早在土壤学尚未形成独立学科的时期,人们就认识到土壤与形成环境条件的关系,但当时都局限于将土壤孤立地与某一环境因素联系起来。土壤学也因此没能形成独立的学科。直到1883年俄国土壤学家V.V.道库恰耶夫在黑钙土的调查报告中探讨俄国不同气候带内土壤发生类型及其特征,并确立将土壤作为一系列成土因素作用于母质而形成的独立自然体,从而奠定了成土因素学说的基石。道库恰耶夫认为土壤是母质、生物、气候、地形和年龄综合作用的结果。并创立了П=f(К,О,Г,Р)Т的函数关系式来表示土壤与成土因素之间的发生关系。式中П、К、О、Г、Р和Т分别代表土壤、气候、生物、母质、地形和时间。他明确地提出了土壤是一个独立的历史自然体,由此,将土壤从岩石风化物中划分出来,奠定了现代土壤科学的基础,并由此开创了土壤地理发生分类。
成土因素学说认为所有成土因素始终是同时地、不可分割地影响着土壤的发生和发展,它们同等重要和不可互相替代地参加了土壤的形成过程。各个因素的“同等重要”并不意味着每一个因素同等地影响着土壤形成过程,而是在所有因素的综合作用下,每一个因素在土壤中所表现的特点或个别因素的相对作用,又都有本质上的差别。成土因素学说还认为土壤是永远发展和变化的。随着成土因素的变化土壤也在不断变化,土壤有时进化,有时退化以致消亡,这取决于成土因素的变化特征;随着时间与空间的不同,成土因素及其组合方式也会发生变化,故土壤也随之发生变化;这样就肯定了土壤是一个动态的自然体,是一个有生有灭的自然体。
随着成土因素学说的传播和在土壤科学研究中的应用,此学说本身也得到了不断地发展和完善。①H.M.西比尔采夫(1895)根据土壤地理分布特点,将土壤划分为显域土纲、隐域土纲和泛域土纲。他将道库恰耶夫所发现的成土因素地理分布规律深化为土壤地带性概念,将一定的土壤类型与一定的气候植被或地理区域联系在一起。土壤地带性概念的提出,促进了人们深入研究和认识气候、生物等地带性成土因素在土壤形成中的作用。②V.R.威廉斯从土壤肥力的角度提出了土壤形成的生物发生学观点,认为土壤的本质特性是具有肥力,他强调土壤形成过程中生物因素的主导作用和人类生产活动对土壤产生的影响。威廉斯认为土壤形成过程的发展密切地联系着土壤形成全部条件的发展,特别是作为土壤形成主导因子的植被的发展。形成条件的发展变化引起土壤性质的变化,使土壤不断进化,并可能产生质的突变。威廉斯的观点对于理解生物小循环对土壤发生,特别是土壤有机质和矿质元素的富集方面有着积极的作用。③1941年,美国土壤学家H.詹尼出版的《成土因素》(Factors of Soil Formation)一书,才使成土因素学说得到充实和发展。他引用了与道库恰耶夫相似的函数公式来表示土壤和最主要的成土因素之间的关系,即S=f(Cl,O,R,P,T,…),成为土壤形成的通用公式。式中S、Cl、O、R、P、T等分别代表土壤、气候、生物、母质、地形、时间,及其他成土因素。詹尼对威廉斯的土壤形成过程中生物因素起主导作用的学说也做了补充修正。他认为在土壤形成过程中的生物主导作用并不是到处都一样,不同地区、不同类型的土壤往往是某一成土因素占优势,如果这个因素所起的作用超过其他因素的综合作用,那么就得出以某一因素占优势的函数式(优势因素放在函数右侧括弧内的首位)。詹尼还建立了不同主导因素影响下的土壤时间序列,为土壤发生的定量研究奠定了基础。
道库恰耶夫和詹尼的土壤形成方程式是土壤形成的概念模型,截至2022年,仍难以用简单的数学方法逐个解析每一个因子的定量贡献,因为每一个成土因素都是极其复杂的动态系统,它们不仅是独立的,而且彼此又是紧密联系着错综复杂地作用于土壤。