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土壤

2021-02-26 12:11:11

土壤(德语:Boden,英语:soil)是一种自然体,由数层不同厚度的土层(德语:Bodenhorizont,英语:soil horizon)所构成,主要成分是矿物质。土壤和母质(岩石)的差异主要是表现在形态特征或物理、化学、矿物等。但这种解释严格来说(或者以环境科学的角度来说)并不正确:土壤是由母质经过风化作用后所形成的,其特性与母质不尽相同。

土壤是各种风化作用和生物的活动产生的矿物和有机物混合组成,存在着固体、气体及液体等状态。疏松的土壤微粒组合起来,形成充满间隙的土壤,而在这些孔隙中则含有溶解溶液(液体)和空气(气体)。因此土壤通常被视为有三种状态。大部分土壤的密度为1~2 g/cm³。地球上大多数的土壤,生成时间多晚于更新世,只有很少的土壤成分的生成年代早于第三纪。

功能

土壤有六大功能:

  1. 无机质、有机质的循环利用
  2. 生物栖息地(包含地面上及土壤层中)
  3. 部分生物巢穴的地基
  4. 水分供应、涵养及净化
  5. 必须营养成分之提供
  6. 支持某些生物(如植物)生长

土壤形成条件

成土作用是由物理、化学、生物和人为过程对土壤母质(岩石)的综合效应。基岩风化产生的母质就是土壤形成的来源。土壤的形成涉及到土壤剖面中的边界层或地面层,它们因为母质的增加,损失,改变和易位构成土壤。风化后自岩石中而来的矿物质经由许多作用交互影响,从而生成次生矿物及其他在水中溶解度不同的化合物,这些成分会随着水或者生物活动而被带到其他地方。土壤内部物质受到不同环境因素的改变,从而形成各种土壤独特的外观。在温暖地区频繁大雨,湿热的气候条件下,尽管很少有有机物质,植物仍然很快就生长在玄武岩上。植物为了在贫乏的岩石上存活,开始用特殊的营养方式维生,例如溶解鸟粪。发展中的植物根系与菌根真菌独自或联合,很快逐步分解了多孔熔岩并积累了有机质。但即使如此,主要的孔破碎熔岩在这个植物根上成长将可被视为土壤。土母质、地区性气候条件、地形地貌、生物势和时间这5个典型因素之间动态的相互作用影响了土壤的形成及演变方式,并且对土壤“生命”循环的进行方式产生影响。

母质

构成土壤的原材料叫做母质。它包括:风化的原始基层岩;次要的从其他地点运来的辅助材料,如崩积层和冲积层;沉淀物已存在,但在其它方式混合或改变-旧土壤形成,包括泥炭或高山腐殖质的有机物;人为的材料,如垃圾填埋场或矿物废料。少量土壤直接地底岩破裂形成。这些土壤通常被称为“残积土”,并与他们的母质有大致相同的化学性质。大部分土壤源于通过风力、水力和重力被运到其他地点的材料产生。其中一些材料可能移动了数英里或只有几英尺。风吹材料称为黄土,覆盖在北美洲中西部地区和亚洲中部以及其他地点。在南北纬度,冰碛物是许多土壤的组成部分,他们在大山附近形成,是冰川冰移动的地面的产物。冰可以把岩石和大石头打破成较小的碎片,也可以整理材料成不同尺寸。随着冰川的冰融化,融化的水也移动和整理材料并排序、整理和从他们原始位置改变距离。土壤侧面更深的区域可能有与他们沉淀的水、冰块或风相对不变的材料。

土壤一般分成六层:O层是枯枝落叶层,A层是腐殖质层。E层是淋溶层。以上三层为表土层。B层是淀积层。C层是风化层。R层是岩石层。以上三层为心土层。

土壤来自岩石、无机物、有机物,主要由矿物质空气、有机物构成。地球表面形成1厘米厚的土壤,约需要300年或更长时间。

“资源”是对人类可以利用而言的,因此,土壤资源是指在一定科学技术条件下和一定时间内可以为人类利用的土壤。土壤的形成与保护确保生物的生存。

气候

土壤的形成激发的依靠气候,不同气候带的土壤也显示了有特色的特征以及养分。温度和水分影响到了风化和沥滤程度。风可以移动沙子和其他碎粒,特别在很少有植物覆盖的干燥地区。降水的类型和数量通过土壤影响离子和粒子的移动而影响土壤形成,促进发展不同土壤剖面。季节和日常温度波动在母基岩物质和影响土壤动力、冰冻和融化时风化影响水的效力是一个打破岩石和其他结实物质的作用结构。温度和降水率影响生物活动、化学反应速率和其他植物被覆的种类。

生物因素

植物、动物、真菌、细菌与人类会影响土壤的形成。动物与微生物混合土壤并形成洞穴与孔隙,使得水汽与气体能够在土壤内移动。同样的,植物的根系会在土壤中形成通道。其中植物的主根(德语:Pfahlwurzel,英语:taproot)能够深入土壤数米,穿透许多不同土壤层,将土壤剖面中深层土壤之养分带至上层土壤。植物的细根会再浅层土壤展开,部分的根很容易腐烂,腐烂后的残留于土壤中的植体会加土壤中有机质的含量。微生物,其包括了真菌与细菌,可以帮助土壤储存养分并会影响植物的根与土壤中养分化学交换。人类的活动亦会影响土壤的形成,包括借由移除土壤的植被使得土壤被冲蚀,混合不同土壤层,使得被翻搅至上层为风化的土层开始风化,并重新开始土壤的形成过程。

植被也有许多不同的方式来影响土壤的形成,其可以避免雨水冲刷土壤表面防止表面径流(德语:Oberflächenabfluss,英语:surface runoff)。植物也可以遮蔽下方土壤,使土壤保持较低温度与降低蒸发散量进而保留更多的水分。植物也会借由蒸散作用(transpiration)来加速土壤水分的散失。植物也可以和成新的化学物质,借此来打破或者形成土壤颗粒。植物的类型与数量是由气候、地形、土壤特性与生物因子来决定。土壤因子包含了密度、深度、化学组成、酸碱度(pH)、温度与湿度,这些因子都会大幅的影响植物的类型与其生长的地点。死亡后的植物、落叶与茎在土壤中,而微生物会分解这些有机物质使其与土壤上层混合,这样的过程亦是土壤形成过程的一部分。

时间

时间是上述所有形成条件中必须的条件。随着时间的推移,土壤变化特征依赖于其他的形成因素,土壤的形成需要时间,并与其他因素的相互影响。土壤是不断在变化的。例如,最近的洪水沉积物因为有没有足够的时间作用,便难以形成土壤。而表面物质被覆盖,并且形成土壤的过程将一再循环。长时间所造成的变化及其影响使得土壤层的形成,也意味着简单的土壤组成是罕见的。虽然土壤能够长时间稳定,但最终生命周期的土壤,是脆弱且易受侵蚀的。尽管土壤退化和倒退是不可避免的,大部分土壤周期皆是长时间且肥沃的。

土壤形成因素影响其存在的土壤中,即使“稳定”的情况是持久的,有些是数百万年。土壤表面物质被吹走或冲走。增加、减少和取代,土壤经常受到新的条件。不管是缓慢或快速的变化,取决于气候、地貌状况,和生物因素。

土层

土层的命名基于土层材料的组成,这些材料反映出了土壤形成的特殊进程的持续时间。使用字母的短手记号和数字他们标记。他们对颜色、大小、质地、结构、浓度、根的数量、pH值、空隙、边界特征和是否有小瘤或凝固物描述和分类。任何土壤侧面层没有大部分的层隐藏在下面,土壤可能有几个或许多层。

暴露的母质层有利于决定生产最初的土壤适合植物生长。有机残留物的积聚物下生长,积累的有机层叫做森林地被物。生物有机体移植和打破有机材料,使其他植物和动物可以生活在有用的营养物中,并且足够的时间之后,一个出众的有机表层形式连同腐殖质叫做A层。

分类

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参考文献

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