不同尺度谈土壤_2 土壤的前世今生

不同尺度谈土壤_2 土壤的前世今生

这世上本没有土,成土母质里的微生物多了,便出现了土。——刘叫兽



“我是谁?”“从哪里来?”“到哪里去?”这是人生的三大哲学命题。上一篇中,我们讨论了关于土壤“我是谁”的问题。今天主要说一下后两大命题,由于土壤的随着时间的推移而演进,本篇将基于时间尺度来讲述土壤的前世今生。


1. 土壤的诞生

大约40亿年前,一连串的偶尔中,地球呱呱坠地。当时的地球还只是一团气体与尘埃,在其后的10亿年间,地球逐渐冷却、凝结与固化 (图1),出现了大气、海洋和陆地。由于有太阳辐射和地球大气,地球存在降雨、降雪和风等气象现象。日积月累,降水和风将陆地上的岩石侵蚀成岩石碎屑,组成了土壤的最原始成分。但是注意,这些岩石碎屑还不是土壤,因为按照定义(不同尺度谈土壤_1 什么是土壤? - 每周学点土壤知识 - 知乎专栏),土壤是“鲜活的”、“有生命的”!

图1 早期地球假想图[1]

大约30 ~ 35亿年前,又是一系列的偶然因素,地球的海洋中出现了最原始的生命:细菌(Bacteria)和古生菌(Archaea),从此开启了地球的“新时代”。又过了无数年,这些肉眼无法观察的微生物从海洋、河流、湿地进入陆地,存活在岩石碎屑中。这些“前锋军”的出现也标志着“有生命的”土壤诞生了(图2)!注意,人类诞生至今只有200万年,在图中基本看不出来。[2]

图2 地球时间表[2]

最初出现在土壤中时,细菌的结构很简单,而且只能靠“晒太阳”养活自己,被称作“生产者”。当生产者的数量足够多时,很多微生物发现吃活的细菌效率更高,这些微生物被称为“消费者”。当生产者和消费者死亡后,岩石碎屑中就存在了很多生物残留物 (residue),一些微生物能够消化这些残留物,维持自己的生长;同时将残留物转换为生产者可以利用的无机物,这些清道夫被称作“分解者”。至此,生产者、消费者和分解者形成了一个首尾相连的循环;太阳就像汽车发动机一样,推动这个循环不停的运行(图3)。随着循环的增加,岩石碎屑中的生物越来来越多,逐渐变成了现代的土壤。

图3 土壤生物链循环图



2. 现代土壤的演进过程

让我们把尺度拉小一些,看看现存的土壤是如何形成的?正如楼房需要基础一样,土壤也需要一些岩石碎屑作为“基础”,称为“成土母质”。成土母质来自岩石的侵蚀,主要途径包括风蚀,水蚀,酸雨,微生物作用等等。例如图4就是一个典型的岩石风蚀照片。成土母质被风或者水搬运并堆积到某处后,就准备好了下一步的土壤演进。

图4 风蚀示意图[3] (有木有觉得略猥琐 ^-^)

成土母质准备好之后,土壤生物开始发挥作用。跟上述类似,生产者是先锋,消费者和分解者紧随其后,形成完整的生物链。随着生物链的不断循环,其产生的生物质越来越多,生物链也变得更加复杂(图5)。值得注意的是,分解者降解生物排泄物和残渣时,除了自己使用,还会残留一部分形成土壤有机质。土壤有机质能够改善土壤通透性,增加土壤肥力和增加土壤生物多样性,是土壤形成的重要标志。至此,成土母质演进成为“存在固液汽三态且含有生物质的多孔介质”。

图5 土壤食物链示意图[4]



3. 土壤的宿命

人有生老病死,土壤也不是永恒的。同样在降水与风的侵蚀下,土壤颗粒继续前行,在某个低洼地、河流或者湖泊沉降。日复一日,年复一年,土壤颗粒被逐渐压实、变质,最终重新形成岩石。至此,尘归尘,土归土,万物循环中,动态平衡

图 6 土壤物质循环图



4. 总结

土壤不是凭空产生的,也不会凭空消失;土壤来源于岩石,最终又归于岩石。以下是这篇文章的精华部分。

a. 土壤是岩石侵蚀后产生的成土母质在生物作用下的综合产物。

b. 物质循环和能量平衡是研究自然科学的重要理论和工具。


The end.


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