第一章緒論
一、生物地理學的研究對象
生物地理學是自然地理學的重要分支，屬于部門自然地理學。自然地理學的研究對象是地球表面的五大自然圈層：大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈和巖石圈，生物地理學研究其中的兩大圈層：生物圈和土壤圈。生物圈與土壤圈是五大自然圈層中聯(lián)系最緊密的兩大圈層，土壤為生物提供生存空間，而生物又是土壤的重要形成因素，生物的作用把大量的太陽能引進成土過程，使分散在巖石圈、水圈和大氣圈中的營養(yǎng)元素有了向土壤集聚的可能，使土壤具有肥力的特性，并推動土壤的形成和演化。因此，沒有生物就沒有土壤的發(fā)生。生物圈和土壤圈之間相互聯(lián)系和相互作用，在生物圈與土壤圈之間發(fā)生著強烈而迅速的物質和能量交換，其速度和強度遠遠大于其他圈層之間的交換。
科學研究是根據(jù)科學對象所具有的特殊矛盾性而區(qū)分的。因此，對于某一現(xiàn)象的領域所特有的某一種矛盾的研究，就構成某一門科學的研究對象。生物地理學是以生物、土壤與地理環(huán)境的特殊矛盾作為研究對象的，它是研究土壤的發(fā)生發(fā)展與環(huán)境之間的關系、生物的生存與環(huán)境之間的關系以及土壤與生物的分異和分布規(guī)律，進而為調控、改造和利用土壤資源與生物資源提供科學依據(jù)的科學，是自然地理學與土壤學、植物學之間的邊緣學科，也是一門綜合性和生產性很強的學科。
二、生物地理學的研究內容
生物地理學的總任務是充分合理地開發(fā)利用土壤資源與生物資源，保護生態(tài)平衡，恢復和重建良好的生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)此，生物地理學研究的主要內容如下。
（一）土壤基礎知識剖析
主要研究土壤的物質組成、土壤圈內物質與能量的遷移與轉化、土壤的發(fā)生發(fā)育和土壤分類。地球陸地表面的地理環(huán)境異常復雜，并經(jīng)歷了漫長的歷史發(fā)展過程。即使同時發(fā)生發(fā)展的土壤，也是復雜而多樣的，有著長期的歷史形成和演變過程。所以，很多土壤類型屬于多源發(fā)生型，迄今為止，對于它們的物質組成、形成和演變，還不能說都已經(jīng)研究清楚了。因而開展土壤物質組成、土壤發(fā)生、土壤分類的研究，是生物地理學首要的基礎性工作。
（二）植物基礎知識剖析
生物作為自然環(huán)境的有機成分，形成地球上非常活躍的特殊結構――生物圈。生物圈是地球上所有的生物及其生活領域的總和，占有大氣圈的底部（對流層）、水圈和巖石圈的上部，其空間范圍在地表以上可達23km的高空，而在地表以下可延伸到12km的深度。
實際上生物的大部分個體集中地繁衍于地表上下約100m厚的范圍內，因此對于整個地球來說，這僅僅是很薄的一層“生物膜”。
這里存在著固、液、氣三相物質，它們之間既可以相互轉化和相互包容，又可以有分隔的界面，這些都是構成生命活動的物理化學基礎；這里可以獲得太陽能，為生命活動提供用之不盡的能源。但此過程首先需要通過植物光合作用將光能轉化為各種能夠利用的化學能，然后通過食物的形式把能量傳遞給所有生物（包括人類在內）；這里可以從巖石風化過程中獲得水溶性無機鹽類，從大氣或水中獲得二氧化碳，為光合作用及生物生存提供營養(yǎng)原料。由于生物圈內有生物生活所必需的各種條件和營養(yǎng)物質，從而維持著現(xiàn)代約200萬種生物（包括人類）的生命活動。生物圈中具有生命的有機體總量為3×1012～3×1013t，還不足地殼質量的0.1%，但它卻使地球上的自然環(huán)境發(fā)生著極其深刻的變化。植物是生物圈中最基礎、最重要的組成部分，對土壤的形成與發(fā)育影響最大，所以，我們的研究重點是植物部分。
植物基礎知識剖析主要介紹與植物有關的基本理論和基本知識，包括植物生活的環(huán)境條件、植物區(qū)系成分分析和植物群落。植物種類和性質隨環(huán)境變化，因此植物在一定程度上能反映出（或者說指示出）環(huán)境的若干特征和變化。氣候調查、土壤調查、尋找地下水和一些礦藏資源時常運用這種關系提高工作效率，解決某些困難。
（三）植被與土壤的主要類型及其地理分布規(guī)律
生物地理學是研究植被與土壤分布的地理規(guī)律的學科。主要研究植被與土壤的地帶性（廣域性）分布規(guī)律和非地帶性（區(qū)域性）分布規(guī)律、森林植被與土壤、草地植被與土壤以及荒漠植被與土壤，為森林資源的開發(fā)利用、草地牧場的合理利用和可墾荒地的利用等奠定一定的理論基礎，還可為制定農業(yè)生產規(guī)劃提供依據(jù)。
由上所述可以看出，研究地面熱、水平衡，改善自然條件，保護自然環(huán)境和保持水土都需要生物地理學作為理論基礎。
三、生物地理學的研究方法
生物地理學的研究，毫無疑問，首先要以辯證唯物主義觀點作為指導思想，其次要繼承并發(fā)揚傳統(tǒng)的地理比較法和相關分析法。同時，也需要汲取相鄰學科和現(xiàn)代科學技術的新成就和新方法，以提高和發(fā)展生物地理學。
（一）野外調查研究方法
這種方法是通過在野外對植物群落、成土因素、土壤剖面的實際觀察、收集和研究有關該地區(qū)的自然地理與農業(yè)生產的問題，以及群眾生產、辨土、土宜、改土和用土的經(jīng)驗等資料，運用地理比較法以及相關分析法，從宏觀方面對群落的特征、土壤的形成、分類和地理分布規(guī)律進行分析研究，并采集植物與土壤標本。在多種情況下，傳統(tǒng)的野外調查研究方法仍然是生物地理學研究的基本方法。
（二）定位或半定位動態(tài)觀測研究方法
定位或半定位觀測可以取得連續(xù)性的資料，有利于定性或定量地研究植物群落與土壤的動態(tài)過程。
（三）室內分析研究方法
在實驗室進行植物檢索和土壤理化性質的化驗鑒定分析，定性與定量相結合，可為研究植物的分類、土壤的形成及分類提供必要的基本數(shù)據(jù)。這是生物地理研究中不可缺少的環(huán)節(jié)。
（四）遙感技術在生物地理調查中的應用
借助現(xiàn)代遙感信息對區(qū)域植被與土壤進行解譯，是現(xiàn)代生物地理調查與制圖的基本方法，也是進行植被與土壤空間分異、利用現(xiàn)狀及其動態(tài)監(jiān)測的技術手段。通過多時相、多光譜、多種遙感信息源圖像的綜合研究，將圖像處理技術和計算機自動制圖方法應用于植被資源、土壤資源、水土保持以及區(qū)域植被與土壤變化監(jiān)測等研究領域，已經(jīng)成為新的研究方向。
思考題
1.生物地理學與哪些學科有密切關系？
2.生物地理學的研究內容有哪些？
3.如何學好、用好生物地理學？
第一篇 土壤基礎知識
第二章 土壤剖析
第一節(jié) 土壤形態(tài)
一、土壤的概念及與人類的關系
早在4000多年前戰(zhàn)國時期的《禹貢》一書就大概指出了中國土壤的分布圖式，那時將全國分為九州，如冀州（今河北）、兗州（今山東）和荊州（今湖北）等，并且指出了每個州的主要土壤，如冀州“厥土惟白壤”，兗州“厥土惟黑墳”等。當然，與今天我們對土壤的認識水平相比，那時對土壤的認識是相當樸素的。
（一）土壤的概念
土壤是指地球陸地表面具有一定肥力且能生長植物的疏松層。土壤不僅具有自己的發(fā)生發(fā)展歷史，而且是一個從形態(tài)、物質組成、結構和功能上可以剖析的物質實體，它被看做是一個獨立的歷史自然體。土壤是綠色植物生長繁殖的自然基地，植物根系深入土層，從中攝取營養(yǎng)物質與水分，建立起多種多樣的植物群落。而土壤之所以成為綠色植物生長的自然基地，就是因為它有肥力。所以說，肥力是土壤的基本屬性和本質特征。
土壤肥力是指土壤為植物生長供應和協(xié)調營養(yǎng)因素（水分和養(yǎng)料）以及環(huán)境條件（溫度和空氣）的能力。這種能力是由土壤中一系列物理、化學和生物過程所引起的，因而也是土壤的物理、化學和生物性質的綜合反映。植物良好生長不僅要求土壤中諸肥力因素同時供應，而且必須處在相互協(xié)調的狀態(tài)。在農業(yè)生產中，人工調節(jié)土壤肥力，不僅要調控土壤的營養(yǎng)物質，還要創(chuàng)造適于植物生長的整個土壤條件。
（二）土壤和人類的關系
土壤和人類的關系十分密切，土壤是人類賴以生存的物質基礎。農業(yè)生產包括植物生產（種植業(yè)）和動物生產（飼養(yǎng)業(yè)）兩大基本部分。土壤是植物生產的基本生產資料，是植物生產的基礎。同時，土壤也是動物生產的基礎。任何飼養(yǎng)業(yè)的發(fā)展都不能不以植物作為飼料，因為動物只能利用綠色植物生產的有機質中的化學潛能和營養(yǎng)物質來維持其生命活動。常言說：“萬物土中生”，就是這個道理。土壤可以直接或間接地提供人類賴以生存的谷物、肉類、禽蛋、果品、纖維和木材（圖2.1）。
二、土壤科學發(fā)展的歷史及其研究內容
考古資料表明，大約18000年以前，人類就開始種植農作物。人類自有農耕以來就開始認識土壤和利用土壤，幾千年來積累了大量的土壤知識和經(jīng)驗。早在2000多年前的古埃及、古羅馬時代，人們對土壤的認識只是一些樸素而簡單的經(jīng)驗。古埃及發(fā)展了精確測量土地的技術，利用尼羅河水的泛濫來培肥土壤，創(chuàng)造了燦爛的古埃及文明。而羅馬帝國衰落以后，西方進入了漫長的中世紀時代，在宗教神權的統(tǒng)治下，阻礙了自然科學的發(fā)展。神權主義認為植物之所以能夠在土壤中生長，是由于土壤中具有一種神秘的“生活力”，而不是靠土壤提供的水分和養(yǎng)分。
我國有5000年精耕細作的歷史，具有燦爛的農業(yè)文化。我國夏代《尚書》的《禹貢》距今有4100多年的歷史，其中概述了九州土壤的地理分布及肥力等級等特征，是迄今為止世界上最早的土壤專門論著。然而，土壤學作為一門獨立學科的形成和發(fā)展，是最近100多年的事情。19世紀以來，逐步產生形成了幾個比較有影響的代表學派或觀點，對土壤科學的發(fā)展有重要的影響。
（一）農業(yè)化學學派
1840年，德國化學家李比希（J.vonLiebig）出版著名的《化學在農業(yè)與植物生理上的應用》，提出了土壤是植物養(yǎng)分的儲存庫，植物靠吸收土壤養(yǎng)分生長，會使土壤養(yǎng)分越來越少，必須通過如數(shù)歸還或補充土壤養(yǎng)分才能保持土壤肥力的長盛不衰，據(jù)此創(chuàng)立了“礦質營養(yǎng)學說”。這一學說開創(chuàng)了土壤植物營養(yǎng)的科學新時代，揭示了植物從土壤中吸收礦質元素的自然規(guī)律，打破了土壤肥力的神秘論，對土壤學、植物生理學以及整個農業(yè)學科產生了深遠的影響，并推動了化肥工業(yè)的產生與發(fā)展，促進了糧食產量的提高。但該學說認為必須把植物所吸收的養(yǎng)分如數(shù)歸還土壤，把土壤看做是植物養(yǎng)分的靜態(tài)庫；只強調植物是土壤養(yǎng)分的消耗者，忽視了植物對土壤養(yǎng)分積累的貢獻，得出了“土壤肥力遞減率”的錯誤判斷和某些不正確的結論，但這決不影響該觀點在土壤科學發(fā)展史上的歷史地位以及對整個農業(yè)科學的貢獻。
（二）農業(yè)地質學派
19世紀后半葉，西歐土壤學界又盛行過以純地質學觀點對待土壤的學派，即以德國地質學家法魯（F.A.Fallou）、李�；舴遥‵.V.Richthofen）和拉曼（Ramann）為代表的農業(yè)地質學派。農業(yè)地質學派認為土壤是巖石礦物的風化體，是地層本身構造的一部分，風化過程釋放了巖石礦物中的養(yǎng)分，為植物生長提供了營養(yǎng)條件。土壤的形成是礦物風化與淋溶過程的結果，而隨著淋溶過程的進行，土壤養(yǎng)分不斷流失，導致土壤肥力趨于衰竭。該學說僅僅把土壤看做是一個地質過程的產物，混淆了土壤和母質的本質區(qū)別，忽視了植物和人類利用對土壤肥力的影響，因而也是片面的。但農業(yè)地質學派從發(fā)生學角度去研究土壤，并對土壤礦物質的形成過程有較深入的研究，這是對土壤學的貢獻。
（三）土壤發(fā)生學說
19世紀末，俄國學者B.B.道庫恰耶夫創(chuàng)立了土壤發(fā)生學的觀點。道庫恰耶夫在1883年出版的著名的《俄羅斯黑鈣土》一書中，認為土壤有它自己的發(fā)生和發(fā)育歷史，是獨立的歷史自然體。影響土壤發(fā)生和發(fā)育的因素可概括為母質、氣候、生物、地形和成土年齡五個，提出了五大成土因素學說。他還提出地球上土壤的分布具有地帶性規(guī)律，創(chuàng)立了土壤地帶性學說；同時對土壤分類提出了創(chuàng)造性的見解，擬訂了土壤調查和編制土壤圖的方法。
他的繼承者B.P.威廉斯指出，土壤是以生物為主導的各種成土因子長期綜合作用的產物。物質的地質大循環(huán)和生物小循環(huán)矛盾的統(tǒng)一是土壤形成的實質。土壤本質特點是具有肥力，并提出團粒結構是土壤肥力的基礎，制訂了草田輪作制，這種觀點被稱為土壤生物發(fā)生學派。道庫恰耶夫的土壤發(fā)生學理論從俄羅斯傳至西歐，再由西歐傳到美國，對國際土壤學的發(fā)展產生了深刻的影響。
（四）土壤系統(tǒng)理論與土壤質量
1938年，瑞典學者馬特松（S.Matson）提出的土壤圈概念實際上是將系統(tǒng)理論引入了土壤科學的研究。土壤是地球上最復雜的系統(tǒng)之一，是一個與其他圈層系統(tǒng)之間有密切的物質和能量交換的開放系統(tǒng)，并且具有明顯的耗散體系特征，土壤中的任何物質與能量的平衡過程都伴隨著外界物質與能量的輸入和輸出。道庫恰耶夫的發(fā)生學說實際上是把土壤放在一個開放的生態(tài)系統(tǒng)中考察的結果。20世紀60年代后期提出了土壤生態(tài)系統(tǒng)的觀點。土壤生態(tài)系統(tǒng)是以土壤為研究核心的生態(tài)系統(tǒng)，主要研究土壤中的生物組成、系統(tǒng)的結構和功能等。土壤生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎，對整個地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)有重要的影響�，F(xiàn)代工業(yè)革命導致的環(huán)境問題日趨突出，大氣、水和土壤的質量不斷惡化，這時一部分土壤科學家就開始關注環(huán)境問題，從而導致從20世紀60～70年代始，土壤科學的發(fā)展由原來一輪驅動（作物生產）變成了兩輪驅動（作物生產和環(huán)境保護），使土壤科學沿著為農業(yè)和環(huán)境服務的兩條軌道迅速向前推進。