什么是土壤?

摘要

所有的农田土地,之所以能种植我们所需要的作物,一个必不可少的条件是它表面薄薄的一层物质。这层覆盖在地球表层陆地大部分的、平均厚度只有不到一米(包括耕作层和耕底层,耕作层通常不超过30cm)的物质,不仅是人类得以生存的基础,也是地球上植物,进而是地球上绝大部分动物得以生殖繁衍的基础。它的名字,就叫土壤。

认识土壤系列之总论

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民以食为天,这句古谚语深刻地体现了古代人对食物的重视程度。哪怕到科学昌明的今天,所有的食物,归根到底,绝大部分还是来自农业生产。脱离农田土地这个基础,依靠现代科学技术发展起来的工业化的农产品生产,比如无土栽培,乃至还在研究中的海洋农场等,在技术上已经基本可行,但经济成本决定了这种生产模式的规模不可能太大。另一方面,即使现代农业技术发展飞速,但无论是植物性食物,如大米、小麦和玉米等主粮,或者蔬菜水果等副食品,还是动物性食物,如肉蛋奶等动物的食物来源,大部分还是来自于以农田土地为基础的种植业。虽然鱼粉等部分海洋性蛋白质已成为动物饲料的一个组成部分,而海洋和淡水中的水产品养殖和捕捞也成为人类动物蛋白的重要来源之一,但在可预料的将来,建立在农田土地基础上的种植作物还将是人类食物直接和间接来源的最重要的组成部分。所以,农田土地,一直是,也将一直是人类赖以生存的基础。

所有的农田土地,之所以能种植我们所需要的作物,一个必不可少的条件是它表面薄薄的一层物质。这层覆盖在地球表层陆地大部分的、平均厚度只有不到一米(包括耕作层和耕底层,耕作层通常不超过30cm)的物质,不仅是人类得以生存的基础,也是地球上植物,进而是地球上绝大部分动物得以生殖繁衍的基础。它的名字,就叫土壤。

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地球表面的土壤,种类繁多,就如其他动植物学家对动植物进行分类一样,土壤学家也对土壤进行分类,并研究它的发生、发展及其各种性质,当然也包括如何去改良和保护,以便人类更好地利用它。

众所周知,地球表面有水、大气还有岩石以及各种生物等,科学家为了更好地区分并研究它们,就把它们进行了一个大致的分层。比如包围在地球表面的那层气体,就叫大气圈;由表层水体,包括海洋、河流、湖泊等,合成为水圈;而包括人类在内的生物体,就组成了生物圈;地壳的最主要的部分岩石,就称为岩石圈。这些圈层都是人类生存环境不可缺少的组成部分,它们都是形成土壤的重要因素;而在某种程度上,土壤学家认为土壤圈是生态环境的核心圈。一方面,土壤圈的形成,本身就是大气、水、生物共同作用的结果,当然,来自太阳的热量和光照同样是不可缺少的。另一方面,生物圈与土壤圈紧密联系在一起,与大气圈、岩石圈和水圈等一样,其成分等在某段较长地质时期基本不变;当然,土壤圈的变化要剧烈得多,是整个地球表面最为活跃的圈层。在这个意义上,土壤和生物一样,是具有活性的——土壤性质可以在一个较短的历史时期,比如几百年或几千年,发生巨大的变化——与生物种群可能在相似时间内发生变化是一样的。

人类的出现,特别是农耕文化的出现,更是在短期内,迅速地改变着所耕作土壤的性质,导致了“人为土”的出现。其中非常典型的就是广泛分布在东亚地区的水稻土,水稻土的形成主要是因为水稻的种植过程中的大部分时间内,需要在水田表面保持一层薄薄的水层,而在接近水稻成熟之后到下次耕作之前,水田变干,这种周而复始的干湿交替过程,对水田土壤的性质等影响是非常大的,导致了水田土壤相比其原来土壤,在土壤中各层次的物质组成等方面,已经发生了一些根本性的改变。在城郊等以蔬菜种植为主业的地区,也同样因为在一年中的反复翻耕和大量施用有机肥等缘故,形成了另一种“人为土”,菜园土。

具体到现代土壤科学,自从百余年前苏联科学家道库恰耶夫的土壤发生学建立以来,到目前为止,除了传统的土壤地理(研究土壤的发生、分类、分布以及土壤调查和制图)、土壤物理(研究土壤中固、液、气三相体系的物理现象及其变化规律)、土壤化学(土壤中的物质组成、组分之间和固液相之间的化学反应和化学过程,以及离子或分子在固液相界面上所发生的化学现象)、土壤生物(主要研究栖居于土壤中的有机体——主要是微生物——的活动及其与土壤中物质转化和循环的关系)外,有关植物营养方面的内容(土壤中植物所需养分物质,如氮磷钾和其他中微量元素等)有时也统归到土壤学的研究内容中。此外,由于对环境问题的日益重视,有关土壤污染的土壤环境化学以及相关防治技术研究等内容也成为土壤学的一个重要的研究内容。

在这个系列中,我将尽量用通俗的言语来介绍有关土壤的发生、分布、物理化学性质、生物(包括微生物)、植物营养以及当前环境热点之一的土壤污染等问题,希望能给有兴趣了解这方面的人提供一些有趣又具科学性的知识。当然,由于学识和文字水平有限,无论在通俗性还是趣味性以及文字表达方面,都可能有不尽人意之处,敬请谅解。

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吴诩明

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