《土壤学与生活（原书第十五版）》是国际著名**土壤学著作The Nature and Properties of Soils的中文译本。主要内容包括土壤——人类生活之本、土壤母质、土壤分类、土壤构型与物理性状、土壤水特征及其行为、土壤和水文循环、土壤通气性与温度、土壤胶体组分、土壤酸度、土壤生物与生态、土壤有机质、土壤中的氮磷钾硫等元素、养分管理技术、土壤侵蚀及其防治、土壤化学污染、土壤地理信息、土壤健康等共20章内容。

目录
前言
译者前言
第1章 土壤——人类生活之本 1
1.1 土壤具有哪些生态系统服务功能？ 2
1.2 土壤如何支持植物生长？ 3
1.3 土壤如何调节供水？ 6
1.4 土壤如何循环原材料？ 7
1.5 土壤如何改变大气？ 7
1.6 土壤栖息地里生活着什么？ 7
1.7 土壤作为工程介质 10
1.8 土壤圈和关键带 11
1.9 土壤为一自然体 12
1.10 土壤剖面和它的层次 13
1.11 表土和底土 15
1.12 土壤：空气、矿物、水和生命的界面 17
1.13 土壤的矿物（无机）成分是什么？ 18
1.14 土壤有机质的本质 21
1.15 土壤水——动态性和复杂性 22
1.16 土壤空气：变化的气体混合物 23
1.17 土壤组分如何相互作用为植物供给养分？ 23
1.18 植物根系如何获得养分？ 25
1.19 土壤健康、退化和韧性 27
1.20 结论 28
第2章 母质到土壤的形成过程 30
2.1 岩石和矿物的风化 30
2.2 哪些环境因子影响土壤形成？ 37
2.3 母质 38
2.4 气候如何影响土壤形成？ 49
2.5 生物（包括人）如何影响土壤形成？ 51
2.6 地形如何影响土壤形成？ 57
2.7 时间如何影响土壤形成？ 59
2.8 土壤形成的四个基本过程 61
2.9 土壤剖面 65
2.10 城市土壤 70
2.11 结论 72
第3章 土壤分类 76
3.1 土壤个体的概念 77
3.2 土壤系统分类：一种综合的分类系统 78
3.3 土壤系统分类的类别与命名法 84
3.4 土纲 86
3.5 Entisols：新成土（几乎没有剖面发育） 88
3.6 Inceptisols：始成土（几乎没有诊断特征：B 层的开始） 90
3.7 Andisols：火山灰土 91
3.8 Gelisols：冻土（永久冻土和冻融） 93
3.9 有机土（非永冻地带的有机质土壤） 94
3.10 Aridisols：干旱土（干旱的土壤） 97
3.11 Vertisols：变性土（深色的、膨胀开裂的黏土） 100
3.12 Mollisols：软土（深色柔软的草地土壤） 102
3.13 Alfisol：淋溶土（黏化层或碱化层、适度淋洗） 104
3.14 Ultisols：老成土（淀积黏化层、高度淋洗） 106
3.15 Spodosols：灰土（酸性、砂质、森林土壤、高淋溶） 107
3.16 Oxisols：氧化土（氧化层、高度风化） 109
3.17 土壤分类学中的低级分类单元 111
3.18 结论 117
第4章 土壤构型与物理性状 119
4.1 土壤颜色 119
4.2 土壤质地（土壤颗粒的粒级分布） 123
4.3 土壤质地分类 127
4.4 矿质土壤的结构 132
4.5 土壤团聚体的形成及稳定性 136
4.6 耕作与土壤结构管理 143
4.7 土壤密度 147
4.8 矿质土壤的孔隙空间 157
4.9 与工程应用相关的土壤性状 161
4.10 结论 169
第5章 土壤水特征及其行为 172
5.1 水的结构及相关性质 173
5.2 毛管原理及土壤水 174
5.3 土壤水能量概念 177
5.4 土壤含水量与水势 181
5.5 液态水在土壤中流动 188
5.6 入渗和渗透 193
5.7 水蒸气在土壤中的运动 197
5.8 土壤湿度的定性描述 198
5.9 影响作物有效水分的因素 201
5.10 作物吸水机理 206
5.11 结论 208
第6章 土壤和水文循环 211
6.1 全球水文循环 212
6.2 降水和灌溉水的去向 214
6.3 土壤–植物–大气连续体(SPAC) 221
6.4 蒸散的控制 226
6.5 土壤中的液态水损失 232
6.6 渗漏与地下水 233
6.7 促进土壤排水 237
6.8 化粪池排水场 244
6.9 灌溉原理与实践 247
6.10 结论 254
第7章 土壤通气性与温度 258
7.1 土壤通气性——过程 258
7.2 土壤通气性特征的表示方法 260
7.3 氧化还原电位 262
7.4 影响土壤通气性和Eh的因素 265
7.5 土壤通气性的生态效应 268
7.6 城市景观中的土壤通气性 271
7.7 湿地及其通气不良土壤 273
7.8 土壤温度影响的过程 280
7.9 太阳能量的吸收与损失 286
7.10 土壤的热性质 288
7.11 土壤温度控制 291
7.12 结论 295
第8章 胶体组分：土壤化学和物理活动的根本 299
8.1 土壤胶体的基本性质和种类 300
8.2 层状硅酸盐黏土结构的构造特征 303
8.3 硅酸盐黏土的矿物组成 306
8.4 非硅酸盐胶体的结构特性 313
8.5 土壤胶体的起源和地理分布 314
8.6 土壤胶体的电荷来源 317
8.7 阴、阳离子吸附 319
8.8 阳离子交换反应 321
8.9 阳离子交换量 325
8.10 土壤中的交换性阳离子 331
8.11 阴离子交换 333
8.12 地下水污染物和农药的吸附 335
8.13 生物大分子与黏土矿物、腐殖质的结合 337
8.14 结论 339
第9章 土壤酸度 342
9.1 什么过程引起土壤酸化？ 343
9.2 铝在土壤酸化中的作用 347
9.3 土壤酸度来源 347
9.4 土壤pH 的缓冲性能 351
9.5 土壤pH 的测定方法 353
9.6 土壤酸化——人为因素的影响 357
9.7 土壤pH的生物效应 363
9.8 施加石灰提高土壤pH 369
9.9 其他改良土壤酸度的方法 374
9.10 降低土壤pH 376
9.11 结论 378
第10章 干旱区土壤：碱度、盐度和钠化度 383
10.1 干旱区土壤的特征和问题 383
10.2 土壤pH高（碱度）的原因 390
10.3 盐渍化土壤的发育 392
10.4 盐度和钠化度的测定 396
10.5 盐渍化土壤的分类 399
10.6 钠质化学条件导致的土壤物理退化 401
10.7 盐渍土对生物的影响 405
10.8 灌溉水质 408
10.9 盐质土的改良 410
10.10 盐化– 钠质土和钠质土的改良 415
10.11 改良后土壤的管理 418
10.12 结论 419
第11章 土壤生物与生态 422
11.1 土壤生物多样性 423
11.2 行动中的土壤生物 426
11.3 生物的丰富度、生物量和活性 431
11.4 蚯蚓 433
11.5 蚂蚁和白蚁 437
11.6 土壤微动物 441
11.7 植物的根 444
11.8 土壤藻类 447
11.9 土壤真菌 448
11.10 土壤原核生物：细菌和古细菌 454
11.11 影响土壤微生物生长和活性的条件 460
11.12 土壤生物对植物群落有益的影响 461
11.13 土壤生物和对高等植物的侵害 463
11.14 土壤生物间的生态关系 467
11.15 结论 471
第12章 土壤有机质 477
12.1 全球碳循环 477
12.2 土壤中有机质的分解 480
12.3 控制残体分解和矿化速率的因素 485
12.4 土壤有机质和腐殖质的成因和性质 490
12.5 有机质对植物生长和土壤功能的影响 497
12.6 土壤中有机质的数量和质量 501
12.7 土壤–植物–大气系统中的碳平衡 503
12.8 影响土壤有机碳水平的环境因素 506
12.9 土壤有机质管理 510
12.10 土壤和气候变化 513
12.11 堆肥和堆肥过程 520
12.12 结论 523
第13章 土壤中氮和硫的高效利用 527
13.1 氮素对植物生长和发育的影响 528
13.2 氮的分布与氮循环 529
13.3 氮素的同化与矿化 530
13.4 溶解性有机氮 533
13.5 黏土矿物对铵的固定 534
13.6 氨的挥发 535
13.7 硝化作用 536
13.8 反硝化和厌氧氨氧化作用导致的气态损失 538
13.9 生物固氮 543
13.10 与豆科植物共生固氮 545
13.11 与非豆科植物的共生固氮 549
13.12 非共生固氮 550
13.13 大气氮沉降 551
13.14 硝酸盐淋失问题 553
13.15 土壤氮素管理实践 557
13.16 硫元素的重要性 563
13.17 硫的自然来源 565
13.18 硫的循环 569
13.19 硫化合物在土壤中的行为 570
13.20 硫的氧化与还原 572
13.21 硫的保持与交换 573
13.22 硫与土壤肥力保持 575
13.23 结论 575
第14章 土壤磷和钾 580
14.1 磷在植物营养和土壤肥力中的作用 581
14.2 磷对环境质量的影响 583
14.3 磷循环 588
14.4 土壤中的有机磷 592
14.5 土壤中的无机磷 595
14.6 酸性土壤中无机磷的溶解性 598
14.7 土壤对磷的固定能力 601
14.8 植物从土壤中获取磷的策略 605
14.9 土壤中磷的调控措施 606
14.10 钾：性质和生态作用 609
14.11 钾与动植物营养 610
14.12 钾循环 612
14.13 土壤肥力中的钾问题 614
14.14 土壤中钾的形态和有效性 616
14.15 土壤中钾固定的影响因素 618
14.16 钾的管理措施 620
14.17 结论 622
第15章 钙、镁、硅和微量元素 626
15.1 钙是必需营养元素 627
15.2 植物营养元素镁 630
15.3 土壤– 植物生态学中的硅 632
15.4 缺素与致毒 636
15.5 植物中微量营养元素的作用 638
15.6 微量营养元素的来源 642
15.7 影响微量元素阳离子有效性的因素 645
15.8 有机化合物作为螯合物 650
15.9 微量元素阴离子有效性的影响因素 653
15.10 土壤管理与微量元素需求 658
15.11 结论 664
第16章 养分管理技术 668
16.1 养分管理的目标 668
16.2 养分也是污染物 671
16.3 自然生态系统养分循环 682
16.4 动物排泄物的循环养分 685
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第1章 土壤——人类生活之本
　　护之仅所爱，爱之仅所明，明之是所教。
　　——巴巴？戴尤穆，非洲自然保护学家
　　地球是太阳系中唯一拥有土壤和液态水的行星。（供图：NASA）
　　在浩瀚无垠的宇宙中，地球上所特有的由空气、水和土壤资源维持的生命系统，是人类生存的唯一家园。在我们星球上数百万种生命形式中，一个物种，即人类，到如今已经占据着绝对的主导地位，空气、水和土壤这些资源的质量就取决于人类能否学会行使一个全新水平的管理。
　　人类活动正在改变地球生态的本质特征。大约50%的地表已被人类利用。平流层臭氧的消耗导致人类受到过多紫外线的辐射，对我们造成了威胁。日益增加的二氧化碳和甲烷气体浓度，已使地球变暖，全球气候日趋不稳定。热带雨林中拥有令人难以置信的巨大数量的动植物物种，然而它们正在以空前的速率消失。地下水供应正在受到污染和枯竭。在世界上的一些地区，尽管需要粮食的人数在增加，但土壤生产粮食的能力正在退化。使全球环境恢复平衡，很可能是当代土壤学研究者所面临的决定性挑战。
　　土壤对地球上的生命至关重要。土壤的质量在很大程度上决定了植物生态系统的性质和土地支持动物生活和社会发展的能力。土壤在当今许多环境挑战中也发挥着核心作用。从水污染和气候变化到生物多样性丧失和人类食物供应，世界生态系统受到土壤过程的深远影响。随着人类社会城市化进程，与土壤紧密接触的人越来越少，人们对使他们繁荣和生存的土壤越来越趋于淡忘。然而，在未来，我们对土壤的依赖度会越来越大，而不是减少。
　　土壤将继续为我们提供所需的几乎全部食物。我们当中有多少人在生活中还能想起，在我们吃的一块比萨中，其面饼始于田间的小麦，而它的奶酪始于奶牛牧场土壤中的青草、三叶草和玉米。我们所用的大部分纤维如木材、纸张和衣服，它们的源头也可以追踪到*初的森林和农场土壤上。虽然有时我们也使用从化石燃料中合成的塑料和纤维，但从长远来看，我们必须继续依靠陆地生态系统来满足人类的生活需求。
　　此外，随着21世纪世界有限的石油供应枯竭，生长在土壤上的生物质可能成为燃料和制造业日益重要的原料。从用玉米或生物柴油燃料合成的乙醇和可生物降解塑料，以及用豆油制成的打印机油墨（图1.1），我们已经看到这一趋势的早期市场迹象。
　　图1.1 从环境和经济角度考虑，未来我们的社会将越来越依赖于利用土壤生产可再生材料，用于替代那些日益稀缺和对环境危害的不可更新资源。由大豆和其他油料作物生产的生物柴油（左），与基于石油生产的柴油相比，所产生污染很少，对全球变暖影响也很小。大豆和其他油料作物可以替代石油来生产无毒的油墨（下）、塑料等产品。玉米淀粉能用于制造可降解塑料，来生产诸如塑料袋和泡沫包装的“花生豆”（右上）。（供图：Ray R.Weil）
　　21世纪的一个严峻现实是，需要所有这些产品的人类人口将增加几十亿（预计21世纪晚些时候人口将稳定在90亿至100亿）。不幸的是，可用于满足这些需求的土壤数量根本不会增加。事实上，由于土壤退化和城市化，土壤资源的基数实际上还在萎缩。掌握如何更好地管理土壤资源的知识，对于我们的生存和为与我们共享这个星球的其他生物维持足够的栖息地至关重要。简言之，土壤科学研究从未像今天这样重要。
　　1.1 土壤具有哪些生态系统服务功能？
　　科学家现在认识到，世界生态系统每年提供的商品和服务估计价值数十万亿美元，相当于世界所有经济体的国民生产总值（GNP）（见20.3节）。生态系统服务包括：
　　供给（提供水、食品、药品、木材等物品）
　　调节（水净化、废弃物分解、害虫控制或大气气体调节的过程）
　　支持（协助营养物循环、种子扩散、初级物质生产等）
　　文化（提供精神愉悦、风景优美和户外娱乐活动）
　　全球一半以上的生态系统服务来自陆地，土壤在陆地上发挥着重要作用。
　　无论是你的后院、一个农场、一片森林或一个流域内，土壤在提供生态系统服务方面要发挥的六个关键作用（图1.2）。
　　1.土壤支持植物生长，为植物提供了根部的栖息地和整个植物的营养元素。土壤的性质决定了植被特性，又间接地决定了依靠植被而生存的动物的数量和类型（包括人类）。
　　2.土壤调节供水。水的流失、利用、污染和净化都受到土壤的影响。
　　3.土壤作为自然的循环利用系统。在土壤中，植物、动物和人类的废弃物和遗体被分解，其基本元素可供下一代生命再利用。除了循环利用外，土壤还可以作为人类文物的保护覆盖物，在考古学家发掘之前，是土壤保护了文物。
　　4.土壤显著地影响大气的组成和物理性质，这是由于土壤能吸纳和释放大量二氧化碳、氧气和其他气体，并能向空中输送灰尘和再次辐射热能。
　　5.土壤是活的，是小哺乳动物和爬行动物，从小昆虫到数量和多样性难以想象的微生物的家园。
　　6.土壤作为工程介质发挥着重要作用。土壤不仅能以泥土填充和砖块（烧制的土壤材料）形式作为重要的建筑材料，而且为我们建设的所有道路、机场和房屋提供了地基。
　　1.2 土壤如何支持植物生长？
　　每当我们想起我们周围的森林、草原、草地和农田的时候，脑海中往往呈现的是植物的冠层——叶、花、茎，甚至是大树枝，但会忘记植物世界的另一半——存在于地面下的根系。由于植物根系总是隐藏在地下，我们又看不见，造成对它的研究十分困难，因此我们对植物——环境中地上与地下互作知之甚少，但我们只有同时了解两者，才能做到真正理解其中的一个。植物的根系在土壤中生长蔓延，到底植物能从土壤中获得什么，*先，让我们罗列一下，并做一个简要讨论：
　　*先，土体通过提供物理支撑，固定了根系，这样植物就不会倒伏或被吹走。对那些根系浅的植物或不适于根系生长的土壤条件，偶尔遇见的强风或大雪也能把其上的植物刮倒或压倒（图1.3）。
　　与我们的呼吸一样，根系呼吸过程也是利用氧气，产生二氧化碳（CO？），土壤一个重要功能就是通气性——容许CO？排出和新鲜O？进入根层以维持空气的体量和质量。土壤的通气性是通过土壤孔隙网络来完成的。
　　土壤孔隙另一个同等重要的功能是，它能吸纳雨水，并保持这些水分供给植物根系利用。只要植物的叶子能接受到阳光，植物就需要连续不断的水流供给，来进行冷却、养分运输、膨压保持和光合作用。由于植物利用水分具有连续性，而在大部分地区，降雨仅仅是偶然事件，所以土壤的持水能力就成了植物生存的基本要素。在没有降雨的季节，一个深厚土壤所储存的水分可以长时间维持植物的生存（图1.4）。
　　土壤也能缓和温度波动。也许你能回忆起，在一个炎热夏天下午，当你在花园挖取土壤时，你会感到的地表的土壤很热，而表层下仅几厘米的土壤就很凉爽。土壤具有的隔热特性保护了土壤中的根系免受经常发生在地表的极端冷热的伤害。例如，在中午，经常会遇到地表土壤温度超过35℃或40℃的情形，这种情况下对大多数植物根系而言是致命的。然而，在地表下仅仅几厘米，温度就可下降10℃，根系功能就能正常发挥。
　　土壤中的植物毒性物质可能由人类活动（如化学泄漏或除草剂应用）产生，也可能由植物根系、微生物或自然化学反应产生。众多土壤管理者认为，一个好的土壤应该具备如下功能，通过透气通风、分解或吸附有机毒素、抑制产生毒素生物的生长等来保护植物免于毒素物质的侵害。与此同时，土壤中的某些微生物能产生一类有机的、刺激生长的化合物。当植物少量吸收这些物质后，可以提高植物的活力。
　　一个肥沃的土壤将会持续供应可溶的矿物养分，其数量和相对比例适合*佳的植物生长。这些养分既包括金属元素，如钾、钙、铁和铜，也包括非金属元素，如氮、硫、磷和硼。植物的根从土壤溶液中获取这些元素后，把它们大部分变为构成植物组织的上千种不同的有机化合物。动物通过食用植物，间接地从土壤中获取了它们的矿质营养。在一些情形下，动物（包括人类）直接食用土壤来满足它们对矿质的需求（图1.5和专栏1.1）。植物也吸收一些它们实际上不利用的元素，但这对动物来说十分幸运，因为它们确实需要这些植物不加利用的元素（见元素周期表，附录B）。
　　在92种天然化学元素中，有17种被证明是植物的必需元素，这就是说如果没有它们，植物就不能生长或完不成其生命周期。表1.1列出了这些元素和几个额外准必需元素（对一些植物是必需的）。必需元素中，植物需要量相对比较大的称为大量养分；相对小的称为微量养分。为了记住这17个必需元素，这里给出专门创作的便于记忆的一段话：
　　专栏1.1 泥土饭
　　你是否吃了一惊，“吃泥土（对不起，土壤）饭？呸！”。当然，我们都知道有很多鸟类、爬行动物和哺乳动物专门舔或啄土壤；人们，特别是小孩，无意或不经意地摄取一些土壤，这也是大家所公认的环境毒素暴露途径方式之一（见第18章），但是很多人，包括考古学家和营养学家，都很难相信，人们会有目的地去吃土壤。这方面相关研究表明，很多人习惯性吃土已有很长的历史，通常每天吃20～100g（多达1/4磅）。社会上食土癖好（有意“吃土”）与泰国、土耳其、阿拉巴马农村和乌干达城市地区的情形完全是两回事（图1.6）。在英国来自南亚的移民把吃土的习俗带到了像伦敦和伯明翰这样的大城市。事实上，科学家对这种习俗研究表明食土癖好是人类一个广泛而正常的行为。孩子和妇女（特别是孕妇）比男人更容易成为食土癖好者。穷人吃土比富人更为普遍。
　　人们不是什么土都吃，而是寻找一些特定土壤，通常含有大量黏土和少量砂粒，如白蚁巢穴的硬化黏土、一些河岸发白松软的泥土或采自一定深度层次的深红色黏土。不同地方或不同情况下，人们寻求食用的土壤类型不同，如有些人寻找含钙或钠的土壤，一些人找黏粒含量高的土壤，而另一些人则找含铁的红土。很有趣的是，不像大多数其他动物，人类罕有吃土是为了获取盐分的情形。人类吃土可能带来的好处是多样的，这包括矿物质营养的补充（特别是铁）、对食用有毒食品人员的脱毒（通过黏土吸附作用，见第8章）、缓解腹痛、饥荒年代的生存以及生理上安慰，而食土癖好者，众所周知，竭尽全力来满足他们对土壤一种渴望。现今发生食土癖好现象呈下降的趋势，但当你处于食品短缺绝境时，在就地食土前，还是应该三思而后行。除了味道很差以外，吃土（特别是表土）也有不良作用，包括寄生虫感染、铅中毒、矿质养分不平衡（因为一些矿质养分被吸附，而另一些被释放）以及使牙齿过早磨损等。
　　图1.6 坦桑尼亚莫罗戈罗的一个市场出售供人类消费的红色黏土棒。土壤棒（整齐地堆放在前景的圆形托盘上）单*出售或按袋装出售，主要出售给孕妇，她们每天通常消耗约10根。（供图：Ray R.Weil）
　　在这段话中，粗体代表化学元素的符号；要发现铜（Cu）和锌（Zn）还需要你的想象力。
　　植物除了表中所列出的矿质养分外，也能利用土壤中极少量的有机化合物。然而，吸收的这些物质对正常的植物生长不是必需的。植物干物质主要由碳、氢和氧构成的有机代谢物、酶和结构性化合物组成，它们是植物通过光合作用从空气和水中获取的，而不是来自土壤。
　　植物可以在没有任何土壤的营养液中生长（这种方法称为水培），但是，在此系统中，土壤所具有的支撑植物的功能必须通过工程措施来解决，还需要投入额外的能源和管理，花费更多时间来维持。事实上，想象一下在温室水培中为70亿人种植足够的粮食的费用，你就会更易和更好地理解土壤在提供的粮食生态系统服务方面所具有的经济价值。因此，虽然水培在小范围内生产附加值高的少数植物是可行的，但全世界食物和纤维的生产，以及自然生态系统的维护肯定还是要靠地球上几百万平方公里富饶的土壤。
　　1.3 土壤如何调节供水？
　　我们对河流、湖泊和地下含水层中水的数量和质量越来越关注。为了保持或改善水质，我们必须认识到，河流、湖泊、河口海湾和含水层中的几乎每一滴水，要么从土壤中来，要么就流过土壤的表面（不包括直接降到地表淡水体表面的相对较小的水量）。想象一下，一场大雨降落在如图1.7所示那样河流环