学习笔记 | 土壤 | 土壤里有什么?(土壤的组成)

上篇链接：学习笔记 | 土壤 | “土”从哪里来？

中国是古老的农耕文明国家，早在几千年前，古人就已经和土地建立深厚的链接，古籍中记载显示，古人将土地按肥力不同进行分类，并据此制定土地管理制度，还总结出系统的土地耕作和改良的方法。

东汉郑玄在注释《周礼》时说：“以万物自生焉则言土，土犹吐也。以人所耕而树艺焉则言壤，壤，和缓之貌。”

意思是：

能够自然生长出万物的物质，就叫做“土”。“土”如同“吐”，植物生长就像大地将植物吐出来；

经过人类耕作、用来种植庄稼的地方，就叫做“壤”。“壤”有着疏松、柔和、温润的状态。

简而言之，“土”指自然土壤，“壤”指耕地土壤。

郑玄对土壤的注释经常出现在教材或科普文章里，是关于土壤的经典中文释义。

而现代土壤学则对土壤有了更完整的定义：土壤是地球陆地表面由矿物质、有机质、水、空气和生物组成的，具有一定肥力和剖面结构，能够生长绿色植物的疏松表层。

这一定义不仅说明了土壤能够生长植物，更具体指出了土壤的成分构成。

土壤里有什么/土壤的组成

19世纪之前，人们对于土壤的认知均以服务农业生产为核心目标，认知来源是 “观察 — 实践 — 总结” 的循环，主流观点均认为土壤是由岩石碎屑（骨架）和腐殖质（营养与生命力）构成的有机复合体。

这一认知直到1840年李比希通过化学实验证明植物吸收的是无机矿物质离子后才被彻底颠覆，他提出了“植物矿物质营养学说”，自此打开了土壤中的化学分析的探索，也促进了化学肥料的飞跃发展。

从物理分离到化学溶解，再到精密仪器检测，土壤被逐步精确解构。

我们肉眼所见成固体状的土壤其实是由“固体、液体、气体”三部分组成，学术上称为“固相、液相、气相”。

土壤并非一滩死寂的泥巴，而是一个由固、液、气三相物质构成的动态生命系统。

三相体系：

在理想状态下（如疏松的壤土），土壤的三相物质在体积上大致遵循“半固半空”的黄金比例。固相物质搭建了土壤的骨架，而孔隙则被液相（水）和气相（空气）占据，两者此消彼长。

虽然固相只占一半体积，但在质量上却占据绝对主导（通常占土壤总质量的95%以上）。

土壤组成四要素：矿物质、有机质、水、空气

1、矿物质（固体部分，约占45%）

来源：岩石风化的产物，是土壤的“骨架”，决定了土壤的基本性质和质地。主要包括石英、长石、云母、黏土矿物（如高岭石、蒙脱石）以及铁、铝氧化物等。

作用：提供植物所需的钾、磷、钙、镁、铁等矿质养分；支撑植物根系。

2、有机质（固体部分，通常约占5%，但至关重要）

来源：动植物残体、微生物及其分解和合成的产物。其中完全分解的、稳定的部分称为腐殖质。

作用：

养分库：提供氮、磷、硫等关键养分。

改良结构：胶结土粒，形成团粒结构，改善通透性。

保水保肥：具有强大的离子吸附和持水能力。

微生物能源：为土壤生物提供食物和能量。

3、土壤水（液体部分，约占20-30%）

存在形式：并非纯水，而是含有溶解性有机、无机物质的土壤溶液。

作用：植物吸收水分和养分的主要媒介。参与土壤中的化学和生物过程。影响土壤的通气状况和温度。

4、土壤空气（气体部分，约占20-30%）

组成：与大气成分不同，通常氧气较少（植物根系和微生物呼吸消耗），二氧化碳较多（生物活动产生），并含有甲烷、氮氧化物等痕量气体。

作用：供应植物根系和好氧微生物呼吸所需的氧气。排出新陈代谢产生的二氧化碳。影响养分的存在形态（如氧化或还原状态）。

土壤的化学本质

剥开矿物的晶体结构，土壤固相的本质是化学元素的集合。其元素组成继承了地壳的“基因”，但又因生物积累作用而有所差异。下表对比了地壳与土壤的平均化学组成（重量%）：

仅一汤匙土壤里的生物数量，就超过了全球人口总数。

最新研究数据：1克健康土壤中栖息着数十亿个微生物细胞，其基因组的多样性远超人类基因组。土壤是地球生物多样性的绝对中心，是地球上约 59% 物种（从细菌到哺乳动物）的栖息家园。

土壤生物是一个庞大的地下王国，它们相互协作共同维持着土壤的“生命活力”。以下是按生物的体型大小进行分类，可以把它们想象成一支地下施工队：

土壤是一个“活”的系统。

固、液、气三相构成了生命的舞台与资源库，而生物相则是台上的演员与导演，通过无尽的化学反应和物理改造，驱动着整个系统的物质循环与能量流动，最终表现为我们所看到的土壤肥力。

资料参考：

与AI对话后的梳理

公众号“土壤改良及修复”-《土壤的组成与结构》

图片部分为AI生成，部分来源网络平台，标记出处