在很多人看來,土壤司空見慣,并無特別之處。然而,就像空氣、水和陽光一樣,土壤在維系人類生存方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
土壤學(xué)家常常將土壤比作“地球的皮膚”,皮膚是人體的最大器官,更是抵御外來傷害的首要屏障。作為覆蓋在地球表面的一層松散物質(zhì),土壤也像皮膚一樣維持著陸地生命的存續(xù)。我國早在唐代就把土壤稱為“地皮”,這一貼切的比喻,形象地概括了土壤的主要功能與特點。
除了能生長農(nóng)作物、提供食物,土壤還有許多“特異功能”。它可以調(diào)蓄洪水,“兵來將擋水來土掩”,化解危機(jī);可以將產(chǎn)生溫室氣體的碳封存于體內(nèi),成為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的“碳富豪”;可以為土壤動物、微生物甚至人類提供棲身之所,還可以保存珍貴的文化遺產(chǎn)。另外,有些土壤還是珍貴的旅游資源,如云南土林、甘肅彩丘等,“吸睛”無數(shù)。倘若離開土壤,人類文明將失去生機(jī),難以為繼。
云南東川紅土地與村莊 圖片來源:中國地質(zhì)博物館《地球》
然而,要想深入地了解和認(rèn)識土壤,光靠比喻還不行,土壤的形成與分類則是科學(xué)認(rèn)識土壤的起點。
土壤的形成
土壤的形成主要源自地殼表層巖石的風(fēng)化。暴露在地表的風(fēng)化殼是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ),通過與周圍環(huán)境發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物反應(yīng),逐漸形成具有肥力特征的土壤。19世紀(jì)末,俄國著名的土壤學(xué)和土壤地理學(xué)家道庫恰耶夫創(chuàng)立了土壤發(fā)生學(xué)說,指出土壤是母質(zhì)、氣候、生物、地形和時間五大成土因素的產(chǎn)物。
山西隰縣的午城黃土(中國最早的黃土)圖片來源:中國地質(zhì)博物館《地球》
成土母質(zhì)為土壤的發(fā)生、發(fā)育提供了最初的物質(zhì)來源,是構(gòu)成土壤礦物質(zhì)、提供植物所需養(yǎng)分的物質(zhì)基礎(chǔ),因此,土壤繼承了土壤母質(zhì)很多重要特征。值得一提的是,巖石風(fēng)化并非成土母質(zhì)的唯一來源,無處不在的大氣降塵也可以為土壤發(fā)育提供新鮮底物,甚至從根本上改變原本自上而下的成土模式和風(fēng)化速率。氣候主要通過溫度和降水全面影響成土過程中的物理、化學(xué)和生物作用的強(qiáng)度和方向。生物(包括植物、動物和微生物)在自身的生命活動中與土壤之間發(fā)生著物質(zhì)和能量交換,改變土壤結(jié)構(gòu)和孔隙狀況。地形主要通過影響其他成土因素而發(fā)生作用,以及在重力作用下對地表的物質(zhì)和能量進(jìn)行再分配。當(dāng)然,任何因素對成土過程的影響都與時間有關(guān),作用程度隨時間的延長而加強(qiáng)。此外,人類活動通過調(diào)節(jié)和改變其他成土因素來控制土壤的發(fā)育程度及方向,對土壤發(fā)生演化起著不可忽視的作用,成為五大成土因素外最重要的影響因素。例如,水稻土就是長期人為耕作活動的結(jié)果。由于環(huán)境的差異,五種成土因素的作用并不是均勻相等的,每種因素都可能成為成土過程的主導(dǎo)者。
土壤形成的速率則取決于土壤形成時的環(huán)境條件。一般來講,濕熱的環(huán)境更利于土壤的形成。不過,即使在南極那種極端惡劣的冰雪環(huán)境中,也有一些地衣的著生,進(jìn)行著緩慢的原始成土過程。已知最快的土壤形成速率出現(xiàn)在新西蘭的南阿爾卑斯山,速率為2.5毫米/年,更多的土壤則是如龜速般形成。據(jù)估算,地球表面土壤的平均形成速率約為0.056毫米/年。也就是說,在不考慮土壤侵蝕的情況下,形成1米厚的土壤,大概需要1.8萬年。我們常見的土壤,其形成一般都在萬年以上,因而有“千年龜萬年土”的說法。
土壤的分類
土壤分類既是科學(xué)認(rèn)識土壤的起點,也是有效管理土壤資源、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工具。通過土壤分類,人們不僅可以快速理解土壤的發(fā)生演化規(guī)律,還可以根據(jù)不同土壤類型的特點因地制宜。
我國疆域遼闊,土壤資源絕對量大,資源區(qū)域差異明顯,有著豐富的土壤類型。類似于生物分類學(xué)的界、門、綱、目、科、屬、種,在我國現(xiàn)行的中國土壤系統(tǒng)分類中,土壤學(xué)家將土壤劃分出14個土綱、39個亞綱、138個土類、588個亞類,土系的數(shù)量則逾萬,充分說明了土壤資源類型之豐富和變異程度之大。
中國土壤系統(tǒng)分類中的14 個土綱 圖片來源:中國地質(zhì)博物館《地球》
“人為土”最能體現(xiàn)“人土相依”這一樸素的自然哲學(xué)理念。在世界上很多地方、特別是在有著悠久耕作歷史的地區(qū),人為活動,包括人工搬運(yùn)、耕作、施肥和灌溉等,改變了原有土壤的形成過程,土壤的形態(tài)和性質(zhì)也發(fā)生了重大改變,而那些原生土壤僅僅作為母土或埋藏土壤存在。這類受人為活動深刻影響的土壤就叫作“人為土”。
人為土的類別與我國長期的農(nóng)耕歷史文化密切相連,是歷史時期人類生產(chǎn)過程與自然成土過程綜合作用的結(jié)果。我們都知道,五谷豐登寓意年成好,糧食豐收。其實,五谷所需的生長環(huán)境,如小麥長在旱地、水稻長在水田,決定了人們改土、造土的方式,從而形成了水耕人為土和旱耕人為土兩大人為土。
江蘇興化水鄉(xiāng)垛田 圖片來源:中國地質(zhì)博物館《地球》
水耕人為土主要指水稻土,多分布在多雨的江南地區(qū)。稻田常年處于周而復(fù)始的“灌水—落干”循環(huán)之中,導(dǎo)致土壤亦交替處于“氧化—還原”的狀態(tài),土壤中出現(xiàn)了明顯的水耕氧化還原層。積水條件導(dǎo)致土壤中積累了大量的有機(jī)質(zhì),但也將原有的很多物質(zhì)不同程度地淋失掉了。根據(jù)這種層次的性態(tài)差異及一些反映附加過程的特性,水耕人為土又可被進(jìn)一步分為簡育、鐵聚、鐵滲和潛育人為土四種類型。
旱耕人為土多見于受雨量限制的北方地區(qū)。旱耕的方式隨地區(qū)變化極大,因而具有很強(qiáng)的區(qū)域性。在黃河流域,人們在培肥土壤的過程中,施用大量有機(jī)肥、家畜肥、人糞尿以及圈肥等各種肥料,并經(jīng)過堆墊等作用,在土壤表層形成了一層有機(jī)質(zhì)含量較高的熟化層。在珠江流域,也有廣泛旱耕人為土造土過程,不過方式有所不同,人們將池塘中的淤泥堆墊成型,形成了具有地域特色的泥墊旱耕人為土。
可以說,人為土就是人為創(chuàng)造或者加工出來的土壤。天南地北的農(nóng)民根據(jù)手上現(xiàn)有的物料和工具,又是鋤地又是堆肥泥墊等,使自家地里原本毫無生機(jī)的土壤脫胎換骨地?fù)Q了模樣。人為土的改造過程,是人們因地制宜、科學(xué)管理土壤的典范。
土壤是一種近乎不可再生的自然資源。形成一厘米厚的土壤可能需要成百上千年,甚至都沒有人能完整見證一厘米土壤的形成,而它與毀滅之間,可能只差一場暴雨、一次污染事件。根據(jù)聯(lián)合國2015年發(fā)布的《世界土壤資源狀況》報告,世界范圍內(nèi)土壤正面臨土壤侵蝕、土壤酸化、土壤污染、土壤鹽漬化和土壤生物多樣性喪失等多種威脅。僅以土壤侵蝕為例,每年就會造成250億噸~400億噸表土流失,導(dǎo)致作物減產(chǎn)、土壤固碳能力下降、養(yǎng)分和水分明顯減少。據(jù)統(tǒng)計,每年因侵蝕所造成的谷物損失可高達(dá)760萬噸。近年來,頻頻見諸網(wǎng)絡(luò)的土壤污染事件,更讓人們對這一寶貴資源的安全充滿憂慮。
湖南婁底紫鵲界梯田 圖片來源:中國地質(zhì)博物館《地球》
生產(chǎn)性土壤的進(jìn)一步喪失,不僅將嚴(yán)重威脅到糧食生產(chǎn)和安全,有可能使數(shù)百萬人陷入饑餓和貧窮,還將加劇對自然的破壞,摧毀人類共同的家園。然而,人們在仰望星空探索未知的時候,常常忽視了自己腳下所踏立的土壤。作為地球皮膚的土壤,需要人們更多的關(guān)注和呵護(hù)。
東北興凱湖邊的國營農(nóng)場 圖片來源:中國地質(zhì)博物館《地球》
遙望廣袤無垠的祖國大地,七連嶼上,海鷗競翔;長江之側(cè),稻花飄香;黃河之濱,麥浪滾滾;黃土高原,千溝萬壑;東北大地,黑土賽金;江南佳地,魚米之鄉(xiāng);遼闊西北,胡楊林立;世界屋脊——青藏高原,欲與天公試比高。正是我們腳下這寂靜的土壤裝點了遼闊的大地,也支撐了這片土地上豐富多彩的生命世界。
正如世界上沒有兩片完全相同的樹葉,地球上也沒有兩個相同的土壤單元,僅以水稻田為例,有代表性的就有水田、坑田、垅田、砂田和?;~塘等豐富多彩的利用類型。我們腳下這一片片寂靜無聲的土壤,提供了我們延續(xù)千年的生存所需,造就了四千年的農(nóng)耕傳奇,也深刻塑造了我們的精神世界。人類與這塊大地形成了命運(yùn)共同體,被牢牢地綁定在一起!