“土”从哪里来?
这个问题,我想中学的地理课一定是学过的,但当我真正关注“土”的时候,却早已记不得曾经所学,也早已视脚下的大地为理所当然。
“土”,不就是随处可见,可以长植物的的泥土吗?
然而,地球上并不是哪里都有“土”,地球上的“土”也不是生来就有的,我们脚下的“土地”是历经极为漫长的岁月发育而成的,其过程又是非常的复杂,各地的土壤也因为复杂的原因呈现出不同的特质,不是所有的“土”都适合植物的生长,为人类产出丰富的食物。
所以,我们脚下的“土”是何其的珍贵,这是很多人没有意识到的。
大部分人没有真正了解过土壤,从未重视过土壤,这也导致了他们对土地的各种滥用、破坏行为。
而我,因为想要打理乡下的菜园,才开始与土壤打交道,才慢慢发现土壤中的学问包罗万千,也在深刻体会“大地母亲”这个词语的含义。
回归正题,以下是关于土壤形成的知识梳理。
土壤的形成主要源自地壳表层岩石的风化。
暴露在地表的风化壳是土壤形成的物质基础,通过与周围环境发生一系列复杂的物理、化学和生物反应,逐渐形成具有肥力特征的土壤。
19世纪末,俄罗斯土壤学家道库恰耶夫创立土壤发生学说,指出土壤是母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素的产物。
成土母质的概念
这里所谓的母质,可以想象为土壤的“母亲”,是指地表岩石经过风化作用后形成的疏松碎屑物,它是土壤形成的物质基础,也是连接岩石圈与土壤圈的“桥梁”。
成土母质为土壤的发生发育提供最初的物质来源,是构成土壤矿物质、提供植物所需养分的物质基础。因此,土壤继承了土壤母质很多重要特征。
土壤形成的第一阶段:岩石风化(母质形成阶段)
再坚硬的岩石在大自然的魔法力量下也会崩解破碎——风化作用:
物理风化——昼夜与四季的温差,让岩石“热胀冷缩”,产生裂缝;渗入裂缝的水结冰膨胀,将岩石撑裂。
化学风化——雨水(略带酸性)、空气中的氧气和二氧化碳,与岩石中的矿物发生化学反应,使其“酥松”瓦解。
生物风化——地衣的根、植物根系的生长,都像微小的楔子,持续不断地撬开岩石。
土壤形成的第二阶段:低等植物及微生物作用(腐殖质累积)
随着岩石的不断风化,碎屑变得足够细,一些微小的生命开始在这片新生的土地上扎根。地衣作为先锋植物,能够在极端恶劣的环境中生存,它们分泌的地衣酸加速岩石风化,它们的残体成为最初的有机物质。随后,苔藓植物也加入进来,它们进一步改善土壤的结构,增加土壤的保水能力。这些低等植物的残体以及微生物的分解产物,逐渐形成了土壤中的腐殖质,土壤的颜色也开始变得丰富起来。
土壤形成的第三阶段:高等植物和土壤动物的加入(动态的有机体,肥力增加)
当土壤有了一定的肥力和保水能力后,草本植物、灌木乃至乔木等高等植物纷纷登场。它们的根系深入土壤,不仅固定了土壤颗粒,防止水土流失,还从土壤中吸收养分和水分,同时将光合作用产生的有机物质以枯枝落叶等形式归还到土壤中。微生物们(细菌、真菌)则忙碌地对这些有机物质进行分解转化,也吸引土壤动物(蚯蚓、蚂蚁、线虫等) 前来安家,使得土壤中的腐殖质含量不断增加,土壤的肥力也不断提升。
生命的循环,是土壤形成的关键,土壤才真正“活”了过来。植物从土壤吸收养分,生长;其残体和动物遗骸、排泄物被微生物分解,重新变成植物可吸收的养分,并形成一种极为重要的黑色物质——腐殖质。腐殖质是土壤的“灵魂”,它像海绵一样保水保肥,是土壤肥沃的核心。土壤=矿物质(约45%)+有机质(约5%,核心是腐殖质)+水分(约25%)+空气(约25%)+无数生命。
关于有机质和腐殖质的补充:
有机质和腐殖质是土壤学中两个紧密相关但本质不同的概念。简单来说,有机质是“原料”,腐殖质是“成品”。
核心区别:定义与形态
有机质:指土壤中所有来源于生物体的含碳物质。它是一个总称,既包括新鲜的动植物残体(如落叶、根系、虫尸),也包括它们分解后的中间产物。
腐殖质:是有机质经过微生物分解转化后,重新合成的一类性质稳定、结构复杂的暗色高分子有机化合物。它是土壤有机质中最核心、最优质的部分。
通俗比喻
你可以把土壤想象成一个“厨房”:
总结
腐殖质是土壤有机质的主体。我们常说“增施有机肥改良土壤”,其核心目的就是为了增加土壤中的腐殖质含量,而不是简单地增加未腐熟的有机残体。
1、成土母质
成土母质为土壤的发生发育提供最初的物质来源,是构成土壤矿物质、提供植物所需养分的物质基础,因此土壤继承了土壤母质很多重要特征。
2、气候
气候主要通过温度和降水全面影响成土过程中的物理、化学和生物作用的强度和方向。
热带雨林气候由于全年高温多雨,植物生长旺盛,微生物分解快,雨水淋溶作用强,导致土壤的有机质被吸收消耗多,积累少;
高纬高寒气候区,植物生长慢,有机质吸收慢,积累多;
干旱气候区,植物少,腐殖质少,有机质来源少,积累少。
3、生物
生物(包括植物、动物和微生物)在自身的生命活动中与土壤之间发生着物质和能量交换,改变土壤结构和孔隙状况。
动物除以排泄物、分泌物和残体的形式为土壤提供有机质,并通过啃食和搬运促进有机残体的转化外,有些动物如蚯蚓、白蚁还可通过对土体的搅动,改变土壤结构、孔隙度和土层排列等。
另外,动植物的生长活动也促进成土母质的风化和发育。
微生物在土壤中的主要作用如下:分解有机质,作物的残根败叶和施入土壤中的有机肥料,只有经过土壤微生物的作用,才能腐烂分解,释放出营养元素,供作物利用,并且形成腐殖质,改善土壤的理化性质,分解矿物质。例如磷细菌能分解出磷矿石中的磷,钾细菌能分解出钾矿石中的钾,以利作物吸收利用。氮气在空气的组成中占4/5,数量很大,但植物不能直接利用。土壤中有一类叫做固氮菌的微生物,能利用空气中的氮素作食物,在它们死亡和分解后,这些氮素就能被作物吸收利用。
4、地形
地形主要通过影响其他成土因素而发生作用,以及在重力作用下对地表的物质和能量进行再分配。
平原、低地等地势低平的地区有利于外力堆积,土层深厚。
高原山地地区地势高,生长条件较差,植物生长量小,有机质少,肥力低。
陡坡落差大,土壤易受重力作用和外力侵蚀的影响,土层薄。
5、人类活动
人类活动通过调节和改变其他成土因素来控制土壤的发育程度及方向,对土壤发生演化起着不可忽视的作用。因此,合理的人类活动将会促进土壤发育,不合理的人类活动将加速土壤退化。
梯田便是受人为活动深刻影响的土壤(典型的人为土)。
成土母质在气候、生物、地形、时间等五大成土因素长期综合作用下,通过物质迁移与转化形成土壤分层结构(土壤剖面)。
其核心形成机制是淋溶作用和淀积作用。
土壤中的物质(如水、矿物质、有机质)并非静止不动,而是在重力和水的作用下不断迁移。这种迁移导致了不同层次的分化:
淋溶作用 (Leaching)
过程:降水或灌溉水渗入土壤上层,像“过滤器”一样,将上层土壤中可溶性物质(如钙、镁、钾离子)和细小颗粒(如黏粒、铁铝氧化物)溶解或悬浮在水中,并携带它们向下迁移。
结果:形成了淋溶层(通常对应E层)。这一层因为营养物质和细颗粒被带走,变得相对贫瘠、颜色较浅(如灰白色),质地较粗。
淀积作用 (Illuviation)
过程:被水携带下来的物质,在土壤下层遇到不同的化学环境(如pH值变化)或物理阻碍(如黏土层),水分被吸收或蒸发,这些物质便沉淀、积累下来。
结果:形成了淀积层(通常对应B层)。这一层积累了从上层淋溶下来的黏粒、铁、铝或钙质结核,因此通常质地黏重、紧实,颜色也可能因铁锈而发红或发黄。
“千年龟万年土”
土壤形成的速率则取决于土壤形成时的环境条件。一般来讲,湿热的环境更利于土壤的形成。不过,即使在南极那种极端恶劣的冰雪环境中,也有一些地衣的着生,进行着缓慢的原始成土过程。已知最快的土壤形成速率出现在新西兰的南阿尔卑斯山,速率为2.5毫米/年,更多的土壤则是在如龟速般形成。
据估算,地球表面土壤的平均形成速率约为0.056毫米/年。也就是说,在不考虑土壤侵蚀的情况下,形成1米厚的土壤,大概需要18000 年。我们常见的土壤,其形成一般都在万年以上,因而有“千年龟万年土”的说法。
在理想的自然条件下,形成1厘米厚的肥沃土壤,可能需要100到400年,甚至更久。而我们脚下可耕作的土层,通常是20-30厘米厚。这意味着,今天我们赖以生存的土壤,可能是数千乃至上万年时光雕琢的杰作。
土壤是一种近乎不可再生的自然资源。形成一厘米厚的土壤可能需要成百上千年,甚至都没有人能完整见证一厘米土壤的形成,而它与毁灭之间,可能只差一场暴雨、一次污染事件。
当你走在路上,请记得低头看一眼脚下。那棕黑、赭黄或暗红的色彩,不是无生命的尘土,而是一个用万年时光孕育的、充满生机的微小宇宙。它沉默地承载着我们的历史,喂养着我们的现在,也决定着我们的未来。
土壤需要我们每个人的呵护,这是我们赖以生存的根基。土壤是一部我们尚未完全读懂,却已变得脆弱不堪的万年史诗。我们一起从了解开始,从行动开始,共同守护,这脚下无声而深沉的生命之源。
资料参考:
公众号《匠心地理》-高考地理二轮复习微专题——土壤
公众号《土壤改良及修复》-杨顺华-形成1米厚的土壤,大概需要18000 年!
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