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31.2: 土壤

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    202312

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    培养技能

    • 描述土壤是如何形成的
    • 解释土壤成分
    • 描述土壤剖面

    植物从土壤中获取无机元素，土壤是陆地植物的天然介质。 土壤是覆盖地球表面的外层松散层。 土壤质量是决定植物分布和生长的主要因素，还有气候。 土壤质量不仅取决于土壤的化学成分，还取决于地形（区域表面特征）和活生物体的存在。 在农业中，土壤的历史，例如耕作方法和以前的作物，改变了该土壤的特征和肥力。

    土壤在很长一段时间内发育非常缓慢，其形成是由作用于矿物、岩石和有机化合物的自然和环境力造成的。 土壤可以分为两类：有机土壤是指由沉积形成并主要由有机物组成的土壤，而由岩石风化形成并主要由无机物质组成的土壤称为矿物土壤。 矿物土壤在陆地生态系统中占主导地位，那里的土壤可能在一年中的部分时间里被水覆盖或暴露在大气中。

    土壤成分

    土壤由以下主要成分组成（图\(\PageIndex{1}\)）：

    • 无机矿物质，约占土壤体积的40％至45％
    • 有机物，约占土壤体积的5％
    • 水和空气，约占土壤体积的50％

    土壤四个主要成分的含量取决于土壤中存在的植被量、土壤压实度和水分。 健康的土壤有足够的空气、水、矿物质和有机物质，以促进和维持植物生命。

    插图显示了概述土壤成分的饼图。 45% 是无机矿物质，25% 是水，25% 是空气，5% 是有机物，包括微生物和大型生物。
    图\(\PageIndex{1}\)：显示了土壤的四个主要成分：无机矿物质、有机物、水和空气。

    练习\(\PageIndex{1}\)

    当土壤被重型机械甚至人流压缩时，可能会导致土壤压实。 这种压实会如何改变土壤成分？

    回答

    土壤中的空气含量降低。

    土壤中的有机物质称为腐殖质，由微生物（死和活）和处于不同腐烂阶段的死亡动植物组成。 腐殖质改善土壤结构，为植物提供水和矿物质。 土壤中的无机物质由岩石组成，岩石会慢慢分解成大小不同的较小颗粒。 直径为 0.1 到 2 mm 的土壤颗粒是沙子。 介于 0.002 和 0.1 mm 之间的土壤颗粒称为淤泥，即使是直径小于 0.002 mm 的较小颗粒也称为粘土。 有些土壤没有主要的颗粒大小，含有沙子、淤泥和腐殖质的混合物；这些土壤被称为壤土。

    土壤形成

    土壤的形成是生物、物理和化学过程相结合的结果。 理想情况下，土壤应含有 50% 的固体物质和 50% 的孔隙空间。 大约一半的孔隙空间应含有水，另一半应包含空气。 土壤中的有机成分充当水泥剂，为植物返回养分，使土壤储存水分，使土壤可以耕作，并为土壤微生物提供能量。 大多数土壤微生物——细菌、藻类或真菌——在干燥的土壤中处于休眠状态，但一旦有水分就会活跃。

    土壤分布不均匀，因为土壤的形成会产生土壤层；土壤的垂直部分共同称为土壤剖面。 在土壤剖面图中，土壤科学家定义了称为地平线的区域。 地平线是具有不同物理和化学特性的土壤层，与其他层不同。 五个因素决定了土壤的形成：母体物质、气候、地形、生物因素和时间。

    家长材料

    土壤形成的有机和无机物质是母体材料。 矿物土壤直接由基岩的风化形成，基岩是位于土壤之下的坚硬岩石，因此，它们的成分与原始岩石相似。 其他土壤是由来自其他地方的物质形成的，例如沙子和冰川漂移。 与沉积的物质相比，位于土壤深处的物质相对没有变化。 河流中的沉积物可能具有不同的特征，这取决于溪流是快速还是缓慢移动。 快速移动的河流可能有岩石和沙子的沉积物，而缓慢移动的河流可能有质地细腻的物质，例如粘土。

    气候

    温度、湿度和风会导致不同的风化模式，从而影响土壤特性。 风化产生的水分和养分的存在还将促进生物活性，这是优质土壤的关键组成部分。

    地形

    区域表面特征（俗称 “陆地布局”）可以对土壤的特征和肥力产生重大影响。 地形会影响水的径流，从而剥夺母体物质并影响植物的生长。 陡峭的土壤更容易受到侵蚀，可能比相对平坦或平坦的土壤更薄。

    生物学因素

    活生物体的存在极大地影响了土壤的形成和结构。 动物和微生物可以产生毛孔和缝隙，植物根部可以渗透到缝隙中产生更多的碎片。 在被称为根际的区域，植物分泌物促进根部周围微生物的发育。 此外，从植物上掉下来的树叶和其他物质会分解并影响土壤成分。

    时间

    时间是土壤形成的重要因素，因为土壤是长期发育的。 土壤形成是一个动态过程。 随着时间的推移，材料会沉积、分解并转化为其他物质，这些材料可供活生物体使用或沉积在土壤表面。

    土壤的物理特性

    根据土壤的地平线对土壤进行命名和分类。 土壤剖面有四个不同的层：1) O 地平线；2) A 地平线；3) B 地平线或底土；4) C 地平线或土壤基础（图\(\PageIndex{2}\)）。 O Horizon 表面有刚分解的有机物——腐殖质，底部有腐烂的植被。 腐殖质富含土壤的养分，增强土壤的保湿性。 表土（土壤的顶层）的深度通常为两到三英寸，但这种深度可能会有很大差异。 例如，像密西西比河三角洲这样的河流三角洲有深层表土。 表土富含有机物质；那里发生微生物过程，它是植物生产的 “主力军”。 A Horizon 由有机材料和无机风化产物的混合物组成，因此它是真正的矿物土壤的开始。 由于存在有机物，这个地平线通常是深色的。 在这个区域，雨水渗透到土壤中并从地表带走物质。 B 地平线主要是细质物质的堆积，这些物质向下移动，从而在土壤中形成一层致密的层。 在某些土壤中，B 地平线含有结核或一层碳酸钙。 C 地平线或土基包括母体材料以及分解形成土壤的有机和无机物质。 母体材料要么在其自然位置创建，要么从其他地方运送到现在的位置。 C 地平线之下是基岩。

    插图显示了土壤层或地平线的横截面。 从零到两英寸的顶层是 O 地平线。 O Horizon 是一种浓郁的深棕色。 从两到十英寸是 A 地平线。 该层的颜色比 O Horizon 稍浅一些，并且可以看到大量的根系。 从十到三十英寸是 B 地平线。 B 地平线呈红棕色。 较长的根部延伸到该层的底部。 C 水平线从 30 英寸延伸到 48 英寸。 这层是岩石的，没有根。
    图\(\PageIndex{2}\)：该土壤剖面图显示了典型土壤中发现的不同土壤层（O 地平线、A 地平线、B 地平线和 C 地平线）。 （来源：美国农业部对作品的修改）

    练习\(\PageIndex{2}\)

    哪个地平线被视为表土，哪个地平线被视为底土？

    回答

    A 地平线是表土，B 地平线是底土。

    有些土壤可能有额外的层，或者缺少其中一层。 层的厚度也是可变的，取决于影响土壤形成的因素。 一般而言，未成熟土壤可能具有O、A和C水平，而成熟土壤可能显示所有这些水平，再加上额外的层（图\(\PageIndex{3}\)）。

    在照片中，土壤已被砍掉以显示土壤剖面。 O 地平线位于土壤表面，呈现浓郁的黑色。 棕色的 A 地平线从 O 地平线下方开始，一直延伸到地表以下约两英尺半。 B 地平线呈红棕色，从 A 地平线的底部延伸到大约两英尺深。 C 水平线从 B 地平线的底部延伸到照片底部，深度为四英尺。 C 地平线呈浅棕色，其一致性比 A 或 B 视野更粗糙。
    图\(\PageIndex{3}\)：圣华金土壤剖面有 O 地平线、A 地平线、B 地平线和 C 地平线。 （来源：美国农业部对作品的修改）

    职业联系：土壤科学家

    土壤科学家研究土壤的生物成分、物理和化学特性、分布、形成和形态。 土壤科学家需要具有强大的物理和生命科学背景，以及数学基础。 他们可能在联邦或州机构、学术界或私营部门工作。 他们的工作可能包括收集数据、开展研究、解释结果、检查土壤、进行土壤调查以及推荐土壤管理计划。

    照片显示一个男人站在土墙旁边，坑里深得像他一样高。
    图\(\PageIndex{4}\)：这位土壤科学家正在一个研究地点研究土壤的地平线和组成。 （来源：美国农业部）

    许多土壤科学家既在办公室工作，也在野外工作。 根据美国农业部（USDA）的说法：“土壤科学家需要良好的观察技能来分析和确定不同类型土壤的特征。 土壤类型复杂，土壤科学家可能调查的地理区域也多种多样。 航空照片或各种卫星图像通常用于研究这些区域。 计算机技能和地理信息系统 (GIS) 帮助科学家分析地貌、地形、植被和气候的多个方面，以发现景观上留下的模式。” 1 土壤科学家在了解土壤的过去、分析现状以及为未来的土壤相关实践提出建议方面发挥着关键作用。

    摘要

    植物从土壤中获取矿物质养分。 土壤是覆盖地球表面的外层松散层。 土壤质量取决于土壤的化学成分、地形、活生物体的存在、气候和时间。 农业实践和历史也可能改变土壤的特征和肥力。 土壤由四个主要成分组成：1）无机矿物质，2）有机物，3）水和空气，4）生物物质。 土壤的有机物质由腐殖质制成，可改善土壤结构并提供水和矿物质。 土壤无机物质由缓慢分解成大小不同的较小颗粒的岩石组成，例如沙子、淤泥和壤土。

    土壤的形成是由生物、物理和化学过程共同形成的。 土壤不是同质的，因为它的形成会产生称为土壤剖面的层。 影响土壤形成的因素包括：母体物质、气候、地形、生物因素和时间。 根据土壤的地平线、土壤颗粒大小和比例对土壤进行分类。 大多数土壤有四个不同的水平：O、A、B 和 C。

    脚注

    1. 1 国家资源保护局/美国农业部。 “土壤科学职业。” soils.usda.gov/education/facts/careers.html

    词汇表

    地平线
    由有机材料和无机耐候产物的混合物组成
    B 地平线
    土壤层主要是向下移动的精细物质的堆积物
    基岩
    位于土壤之下的坚硬岩石
    C 地平线
    含有母体物质以及分解形成土壤的有机和无机物质的土壤层；也称为土壤基础
    粘土
    直径小于 0.002 mm 的土壤颗粒
    地平线
    土壤层具有不同的物理和化学特性，与其他层不同，具体取决于其形成方式和时间
    腐殖质
    土壤的有机物质；由处于不同腐烂阶段的微生物、死亡动植物组成
    壤土
    没有主要颗粒大小的土壤
    矿物土壤
    由岩石和无机物质的风化形成的一种土壤；主要由沙子、淤泥和粘土组成
    在地平线上
    一层土壤，表面有腐殖质，底部有腐烂的植被
    有机土壤
    由沉积形成的土壤类型；主要由有机物质组成
    母材质
    形成土壤的有机和无机物质
    根际圈
    受根系分泌物和微生物影响的土壤面积
    沙子
    直径在 0.1—2 mm 之间的土壤颗粒
    泥沙
    直径在 0.002 到 0.1 毫米之间的土壤颗粒
    土壤概况
    土壤的垂直截面
    土壤
    覆盖地球表面的外层松散层