PDF《土壤：地球的皮肤》

2 土壤:地球的皮肤 撰文/张甘霖、杨顺华(中国科学院南京土壤研究所) 电影 《火星救援》 中, 主人公马克・沃特尼在执行任务时被误认为无法生还而被遗留在火星, 成了太空鲁滨逊.

幸运的是,马克是植物学家,懂得土壤之于植物的意义,火星土壤成了他 在火星生存下来的救星. 不用去细究马克在火星种土豆的可能性,毕竟那是科幻电影.也许,只有到了火星那样的环 境, 才能更切身体会土壤的重要性. 在很多人眼中, 土壤无非就是我们常说的泥土或者尘埃, 它是大自然里一种理所当然的存在,甚至是一文不值的 粪土 .在中文语境中 土 是廉 价和落后的代名词,所以形容奢侈是 挥金如土 ,形容落后是 土得掉渣 ;

在西方也是 如此,soil 就是 dirt 的同义词.不过,与此同时,土壤也是我们称赞的对象, 万物土中 生 一语道破土的重要. 事实上,土壤就像空气、水和阳光一样,在维系人类生存方面起着不可替代的作用. 百谷 草木丽乎土 ( 《易・离》 ) ,除了提供食物之外,土壤还有许许多多的功能.土壤可以缓冲 污染物,保护环境;

可以将产生温室气体的碳固存在土壤之中,成为 碳库 ;

可以作为建 筑物的支撑材料;

也可以作为蚯蚓等土壤动物以及微生物的安身之所, 是陆地表层系统中最 大的生物多样性保存场所和基因库;

土壤还可以提供相对稳定的封闭环境, 保存自然文化遗 产;

另外,有些土壤还是珍贵的旅游资源.离开了土壤的哺育,人类文明难以为继. 竹林七贤与荣启期 模印拼镶砖画(南京博物院) , 而意大利语中 砖 为Terra-cotta,意为 烧过的泥土 土壤之于地球,正如皮肤之于人体.毫无疑问,皮肤是动物的最大器官,更是抵御外来伤害 的首要屏障,几乎没有人怀疑皮肤对于动物生存的重要性.其实,土壤作为陈铺在地球表面 的一层松散物质,就像皮肤一样维持着陆地生命的存续.20 世纪

60 年代,苏联土壤学家称

3 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》 ,而我国早在唐代就把土壤称为 地皮 . 可见, 把土壤比作地球的皮肤,是很多国家的共识. 形形色色的土壤 今年夏天,笔者的朋友圈总被彩虹刷屏,足见人们对彩虹的喜爱.但我们可曾想过,脚下的 土壤实际上也有着不逊于彩虹的多彩颜色. 北京天安门西侧的中山公园,槐柏合抱,古木虬枝,花繁叶茂,园内有个社稷坛引得游人驻 足观望.社稷坛为明清两代祭祀社、稷神o的祭坛,因坛中陈铺青、红、白、黑、黄的五色 土壤, 故又名 五色土 . 据记载, 明朝时, 五色土由全国各地纳贡而来, 寓意 普天之下, 莫非王土 . 那么,五色土的陈设布局又有什么讲究呢? 原来,东青、南红、西白、北黑、中黄的空间格局大体反映了我国土壤在这五个方位上的真 实情况.我国东临大海,又是很多江河的入海口,因此土壤长期处于淹水状态之下,其中的 氧化铁(Fe2O3)被还原成氧化亚铁(FeO)而呈灰绿色,是为青土.南方闷热潮湿而多雨, 大量易溶于水的土壤物质受雨水冲刷而流失,最终剩下氧化铁和氧化铝(Al2O3) ,因而呈现 红色. 西部气候干旱, 土壤以盐土和碱土为主, 这类土壤中富含碳酸钙、 石膏等白色矿物质, 加上可溶性盐在土壤表层聚集,所以变成了白色.东北地区气候湿润而寒冷,黑色的腐殖质 在土壤中大量积累,且降解缓慢,长年累月黑色不断加深,因此称作黑土.黄土则主要分布 于我国的黄土高原,黄土颗粒细腻,适宜耕作,其所在的黄河流域正是中华文明的发祥地. 就这样,各色土壤或占山为王,或蛰伏浅滩,或寄情塞外,又或绵亘晴川,阅尽春花秋月, 看遍草长莺飞,纷纷割据一方,最终形成了我们脚下这块神奇的土地.而五色土就是我国丰 富多彩的土壤空间分布格局的一个缩影.

4 北京中山公园社稷坛中的五色土 实际上,土壤有着 五色 之外更为丰富的颜色变化,作为表征土壤物质组成差异的重要指 标,土壤颜色在实际中也有着重要的应用价值.传统意义上,人眼观察识别土壤信息主要局 限在可见光范围.比如,土壤学者常用 Munsell 比色法(包括色调、明度、彩度

3 个参数, 用数字来精确描述各种色彩) 来表示土壤颜色, 由于土壤颜色一定程度上反映了土壤的物质 组成, 土壤学者甚至在野外调查过程中就能做出土壤物质组成、 土壤性质及其主要特征的充 分肯定的判断. 近年来,传感器技术的发展打开了我们观察土壤的 第三只眼 ,让我们得以在更宽广的维 度(如X射线、可见-近红外光谱、微波等)看见更多的土壤信息.形态各异的土壤光谱曲 线,就如同土壤独一无二的 指纹 信息,蕴藏了土壤属性的多重密码,通过光谱解译,可 以探析土壤理化性质(颜色、质地) 、土壤肥力(有机质、氮磷钾) 、土壤矿物组成、土壤类 型等.此外,赤铁矿、针铁矿和纤铁矿等是自然界中重要的致色物质和颜料,这些物质忠实 地记录了土壤形成的气候环境. 利用土壤颜色作为气候变化代用指标来重建古气候也成了当 前土壤学的研究热点之一.

5 不同类型土壤的可见―近红外漫反射光谱 指纹 自然界中,土壤不论在颜色,还是在物质组成上都是千差万别的,正如 世界上没有两片完 全相同的叶子 ,世界上也没有两块完全相同的土壤.那么,这些 长相各异、内在不同 的土壤到底是如何形成的呢? 土壤是如何形成的? 土壤的形成源自地壳表层岩石的风化. 风化壳的表层就是形成土壤的物质基础――成土母质. 暴露在地表的成土母质不仅仍然受风化作用的影响,还要与周围的环境(包括大气、水、植物)相互作用,发生一系列的物质和能量交换,才能形成具有肥力特征的土壤.这就是土壤 的形成过程,也叫成土过程.19 世纪末,俄罗斯著名土壤学家 B.B.道库恰耶夫创立了土壤 发生学说,首次提出土壤是母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素的产物.

20 世纪

40 年代,美国土壤学家 H. Jenny 发展了道库恰耶夫的成土因素学说,提出了著名 的土壤形成方程式:S=f(cl, o, r, p, t???).式中:S、cl、o、r、p、t 分别指土壤、气候、生物、地形、母质和时间,省略号则代表尚未确定的其他次要因素.该方程以函数形式 归纳和简化了各个成土因素之间复杂的相互关系,成为理解土壤形成最重要的概念模型.

6 玄武岩上发育的铁铝土景观(广东徐闻) ,土壤的 前世今生 在此清晰可见:基岩、风化 物和土壤层次依次排列 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.气候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)在自身的生命活动过程中与土壤发生物质和能量交换,改变 了土壤结构和孔隙状况, 使土壤形成腐殖质层从而具有肥力特征. 地形的作用又会进一步影 响上述成土因素对土壤的作用,以及利用重力对地表的物质和能量进行重新分配.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. 值得一提的是, 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, 对一些老年土壤和弱 风化地区的土壤尤其如此.而在当今我们生存的人类世(Anthropocene) ,人类活动通过调 节和改变其他成土因素来控制土壤的发........