土壤“千層糕”

近日，一位來(lái)自東北黑土區(qū)的朋友對(duì)我說(shuō)，她在廣州動(dòng)物園初見(jiàn)“紅色大象”（大象裹著赤色泥漿）時(shí)驚嘆不已——原來(lái)土壤還有紅色的。我順勢(shì)延伸：若往下挖不同地區(qū)的土壤，會(huì)發(fā)現(xiàn)各處的土壤都是各有特色、層次分明的“千層糕“！

土壤的漫長(zhǎng)演化史

自1萬(wàn)多年前的農(nóng)業(yè)革命開(kāi)始，先民便將土壤視為與空氣、水同等重要的基礎(chǔ)自然資源。地球雖已有46億年歷史，但土壤的形成始于寒武紀(jì)海洋生物登陸后。我們腳下的土壤主要發(fā)育于第四紀(jì)紅土，其中澳洲和非洲部分區(qū)域的土壤具有數(shù)億年歷史，而北歐多數(shù)地區(qū)的土壤僅形成于最近1萬(wàn)余年。

巖石是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。在物理作用（如熱脹冷縮、開(kāi)裂粉碎、風(fēng)吹雨打）下，巖石逐漸解體為碎屑。海洋生物登陸后，細(xì)菌、真菌、苔蘚和構(gòu)成地衣的藻類(lèi)吸取巖石表面的礦物質(zhì)，分泌出各種酸。這些酸又會(huì)促進(jìn)巖石的化學(xué)分解，巖石開(kāi)始變成更小的礫石、沙粒等，或停留在原地，或被搬運(yùn)沉積。

穩(wěn)定下來(lái)的各種積物（地表巖石風(fēng)化后形成的堆積物，統(tǒng)稱為風(fēng)化物）的表層生物通過(guò)繁衍和死亡積累有機(jī)質(zhì)，為更高等生物的生長(zhǎng)提供了養(yǎng)分和生存條件。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)與風(fēng)化物中的黏粒結(jié)合，形成暗黑色物質(zhì)，致使土壤形成了層次。

影響土壤形成的因素

俄國(guó)土壤學(xué)家道庫(kù)恰耶夫提出的土壤形成因素學(xué)說(shuō)（亦稱成土因素學(xué)說(shuō)）認(rèn)為，土壤的形成是五大自然因素長(zhǎng)期綜合作用的結(jié)果：氣候（決定性因素，控制溫濕度、風(fēng)化速率與強(qiáng)度）、生物（主導(dǎo)性因素，影響土壤肥力）、地形（區(qū)域性調(diào)節(jié)因素）、母質(zhì)（物質(zhì)基礎(chǔ)與遺傳載體）和時(shí)間（發(fā)育累積因素），該學(xué)說(shuō)奠定了現(xiàn)代土壤學(xué)的基礎(chǔ)。

同時(shí)，在土壤形成過(guò)程中，也不乏人為因素的影響。

腳下的“千層糕”是如何形成的

土壤之所以被稱作“千層糕”，是因?yàn)樗谘莼^(guò)程中不僅形成了多樣的形態(tài)，還慢慢演化出了多種層次。土壤內(nèi)部發(fā)生的物質(zhì)增加、流失、遷移和轉(zhuǎn)化4個(gè)過(guò)程正是“千層糕”形成的關(guān)鍵。

物質(zhì)增加：落葉和植物死亡的根系向土壤輸入了有機(jī)質(zhì)，人工施肥、大氣沉降或土壤表面蒸發(fā)時(shí)遺留的鹽分和二氧化硅，會(huì)隨著水分的再次輸入?yún)R集于土壤中。

流失：表土的侵蝕、土壤中細(xì)小的黏粒和養(yǎng)分隨水分向下遷移，甚至進(jìn)入地下水系統(tǒng)；農(nóng)作物的收獲也會(huì)導(dǎo)致土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被動(dòng)流失。

遷移：水分帶著細(xì)小的黏粒、溶解的鹽分和有機(jī)質(zhì)在土壤中移動(dòng)。蚯蚓會(huì)帶著凋落物從地表移入下層，白蟻筑巢、嚙齒動(dòng)物挖洞等生物作用也會(huì)使土壤發(fā)生移動(dòng)和混合。

轉(zhuǎn)化：土壤礦物的風(fēng)化，從原生礦物如鉀長(zhǎng)巖分解成次生礦物，再進(jìn)一步形成鐵鋁水合氧化物，有機(jī)殘留物分解成有機(jī)酸，以及形成腐殖質(zhì)等。

層與層之間

簡(jiǎn)單的“千層糕”只有A、B、C這 3層——表土層、沉積層和巖石層（又稱母質(zhì)層）。

典型的“千層糕”還有表面枯枝落葉和半腐爛枯枝樹(shù)葉的O層（腐殖質(zhì)層），發(fā)生物質(zhì)淋溶的E層（淋溶層）。為了方便記憶，有科學(xué)家將之描述成“Our Aunt Ethel Bakes Cookies Regularly”（我們的阿姨埃塞爾定期烘烤餅干），而復(fù)雜的“千層糕”還有更多的層次，如白漿層，每個(gè)層次還可以細(xì)分出很多層次。

科學(xué)家從“千層糕”中獲得了各種有用的信息，如生物多樣性、植物生長(zhǎng)特性、土壤特征、巖石風(fēng)化等自然信息，以及城市土地利用情況等人文數(shù)據(jù)。同時(shí)，它對(duì)自然界的水過(guò)濾也有極為重要的作用。

“易病”到“抑病”

地球土壤與黏土、月壤等最大的區(qū)別是土壤含有有機(jī)質(zhì)和生物。各種微生物之間存在寄生、共生、共棲、競(jìng)爭(zhēng)、捕食等關(guān)系，它們互相制約，共同推動(dòng)土壤的演化，使土壤保持健康。

并且，作物與微生物區(qū)系間容易形成一個(gè)特殊的環(huán)境。當(dāng)長(zhǎng)期種植某種作物時(shí)，養(yǎng)分的消耗、植物根系產(chǎn)生的分泌物、作物殘茬等都容易造成土壤腐壞，不利于該作物的健康生長(zhǎng)，使土壤容易生病。

比起單一作物的長(zhǎng)期栽培，作物輪作和多種作物間套種植能改善土壤環(huán)境。

此外，堆肥也能將土壤由“易病”轉(zhuǎn)化為“抑病”。堆肥是一種在好氧環(huán)境中經(jīng)過(guò)一周以上高溫（70攝氏度）發(fā)酵的肥料。在這個(gè)過(guò)程中，雜草種子、病菌等都會(huì)被消滅，并與發(fā)酵后的堆肥重新構(gòu)建微生物區(qū)系。微生物數(shù)量空前增長(zhǎng)，還會(huì)出現(xiàn)放線菌等具有抗病意義的微生物。堆肥之所以有“抑病”作用，正是因?yàn)槎逊手杏袛?shù)量龐大的微生物，且這些微生物有多種抑制病菌的機(jī)理。

可以用堆肥改良土壤嗎？

日常生活中，人們會(huì)產(chǎn)生很多廚余垃圾，很多人想將廚余垃圾轉(zhuǎn)化為堆肥，施用到土壤中，但這也是有條件的。

堆肥制作最主要的是4個(gè)條件：

1.碳氮比。理想碳氮比是25∶1～30∶1，通常廚余垃圾的碳氮比較低，需要和其他秸稈或者雜草混合調(diào)整，否則容易腐爛，影響堆肥質(zhì)量。

2.濕度。堆肥需保持好氧環(huán)境，濕度過(guò)高或過(guò)低均會(huì)抑制微生物活性，環(huán)境理想濕度為用手?jǐn)Q干不再流出水分的程度。

3.溫度。堆肥過(guò)程需要維持高溫（70攝氏度以上）一周。

4.菌種。自然堆肥初期效率較低，需要添加微生物菌劑來(lái)加速分解；多次堆肥后，可以用堆肥的一部分（20%）加入新鮮的堆體中。

單個(gè)家庭的廚余垃圾可通過(guò)簡(jiǎn)易裝置轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料，但難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逊噬a(chǎn)。若以社區(qū)和學(xué)校為單位，將大量廚余垃圾與枯枝落葉等有機(jī)廢棄物混合，配合科學(xué)處理技術(shù)，則可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)堆肥。目前國(guó)內(nèi)多地已成功推行此類(lèi)堆肥項(xiàng)目，不僅制定了完善的生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范與產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)出也更廣泛應(yīng)用于園林綠化、農(nóng)田改良及有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

土壤是歷經(jīng)億萬(wàn)年演化的動(dòng)態(tài)生命系統(tǒng)，其分層結(jié)構(gòu)和微生物群落維系著生態(tài)系統(tǒng)平衡?？茖W(xué)的堆肥技術(shù)能有效改良土壤質(zhì)量，推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。保護(hù)土壤健康，就是守護(hù)人類(lèi)賴以生存的生態(tài)根基。

（責(zé)任編輯 / 王佳璇" 美術(shù)編輯 / 徐博宇）