纪上半叶，俄罗斯土壤学家威廉斯提出土壤生物学观点，提出土壤肥沃度新概念。
5.英国洛桑试验站的腊赛尔（Russel)提出土壤是植物生长载体的概念。
第三节 土壤肥料学在可持续发展中的地位与作用
一、土壤是人类生存和发展的物质基础
我国耕地只有1.30亿公顷（hm
2），即19.5亿亩（1999年国土资源部，国家统计局公布的结果）。人均耕地只有1.5亩，而世界人均耕地4.8亩，我国不到世界平均值得1/3。仅相当于澳大利亚的1/34 ，加拿大的1/20，美国的1/8，法国的1/3。在一千万人口以上国家中倒数第三。2000年第五次人口普查结果：12.95亿人.
人口密度分布为：
东部地区452.3人/平方公里
中部地区262.2人/平方公里
西部地区51.3人/平方公里
东部为西部的8倍，生存空间狭小。
我国以占世界7%的耕地，6%的淡水资源养活着世界上22%的人口。我国土地资源概况耕地1.3亿hm
2，林地2.28亿hm2，草地2.66亿hmsup>2。山地丘陵面积大，约占国土面积的69 %，人均土地面积0.78hmsup>2，世界平均值的1/3，林地世界的1/5，草地1/3。
二、肥料在农业可持续发展中的地位与作用
肥料在农业生产中所起的作用：50％发展中国家施肥可提高粮食作物单产55－57％，总产30－31％（FAO）全国化肥试验网结果，1986－1990年我国粮食总产35％是施用化肥的结果（中国农科院）。本世纪全世界作物产量增加的50％是施用化肥的结果（Norman E. B. 1994)。停止施氮，全世界农作物将减产40－50％(Hoeft R. G. 1990)。
三、我国土壤肥料面临的挑战
1.耕地面积每年减少15－30万平方公里（220－450万亩）
2.耕地水土流失面积4540万平方公里，约占全国土地面积的35%左右。每年侵蚀掉的土壤总量33 亿t，占世界土壤流失量的1/5
3.土地沙漠化，每年10万平方公里速度扩展
4.我国有70%农田由于缺水而减产
5. 60%以上的耕地是中低产田，养分缺乏，养分资源（P、K）不足
6. 20%左右土壤受到重金属、有机污染物污染
农业环境恶化的具体表现：
1.耕地破坏
2.土壤污染
3.水污染
4.大气污染
5.农业气候环境恶化
6.生物资源的减少
四、我国土壤肥料科学需要研究的内容
1.土壤退化与防治退化原因森林破坏、过度放牧、不合理的农业管理
2.逆境土壤的改良盐碱土、酸性土、污染土壤、风沙土等
3.植物逆境营养适应性
4.高效养分管理与环境安全
第四节 土壤肥料学的研究方法
一、土壤学研究方法
1.不同尺度上研究方法
2.动态研究与静态研究
土壤矿物、土壤有机、无机复合体、土壤胶体—静态研究土壤物理、化学和生物过程及变化规律
3.定性研究与定量化研究
土壤性状、土壤信息化
4.野外调查与室内实验研究
传统的土壤调查制图、应用遥感技术的航片、卫片土壤判读实验室土壤理化分析、实验室模拟研究、虚拟研究
5.综合交叉研究
土壤学研究与农学、地学、物理、化学、生物学气象学、生态学、环境科学等学科的融合，其相应的研究方法在土壤研究中的应用
6.新技术和新方法论的研究
计算机技术—数字地球、数字土壤
遥感技术——地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）想结合的“3S”技术体系，成为精确农业的基础。
x—射线或γ—射线摄影技术、核磁共振技术研究土壤矿物和微观结构。
二、植物营养与肥料研究方法
1.植物生理、生化及分子
生物学方法：研究养分吸收、运输、再利用、代谢功能等
2.实验室水培、砂培研究，温室土培研究：不同植物的营养规律、对环境的适应机制
3.田间小区和大田实验：
养分高效利用、管理，田间生态系统中转化规律，对环境的影响
