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认识我们脚下的土壤 精选

已有 3029 次阅读 2020-10-29 22:39 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

认识我们脚下的土壤

杨顺华(中国科学院南京土壤研究所) ,本文已发表于《少年科学画报》2020年第6期,有修改。

这边澳洲大火刚刚熄灭,那边新冠病毒就拍马而来、席卷全球,2020年的开端,地球似乎开启了“暴走”模式,给了我们人类一个下马威。受疫情影响,部分国家为了确保本国的粮食供给,纷纷禁止向国外出口粮食。民以食为天,保障粮食供给安全是确保社会稳定的基础。万物土中生,土壤是粮食生产的核心,也是地球生命的基石。那么,你知道土壤是怎么形成的吗?土壤有哪些类型?土壤也有生老病死吗?

地球的皮肤

土壤由矿物质、有机物质、水分、空气组成,与大气圈、水圈、岩石圈和生物圈一起构成了自然环境的五大圈层。土壤陈铺在地球陆地表面,犹如一层皮肤保护着地球,也供养着不计其数的陆地生命。因此,土壤学家将其形象地比喻为“地球的皮肤”。

大部分的土壤大致可以分为A,B,C三层。A层,又叫表土层或者腐殖质层,是植物生长、动物和微生物活动最频繁的层次,也最易受人类的扰动。B层,又叫心土层,处于土壤剖面的中间层次,包含大量从表土淋溶下来的物质。比如,由于下雨或者灌溉,矿物质盐类或细颗粒物质等从表层土壤中迁移到下层。由于有物质的移动和淀积,所以表土层和心土层最能反映出土壤形成过程的特点。C层,又叫母质层,这是一个非常形象的名称,母质层就像母亲一样,源源不断地为土壤的形成提供原材料。

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一个可爱的土壤蛋糕,你找出她的ABC层了吗?

土壤是怎么来的?

土壤主要是岩石受到风化作用演变过来的。它需要走过一段漫长的“打怪升级”之路,经过复杂的物理、化学和生物作用,才能从一块光秃秃、硬邦邦的石头,变成我们常见的供养万物的肥沃土壤。母质、气候、生物、地形、时间五大关键因素,会综合影响到土壤的形成。

在演变开始的时候,只有裸露在地球表面的岩石,丝毫看不到土壤的身影。

岩石在风吹、日晒和雨淋等外界环境的作用下,发生一系列物理、化学变化,日积月累,最终被侵蚀成碎屑,形成土壤的最原始部分——成土母质。

接着,生物作为土壤形成过程中最活跃的因素,参与到有机物质的形成。土壤中的各种动植物残体、微生物及其分解和合成的各种有机物质等,构成了土壤有机质。土壤有机质能够改善土壤通透性,增加土壤肥力和增加土壤生物多样性,是土壤形成的重要标志。

另外,地形通过对物质、能量的再分配,间接地影响土壤的形成。母质和地形是比较稳定的影响因素,气候和生物则是比较活跃的影响因素,它们在土壤形成中的作用随着时间的演变而不断变化。土壤是一个经历着不断变化的自然实体,并且它的形成过程是相当缓慢的。形成1厘米厚的土壤,可能需要几百年的时间,而形成1米厚的土壤则需要上万年的时间。因而民间有“千年龟,万年土”的说法。对于人类来说,我们终其一生都无法完整见证哪怕是1厘米土壤的形成。

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植物通过根劈作用和分泌有机酸加速土壤风化

土壤有什么作用?

万物土中生。土壤最重要的功能是能够生长植物,产出粮食。当然,土壤还有许许多多非常重要的功能:

她是无数动物的家园乐土。蚯蚓在土壤中走完自己的一生;蚂蚁在土壤中挖出一条条复杂的地道;兔子一生要挖好多个地洞躲避猎杀,因此有狡兔三窟的说法;就连天上飞的翠鸟和猫头鹰,也喜欢把自己的家安在土壤里。

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你数出了几种土壤动物?

她能够调蓄洪水,降低它的危害。当洪水来临的时候,是土壤冲在了抗洪抢险的第一线,依靠自己的蓄水能力,土壤为我们竖起来抵挡洪水的第一道屏障。

她能够保存历史遗迹。三星堆里的珍贵文物,正是有了土壤的保护,才能够穿越三千多年的历史长河,帮助我们还原一个关于古人的社会。

土壤与人类社会的发展息息相关。如果土壤遭到严重破坏,人类的文明也将遭受重创。古巴比伦是世界四大文明古国之一。然而,由于人口增长,加上战争连连,当地居民为了扩大耕地,对森林滥砍滥发,对草地过度放牧,造成了严重的水土流失,结果使原本肥沃的土地成了荒芜之地,一个灿烂的文明就此湮灭。

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“五色土”的由来

在北京的中山公园里,有一处独特的方形祭坛常常引得游人驻足观看,它就是社稷坛。社稷坛是中国古代皇帝祭祀土地神和五谷神的地方。每年农历二月,皇帝就会到社稷坛祈求五谷丰登、国泰民安。坛的上方,按照东西南北中的方位布局,铺垫来自全国各地纳贡而来的青、白、红、黑、黄五种颜色不同的土壤,因而又被称作“五色土”。

“五色土”的布局大致反映了我国土壤的分布格局。东部面朝大海,处于我国地势的第三阶梯,河网密集,水资源丰富,因而这里的土壤长期处于淹水的状态。这使得土壤中的矿物氧化铁被还原成氧化亚铁,因而呈现灰绿色,也就是青色。西部气候干旱,土壤中的可溶性盐在蒸散作用下随水分往上运动从而聚集在土壤表层,与土壤中的石膏等矿物一起,呈现出白色。南方气候高温多雨,丰富的雨水将大量易溶于水的矿物质冲刷掉,剩下了大量的铁铝氧化物,因而呈现红色。北方气候湿润而寒冷,土壤中的黑色腐殖质分解十分缓慢。它们掩盖了土壤矿物的颜色,从而呈现黑色。黄土则主要分布于地处黄河流域的黄土高原,横跨青海、甘肃、宁夏等多个省区。

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社稷坛“五色土”

事实上,我国的土壤类型远不止五种。就像世界上没有两片完全相同的叶子一样,世界上也没有两块完全相同的土壤。我国国土面积广阔,南北东西跨越多个气候区。与其他国家相比,我国的土壤类型可说是首屈一指。

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五彩斑斓的土壤剖面

一方水土养一方人

除了颜色差别之外,“五色土”在生产性能上也有很大的差别。河网密布的东部地区,分布着大量的青土。青土养分含量高,非常适合水稻的种植。作为亚洲人主要的粮食作物,水稻对于我们的重要性不言而喻。由于长期种植水稻,稻田中的土壤性质发生了显著变化,因此人们常把稻田中土壤直接叫做水稻土,它是青土的主要代表。西部白土盐分含量高,也称盐碱土,农业生产利用较为困难。不过,盐碱土地区的盐湖是非常美丽的自然景观。例如,茶卡盐湖景区,每年都吸引大量的游人前去打卡拍照。南方的红土地区,雨水和热量资源丰富,生产力高,是我国重要的商品粮、林木和经济作物基地。比如,甜美的柑橘就在南方得到了广泛种植。北方的黑土养分含量十分丰富,生长的作物常常具有很高的品质。例如,地处黑龙江宁安市的响水村,因其土壤发育于火山灰之上,具有丰富的有机质、矿物质和微量元素,加之昼夜温差大、灌溉水质好,产出了驰名中外的“响水大米”,甚至有着“中国米王”的称号。黄土高原的土壤土质细腻,耕作历史悠久,孕育了灿烂的中华文明。

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生长于江西红壤上的柑橘

土壤需要你我的关爱

土壤是那么地默默无闻,无私地为人类的生存发展做出了巨大贡献。然而,土壤自身的“健康状况”却不容乐观。城市化进程的加快,使得大量的水稻土被转成建设用地,严重挤压了原本就不充足的耕地资源,使得我国可用的耕地面积快速逼近红线,人地矛盾变得更为突出。西部盐土地区气候干燥,大风一吹的时候,很容易卷起地方的土壤颗粒漫天飞扬,严重时常常引起沙尘暴,威胁人畜安全。长期以来,由于土壤利用不合理,南方红壤水土流失十分严重,生产性能大为下降。失去了生产力的红壤,就像是一片红色的沙漠。黑土本来品质非常高,但是由于不注重水土保持,大量的养分在暴雨过后白白地流失掉了。另外,过于追求粮食产量,一些作物种植比例过大,严重消耗了黑土中的养分。形成1厘米的土壤需要几百年,而黑土正在以每年约1厘米的速度流失。如果不加以保护,按照现在的流失速度,也许再过几十年,肥沃的黑土将不复存在。黄土高原的地形千沟万壑,是我国水土流失最为严重的区域。每年都有大量的泥沙流进黄河,既淤塞了河道,又降低了土壤质量,使得黄土高原的生态环境极其脆弱。

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裸露地表极易遭受水土流失

除了水土流失之外,越来越严重的土壤污染也极大地损害了土壤的健康。比如,近年来新闻上频频播报的土壤镉污染事件就是因为含有大量镉元素的污水污染了土壤。土壤健康受到损害后,也会牵连到人类。人们如果长期使用镉元素超标的大米,将会患上一种全身骨痛的可怕疾病,俗称“痛痛病”,痛苦一生。

土壤是粮食生产的根基,表层土壤的流失和污染将严重威胁粮食生产,加剧粮食价格的波动,引发社会动荡,使得无数的人们陷入贫穷和饥饿之中。因此,当我们关心粮食安全的时候,更应该怀着一颗感恩的心,对脚下的土壤多一份尊重和关爱。就像作家林语堂先生说的那样,“和草木为友,与泥土相亲”。



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