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地球的皮肤:土壤

发布时间:2020-05-04浏览次数:184


土壤

是田野里不忍沾身的泥巴,
是地面上一文不值的尘土,
司空见惯、不值一提。
然而,就像空气、水阳光一样,
土壤在维系人类生存方面,
起着至关重要的作用。
除了能生长农作物、提供食物,
土壤还有许许多多的“特异功能”:
它可以调蓄洪水,
一遍遍地上演“兵来将挡水来土掩”的戏码;
它可以将能够产生温室气体的碳
封存在自己体内,
成为陆地生态系统中最大的“碳富豪”;
它也可以作为土壤动物、微生物
甚至人类的栖身之所,
不信你看那一排排的陕北窑洞;
它还可以保存珍贵的文化遗产,
任秦皇汉武、唐宗宋祖沉睡千年,
始终护其周全;
另外,有些土壤还是珍贵的旅游资源,
如云南土林、甘肃彩丘,吸睛无数。
甚至,它还可能是一味良药,
不少地方都有食用黏土棒治疗肠道疾病的传统。
如若离开土壤,

人类文明将失去生机、难以为继。

 

▲张掖彩丘(张掖国家地质公园)


土壤学家常常将土壤比作地球的皮肤。

皮肤是人体的最大器官,
更是抵御外来伤害的首要屏障,
几乎没有人怀疑皮肤对于生命的重要性。
作为覆盖在地球表面的一层松散物质,
土壤也像皮肤一样维持着陆地生命的存续。
▲英国农业土壤利用景观


20 世纪 60 年代,苏联土壤学家称土壤为土被;根据希腊语中“Geo(地球)”和“Derma(皮肤)”的含义,1967年创刊的国际土壤学会杂志被命名为《Geoderma》,至今仍是土壤学领域的经典期刊。我国早在唐代就把土壤称为“地皮”。这一贴切的比喻,在世界范围内得到了广泛共识,形象地概括了土壤的主要功能与特点。

然而,要想深入地认识土壤,光靠比喻还不行。土壤的形成与分类则是科学认识土壤的起点。


土壤的形成

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。
▲发育于红色砂砾岩的土壤景观(苏格兰Stonehaven)


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。
需要指出的是,岩石风化并非成土母质的唯一来源,无处不在的大气降尘也可为土壤发育提供新鲜底物,甚至从根本上改变原本自上而下的成土模式和风化速率。
▲讲解员在博物馆中介绍土壤形成与气候的关系(荷兰:世界土壤博物馆)


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。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。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。

 

▼云南东川红土地与村庄(请横屏观看)
当然,任何因素对成土过程的影响都与时间有关,作用程度随时间的延长而加强。除此之外,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,成为五大成土因素外最重要的影响因素。例如,水稻土就是长期人为耕作活动的结果。值得一提的是,由于环境的差异,五种成土因素的作用并不是均匀相等的,每种因素都可能成为成土过程的主导者。
▲山西隰县的午城黄土(中国最早的黄土)


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。


土壤的分类

物以类聚,人以群分。
分类是致力于发现、表征、命名、归类对象,以便理解其形成要素和它们之间的相互关系,其目的是鉴别和认识以及建立一个分类对象的有序体系。通过土壤分类,人们不仅可以快速理解土壤的发生演化规律,还可以根据不同土壤类型的特点因地制宜。
可以说,土壤分类既是科学认识土壤的起点,也是有效管理土壤资源、指导农业生产的重要工具。
▲野外土壤类型调查——挖掘剖面
(不同层次的土壤分层堆放,以便回填)


我国疆域辽阔,土壤资源绝对量大、资源区域差异明显、有着丰富的土壤类型。类似于生物分类学上的界、门、纲、目、科、属、种,在我国现行的中国土壤系统分类中,土壤学家将土壤划分出14个土纲,39个亚纲,138个土类,588个亚类,土系的数量则不亚于美国的22000个,充分说明了土壤资源类型之丰富和变异程度之大。

 

▲中国土壤系统分类中的14个土纲


人为土最能体现“人土相依”这一朴素的自然哲学理念。在世界上很多地方,特别是在有悠久耕作历史的地区,人为活动,包括人工搬运、耕作、施肥和灌溉等,强烈地改变了原有土壤的形成过程,土壤的形态和性质也发生了重大改变,而那些原生土壤仅仅作为母土或埋藏土壤存在。

▲北京中山公园的五色土/供图:刘凯


这类受人为活动深刻影响的土壤就叫做人为土。我国的农耕历史悠久,人为改土、造土的规模和时间跨度世所罕见,人为土在我国的分布十分广泛。“稻花香里说丰年,听取蛙声一片”在我国南方鱼米之乡看到的大片稻田甚至自家菜园里的土壤,大部分都是人为土。

人为土的类别与我国长期的农耕历史文化密切相连,是历史时期人类生产过程与自然成土过程综合作用的结果。我们都知道五谷丰登寓意年景好、粮食丰收。其实,五谷所需的生长环境,如小麦长在旱地,而水稻长在水田,决定了人们改土、造土的方式,从而形成了水耕人为土和旱耕人为土两大人为土。
▲江苏兴化的水乡垛田


水耕人为土主要指水稻土,多分布在多雨的江南地区。稻田常年处于周而复始的灌水-落干循环之中,导致土壤亦交替处于氧化-还原的状态,土壤中出现了明显的水耕氧化还原层。积水条件导致土壤中积累了大量的有机质,但也将原有的很多物质不同程度地淋失掉了。根据这种层次的性态差异及一些反映附加过程的特性,水耕人为土又可被进一步分为简育、铁聚、铁渗和潜育人为土四种类型。

▲太行山东侧的梯田


旱耕人为土是区别于水耕人为土的另一大人为土类型,多见于受雨量限制的北方地区。旱耕的方式随地区变化极大,因而具有很强的区域性。在黄河流域,人们在培肥土壤的过程中,施用大量有机肥、家畜肥、人粪尿以及圈肥等各种肥料,并经过堆垫等作用,在土壤表层形成了一层有机质含量较高的熟化层。在珠江流域,也有广泛旱耕人为土造土过程,不过方式有所不同,人们将池塘中的淤泥堆垫成型,形成了具有地域特色的泥垫旱耕人为土。可以说,人为土就是人为创造或者加工出来的土壤。

▲浙江丽水梯田景观


不过,正如“巧妇难为无米之炊”,天南地北的农民根据手上现有的物料和工具,使出各种绝活,又是锄地又是堆肥泥垫等等,虽然殊途,但终究同归,自家地里原本毫无生机的土壤脱胎换骨地换了模样。人为土的编辑改造过程,是人们因地制宜科学管理土壤的典范。

土壤是一种自然资源
▲邮票上的中国土壤景观/制图:杨顺华


土壤是一种近乎不可再生自然资源。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。

根据联合国2015年发布的《世界土壤资源状况》报告,世界范围内土壤正面临土壤侵蚀、土壤酸化、土壤污染、土壤盐渍化土壤生物多样性丧失等多种威胁。
▲水土流失严重的黄土高原


仅以土壤侵蚀为例,每年就会造成250亿~ 400亿吨表土流失,导致作物减产、土壤固碳能力下降、养分和水分明显减少。据统计,每年因侵蚀所造成的谷物损失可高达760万吨。近年来,频频见诸媒体的土壤污染事件,更让人们对这一宝贵资源的安全充满忧虑。

古人云:皮之不存,毛将焉附生产性土壤的进一步丧失,不仅将严重威胁到粮食生产和安全,有可能使数百万人陷入饥饿和贫穷,还将加剧对自然的破坏,摧毁人类共同的家园。
▲湖南娄底的紫鹊界梯田


然而,人们在仰望星空探索未知的时候,常常忽视了自己脚下所踏立的土壤。

文艺复兴巨擘达·芬奇就曾直言“我们对自己脚下土壤的了解,远不及对浩瀚的天体运动了解得多”。
作为地球皮肤的土壤,需要人们更多的关注和呵护。人们应该深刻认识到“万物土中生”,也将“终归于土”。
在“山水林田湖草是一个生命共同体”理念的指导下,加强人们对自然、对土壤的敬畏,提高人类土壤文化水平,才能真正让语言学家林语堂“与草木为友,和土壤相亲”的格言更加落到实处。
▲云南元阳梯田景观


遥望广袤无垠的祖国大地,

七连屿上,海鸥竞翔;
长江之侧,稻花飘香;
黄河之滨,麦浪滚滚;
黄土高原,千沟万壑;
东北大地,黑土赛金;
江南佳地,稻花飘香;
辽阔西北,胡杨林立;
世界屋脊——青藏高原,
欲与天公试比高。
▲东北兴凯湖边的国营农场


正是我们脚下这寂静的土壤

装点了辽阔的大地,
也支撑了这片土地上丰富多彩的生命世界。
正如世界上没有两片完全相同的树叶,
地球上也没有两个相同的土壤单元
仅以水稻田为例,
就有水田、坑田、垅田、砂田、桑基鱼塘等

丰富多彩的利用类型。

 

▼广东佛山九江镇桑基鱼塘(请横屏观看)


我们脚下这一片片寂静无声的土壤,

提供了我们延续千年的生存所需,
造就了数千年的农耕传奇,
也深刻塑造了我们的精神世界,
形成
命运共同体

将人类与这块大地牢牢地绑定在一起!



                                                                                                                       文章转载自《地球》杂志

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