一、土壤

土壤是孕育万物的摇篮，人类文明的基石。我们生活在地球上，每时每刻都与土壤发生着密切的关系，“土壤”一词在世界上任何民族的语言中均可以找到，但不同学科的科学家对什么是土壤却有着各自的观点和认识。工程专家将土壤看作建筑物的基础和工程材料的来源；生态学家从生物地球化学观点出发，认为土壤是地球系统中生物多样性最丰富、能量交换和物质循环最活跃的层面；经典土壤学和农业科学家则强调土壤是植物生长的介质，含有植物生长所必需的营养元素、水分等适宜条件，将土壤定义为“地球陆地表面能生长绿色植物的疏松层，具有不断地、同时地为植物生长提供并协调营养条件和环境条件的能力”；环境科学家认为，土壤是重要的环境要素，是具有吸附、分散、中和、降解环境污染物功能的缓冲带和过滤器。ISO(2005 )从土壤的组成和发生考虑，认为土壤是“由矿质颗粒、有机质、水分、空气和活的有机体以发生层的形式组成，是经风化和物理、化学以及生物过程共同作用形成的地壳表层”。运用当代土壤圈物质循环的观点，人们对土壤的认识和理解有了不同程度的深化与拓展(阿诺德等1991,赵其国1991,2001,2003，周健民2003，李天杰等2004),对土壤的功能、作用等方面的论述更接近于土壤本质的反映。然而到目前为止，如何给出一个更为科学而全面的有关土壤的定义，一直是科学家们关注的问题；而这一问题的解决，需要依赖于对土壤组成、功能与特性较为全面的理解，主要包括：

1)土壤是历史自然体 是由母质经过长时间的成土作用而形成的三维自然体；是考古学和古生态学信息库；自然史(博物学)文库；基因库的载体；因此，土壤对理解人类和地球的历史至关重要。

2)具有生产力 含有植物生长所必需的营养元素、水分等适宜条件，是农业、园艺和林业等生产的基础；建筑物与道路的基础和工程材料。

3)具有生命力 生物多样性最丰富、能量交换和物质循环最活跃的地球表层；是植物、动物和人类的生命基础。

4)具有环境净化力是具有吸附、分散、中和和降解环境污染物功能的环境仓；只要土壤具有足够的净化能力，地下水、食物链和生物多样性就不会受到威胁。

5)中心环境要素土壤是由矿物颗粒、有机质、水、气体和生物组成的地球表面疏松而不均匀的聚积层，它是一个开放系统，是自然环境要素的中心环节。作为生态系统的组成部分，可调控物质和能量循环。

基于上述认识，考虑到土壤抽象的历史定位(历史自然体)、具体的物质描述(疏松而不均匀的聚积层)以及代表性的功能表征(生产力、生命力、环境净化力)，可将土壤作如下定义，即“土壤是历史自然体，是位于地球陆地表面和浅水域底部具有生命力、生产力的疏松而不均匀的聚积层，是地球系统的组成部分和调控环境质量的中心要素”。这是一个相对来说比较综合性的定义，较为充分地反映了土壤的本质和特征。

二、土壤圈

(一)概念

人们对地球表面的水圈、大气圈、生物圈和岩石圈早已熟悉，而对土壤圈的讨论则是近年来才予以关注。所谓水圈是指地球表面和接近地球表面的各种形态的水的总称，它包括海洋、河流、湖泊、沼泽、地下水、岩浆水、聚合水、生物圈中的体液、细胞内液和生物聚合水化物等，在水循环的作用下，各个特征不同的水体相联系而形成了水圈。

大气圈是指包围地球的空气层或大气层的总体。大气是以氮气、氧气为主的多成分均匀混合气体，按其在各个高度的特征可分为若干层次，常用的分层法有：①按温度垂直变化特点分为对流层、平流层、中层和热层；②按大气成分结构分为均质层和非均质层；③按压力特性分为气压层和外大气层(逸散层)；④按电离状态分为中性层、电离层和磁层；此外，还可按大气化学成分分出臭氧层。

岩石圈是指地球的刚性外壳层，是由一些能够相互独立运动的离散板块构成的。固体地球内部最基本的构造层为地壳、地慢和地核，岩石圈是由地壳和地慢最上部组成的固体地球最外部的圈层，具有较高的刚性和弹性，与土壤圈密切相连，为大气圈和水圈所覆盖，大陆岩石圈的厚度约在100～400 km之间。

生物圈是指地球上所有生命与其生存环境的整体，它在地球表面上至平流层，下到十几公里的地壳，形成一个有生物存在的包层。实际上，绝大多数生物生活在陆地之上和海洋表面以下各约100 m厚的范围内，在地球上之所以能够形成生物圈，是因为在这样一个层面里同时具备了生命存在的四个条件：阳光、水、适宜的温度和营养成分。

土壤圈(pedosphere)于1938年由马特森(S.Matson)提出，它是岩石圈、水圈、生物圈及大气圈在地表或地表附近相互作用的产物。现代土壤学、环境科学和生态学的研究进展加深了对土壤圈本质的理解。可以认为，土壤圈是“覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的一种疏松而不均匀的覆盖层及其相关的生态与环境体系；它是地球系统的重要组成部分，处于大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的界面和中心位置，既是它们所长期共同作用的产物，又是对这些圈层的支撑”，它可以表示为

Sq＝f(L，H，B，A，i)      (1-1)

式中，Sq代表土壤圈；L代表岩石圈；H代表水圈；B代表生物圈；A代表大气圈；i表示岩石圈、水圈、生物圈和大气圈之间的交互作用。土壤圈是最活跃与最富生命力的圈层，它与其他圈层间进行着永恒的能量与物质交换；土壤圈具有记忆块的功能，有助于识别过去和现在土壤和环境的变化，并有一定的预测性；土壤圈具有时空特征，在空间上具有垂直和水平分异，主要表现在特定条件下土壤的形成过程、土壤类型和性质的差异；在时间上是处于动态的连续统一体，表现在上壤一生态和土壤一环境体系的形成与演变过程之中，体现了土壤形成的阶段性；同时在空间和时间特征上均体现了生态与环境的演替性。简言之，土壤圈的时空特征主要体现在不同的历史阶段和区域，其类型及其组合、空间格局、土壤剖面构型与土层厚度等都处于不断发展变化之中(李天杰等2004)。

(二)功能

从圈层观点出发，土壤学不仅仅局限于研究土壤物质的本身，而且朝着研究土壤与生存环境及地球圈层间相互关系的方向发展，它对人类生存环境及其全球变化的研究有着深刻的影响。按照已有的研究成果，土壤圈的功能包括如下几个方面：

1)对生物圈 支撑和调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的物理和化学条件，决定自然植被的分布与演替；影响元素的生物地球化学行为；保持生物多样性；但土壤圈的各种限制因素对生物也起不良影响。

2)对大气圈 影响大气圈的化学组成、水分与热量平衡，吸收氧气，释放CO₂、CH₄、H₂S和N₂O等，对全球大气变化和空气质量有明显影响。

3)对水圈影 响降水在陆地和水体的重新分配；影响水分平衡、分异、转化及水圈的化学组成；对地表水和地下水的水质有重要影响。

4)对岩石圈 作为地球的“皮肤”，对岩石圈有一定的保护作用，可减少各种外营力。

有关土壤和土壤圈的异同点目前尚未有公认的、明确的界定，以至有人认为土壤圈(pedosphere)仅仅是土壤(soil)的另一个名称而已。然而，通过上述讨论，我们可以认识到虽然土壤和土壤圈两者紧密相连、密不可分，但却又有着明显的区别，前者属于特指的物质，是具体的；而后者则是指土壤与其生态和环境的整体，是宏观的、概念性的，强调了与其他圈层的相互关系、相互作用与影响，具有环境的整体性。在环境土壤学的学习与研究中应始终贯彻土壤圈的学术思想，关注土壤环境的整体性、地域差异性、变动性和相对稳定性，以及土壤的资源性及其有限性。