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(zhì)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(gòu)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(diào)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(chǎn)性很強的學科。
二、生物地理學的研究內(nèi)容
生物地理學的總?cè)蝿帐浅浞趾侠淼亻_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(nèi)容如下。
（一）土壤基礎知識剖析
主要研究土壤的物質(zhì)組成、土壤圈內(nèi)物質(zhì)與能量的遷移與轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)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�；钴S的特殊結(jié)構(gòu)――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(nèi)，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(zhì)，它們之間既可以相互轉(zhuǎn)化和相互包容，又可以有分隔的界面，這些都是構(gòu)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(zhuǎn)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(nèi)）；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(nèi)有生物生活所必需的各種條件和營養(yǎng)物質(zhì)，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(zhì)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(zhì)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(diào)查、土壤調(diào)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(diào)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)的問題，以及群眾生產(chǎn)、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(diào)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(nèi)分析研究方法
在實驗室進行植物檢索和土壤理化性質(zhì)的化驗鑒定分析，定性與定量相結(jié)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(diào)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(diào)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(nèi)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(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和功能上可以剖析的物質(zhì)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(zhì)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(zhì)特征。
土壤肥力是指土壤為植物生長供應和協(xié)調(diào)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(zhì)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(diào)的狀態(tài)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人工調(diào)節(jié)土壤肥力，不僅要調(diào)控土壤的營養(yǎng)物質(zhì)，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(zhì)基礎。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)包括植物生產(chǎn)（種植業(yè)）和動物生產(chǎn)（飼養(yǎng)業(yè)）兩大基本部分。土壤是植物生產(chǎn)的基本生產(chǎn)資料，是植物生產(chǎn)的基礎。同時，土壤也是動物生產(chǎn)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(chǎn)的有機質(zhì)中的化學潛能和營養(yǎng)物質(zhì)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(nèi)容
考古資料表明，大約18000年以前，人類就開始種植農(nóng)作物。人類自有農(nóng)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(nóng)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(chǎn)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(nóng)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(nóng)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(zhì)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(zhì)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(nóng)業(yè)學科產(chǎn)生了深遠的影響，并推動了化肥工業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展，促進了糧食產(chǎn)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(diào)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(jié)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(nóng)業(yè)科學的貢獻。
（二）農(nóng)業(yè)地質(zhì)學派
19世紀后半葉，西歐土壤學界又盛行過以純地質(zhì)學觀點對待土壤的學派，即以德國地質(zhì)學家法魯（F.A.Fallou）、李希霍芬（F.V.Richthofen）和拉曼（Ramann）為代表的農(nóng)業(yè)地質(zhì)學派。農(nóng)業(yè)地質(zhì)學派認為土壤是巖石礦物的風化體，是地層本身構(gòu)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(jié)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(zhì)過程的產(chǎn)物，混淆了土壤和母質(zhì)的本質(zhì)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(nóng)業(yè)地質(zhì)學派從發(fā)生學角度去研究土壤，并對土壤礦物質(zhì)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(zhì)、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(diào)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(chǎn)物。物質(zhì)的地質(zhì)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(zhì)。土壤本質(zhì)特點是具有肥力，并提出團粒結(jié)構(gòu)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(chǎn)生了深刻的影響。
（四）土壤系統(tǒng)理論與土壤質(zhì)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(zhì)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(zhì)與能量的平衡過程都伴隨著外界物質(zhì)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(jié)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(qū)動（作物生產(chǎn)）變成了兩輪驅(qū)動（作物生產(chǎn)和環(huán)境保護），使土壤科學沿著為農(nóng)業(yè)和環(huán)境服務的兩條軌道迅速向前推進。