土壤
功能
土壤有六大功能:
無機(jī)質(zhì)、有機(jī)質(zhì)的循環(huán)利用
生物棲息地(包含地面上及土壤層中)
部分生物巢穴的地基
水分供應(yīng)、涵養(yǎng)及凈化
必須營養(yǎng)成分之提供
支持某些生物(如植物)生長
土壤形成條件
成土作用是由物理、化學(xué)、生物和人為過程對土壤母質(zhì)(巖石)的綜合效應(yīng)?;鶐r風(fēng)化產(chǎn)生的母質(zhì)就是土壤形成的來源。土壤的形成涉及到土壤剖面中的邊界層或地面層,它們因為母質(zhì)的增加,損失,改變和易位構(gòu)成土壤。風(fēng)化后自巖石中而來的礦物質(zhì)經(jīng)由許多作用交互影響,從而生成次生礦物及其他在水中溶解度不同的化合物,這些成分會隨著水或者生物活動而被帶到其他地方。土壤內(nèi)部物質(zhì)受到不同環(huán)境因素的改變,從而形成各種土壤獨特的外觀。在溫暖地區(qū)頻繁大雨,濕熱的氣候條件下,盡管很少有有機(jī)物質(zhì),植物仍然很快就生長在玄武巖上。植物為了在貧乏的巖石上存活,開始用特殊的營養(yǎng)方式維生,例如溶解鳥糞。發(fā)展中的植物根系與菌根真菌獨自或聯(lián)合,很快逐步分解了多孔熔巖并積累了有機(jī)質(zhì)。但即使如此,主要的孔破碎熔巖在這個植物根上成長將可被視為土壤。土母質(zhì)、地區(qū)性氣候條件、地形地貌、生物勢和時間這5個典型因素之間動態(tài)的相互作用影響了土壤的形成及演變方式,并且對土壤“生命”循環(huán)的進(jìn)行方式產(chǎn)生影響。
母質(zhì)
構(gòu)成土壤的原材料叫做母質(zhì)。它包括:風(fēng)化的原始基層巖;次要的從其他地點運來的輔助材料,如崩積層和沖積層;沉淀物已存在,但在其它方式混合或改變-舊土壤形成,包括泥炭或高山腐殖質(zhì)的有機(jī)物;人為的材料,如垃圾填埋場或礦物廢料。少量土壤直接地底巖破裂形成。這些土壤通常被稱為“殘積土”,并與他們的母質(zhì)有大致相同的化學(xué)性質(zhì)。大部分土壤源于通過風(fēng)力、水力和重力被運到其他地點的材料產(chǎn)生。其中一些材料可能移動了數(shù)英里或只有幾英尺。風(fēng)吹材料稱為黃土,覆蓋在北美洲中西部地區(qū)和亞洲中部以及其他地點。在南北緯度,冰磧物是許多土壤的組成部分,他們在大山附近形成,是冰川冰移動的地面的產(chǎn)物。冰可以把巖石和大石頭打破成較小的碎片,也可以整理材料成不同尺寸。隨著冰川的冰融化,融化的水也移動和整理材料并排序、整理和從他們原始位置改變距離。土壤側(cè)面更深的區(qū)域可能有與他們沉淀的水、冰塊或風(fēng)相對不變的材料。
土壤一般分成六層:O層是枯枝落葉層,A層是腐殖質(zhì)層。E層是淋溶層。以上三層為表土層。B層是淀積層。C層是風(fēng)化層。R層是巖石層。以上三層為心土層。
土壤來自巖石、無機(jī)物、有機(jī)物,主要由礦物質(zhì)、空氣、水、有機(jī)物構(gòu)成。地球表面形成1厘米厚的土壤,約需要300年或更長時間。
“資源”是對人類可以利用而言的,因此,土壤資源是指在一定科學(xué)技術(shù)條件下和一定時間內(nèi)可以為人類利用的土壤。土壤的形成與保護(hù)確保生物的生存。
氣候 土壤的形成極大地依賴于氣候和土壤的不同氣候帶縣顯示與眾不同的特點。[ 18 ]溫度和濕度的影響風(fēng)化和浸出。風(fēng)動作沙子和其它粒子,尤其是在干旱地區(qū),幾乎沒有植被。的類型和數(shù)量的降水影響,土壤形成的影響的運動離子和粒子通過土壤,協(xié)助發(fā)展不同土壤剖面。季節(jié)性和每日溫度波動影響的效力,水風(fēng)化母巖的物質(zhì)和影響土動力學(xué),凍融是一種情感的機(jī)制,打破了巖石和其他綜合材料。溫度和降水率影響的生物活性,化學(xué)反應(yīng)速率和類型的植被覆蓋。
氣候
土壤的形成激發(fā)的依靠氣候,不同氣候帶的土壤也顯示了有特色的特征以及養(yǎng)分。溫度和水分影響到了風(fēng)化和瀝濾程度。風(fēng)可以移動沙子和其他碎粒,特別在很少有植物覆蓋的干燥地區(qū)。降水的類型和數(shù)量通過土壤影響離子和粒子的移動而影響土壤形成,協(xié)助了發(fā)展不同土壤剖面。季節(jié)和日常溫度波動在母基巖物質(zhì)和影響土壤動力、冰凍和融化時風(fēng)化影響水的效力是一個打破巖石和其他結(jié)實物質(zhì)的作用結(jié)構(gòu)。溫度和降水率影響生物活動、化學(xué)反應(yīng)速率和其他植物被覆的種類。
生物因素
植物、動物、真菌、細(xì)菌與人類會影響土壤的形成。動物與微生物混合土壤并形成洞穴與孔隙,使得水汽與氣體能夠在土壤內(nèi)移動。同樣的,植物的根系會在土壤中形成通道。其中植物的主根(德語:Pfahlwurzel,英語:taproot)能夠深入土壤數(shù)米,穿透許多不同土壤層,將土壤剖面中深層土壤之養(yǎng)分帶至上層土壤。植物的細(xì)根會再淺層土壤展開,部分的根很容易腐爛,腐爛后的殘留于土壤中的植體會加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。微生物,其包括了真菌與細(xì)菌,可以幫助土壤儲存養(yǎng)分并會影響植物的根與土壤中養(yǎng)分化學(xué)交換。人類的活動亦會影響土壤的形成,包括借由移除土壤的植被使得土壤被沖蝕,混合不同土壤層,使得被翻攪至上層為風(fēng)化的土層開始風(fēng)化,并重新開始土壤的形成過程。
植被也有許多不同的方式來影響土壤的形成,其可以避免雨水沖刷土壤表面防止表面徑流(德語:Oberfl?chenabfluss,英語:surface runoff)。植物也可以遮蔽下方土壤,使土壤保持較低溫度與降低蒸發(fā)散量進(jìn)而保留更多的水分。植物也會借由蒸散作用(transpiration)來加速土壤水分的散失。植物也可以和成新的化學(xué)物質(zhì),借此來打破或者形成土壤顆粒。植物的類型與數(shù)量是由氣候、地形、土壤特性與生物因子來決定。土壤因子包含了密度、深度、化學(xué)組成、酸堿度(pH)、溫度與濕度,這些因子都會大幅的影響植物的類型與其生長的地點。死亡后的植物、落葉與莖在土壤中,而微生物會分解這些有機(jī)物質(zhì)使其與土壤上層混合,這樣的過程亦是土壤形成過程的一部分。
時間
時間是上述所有形成條件中必須的條件。隨著時間的推移,土壤變化特征依賴于其他的形成因素,土壤的形成需要時間,并與其他因素的相互影響。土壤是不斷在變化的。例如,最近的洪水沉積物因為有沒有足夠的時間作用,便難以形成土壤。而表面物質(zhì)被覆蓋,并且形成土壤的過程將一再循環(huán)。長時間所造成的變化及其影響使得土壤層的形成,也意味著簡單的土壤組成是罕見的。雖然土壤能夠長時間穩(wěn)定,但最終生命周期的土壤,是脆弱且易受侵蝕的。盡管土壤退化和倒退是不可避免的,大部分土壤周期皆是長時間且肥沃的。
土壤形成因素影響其存在的土壤中,即使“穩(wěn)定”的情況是持久的,有些是數(shù)百萬年。土壤表面物質(zhì)被吹走或沖走。增加、減少和取代,土壤經(jīng)常受到新的條件。不管是緩慢或快速的變化,取決于氣候、地貌狀況,和生物因素。
土層
土層的命名基于土層材料的組成,這些材料反映出了土壤形成的特殊進(jìn)程的持續(xù)時間。使用字母的短手記號和數(shù)字他們標(biāo)記。他們對顏色、大小、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、濃度、根的數(shù)量、pH值、空隙、邊界特征和是否有小瘤或凝固物描述和分類。任何土壤側(cè)面層沒有大部分的層隱藏在下面,土壤可能有幾個或許多層。
暴露的母質(zhì)層有利于決定生產(chǎn)最初的土壤適合植物生長。有機(jī)殘留物的積聚物下生長,積累的有機(jī)層叫做森林地被物。生物有機(jī)體移植和打破有機(jī)材料,使其他植物和動物可以生活在有用的營養(yǎng)物中,并且足夠的時間之后,一個出眾的有機(jī)表層形式連同腐殖質(zhì)叫做A層。
分類
原因
為了了解不同土壤之間的關(guān)系以及它的特定用途,所以把土壤分類。第一個土壤分類系統(tǒng)是俄羅斯科學(xué)家Dokuchaev在1880年左右開發(fā)的。它被美國和歐洲研究者修改并且開發(fā)這個系統(tǒng)通常使用到了1960年代。它基于土壤的特別形態(tài)取決于他們的材料和母質(zhì)的觀點。在20世紀(jì)60年代,不同的分類系統(tǒng)開始出現(xiàn),他們側(cè)重于土壤形態(tài)而不是他們的材料和母質(zhì)。自那時以來,分類系統(tǒng)又經(jīng)歷了進(jìn)一步的修改。
通俗分類法
這里指一般大眾的分類方法。(此排列愈上面愈優(yōu)質(zhì))
黑土- 富含腐植質(zhì)的土
黃土- 一般常見的土
紅土- 富含氧化鐵的土
凍土- 含永凍層
美國分類法
這是土壤分類的最高級別。以后綴“sol”結(jié)束。在美國分類法中,這十二個排列是:
淋育土(Alfisol) - 淋余土與極育土相較,系屬高鹽基森林土。成土過程的標(biāo)志,為有層狀結(jié)晶格子黏粒移位,鹽基不過分缺乏,常見之層序組合為具有一淡色或黑癠披被層覆蓋在一黏聚層之上。氣候環(huán)境多屬溫暖,且在植物生長季節(jié)常有3個月以上能供給中性植物有效水分。典型的淋余土中之有機(jī)物穿透淺,有顯著的黏粒聚積,黏粒聚積層次可厚可薄,而與整個鹽基飽和度皆屬中等偏高,且整個剖面變化不大。
灰燼土(Andisol)- 灰燼土是指土壤剖面中有60%以上的厚度具有火山灰土壤性質(zhì)(Andic soil properties)的土壤,通常在火山爆發(fā)后生成?;覡a土的主要特性為:(1)容積比重很低,一般為小于900公斤/立方米。(2)無定形物質(zhì)很多,草酸可萃取鐵鋁含量多(一般大于2%)。(3)對磷酸具有強(qiáng)吸附力。因此灰燼土通常很輕,為強(qiáng)酸性土壤,施磷肥效果低。主要分布于陽明山國家公園的大部分地區(qū),土體表面30~50cm大部分為黑色物質(zhì),中間為由安山巖風(fēng)化的物質(zhì),大多呈黃棕色,底層為安山巖。
旱境土(Aridisol) - 旱境土所共有之獨具性質(zhì),為一年中有很長時期缺乏有效水分以供中性植物生長,可有一個或一個以上之土壤化育層,表土層不受腐植質(zhì)之污染,而使顏色呈顯著加深,與缺乏深寬罅隙。在土壤溫度溫暖之程度足夠植物生長之大多數(shù)時間內(nèi),缺乏有效水分,與在土壤溫度高于8°C時,從不會含有效水分可連續(xù)供植物生長長達(dá)90天。旱境土為干旱地區(qū)之主要土壤,地表處僅有少量有機(jī)碳聚積,常有大量之碳酸鹽類與黏粒聚積。
新成土(Entisol) - 主要為在土壤中缺乏由重要成土過程中任何一組所遺留下來之標(biāo)志能成為區(qū)分特征,亦可無附屬特性。故新成土共有之獨具性質(zhì)為系礦物質(zhì)土壤物質(zhì)并缺乏明顯的土壤化育層次,可發(fā)生于任何氣候下。缺乏化育層的理由,可能為頑固的母質(zhì);硬而緩慢溶解巖石;缺乏足夠的時間可供化育層的形成與在坡地上侵蝕速度超過土壤化育層的形成。一般言之,新成土黏粒缺乏位移情形,有機(jī)物少量聚積。
冰凍土(Gelisol)- 冰凍土之獨具性質(zhì)為生成于永遠(yuǎn)凍結(jié)地帶(permafrost zone),其定義為土壤表層下100cm為永凍狀態(tài),或是在表層100cm內(nèi)含有永凍物質(zhì)(Gelic materials)而200cm以下處于永凍狀態(tài)。
有機(jī)質(zhì)土(Histosol) - 有機(jī)質(zhì)土所獨具性質(zhì)為在上部80cm內(nèi)含有甚高之有機(jī)物,一般有機(jī)物厚度在80cm內(nèi),有一半以上土層至少含有20~30%,或富含有機(jī)物之層次系停落在巖石上或巖石之粗碎塊上。此類土壤皆為由于在水中聚積,且多少曾進(jìn)行分解之植物殘體所組成,但亦有若干系由森林落葉枯枝或蘚苔植物在過濕環(huán)境下與可以自由排水情形下生成。
弱育土(Inceptisol) - 弱育土獨具之性質(zhì)為在一年中有半年以上時間或有連續(xù)3個月以上時間是溫暖季節(jié)期間,土壤含有水分可有效于植物生長,有一個或一個以上曾受改變或稍具位移性質(zhì)(除碳酸鹽類或無定形硅酸外)集中現(xiàn)象之土壤化育層次。質(zhì)地細(xì)于壤質(zhì)細(xì)砂土,含有若干可風(fēng)化性礦物,黏粒成分具有中至高能量之陽離子保持力。弱育土除在較干環(huán)境外,幾乎在任何環(huán)境下皆可生成,土層常較淺,且多數(shù)位于相當(dāng)年輕之地表面。
黑沃土(Mollisol) - 黑沃土所獨具之性質(zhì)為有一暗棕至黑色之披被層(Mollic epipedon),構(gòu)成A與B化育層總厚之1/3或以上,或其厚度大于25cm,具有明顯構(gòu)造,或當(dāng)干時呈軟的構(gòu)造,在A1化育層與B化育層中其可萃取陽離子以鈣占優(yōu)勢,占優(yōu)勢之結(jié)晶性黏土礦物具有中或高陽離子交換能力,若土壤在50cm內(nèi)有深寬罅隙,則在此深度以內(nèi),若干化育層中黏粒含量為<30%。該土壤為地球上最肥沃的土壤。
氧化土(Oxisol) - 氧化土之獨具性質(zhì)為除石英外,大多數(shù)礦物皆受極度風(fēng)化而成為高嶺土與游離氧化物,黏粒部分僅具有甚低活性,為壤質(zhì)或黏質(zhì)質(zhì)地。氧化物土為發(fā)生在熱帶或帶地區(qū),系地表有長期間之安定處之特征性土壤,發(fā)育形成時必在濕潤氣候下。典型的氧化物土之有機(jī)碳含量高、陽離子交換能量低與黏粒含量隨深度而減少。
淋淀土(Spodosol]) - 淋淀土至少在上部層序中,由支配性成土程序位移腐植質(zhì)與鋁,或腐植質(zhì)鋁與鐵作為無定形物質(zhì)而造成之標(biāo)致。淋淀土所獨具之性質(zhì)為一具高陽離子交換能量之黑色或帶紅色之無定形物質(zhì)聚積的B化育層,即所謂的淋淀層(Spodic horizon)。在多數(shù)未經(jīng)擾動的土壤,均有一灰白層覆蓋于B層之上。淋淀土所具有之附屬特性為濕潤或溫濕,壤質(zhì)或砂質(zhì)質(zhì)地,有高的pH依賴交換能量及鹽基含量很少。
極育土(Ultisol) - 極育土與淋余土相比較,極育土屬低鹽基森林土,經(jīng)強(qiáng)烈淋溶作用之標(biāo)致,極育土共有之獨具性質(zhì)為有一黏聚層,鹽基貯藏量低,特別在較低之化育層中是如此,年平均土溫度均高于8°C。極育土一般黏粒含量有先隨深度之增加而增加,然后再降低之趨勢。陽離子交換容量大多數(shù)為中至低等,隨深度而遞減之鹽基飽和百分率系反射于植物之鹽基循環(huán)或肥料之施用。極育土分布地區(qū)溫暖而有水分供給,故施肥可成高生產(chǎn)地。
膨轉(zhuǎn)土(Vertisol) - 此類土壤為具有規(guī)則性之土壤混攪或騷動作用及有阻止其診斷或鑒別層次發(fā)育之成土過程的標(biāo)致。又因為有土壤物質(zhì)之移動作用,故其診斷或鑒別性質(zhì)有很多附屬性質(zhì),例如當(dāng)土壤干時,總體密度甚高,當(dāng)濕潤時導(dǎo)水度甚低,當(dāng)土壤濕潤后再干燥,土表有相當(dāng)起伏與由于有罅隙,可使土壤甚速干燥。膨轉(zhuǎn)土共有之獨具性質(zhì)為黏粒含量高,隨水分含量變化,體積有顯著改變,在若干季節(jié)中有深寬罅隙,有斷面擦痕,幾軋地形,與楔形構(gòu)造之粒團(tuán)和水平層次呈某角度之傾斜。
(中文譯名與解釋來源為、)
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