我國現代土壤科學的起源

            我國是一個歷史悠久的農業國。近年對太湖古土壤研究表明,早在 6 000 ~ 7 000 年前我國就已有水稻栽培。在這漫長的農業生產活動中,我國勞動人民積累了豐富的識土、用土和改土的經驗。


            公元前 4 世紀前后戰國時期《禹貢》一書就將九州土壤的類型、分布和土地等級作了記述。這是我國關于土壤分類和土地分級的最早著述。


            但由于受帝國主義侵略,封建主義和官僚資本主義的統治,以及長期以來閉關鎖國的影響,19 世紀在西方科學迅速發展的同時,我國的科學進步卻十分滯緩,其發展水平遠遠落后于歐美各國和日本。


            但隨著西方的現代科學包括農學和土壤學逐漸傳入我國,我國現代的土壤學至上世紀 30 年代開始起步,比國外至少遲了半個世紀。這是一段我國土壤學者艱苦創業的歷程,值得我們追憶。


            1 、中國現代土壤科學發端的背景


            1.1 19 世紀現代土壤學的誕生


            雖然李約瑟在《中國科學技術史》一書中指出:“土壤學連同生態學好像發源于中國”,但現代土壤學卻是從歐美傳入中國的。


            1840 年J.V.李比希(Liebig)發表《化學在農業和植物生理學上的應用》,創立礦質營養學說,確認礦物質是植物營養的基礎;1840—1850 年間,H.S.湯普生(Thomposon)和J.T.魏(Way)提出了“土壤吸附學說”; 1883 年俄羅斯學者道庫恰耶夫(Dокучаев в.в.)發表了《俄羅斯黑鈣土》,闡明土壤是母質、氣候、生物、地形和時間 5 大成土因素綜合影響下形成的歷史自然體,創立了“土壤發生學說”;1986—1888 年間,H. 海爾蓋爾(Hellriegel)和H. 惠爾法斯(Wilfarth)證實了碗豆根瘤形成與N2同化作用的關系。這 4 項成就為現代土壤學奠定了堅實的基礎,從此,土壤學以全新的面貌出現在世界學科之林。


            1.2 現代土壤學在我國的傳播


            在現代土壤學建立之初的 50 年里,歐美現代土壤學從不同途徑傳入我國。這里首先應該提到的是 1877年《格致匯編》刊載的《農事略論》中論及英國農業時,首次介紹了李比希以及農業化學基本知識,這是西方現代農業化學研究最早傳入中國的譯作。


            上世紀20 年代至 30 年代俄國學者T. P. Gordeef]以及V.A.Baltz和 B.B. Polynov分別發表關于東北土壤和植被的論文,文中介紹了當地黑鈣土、變質黑鈣土、灰色森林土、泥炭沼澤土和黑色石灰土等類型和分布。這是可以找到的我國最早的現代土壤分類資料。


            西方先進土壤學理論也吸引了我國學子。著名土壤學家鄧值儀即是中國自費赴美留學攻讀土壤學的第一人,他在 1909—1914 年間先后在加利福尼亞和威斯康星大學學習土壤學,1914 年獲得碩士學位。


            1919年著名土壤肥料學家彭家元獲公費留美名額,因公費被挪用,至 1920 年才籌得旅費赴美深造,先后入威斯康星大學、伊利諾斯大學和依阿華州立大學,1923 年獲農學碩士學位。


            此外,1930 年前,先后有戴弘、黃野蘿和張乃鳳先后赴日、德、美學習土壤學。同時,至 1930 年,全國有 10 所大學院校分設農科或農學院陸續開設土壤肥料課程。這些都進一步引進了西方新的土壤肥料學的理念和方法。


            1.3 我國農業實踐和呼喚


            上世紀初,我國正處于歷史更替、社會變革的大動蕩時代。農村凋敝,民不聊生,自耕不能自食,自織不能自衣。在此背景下許多有識之士紛紛為振興我國農業獻計獻策。


            1910 年公費赴美留學的竺可楨認為,中國以農立國,萬事以農為本,所以一開始進入伊利諾斯大學農學院求讀。后來在我國氣象學方面作出了巨大貢獻。


            張謇(1853—1926)把教育與實業稱為“富強之本”,對發展我國墾殖事業作出了貢獻。辛亥革命后,孫中山聘任他為臨時政府實業部長,北洋政府中擔任農商總長,為了發展農業他主張廣設農事試驗場,以作為改良中國農業之根本。在他創導下,農業試驗場逐漸增多,在農業生產中發揮了作用。


            作為地質學家的翁文灝在 1929 年 10 月在清華大學作了題為《中國地理區域與其人生意義》的演講,指出我國人口多、耕地少,需要對地形、氣候和土壤作較大規模的研究。1932 年在《獨立評論》上發表了《中國人口分布與土地利用》一文,進一步闡明了我國人多地少的的困境,說明土壤調查的重要性和迫切性。


            凡此種種都催生我國土壤研究機構的設立和土壤研究工作的開展。


            2、土壤研究室的建立和發展


            2.1 太平洋科學會議的促進


            1920 年美、澳、加、日、菲、爪哇、新西蘭等太平洋國家的 50 多位科學家聯合于檀香山成立太平洋國際科學會議組織,其宗旨是提倡和輔助該地區重要科學問題和國際交流與合作。


            第四次太平洋會議于1929 年 5 月在爪哇萬隆召開,中國科學家以翁文灝為首,包括竺可楨等 13 人出席。會議有兩項重要決議,即要求各國開展土壤調查和成立土壤研究機構。


            隨即,南京金陵大學農經系邀請美籍教授J.L.貝克(J.L.Buck)于 1929 年著手中國土地利用調查。


            貝克主要從事農業經濟研究,不了解土壤,繼而又請美國土壤學家肖查理(Chards Shaw)來我國作土壤調查,此實為我國土壤調查之先聲。


            2.2 中華教育文化基金會的資助 


            金陵大學肖查理所作之土壤調查時間僅為 1 年,經費也有限,其工作遠不能滿足實際需要。


            以美國退還“庚子賠款”為基金的中華教育文化基金董事會(簡稱中基會),鑒于太平洋科學會議的和金陵大學土壤調查的啟動,決議撥款 10 萬元(1930—1932),委托農礦部地質調查所舉辦全國土壤調查并成立專門機構——土壤研究室以具體實施此項工作,從此翻開了我國現代土壤學歷史新的一頁。


            2.3 翁文灝的策劃和創建


            翁文灝(1889—1971)是中國第一位地質學博士(1912,比利時),是我國地質學的創始人之一。他是富有開拓創新精神和具有組織管理才能的科學界領軍人物。他曾多次率團出席太平洋科學會議。


            鑒于我國人多地少,他強調土壤研究對國民經濟的重要作用。主張開展全國土壤調查。1930 年 7 月在中基會上,翁以中基會執行董事身份,面對金陵大學農學院也向中基會提出舉辦土壤調查的競爭,宣稱土壤是地球巖石風化的疏松表層,闡述地質工作兼野外土壤調查的便利性以及當時地質調查所技術力量和設備的有利條件,認為全國土壤調查應由地質調查所承辦。


            最終翁氏的提案被一致通過。接著他以地質調查所所長身份主持籌建土壤研究室并兼任首屆土壤室主任,開展土壤調查工作。


            正如土壤學脫胎于地質學一樣,我國現代土壤學是地質學家翁文灝關心下誕生的。


            3、土壤研究室工作之進展


            3.1 土壤概圖和《中國之土壤》編著


            全國性土壤概查是土壤室的主要工作。為了吸取國外經驗,翁氏首先敦請美國土壤學家潘德頓(Robert.L. Pendleton)(1930—1933),接著續請梭頗(James Thorp)(1933—1936)作土壤室的主任技師,在這 7年中侯光炯、陳偉、周昌云、李連捷、陳恩鳳、朱蓮青、李慶逵、熊毅、馬溶之、宋達泉、劉海蓬等我國年輕土壤學家全力以赴,除西藏和新疆外,足跡遍及全國,進行了前所未有的土壤概查。


            隨著J. 梭頗的到來,引進了美國馬伯特(C.F.Marbat)土壤分類。應用鈣層土(pedocals)和淋余土(pedalfers)作為最高級單元,以及黑鈣土、漠境鈣土、灰壤、紅壤、黃壤和黑色石灰土等類型。通過概查,按馬伯特分類調查和了解了我國主要土壤類型和分布。


            在此基礎上以梭頗的名義發表了《中國之土壤》(Geography of Soils of China)(1936)一書,附 1/750萬中國土壤概圖(圖 1)。


            專著實際上是一個集體成果,可惜的是該書無合作者的姓名,所編土壤圖主要限于東部。


            該書分別以中、英兩種文字出版,中文版由李慶逵和李連捷合譯。1946 年日本土壤學者伊藤隆吉、保柳睦美、上田信三和原田竹治將其譯成日文出版。


            這是反映中國土壤概貌的第一本土壤學專著,在國際上有一定影響。1940 年馬溶之、朱蓮青又根據歷年資料補編土壤圖,并縮編為 1/1 000 全國土壤約圖。


            3.2 區域土壤調查與分省土壤圖編制


            分省土壤圖之編制始于全國土壤圖付印之后的1942 年。在 77 項大、中比例尺區域性土壤調查的基礎上編制分省土壤圖,包括余皓編的四川 1/100 萬土壤圖,該圖以土科為制圖單元;由宋達泉編制的福建全省土壤圖,該圖以土系復區為制圖單元;由侯光炯、馬溶之編制的 1/300 萬甘肅土壤概圖,以土類為制圖單元;此外,還有朱顯謨編的江西省土壤圖等。


            同時,進行了服務于不同目的的土壤調查,如鹽漬土調查,土壤侵蝕調查,荒地調查,土宜、土地利用、土地分等以及還有工程土壤的調查等。


            抗戰勝利后,1947 年陸發熹]赴西沙群島考察那里的土壤與鳥糞磷礦,同年席連之赴南沙群島太平島考察。這不僅有很大的學術價值,也有很重要的國防意義。


            值得提出的是,侯學煜嘗試以土壤性質為基礎,從事植物生態研究。聯系土壤性質,劃分出酸性土、鈣質土和鹽漬土的指示植物。其中對蕨類植物研究較詳,這是一項很有特色的工作。


            3.3 若干土壤類型的建立


            水稻土:關于水稻土之研究始于侯光炯、馬溶之在江西南昌的工作。后由朱蓮青詳細工作,根據水稻土的復雜形態提出水稻分層方法,并討論各土層之生成與水分升降關系。


            1935 年侯光炯、馬溶之在英國牛津召開的第三屆國際土壤學大會上宣讀了關于江西南昌水稻土的論文,將水稻土作為一個獨立的類型提出來,并進一步將水稻土分為淹育、滲育、瀦育和潛育 4 個亞類,產生了很大影響。


            此后,熊毅在研究水稻土化學性質時指出,水稻土的形成中只有鐵的淋溶,而無鋁的移動,從而在化學性質上將水稻土形成過程與灰化過程區別開來。


            對于水稻土是一種土地利用方式或是一個獨立的土壤類型一直存在爭論,至此,中國土壤學家從水稻土的形成、形態和分類進行了系統研究,對水稻土作為一種獨立的土壤類型提供了理論基礎,從此,“水稻土”被越來越多的同行所接受。


            漠土:漠境土壤與一般鈣層土不同,土壤中不僅含有大量石灰,更含有石。在國外還將漠土與灰鈣土相混淆之時,馬溶之將我國漠鈣土分為天山南麓的無CaCO3移動的棕漠鈣土及天山北麓的有CaCO3弱移動的灰漠鈣土。


            此后土壤分類名稱雖有改變,但其分類的理念至今仍有指導意義。


            紫色土:1936 年,J. 梭頗稱紫色土為紫棕壤,И.П 格拉西莫夫說他在世界上其他地方沒有見過這種土壤。


            早在上世紀 40 年代,土壤室的侯光炯、余皓、馬溶之等根據土壤母質所賦予特有的“紫色”形態,正式命名為紫色土,其下劃分為鈣質、中性和酸性 3個亞類,并列舉了一系列的土系。


            像其他巖成土一樣,將土壤的巖性特征用于土壤分類的思想無疑是正確的。


            鹽漬土:熊毅根據鹽漬土形成方式,將其分為鹽化作用,脫鹽作用,堿化作用、變質作用(或稱脫堿作用)及復原作用 5 種。他正確地將鹽漬土區分鹽土、鹽堿土、堿土、脫堿土。在鹽土中根據鹽分組成再進一步細分。


            此外,根據中國實際劃分出了砂姜土這一獨特類型,其下續分為高地砂姜土、湖地砂姜土和掩埋砂姜土。


            肖查理把山東半島的地帶性土壤稱為棕壤。梭頗認為此種土壤既不同于 Ramann 棕壤,又不同于馬伯特所稱的美國棕壤,故將其命名為山東棕壤。其后,美國土壤文獻中曾加以引用。


            3.4 土系的調查與初步整理


            土系為當時土壤分類的基本單元。1940 年馬溶之、席承藩對所研究土系作初步整理。1942 年朱蓮青繼續此項工作,并校比四川土系,同時宋達泉在福建,熊毅在江西皆注意土系之比較,并對新土系之建立嚴加規定。


            1943 年席連之由閩至贛,從事兩省土系之比較。1945 年馬溶之、席連之進一步對全國土系進行整理。


            據介紹當時籌建了 2 000 個土系,部分土系譯成英文。根據我們從土壤室成立開始至 1953 年土壤研究所成立前的土系進行了系統搜集,共計有 1 762 個土系。其中福建 429 個,江西和四川分別為 254 和 212 個。


            雖然土系分類的標準不完全統一,所分土系詳簡不一,但畢竟是我國最早的基層分類研究的重要資料。


            3.5 土壤性質和土壤肥力之探討


            雖然當時土壤室的工作主要是土壤調查制圖,但對一些土壤性質和土壤肥力進行了探討,在土壤性質方面,如中國土壤酸度和碳酸鈣,酸性土壤的鹽基組成,土壤結構等研究;侯光炯的土壤粘靭性研究和熊毅的土壤膠體的礦質成分研究也取得了進展。


            我國最早的“土壤分析法”,是李慶逵(1937)編著的。在土壤肥力方面,除做一些肥料試驗外,對土壤的某些性質,如顏色、結構、水分狀況和剖面形態與土壤肥力關系進行了探討。


            李慶逵最早從事磷肥試驗,他根據化學分析和幼苗試驗,獲知紅、黃壤中速效磷含量甚低,而固定能力極高,亟須施用磷肥。據此他指出在上述酸性土壤上施用磷礦粉,其效果與施用過磷酸鈣及其他可溶性磷肥相同,惟效力稍遲而已。


            4、造就了我國首批土壤學家


            土壤研究室的建立和發展不僅揭示了我國土壤研究的新篇章,而且造就了我國首批土壤學家。


            4.1 嚴格用人


            前地質調查所土壤室的人員主要來自當時國內著名大學的高才生,如北方的北平大學(侯光炯、熊毅、席承藩)和燕京大學(李連捷、馬溶之),南方的(中央)金陵大學(陳恩鳳、朱顯謨、侯學煜)、復旦大學(李慶逵)以及浙江大學(宋達泉)等。


            一般都要有著名學者推薦,如侯光炯是由著名土壤學家虞宏正教授向翁文灝推薦的。同時,要經過嚴格的考試。如著名新生代地質學家“北京猿人”發現者裴文中,1927年北大畢業,滿懷希望投考地質所不幸落選。裴并不灰心,第二年繼續報考,終被錄取,并參加了周口店發掘工作,1929 年首次發現一個完整的“北京人”頭蓋骨,震驚世界。


            至 1949 年間,地質調查所土壤室先后有 30 人,根據工作需要和個人業績,人員有進有出,全室始終保持 20 人以下。


            4.2 實踐中成長


            熊毅在“土壤工作 15 年”一文[21]中列舉,為編制全國土壤約圖所進行之土壤調查共有 52 項,為繪制分省土壤約圖而進行的土壤調查 77 項,為特種目的而進行的土壤調查 37 項。此外,還有 70 項研究工作。共計有 237 項。


            在土壤室成立至 1946 年先后出版了“土壤季刊”、“土壤專報”和“土壤特刊”3 種雜志,土壤季刊發表論文上百篇;土壤專報(中文、英文)出至 24 期;土壤特刊(甲種)出至 5 號,特刊(乙種)4 期。


            僅 20 人的研究室在不到 20 年的時間里完成如此多的任務,出版如此多的著作,應該說是一個很大的成就。


            土壤學是實驗科學,在工作之初由有經驗的土壤學家言傳身教。他們對野外工作十分嚴格認真。如確定路線時,通常不走重復路;為了摸清土壤資源提出“爬山必到頂峰、出門必須步行”;野外素描和記載必須現場描繪現場記載,當日事當日記,決不允許事后搞“回憶”,室內整理制圖、書寫論文也做到一絲不茍。


            這樣年輕的土壤工作者在完成任務的同時才能不斷增長才干。從而年輕的土壤工作者迅速成長。在 J. 梭頗離任返國后,侯光炯、熊毅、馬溶之、李慶逵等先后擔任研究室主任,擔當起了發展中國土壤科學的重任。


            4.3 出國深造


            前地質調查所土壤室也十分重視國際交流和派譴留學生到國外深造。在地質調查所的領導下和中華教育基金的資助下,陳恩鳳(1935—1938)獲德國克尼堡大學博士學位,李連捷(1940—1944)獲伊利諾斯大學農學院博士學位,李慶逵(1944—1948)獲美國伊利諾斯大學農學院博士學位,侯學煜(1945—1948)獲美國賓夕法尼亞大學博士學位,熊毅(1947—1951)獲美國威斯康星大學博士學位,1935 年侯光炯赴蘇、美、德、英、意、荷和瑞典考察,1945—1946 宋達泉赴美康乃爾大學進修。從而進一步提高了中國土壤科學的研究水平。


            5、土壤研究室的一些優良傳統


            5.1 艱苦創業


            前地質調查所土壤室于 1930 在北京兵馬司 9 號成立,1935 年隨所遷至南京珠江路新址(。1937 年抗戰爆發,先遷長沙后遷四川北碚(照片 7),1946 年遷回南京。在這不到 20 年的時間里,就在這樣戰火紛飛的環境下,不僅堅持下來,而且取得了長足的發展。


            當時野外工作條件差,前地質調查所成立伊始,經費困難。既沒有汽車代步,也無旅館招待所住宿。


            陸路交通主要靠馬匹或毛驢,用作馱運行李,調查考察靠步行。土壤和地質工作經常深入深山老林和荒漠草原等邊遠地區。如馬溶之只身進行新疆這樣地域遼闊、地形復雜和植被多變的空白地區探索漠土的類型、形成和分布規律是何等不易。


            當時不僅調查工作難而艱苦,更嚴重的是有時還冒著生命危險。1929 年趙亞曾在云南,1949 年許德佑等 3 人在貴州遭遇土匪被害,獻出了寶貴生命,但這一切并沒有阻止地質和土壤工作者為為科學事業奮斗的決心和信心。


            5.2 獻身精神


            前地質調查所是一個很有實力的大所,但經費比較困難,常使土壤調查陷入困境。1948 年,土壤室以2 000 元金圓券作經費,派席連之、何金海赴臺灣調查,但金圓券迅速貶值,迫使調查中止。


            他倆由上海至基隆乘頭等艙,回上海時只能乘統艙。抵滬時由于囊中羞澀,只能投親靠友,以解燃眉。


            1939—1944 年日本飛機轟炸重慶達 5 年之久,重慶夏日晴熱少雨,是敵機轟炸旺季,土壤學者在此炎夏躲進防空洞手里還捧著資料撰寫報告。


            地質調查所名聲很大,是許多青年向往的學術殿堂,但職工待遇比一般機關低,生活十分清苦,在抗戰時期尤其艱苦。


            一心向往地質調查所,而由于專業不對口而未能如愿的冰川學家施雅風院士回憶:“當時土壤研究室就在圖書館旁一幢平房中辦公,室主任侯光炯先生整日在研究室工作,一天下午,他女兒找他說你怎么不回去,家里已斷糧,今天中午就未能舉炊,全家已餓了一頓,你快想辦法。這時侯先生才從學術思維中清醒過來,臨時從食堂借了幾升米,帶回家去做晚飯。‘家無隔宿之糧’是通常議論極窮困人家的話,想不到一個高級科學家也貧困至此”。


            5.3 學術民主


            前地質調查所學術風氣很濃,伴隨著實際工作所開展的學術活動更使年輕人得益匪淺。地質調查所全所每周一次的“紀念周”上,大多是學術報告。土壤研究室也常舉行學術討論會。不論全所、全室學術活動都非常活躍。這對學科滲、互相學習很有幫助。


            朱顯謨先生在學術上常有自已獨特的看法。通常認為紅壤是地帶性土壤,其形成過程是脫硅和富鋁化過程;而朱顯謨認為此種紅壤主要是古土壤和古風化殼的殘留,而不是地帶性土壤。進而認為目前成土作用是富硅而不是脫硅作用。


            這一爭論持續了幾十年,近來由于測試手段的進步和資料的積累,發現熱帶地區高度風化的土壤表層確實存在著比較明顯的復硅現象。


            朱顯謨這個觀點的提出和堅持除了他作為一個土壤工作者善于學習地質學知識,應該說與當時濃厚的學術氣氛有關。


            當時在地質調查所古生物室工作的中國國家最高科技獎獲得者劉東生院士回憶:“土壤室有兩個特點:一個是土壤室學術氛圍活躍,學術報告演講很多,常常是哪個人做了工作就做報告,并進行討論,既有細致分析,也有十分激烈的爭辨。這種生動活潑的場面很受歡迎,特別受年輕人的關注。這大概是為什么土壤研究室一直保持思想活躍的原因。另一個特點是土壤室學術創新多、新人多、點子多。這也是為什么他們討論得起來以及受年輕人喜歡的緣故!”。


            劉東生雖非土壤學者也經常去土壤室參加這些學術活動。在這種學術氣氛的熏陶下,促進了地質學和土壤學之間的相互交流和滲透。


            獲泰勒環境成就獎、被譽為“黃土之父”的劉東生說:“我的黃土-古土壤組合想法之所以產生,是在地質所時,參加土壤室宋達泉對下蜀古土壤問題的討論,從包括馬溶之先生在內的土壤學家們(如朱顯謨、席承藩院士等)身上所獲得啟發而已。”


            當談到1955 年馬溶之指出三趾馬紅黏土層中有古土壤層時,他說:“這句話給我的印象太深了”。他接著說:“回過頭來想起地質調查所時,土壤研究室的那種學術上活躍,激烈爭辯,不管對與不對,人們都愿意把自已的認識說出來的做法,以及后來象馬溶之先生那樣,毫無功利之心,赤誠地效忠于科學的大公無私的精神,把自己認識告訴后輩年輕人的做法,也許就是科學研究中最普通而又是最寶貴的傳承吧!”想不到當年土壤室的學術討論竟對研究 240 萬年來黃土變化的劉東生先生有如此大的影響。


            新中國的成立給了我國土壤學家展現才能的極大空間。前地質調查所土壤室的中國土壤學家在新中國建立后,成為科研、教學和產業部門的領軍人物。


            據不完全統計,其中有 8 人擔任研究所正、副所長,多人擔任農業大學校長、農業部勘察設計院院長,5 人擔任全國人民代表大會代表或全國政協委員。至 1996年,曾在前地質調查所工作的科研人員共有 48 人當選為中國科學院或工程院院士。


            就土壤室而言,先后有8 人當選為中國科學院院士,1 人當選國外院士。1980年J. 梭頗來華參加國際水稻土會議時,驚嘆中國土壤界的巨大變化。


            目前我國已擁有一批學科齊全的土壤研究機構,土壤學會的會員已達萬人以上。中國的土壤學不僅在理論上,而且在實踐上都有長足的進步,更重要的是在國民經濟中發揮著越來越大的作用。如華北平原、黃土高原、華南紅壤、東北黑土、西南紫色土和西北干旱土的開發治理為農業持續發展和環境保護作出了重大貢獻。


            目前我國的科研條件有了很大改善,土壤科學研究水平有了很大提高,與國外的差距也大為縮小。


            早期土壤科學的成就,不僅為以后的工作打下了基礎,更重要的是當時艱苦創業的獻身精神和學術爭鳴等優良學風,永遠值得繼承和發揚。


            物質的遺產是有限的,而精神的財富是無限的,我國現代土壤學的發展歷程無疑給我們在不斷創新的道路上以莫大的啟迪和動力。

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