地学和农学从学科及服务领域都是不同的，但它们都以地球表层为研究对象。按科学发展趋势，要求多学科交叉，因为学科交叉本身就是一种科技创新，但是它们必须有可以交叉的空间，能够相互切入，融合一体构造新的学科，又能促进各自的深化和拓宽服务领域。农业地质学就是以土壤研究为主要切入点的农学与地学的交叉，是地学和农学相结合的桥梁。下面将从三个方面论述之。

（一）土壤质地

1.概念

土壤质地是根据其机械组成划分的土壤类型，有人主张“土壤机械组成就是土壤质地”。土壤质地的类别和特点，主要继承了成土母岩母质的类别和特点，又受自然的及人为的耕作、施肥、排灌、土地平整等成土作用的影响。故土壤质地是土壤的一种稳定的自然属性，反映了母质来源和成土过程的某些特征。因而常被作为土壤分类系统中基层分类依据之一，在制定土壤利用规划、土壤改良和管理时，必须考虑土壤质地特点。

2.不同质地土壤的肥力特点

按土壤的质地土壤一般分为砂土、壤地、粘土三种类型，它们的肥力等基本性质不同，因而在作物种植、管理和工程施工上就有很大差别。

（1）砂质土

以砂土为代表，也包括缺少粘粒的其他轻质土壤（粗骨土、砂壤），它们都有一个松散的土壤固相骨架，砂粒很多而粘粒很少，粒间孔隙大，降水和灌溉水容易输入，内部排水快，但蓄水量少而蒸发失水强烈，水汽由大孔隙扩散至土表而丢失。砂质土的毛细管较粗，毛细管水上升高度小，如地下水位较低，则不能依靠地下水通过毛细管上升作用来回润表土，所以抗旱力弱。只有在河滩地上，地下水位接近土表，砂质土才不致受旱。因此，砂质土在利用管理上要注意选择种植耐旱品种，保证水源供应，及时进行小定额灌溉，要防止漏水漏肥，采用土表覆盖以减少土表水分蒸发。

砂质土的养分少，又因缺少粘粒和有机质而保肥性弱，人畜粪尿和硫酸铵等速效肥料易随雨水和灌溉水流失。砂质土上施用速效肥料往往肥效猛而不稳长，前劲大而后劲不足，农民称为“少施肥、一把草，多施肥、立即倒”。所以，砂质土上要强调增施有机肥，适时施追肥，并掌握勤浇薄施的原则。

砂质土含水少，热容量比粘质土小，白天接受太阳辐射而增温快，夜间散热而降温也快，因而昼夜温差大，对块茎、块根作用的生长有利。早春时砂质土的温度上升较快，称为“暖土”，在晚秋和冬季，一遇寒潮则砂质土的温度就迅速下降。

由于砂质土的通气好，好气微生物活动强烈，有机质迅速分散并释放出养分，使农作物早发，但有机质累积难而其含量常较低。

砂质土体虽松散，但有的（如细砂壤和粗粉质砂壤）在泡水耕耙后易结板闭结，农民称为“闭砂”。因为这些土壤中细砂粒和粗粉粒含量特别高，粘粒和有机质很少，不能粘结成微团聚体和大团聚体，大小均匀而较粗的单粒在水中迅速沉降并排列整齐紧密，呈现汀浆板结性。这种质地的水田在插秧时要边耘边插，混水插秧，但因土粒沉实，稻苗发棵难、分蘖少。

（2）粘质土

包括粘土和粘壤（重壤）等质地粘重的土壤，而其中以重粘土和钠质粘土（碱化粘土、碱土）的粘韧性表现最为明显。此类土壤的细粒（尤其是粘粒）含量最高而粗粒（砂粒、粗粉粒）含量极少，常呈紧实粘结的固相骨架。粒间孔隙数目比砂质土多但甚为狭小，有大量非活性孔（被束缚水占据的）阻止毛管水移动，雨水和灌溉水难以下渗而排水困难，易在犁底层或粘粒积聚层形成上层滞水，影响植物根系下伸。所以，采用深沟、密沟、高畦，或通过深耕和开深线沟破坏紧实的心土层以及采用暗管和暗沟排水管，以避免或减轻涝害。

粘质土含矿质养分（尤其是钾、钙等盐基离子）丰富，而且有机质含量较高。它们对带正电荷的离子态养分（如

）有强大的吸附能力，使其不致被雨水和灌溉水淋洗损失。农民群众说“大粪不过丘，清水淌肥田”，正是说明粘质土的这一特性。

粘质土的孔细而往往为水占据，通气不畅，好气性微生物活动受到抑制，有机质分解缓慢，腐殖质与粘粒结合紧密而难以分解，因而容易积累。所以，粘质土的保肥能力强，氮素等养分含量比砂质土中要多得多，但“死水”（植物不能利用的束缚水）容积和难效养分也多。

粘质土蓄水多，热容量大，昼夜温度变幅较小。在早春，水分饱和的粘质土（尤其是有机质含量高的粘质土），土温上升慢，农民称之为“冷土”。反之，在受短期寒潮侵袭时，粘质土降温也较慢，作物受冻害较轻。

缺少有机质的粘土，往往粘结成大土块，俗称大泥土，其中有机质特别缺乏者，称死泥土。这种土壤的耕性特别差，干时硬结，湿时泥泞，对肥料的反应呆滞，即所谓“少施不应，多施勿灵”。粘质土的犁耕阻力大，所以也叫“重土”，它干后龟裂，易损伤植物根系。对于这类土壤，要增施有机肥，注意排水，选择在适宜含水量条件下精耕细作，以改善结构性和耕性。

此外，由于粘土的湿胀干缩剧烈，常造成土地裂缝和建筑物倒塌。

（3）壤质土

它兼有砂质土和粘质土之优点，是较为理想的土壤，其耕性优良，适种的作物种类多。不过，以粗粉粒占优势（60%～80%以上）而又缺乏有机质的壤质土，即粗粉壤，汀板性强，不利于幼苗扎根和发育。

3.控制不同质地土壤的主要因素

（1）组成土壤土粒的粗细决定土壤质地

如前所述，土壤的机械组成就是土壤质地，这里的“机械”是指构成土壤固相骨架的基本颗粒即土粒。据此可以认为土壤质地就是粗细不一的土粒组构。因此农学对土壤的土粒很重视，按其粗细对土粒的粒径进行了分级，建立了土壤的粒级制（表2-2）。

表2-2 常见的土壤粒级制

此表引自：黄昌勇，2001，土壤学，中国农业出版社。

土壤质地就是按粒级划分出砂土、壤土、粘土三个类型（表2-3）。

（2）土粒粗细（粒级）由组成的矿物控制

组成土粒的矿物分原生和次生两类。原生矿物质直接来源于母岩，其中岩浆岩类是其主要来源，其次为变质岩类；次生矿物是在岩石风化过程和成土过程中由原生矿物分解转化而成的。如铝硅酸盐类岩石的原生矿物风化转变为次生矿物如图2-2所示。

由于两类矿物来源的差异，在土壤土粒中颗粒大小也就有差异，一般是原生矿物主要存在粗粒级土粒中，次生矿物主要存在于细粒级土粒中。1986年殷细宽对华南的成土母岩为花岗岩的红壤的矿物组成的研究表明，粗粒级者多为原生矿物，细粒级者则多为次生矿物（表2-4）。

表2-3 中国土壤质地分类

此表来源同表2-2。

图2-2 粘粒矿物一般的风化顺序

（3）土壤（粒）矿物与母质母岩矿物有继承性

原生矿物的主要种类有石英、长石类、云母类、铁镁矿物类、碳酸盐类和硫化物类，它们风化后在土壤中的表现：

石英：只有物理风化使其破碎，故是土壤中砾石和砂粒的主要组成矿物。

长石类：各类长石均易化学风化，受二氧化碳及水的作用后正长石就会形成以高岭石为主的粘土矿物，斜长石除形成高岭石粘土矿物外，还可形成蒙脱石和埃洛石等粘土矿物；在某些条件下如干旱区，长石类受物理风化、崩解，在土壤中，特别在幼年期土壤中也可成为砂粒成分。

表2-4 我国华南几种主要土壤中各粒组之矿物组成

云母类：黑云母易于风化，在化学风化过程中常被分解，在土壤中形成铁的氧化物及粘土矿物；白云母较黑云母稳定，常裂成薄碎片出现在土壤中，只是当其处于强风化时才变为水云母、高岭石和其他简单物质存在于土壤中。

铁镁矿物：易于化学风化，风化后铁、镁游离成为氧化物在土壤中留下红棕色的氧化铁痕迹，其他部分则在土壤中形成蛋白石与埃洛石等。

碳酸盐类：是造岩矿物中最易溶解的矿物，尤其在生物活动繁盛、水中含CO2较多的地方，可形成易溶的重碳酸盐随水移走，故在土壤中常被全部淋失；但是当环境改变时，CO2析出，重碳酸盐又变为碳酸盐沉淀在土壤中而形成“假菌丝体”的新生体和碳酸盐结核。

硫化物：较易化学风化，一般是通过氧化作物形成硫酸盐和硫盐，同时强烈降低土壤的pH值。

上述矿物通过化学风化可在土壤中形成粘土矿物，常见的粘土矿物类如表2-5所列。

表2-5 我国土壤中常见的次生粘粒矿物[13]

在各类岩石中的原生矿物（也可称造岩矿物）的种类、含量是不同的，当其成为成土母岩受到风化作用和成土作用形成土壤后，土壤日夏养花网（粒）的矿物对母质母岩的矿物有继承性。主要表现：一是土壤（粒）的砂粒矿物，如石英、长石、白云母等自然来自母质母岩；二是土壤（粒）的粘粒矿物为原生矿物次生变化而来，其种类和含量与母质母岩的原生矿物种类和含量有关。因此土壤的粘粒矿物和母质母岩的原生矿物也具有继承性，只不过不像砂粒矿物那样直接。

（二）土壤养分

土壤养分是土壤化学组成中对作物生长发育形成产量所必需的那些元素，它是构成土壤肥力的基本成分。土壤养分与其成土母质母岩有直接和间接的继承性。

土壤的原生矿物含有丰富的常量和微量元素（表2-6），它们是作物养分的重要来源，如原生矿物中含有丰富的Ca,Mg,K,Na,P,S等元素是供给作物和土壤中的微生物所需养分。前已述及，原生矿物来自成土母岩，成土母岩类型不同，所含原生矿物也就不同，因而土壤的养分就不同。这一点，土壤工作者的有关研究有充分的说明，例如《湖南土壤》[4]一书在论述母岩对土壤化学组成时认为“母岩的矿物组成不同，其风化物发育而成的土壤在化学成分和矿质养分的含量上有显著差异”，指出湖南省主要的七大类成土母岩类型所形成的土壤在SiO2,Al2O3,Fe2O3,TiO2,MnO,CaO,MgO,Na2O,K2O,P2O5等有显著差异。并由此得出结论：花岗岩发育的土壤Al,K含量较高，Si,Mg,Mn较低；浅变质板页岩类发育的土壤P,K较丰富；砂岩类发育的土壤Si含量丰富，紫红色碎屑岩类发育的土壤矿质养分含量一般；石灰岩类发育的土壤P,K一般而富Mg，等等。

表2-6 土壤中主要的原生矿物组成

（三）微量元素科学的发育促进了地学与农学的结合

微量元素科学20世纪后期至21世纪初有了长足发展，涉及了许多领域，其中关于岩石－土壤－生物的相关性即地学与农学相结合的农业地质研究内容主要有以下几个方面。

1.微量元素与生物的关系

1）为生物所需要的一切元素都包含在地球表面上的（岩石圈）92个天然元素中，即位于周期表前面的元素。就人体而言，周期表中前面的12个元素占其总重的99.954%[6],0.006%为微量元素，则是位于周期表靠后面的元素。微量元素对于生物的作用，如以它的营养性和毒性来衡量，则在同一周期内（同一族内），自左至右（自上而下）其毒性随着原子序数的增大而增大，营养作用则随其增大而减少。因此，元素对于生物的作用服从元素周期律[7]，而地壳中的元素分配与分布也服从元素周期律。

2）微量元素在生物体中所占比重虽然非常微小，但它在新陈代谢过程中对某些酶，蛋白质和激素的构成起着十分重要的作用，如锌至少有80种酶的活性与它有关[8]。

3）微量元素的营养学意义，就其重要性来说，并不亚于蛋白质、脂肪、淀粉、维生素，特别是它不能像维生素等那样能够在体内合成，因此它更是不能缺少的[8]。

4）作物所必需的营养元素在作物体内不论数量多少，都是同等重要的，任何一种营养微量元素的特殊功能都不能被其他元素所代替，这就是土壤学中的营养元素的同等重要律和不可代替律。

5）微量元素对于生物的作用服从伯特兰德最适营养浓度定律。这条定律是由法国生物学家G.伯特兰德（Bcrtrand）创立的，其内容是“植物缺少某种必须的元素时就不能成活，当元素适量时就能茁壮成长，但过量时又是有毒的”。

20世纪70年代初，英国地球化学家埃利克汉密尔顿（Eric.Hamilton）领导的一个小组分析了几乎所有东西的最常见的60个元素，分析精度达10-9～10-12g，结果发现“地壳的元素丰度与任何一种人体组织中的元素丰度是相似的，在对数坐标中比较了岩石与人体血液中各元素的丰度，除了原生质中的主要成分碳、氢、氧、氮和岩石中主要成分硅外，两种样品中元素丰度的相关性是惊人的”（图2-3）。

汉密尔顿的发现表明：第一，人体组织的元素组成与岩石的元素组成息息相关，前者受制于后者。第二，人体组织获得元素是通过食物链，食物是大农业生产品及其加工而成，其元素的获得过程有如李正积所总结的营养元素动态平衡模式所示，即“岩石是元素的天然供应库→衍生成土壤对母质元素的继承性→植物选择性吸取元素生长发育”。这个模式最重要之点是指出岩石是各类作物所需元素的天然供应库。这一点与前苏联学者B.B.得伯罗乌利斯基所指出的“对于地面植物来说，分散元素的主要储备基地是成土母岩”是一致的[10]。第三，根据元素动态平衡模式，植物的元素是由岩石供给的，而岩石中的元素种类及其含量有差异，而此是决定于环境的地球化学条件的，在不同的地球化学环境中，元素及其组合是不同的，因而它供给的元素在其他条件相同的情况下，按伯特兰德最适营养浓度定律一般存在三种情况。第一种情况，在一些地区，能够适量供给某些作物使其茁壮成长而形成该地区的优势作物；第二种情况是在另一些地区，元素的供应不适量，使作物不能正常生长而形成该区的劣势作物；第三种情况则是在一些具有某些特殊元素或特殊的元素组合的地区，它能够满足某种作物的特殊需要而使作物具有独特的风味，即形成所谓名优特产。第四，由于微量元素对于生物有如此重要的作用，因此近年来从医学，营养学（包括对动物，植物）的角度出发，研制和生产了品种繁多的微量元素制剂，主要有微量元素药剂、微量元素营养剂、微量元素饲料添加剂、微量元素肥料等。其中微量元素肥料已成为农业生产必不可少。我国使用的微肥种类主要是铜、钼、锌、硼和稀土，它们的增产效应都很显著，如稀土微肥在国内许多地区施用其增产幅度和经济效益非日夏养花网常可观。

图2-3 人体血液和地壳中元素含量的相关性[9]

按上述各点，微量元素科学已经涉及许多领域，特别在生命科学中，微量元素已成为人体的必需。这些微量元素，经过了由岩石到土壤到植物及食物链构成的循环，因而微量元素科学的发展会促进它们之间的结合，首先是岩石与土壤的结合。

2.影响土壤微量元素的第一位因子是母质母岩

湖南省环境监测中心湖南土壤背景研项目在全省21.8万km2面积上采集土壤样、岩石样，共获有效数据21300个，以其分析土壤微量元素影响因子的重要性时，大多数微量元素是母岩母质为第一位（表2-7）。

表2-7 湖南土壤微量元素影响因子重要性顺序表

（四）农业化学和地球化学[5]

1.基本概念

（1）农业化学

农业化学诞生于19世纪40年代，是研究植物营养、土壤养分、肥料性质及其合理施用的理论和技术的科学。

“植物营养”是指植物在生长发育和形成产量的过程中，必须从环境中吸取的矿质元素。矿质元素分为常量元素（C,H,O,N,P,K,Ca,Mg,S）和微量元素（Fe,B,Mn,Zn,Mo,Cu,Cl等），它们对植物的营养作用主要在三个方面：一是在代谢过程中转化为植物体内结构并构成其重要化合物的组分；二是参与生化反应和能量代谢；三是在生化过程中起缓冲和调节作用。以上对植物营养的观点称之为“植物矿质营养说”。这之前一种广为流传的观点是腐殖质为植物唯一营养给源；另一种观点认为水是植物唯一的营养要素；还有一种观点则认为盐分是一切作物生活和生长的基础。这些观点是在当时化学分析方法很不完善，测试技术精度很不高的情况下得出的，是片面的甚至是荒谬的。“植物矿质营养说”的创立者是德国化学家、农业化学家、当代农业化学奠基人李比希（Justus Von Liebig,1803～1873），他通过大量的化学分析，指出能为植物吸收的养分是矿物质，在当时即称为“植物矿物质营养学说”；进一步的研究得出不断栽培作物，土壤中矿物质养分势必被消耗，如不把作物从土壤中摄取的那些养分归还给土壤，则土壤会变得贫瘠，这一论点被称之为“养分归还说”；李比希继矿物质营养说和养分归还说之后还创立了“最小养分律”。他指出，在作物生长所需各种矿质养分中，如有一个矿质养分含量最少，即使其他矿质养分虽然很丰富，也难以提高作物的产量，亦即作物产量受最小养分的限制。

“土壤养分”是指土壤中所含的植物所需的矿质元素。矿质元素在土壤中的含量称全量，全量只反映土壤对植物养分的供应潜力，而不是实际的供应水平。实际供应水平决定于矿质元素的形态，其形态可分四类：第一类为自由态，是可以溶解在土壤水溶液中的离子，称水溶态养分；第二类是弱结合态，是吸附于土壤颗粒表面，通过解吸可与自由态养分处于平衡状态，称可交换态养分；第三类为易活化的结合态，称易活化态养分；第四类为难活化的结合态养分。以上四类养分，第一类和第二类为有效养分，第三类为中等有效性养分，第四类为土壤储备养分。

“肥料”是用以调节植物与土壤间养分供需矛盾，为植物生长提供良好营养环境的物料。肥料一般分为直接肥料和间接肥料，直接肥料是含有植物所需的营养元素，对植物具有直接营养作用的一类肥料；间接肥料系用以调节土壤酸碱度、改良土壤结构、改善土壤理化性质为主要功效的肥料。

“肥料合理施用”是指能够适度提高土壤矿质营养元素以保障作物所需养分，是建立在作物营养诊断基础之上的。作物营养诊断是通过研究作物的形态、生理、生化等的变化，用以判断作物的营养状态。作物的营养状态可以分为缺乏、适宜和毒害三个范围。缺乏范围是指营养元素含量达到临界浓度之前，作物产量随元素补给而上升的范围；适宜范围是指作物产量不随营养元素含量提高而上升；毒害范围是营养元素过剩，使作物生长受阻，产量下降，甚至死亡。因此，根据作物诊断结果对缺乏范围应适宜施以直接肥料，对毒害范围应施以间接肥料降低元素的毒害作用。

综上所述，农业化学研究内容主要是植物营养、土壤养分、肥料和作物营养诊断。在现阶段还提出了对植物营养遗传学的研究，即是将植物营养生理、生物技术与统计学紧密结合在一起，使植物营养遗传学水平，由不同基因型营养特性差异的比较提高到分子生物学水平，为耐营养胁迫和耐逆境土壤的植物种类的栽培，即充分利用土壤的宜种性提供依据。

（2）地球化学

地球化学是研究地壳的化学成分和元素在其中的分布、分配、集中、分散、共生组合、迁移规律和演化历史的科学，特别强调元素的迁移集散。以农业（植日夏养花网物为主体）为目的的地球化学主要是表生作用地球化学，即风化带和土壤的地球化学，也就是元素在风化带和土壤中的迁移集散。风化带是指地壳岩石在风化过程中，活动组分被淋溶迁出后残留在原处的且被逐渐富集起来的稳定组分。土壤是风化带经过成土作用逐渐发育起来的产物。一般将风化带称成土母质，而紧靠其下未风化的基岩称成土母岩，但如果风化物经迁移在异地沉积或淤积，则其沉积物或淤积物也可经成土作用形成土壤，那么沉积物或淤积物就是成土母质，其下的基岩就不是成土母岩。例如第四纪更新统红土是第四纪红壤的成土母质；第四纪全新统河、湖冲积物是第四纪潮土的成土母质。

按以上叙述，表生带是由土壤、风化带和基岩（有或无）组成的，自上而下分为：

湖南农业地质及其应用

风化带——C层（土壤母质层）土壤物质的来源层。

基层——D层（土壤母岩层）土壤物质的原始来源层。

在风化和成土过程中，按地球化学原理，元素的迁移集散主要影响因素是岩石矿物本身的耐风化性、气候及地形条件，再就是生命活动。对以农业为目的的地球化学研究，必须强调生命活动对元素迁移集散的作用，它主要表现在三个方面：一是生命体（植物）对元素的吸收，早在20世纪初，B.N.维尔纳茨基就发现50～60种元素被植物吸收存在于生命物质中，到现在，通过研究，组成生命物质的元素已达70余种；二是植物吸取元素有强烈的选择性；三是植物的生命活动产生CO2、O2、NH3、H2O和腐殖质影响土壤环境的物理化学条件，进而影响元素的迁移集散。例如腐殖质的胡敏酸和富里酸可以形成pH 值为3～4，甚至更低的水溶液，致使许多金属元素在这种酸性介质中活化进人土壤水溶液中。又如腐殖质在地表常呈胶体状态且一般带负电荷，因而吸附金属阳离子；同时所有金属离子都能与腐殖质形成螯合物。胶体的吸附和螯合物能使金属离子固定在土壤中，从而降低了金属离子的活性。

2.农业化学的实质是一个地球化学过程

农业化学作为一门学科的诞生就是植物矿质营养说的提出，植物的矿质营养就是指植物所需要的元素。农业化学对所需元素的研究，包括对它的来源、含量、分布和可给性等方面的研究。指出其来源主要是成土母岩和成土母质，并由此决定了在土壤中的初始含量。经过风化和成土作用，对初始含量、结合特性、在剖面中的分布会有所改变，这一改变实质上就是元素迁移、集散的地球化学过程。

农业化学按土壤矿质营养元素含量对植物的缺乏、适宜和过剩以研究其肥料施用品种及其合理施用量，是一种人为作用土壤矿质营养元素的迁移集散，实质上也是一个地球化学过程。

农业化学目前强调对植物营养遗传学的研究并作为该学科研究发展方向，就是通过植物对营养元素的选择性吸收来了解其“吸取养分的显著基因型差异”和“抗逆境条件的生理反应存在极大基因型差异”，以合理开发土壤资源，按作物的土宜性（宜种性）提高农田生态系统的生产力，其研究重点或突破点仍然是以土壤矿质营养元素为主，故其实质也仍然是一个地球化学过程。

综上所述，在农业化学中的矿质营养元素的变化过程，实质就是一个表生地球化学过程。因此，应当吸取地球化学学科的经验，结合地球化学特别是表生作用地球化学进行研究，从而使农业化学研究更加深入，上升到一个新的高度。

3.以农业为目的地球化学研究的理论基础是农业化学

农业化学的经典理论“矿质营养说”、“养分归还说”、“最少养分律”、“植物营养遗传”等是用以阐明矿质营养元素在成土母质（母岩）—土壤—作物的转换过程中，对作物生长发育和形成产量和质量的意义，它的最终目的是落实在作物的产量和质量上。前已述及矿质营养元素在成土母质（母岩）—土壤—作物的转变过程实质上是元素迁移集散的表生地球化学过程，因而农业化学应引进地球化学，主要又是表生地球化学。如此，按农业化学进行的地球化学研究与以往的地球化学研究有什么不同呢？以往的地球化学，包括表生地球化学主要对各类地质体的元素分配分布的研究，是以矿产为目的的，如果涉及了对植物的研究，那么也只强调它作为一种生命活动对元素分布分配的影响，而不考虑对植（作）物产量和质量的影响。现在将其应用于农业，也要以植（作）物产量和质量为目的，那么就要与农业化学相结合，要以其经典理论为基础来论述表生地球化学过程，只有这样服务于农业才能有的放矢、具有实用价值，并能为农业部门所认同。

综上所述，土壤质地决定了土壤的肥力特点；土壤质地又决定于由其构成的不同粒径的土粒；土粒则是大小不一的矿物颗粒组成，其中原生矿物一般较粗成为土壤中的主要砂粒，由原生矿物衍变成的次生矿物成为土壤中的粘粒；原生矿物来源于岩石即成母岩，故成土母岩类型不同，原生矿物种类及含量就不同，以致使土壤质地不同；土壤养分也受岩石即成土母岩的影响，特别是土壤微量元素的影响因子第一位的是母岩母质，故成土母岩不同，土壤养分也就有差异。因此土壤的质地和养分都受岩石即成土母岩的影响，它们之间有直接和间接的继承关系。

岩石的矿物和化学组成是地学的岩矿学、地球化学的主要研究内容，由岩石风化到形成土壤是表生地球化学研究内容。作为地学原有领域讲其目的是为找矿服务，从而积累了非常丰富的系统的且时常更新的资料，特别是近年来开展的多目标国土资源大调查，针对农业环境有目的地做了大量工作。

土壤的矿物和化学组成即养分和质地是农学的土壤学、农业化学的重要研究内容，虽然对母岩也进行研究，但只是一般性的了解，有关这方面的内容多是引述地学的基础资料。

从现代农业出发，引进地学理论和应用丰富的地质资料，土壤学是首当其冲的重要内容，实际上只有这样，土壤学才能注入活力得以发展；同时地学也只有将其有关理论和资料，应用于涉及地球表层的其他学科如土壤学，也才能增加活力，拓宽服务领域，才能走出单一的为找矿服务而全方位地为社会服务。故而地学主动服务于农学，将其丰富的地质资料为土壤学所认同并在农业生产中予以实践，地学才会发展。因此地学与农学的结合使农业地质学应运而生，农业地质学就架构地学与农学相结合的桥梁，如图2-4所示；这种桥梁作用也可以土壤圈的构成得到说明。土壤圈是在土壤形成因素说及土壤地带性学说提出后，明确土壤是一个独立的历史自然体的基础上发展起来的，赵其国院士提出“土壤是岩石圈、水圈、生物圈和大气圈相互作用的产物（图2-5）；土壤圈内各种土壤类型、特征和性质，都是过去和现在的岩石、大气、水及生物相互作用的记录与反映；土壤圈与岩石圈的矿质元素循环表现为以岩石为http://www.rixia.cc基础的成土过程或地质过程元素的迁移和物质循环（图2-6）”。显然，土壤圈是农学研究主要对象，岩石圈则是地学研究主要对象。现代农学（土壤学）和现代地学的发展需要共同地并同等重要地研究这两个圈，这是农业地质的主要任务之一，由此也足可说明农业地质学是架构地学与农学的桥梁。

图2-4 农业地质学是地学与农学结合的桥梁

图2-5 土壤圈的地位

图2-6 土壤圈的内涵

（一）对中医药的认识

中医是我国五千年来的传统医学。早在原始社会时期就有神农氏尝百草。尝百草可以理解为选种育五谷，也可以理解为尝草知药理而解毒治病。

明李时珍编《本草纲目》，那是集我国四千年中草药的大典，其中第六卷为金石部，那里集合了41种矿物、岩石，皆被选为中药。以近代科学观来看这一药物名单，尚不能被目前的医学科学所解释，其中有不少不溶于常温下（100℃）酸碱作用型的矿物，如金、马脑、云母、阳起石、慈石等矿物，甚至有被认为剧毒的铅、水银、雄黄、雌黄、砒石、丹砂等汞、砷类矿物，但仍需甚至作为主药入药，这也许正是祖国医学的神秘之处吧。

本草纲目

中医和西医最大的区别在于，中医属古人治病经验之总结，运用难以定量测试的生理征象判断病因，以经验中提炼出来的药方来治病。而西医则应用近代科学测试值来判出病因，以可用有机化学分析值给出化学分子做药物。

19世纪，近代化学，尤其是有机化学的蓬勃兴起，为人工合成喹宁而创制出磺胺药，为合成人工染料，而创制革兰氏兰，它可以入侵细胞体内，给不同细胞、细菌染色，在显微镜下观察药物杀菌能力。从而开创了西药的先河。如今许多西药，实际上提炼出中草药中能治病的主要化学成分，用人工方法大规模提纯、合成或培养出该组分，从而发明新药。

传统中医学用“望闻问切”四大手段来诊断疾病及病因，后用辨证施治，以“君臣”配伍开出中药。西医诊断，病灶原因清晰，药方针对性强。中医用阴阳、虚实、五脏与五官对应关系这一整套中医理论，然后用几味主药材对主要病因，几味主要辅药以抑制副作用。所以中药名单开出的药方往往七八种乃至十几种，各种药的剂量也千变万化，但其疗效却十分神奇，处处彰显着祖国中医文化的深邃与奥秘。

（二）本草纲目中的矿物与岩石

李时珍说，石是气的核、土的骨。石气凝聚可结为丹青，石气液化成为矾汞。乳卤变成石是由柔质转化成刚体，草木转化成石是由动体变成固体，雷震是陨落成石，是从无形转化成有形。这是他对自然转变的认识，最终得出金石虽是顽物，却可造化无穷，所以石亦能济国利民，当然也可治病。

他将入药的矿物分为四类，金——金属；玉——色彩美好且较硬的矿物；石——硬度较低的矿物；卤石——能溶于水的盐类矿物。

1.金类

李时珍所谓的金类有7种金属，即金、银、自然铜、铜矿石、铜青、铅、铁落。按地质翻译，铜矿石即黄铜矿，铁落即打铁中飞溅出来的铁屑。这些金属，金是不溶于水，不溶于酸，不溶于碱，化学性质十分稳定的元素，因此无法进入人体所有器官内。之所以分析出人体含金，那可能属自然界中金的微粒（起码少于万分之一毫米即PM10）才能深入体液中沉淀于某处。但人用手工加工，无法获得如此小的微粒，因此不能被人体吸收，毋谈治病。铁、铜、铅都可溶于酸而进入人体，但在治病中的作用却难以认定。

2.玉类

玉、青琅歼、珊瑚、马瑙、宝石、云母、紫石英共7种。

玉，古人说的玉，即如今的和田玉、蓝田玉，前者属软玉，是透闪石微晶集合体，后者为蛇纹石类。服用方法是将其捣碎成米粒大小，用醋浸泡成浆才可服。醋是弱酸，加热煮炒，其温度也在100℃左右，即使入药需加热12小时，也极难溶入水中。透闪石、蛇纹石均属钙镁硅酸盐化合物，入体后分解成金属钙、镁阳离子及硅酸根阴离子。

青琅歼，又称石珠、青珠。应该是小圆石，可能属钙质结核，在含水溶洞底凝成石珠。其化学成分为碳酸钙，微溶于水，以钙离子进入人体。

珊瑚，化学成分为碳酸钙，本书指的珊瑚是树形珊瑚。此外，球胞状、白菜状、牛角状，这种珊瑚也不属药用珊瑚之列。

马瑙即玛瑙，化学成分为二氧化硅，隐晶质的石英。它不溶于水，亦不溶于酸、碱，研磨成粉，高温加热下才能部分地溶解。服用中药时，将玛瑙加工成粉末泡于水中。

宝石，泛指色彩鲜艳、光彩夺目、具有硬度很大的矿物，主要是石榴子石系列、绿柱石系列，可能还包括硅化石棉等系列。它们均是复杂的铝硅酸盐矿物，物理与化学性能都相当稳定，一般不溶于弱酸（民间醋）碱。

云母，钾钠的铝硅酸盐矿物，常温（100℃以内）下不溶于弱酸弱碱（食用的酸碱）。化学性能相对稳定。中药用法是食盐、云母各500克。粉碎置于布袋内搓碎成粉，然后溶水去盐，属内服药。

紫石英，即紫色萤石，能溶入酸，部分溶于水(量极少)。中药用醋煅紫石英可镇心安神，温肺，暖宫。用于失眠多梦，心悸易惊，肺虚咳喘，宫寒不孕。即取净紫石英块，照明煅法加盖煅透，醋淬。每100千克紫石英，用醋30千克。

3.石类矿物

丹砂，即朱砂，硫化汞。中药炮制法：研成粉末，浸泡入清水煮沸；或用荞麦灰淋湿，煮三昼夜，再水洗晒干成粉。辰砂不溶于水，荞麦灰属碱性，将起化学反应。内服用。辰砂是提炼汞的矿物原料，古人好用水银作炼丹原料，高温下汞化作蒸气飞走，锻炼成三仙丹，内服成仙飞升用，往往中毒而死亡。

辰砂、银朱、水银、水银粉，均属水银系列，现代医学作外敷消毒用（红药水主要成分），内服易中毒。

雄黄、雌黄，即硫化砷。中药加工时，用油煎九天九夜，方可入药，有毒。古人早已知晓砒霜是毒药，可以杀死人。放入油中煎，实际上是高温（200℃以下）处理，大部分砷及硫将挥发而不存于固体中，只是矿物附生物及杂质有残存，所以毒性已大减。主要做外用杀虫剂。

石膏，是指带有结晶水的硫酸钙。中药把方解石（碳酸钙，能少量地溶于水）也当作石膏。服用前需火中煅烧，变成氧化钙，即生石灰，中药又称寒水石。实际上，中药中所称的石膏除了石膏、方解石外，还包括长石。而长石是钾钠钙的铝硅酸盐，根本不溶于水，其粉末煅烧即成陶瓷表面涂抹的釉。

滑石，属钙镁铝硅酸盐，不溶于水，可内服外敷。内服时捣成粉末调成糊状，或入水与其他中药共煮。

五色石脂，从该药物具粘性分析，它可能属黏土类矿物，如高岭土，多赋存于岩石中，而不是分布于松散堆积物中的黏土层。它加水可以软化成泥，化学成分应为铝的硅酸盐矿物。

炉甘石，即菱锌矿，化学成分为碳酸锌。它不溶于水，入药时可捣成粉末调成糊状外敷用。

石钟乳，是指溶洞中的碳酸钙质的沉积物，包括各种类型的石钟乳、石笋、石幔、石莲座、泉华、鹅管石等。其化学成分均为碳酸钙，不溶于水，但溶于酸，加工成粉即可服用。

其实，在石灰岩地区，由于靠近地表的地下水（地下水位附近因含有大量的空气，所以地质上又称饱气带）与空气中的CO2接触，并使部分CO2溶于水，生成碳酸。碳酸进一步与碳酸钙反应生成碳酸氢钙，碳酸氢钙极易溶于水，并随着地下水被搬运走，被溶蚀的岩石渐渐就成了空洞，即溶洞。当地下水经过一段距离的流动再次渗出地表或在溶洞中滴出，因温度、压力等条件的改变，碳酸氢钙又将变成碳酸钙和碳酸，碳酸钙因不溶于水而沉淀，碳酸继而分解为水和CO2，CO2从水中逸出。这就是日常所说的岩溶作用过程。

石脑油，即石油的原油。外敷能杀虫治疮，内服可制成药丸或散。

石炭，即煤炭。

石灰，通常是指生石灰，其化学成分为氧化钙，遇水可生成氢氧化钙，即熟石灰。用水调和或煮沸后可内服。熟石灰在空气中久置，与空气中的CO2发生反应生成碳酸钙和水。

阳起石，即角闪石族矿物——阳起石，化学成分为钙镁铁硅酸盐，不溶于水、弱酸。一般需火中煅烧再入水调和。

磁石，即磁铁矿，化学成分为四氧化三铁，实际为氧化亚铁和三氧化二铁的混合物，不溶于水、酸。作内服药时，磨碎用醋煮煎后才能入药。

玄石，不带磁性的黑色铁矿，相当于黑色的褐铁矿、钛铁矿等，它们均不溶于水，入药方法同磁铁矿。

代赭石，即赤铁矿，化学成分为三氧化二铁，不溶于水，需煮水后才可入药。

石胆，即含有结晶水的硫酸铜，蓝绿色晶体，加热后易分解，易溶于水。

砒石，相当于毒砂族矿物，属砷化物或硫砷化物，含少量铁、镍、钴等阳离子，不溶于水。磨碎后用醋煮后方能入药，有毒。

麦饭石，是一种天然的药用矿石,含有人体所必需的钾、钠、钙、镁、磷常量元素和锌、铁、硒、铜、锶、碘、氟、偏硅酸等18种微量元素。麦饭石主要产于花岗岩、黑云母花岗岩、黑云片麻岩等岩石中，也有产于含长石砂岩等半风化的岩石中，可能吸附了少许有益人体的元素而具特殊的治病理疗效果，其理化指标至今不清。20世纪80年代初，我国曾掀起一股麦饭石的风，其疗效被人为夸大。不同产地的麦饭石，其疗效也各有不同。

北方麦饭石对镉、汞、砷、铅等对人体有害的几种元素有较强的吸附能力，对氯丙嗪药物（镇静、安眠用）有较强的吸附作用, 对巴比妥吸附较弱，可以在一定程度上净化水质。

4.卤石类

食盐，即氯化钠，易溶于水，可入中药。

光明盐，巨大透明的石盐晶体或集合体，是食盐中的一种。

卤碱，卤水结晶或细晶碱的集合体，易溶于水。

凝水石，色如云母，可分解，相当于透石膏，或六角形板状芒硝大晶体。化学成分为含结晶水的硫酸钠，能溶于水。

硝石，芒硝之下的板状晶体，亦是芒硝的一种。

5.岩石或泥类

白垩，化学成分为碳酸钙，沉积形成土状堆积，能溶于水。

黄土，遍布山西高原之亚砂土，与水混合可成为泥浆。

（三）中药矿物岩石类医用原理存疑

中草药的矿物、岩石类，只有少部分能溶于水，其有效成分可被人体吸收，而大部分不溶或难溶于水，虽然经中药用醋炮制、用火焙烧后有的变成粉末，但大部分还是呈不溶于水或弱酸（醋）的固体，它如何能被人体吸收？

即使能被人吸收，它的治病机理，也没有现代科学来论证。所以中药矿物岩石的药理大部分令人难以理解，也没有交代古人根据什么将它纳入药物。矿物治病是利用矿物中的阳离子还是阴离子，可以与人体组成、食物有效成分进行对照，能够找出一部分氧离子或阴离子确实有益健康，但治病是要杀菌，或补偿人体缺乏的养分。

药物要杀菌，一是要进入病菌细胞体内，破坏其生理机能；二是抑制菌体外介质，使细菌不能摄取营养而饿死；三是增强人体白细胞、淋巴细胞的制菌能力，增强人体抗病能力。

矿物或岩石有哪些属有益组分？它们在治病中发挥了什么作用？中药都没有很好的解释。

（四）岩矿及化学元素在医药中的作用

当人们患了上消化道系统的疾病，要确定病灶位置及范围大小时，常用钡剂，即重晶石（化学成分BaSO4）糊，把重晶石磨成粉末，加水调制成糊状，在吞食过程中，X光机屏幕上可看出食道、胃及十二指肠中的缺损。因为重晶石糊能屏蔽X光，在屏幕上呈现阴影。原来光滑的食道胃壁，有了炎症造成损伤，当钡剂流过时会显示缺损。

放射性元素进入血液，它强烈地放出射线，在胶片上反映为高透光的亮线，此时就可反映出血管粗细的变化，肿瘤区可显示出肿瘤的大小及形状，大脑中出血区与非出血区以阴影与强光区分别显示。所以它成为血液示踪剂，可以反映血管疾病、体内肿瘤及出血区。

放射性元素的射线能杀死肿瘤细胞，所以被用来治疗癌症。但它同时也会杀死正常的人体组织和细胞。人们常用“化疗”代表放射性治疗，它在杀死癌细胞的同时，对人体正常组织也会带来重大损害。于是后来就有了“刀”的治疗方法，它用一定强度的电磁场，把分散的射线集中到一点上（相当于聚光作用）针对病灶予以摧毁。也可用反射镜，把射线集中在一条线上，用两根射线汇聚一点，杀死癌细胞。这一方法换成激光线，用射线交汇法，便可在透明的水晶玻璃中雕出佛像来。医学上，激光刀就是利用此方法切割肿瘤，剥离坏死组织。

刀结构示意图

1.准直器头盔；2.主体；3.防护层；4.放射性钻源；5.外准直器

放射性元素的示踪与放射性元素的杀菌，其差别在于放射性射线的强度。示踪所用的射线强度较弱，基本上不会杀伤正常的红血球，杀菌所用的射线强度大，其强度足以杀死癌细胞。

医学上所用的放射性元素一般不是从矿产品中获得，而是置于加速器中人工轰击获得，它不是天然的同位素，而是人工激发出来的同位素，它的强度可由人工控制。因为在用加速器制备同位素过程中要消耗大量电能，所以放射性治疗或示踪的治疗费用较高。如钴元素，其天然同位素是Co59，而用以治疗的则是Co60，它是人工放射性同位素。它是在加速器中钴元素多捕获一个质子而成的。常作为示踪用的金放射性同位素也是人工同位素（Au80）。

天然放射性矿产主要是铀矿，它的成矿通常与酸性侵入岩浆活动有关，也可以在外生成矿作用下，在旱区的砂岩中成矿。近代则采用浓缩地下水中的铀，通过上游注酸水、下游抽含矿酸水法提取铀矿。

（五）食物、营养与滋补

一般而言，人吃五谷蔬菜（包括鱼肉禽蛋）就可满足人体正常生活需要的所有营养物质、矿物质、维生素，普通人一般不需要另外补充。只有青少年发育期、妇女怀孕哺乳期，人体对部分营养物质的需求急增，一般食品营养有供不应求之虑时才需补进。

常语道：“药补不如食补。”人体需要特殊成分，完全可以通过特定的食品追补，食补是少剂量长时期的补充方法，而药补则是高剂量、短时期补进方法。一般食品总比药品便宜，食品可制作成美味佳肴，作为生活享受带入体内；而药物不是苦的，就是无味的，或加了糖衣或包了胶囊。人体的吸收不是由主观要求所能控制的，它是生理机体的自动发挥，不以人们的意志为转移。

人进入老年期，身体所有器官都“磨损”了、老化了，不少正常机能也减弱了，尤其胃肠的吸收功能明显减弱，吸入量的减少不能满足正常的需要，于是缺钙、骨质疏松等症状就出现了。这时就需要额外进补，以弥补摄入量的不足。

如今人们生活水平提高了，饮食从图饱到图好。今天已进入追求营养时代，人们反而不讲究饱了，尤其减肥之风兴起，“饥饿”疗法盛行，讲究吃的少。更有人看上营养品带来的商机，营养品、滋补品广告铺天盖地，真假补品鱼龙混杂，新名词、新代号不断涌现，将人带入众多的饮食误区，什么“1比1比1”、“离子钙”、“深海鱼油”等炒作新概念，混淆视听，蒙蔽消费者。就连盐类物质溶解于水变成阴离子和阳离子这种普通化学的常识也时常被夸口、炫耀。鱼类有浅层水、深层水之分，它与深海、浅海无关，深海中浅层水的鱼，与池塘里深水鱼概念完全不同，这是偷换概念，愚弄百姓。简单的饮用水也在广告里被吹嘘为磁化水、深层水、能量水、宜生水，其实都是缺乏科学依据的概念炒作，甚至有的就是伪科学，如把石英当能量石，把电气石、阳起石等不溶物质浸泡的水当营养品。

不少伪专家举办各种讲座，什么吃泥鳅、喝卤水、吞蛇胆，名目繁多的配伍禁忌，夸大芦笋、魔芋、灵芝的药用功能。当然，也有相当一部分企业不负责任，在奶制品中添加三聚氰胺，严重危害食用者的健康安全，但也不可把事情扩大化，把国内许多正宗名牌奶粉当作毒奶，从而扼杀了我国奶品行业，国人再也不敢喝国产奶粉。为此，社会上曾一度出现一窝蜂抢购日本、澳大利亚奶粉的现象，弄得香港市场限售奶粉，深圳海关限带奶粉等。

我国“牙防组”推荐过氟化锶牙膏，原意用锶替代钙，以改善牙齿结构，减缓蛀牙。但氟摄入过量有损健康。几年前，我国为了解决因缺碘而引发的地方病曾强制推行加碘盐，而没有考虑到碘缺乏症并非全国性的。对于沿海地区而言，食用盐基本都由海盐加工而成，再者，对海产品的摄入量也较多，这些海盐及海产品含碘较为丰富，无需另外加碘补充。如果碘摄入过多，还会造成碘中毒。所以，是否需要食用加碘盐应视情况而定，对于碘缺乏地区，食用加碘盐是必要的。而对于碘含量丰富的地区或日常膳食中碘摄入较多者则应避免。对于碘超标的食物亦可视为有毒食物，如对甲亢病患者来说，碘的摄入可能会造成病情的加重，所以应食用不加碘食盐，也正因为如此，副食市场目前也有不加碘盐的销售。

民间有一些错误的认识值得注意。北方居民大多会在冬季储存腌制咸菜，一般认为精制盐的咸度不够，用精制盐会加大盐的用量，增加成本。为了节约成本，多数居民会选择未经过加工的粗盐。未经过加工的粗盐杂质较多，不符合食品行业的卫生标准，其中会含有一些有毒有害元素，如果长期食用，不仅不会节约成本，可能还会造成对人体的伤害，得不偿失。总而言之，是否缺碘应“辨证论治”，根据具体情况区别对待，且不可一视同仁，以偏概全。否则将会酿成不良后果，甚至终生遗憾。

东部经济发达地区，不少家庭基本上不吃猪肉了，怕胆固醇过高；较大的或较高档的筵席上也不见了往日猪肉占菜肴主导地位的踪影，而以水产品代替了肉食品。更有甚者，吃鸡蛋不吃蛋黄，把油条（麻叶）、爆米花、蛋糕当作“垃圾”食品。如此过分强调营养，一切轻信书本或网络、电视（非法宣传者居多），结果导致肥胖儿童愈来愈多，营养过剩，许多患者也因缺乏纤维素的摄入，使秘患症状日趋严重。这与过分强调“太阳照射、紫外线过强有害健康”一样，致使一部分人即使在夏天也要从头护到脚，不让一寸皮肤见光，结果导致维生素D缺乏症。因为在阳光作用下，人体会合成维生素D，如果缺少了阳光，体内自然无法合成维生素D。

老百姓不是营养师，如果一味地轻信、偏听某些学者宣讲甚至是虚假广告的误导，普通食品中这也不吃，那也忌口，反而会出现营养不良。目前营养不良的白领家庭子女在不断增多，而在过去只有贫穷人家才会患上营养不良症。

所以对饮食，我们不应一味地追求或讲究某些方面的营养而走入误区。几千年的饮食文化与饮食习惯总结出来的经验必然有其内在的合理性与科学性。否则传统的美食，如梅干菜、臭豆腐岂不成了毒品？现今社会癌症愈来愈成为人体健康的杀手，人们谈癌色变。于是有不少唯利是图的不法分子打着食品易致癌，食品能防癌的幌子，不择手段，招摇撞骗，以谋取不义之财。

正确的做法是，除了经过实践的事实之外，我们不必轻易相信言传，更不能轻信网络时代蔚然成风的虚假广告。如果一味地在饮食上禁忌很多，每天只吃牛肉、牛奶、鸡蛋、西红柿、黄瓜等少数几种食物，势必会造成人体营养的不均衡，甚至出现严重的营养不良而发生各种疾病。当然，也有特殊的职业为了保证正常的工作之所需，忌食部分品种的食物也未尝不可，如戏剧演员为了保护嗓子，不敢吃辣的；芭蕾舞踏演员为了苗条的身材，不敢吃高糖食品等。这些都是特定人员对食物的限制，而我们普通人群的饮食不必讲究过度，只要能享受口福，吃得舒心，吃得开心，既能满足人体正常之所需，又可享受美食，这也是生活的一部分，何乐而不为。

生活与地质