本文内容为复旦大学在中国大学MOOC网站上《自然地理学》课程的图文课件。如果你对该内容有兴趣，请扫描二维码参加该课程的学习。
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同学们好！从这节课开始，我们将要介绍有关土壤的知识。由于我们有专门的土壤学课程，所以我不会在本章中涉及更详细的内容，只是引导大家如何从自然地理学的角度来理解土壤的基本问题。
好，下面开始我们的第一讲，土壤的组成及其特征。
相信大家都见过土壤，但你们未定都知道什么是土壤。如果要给一个定义的话，那么土壤就是，由有机和无机物组成、具有一定肥力，从而能够生长植物的疏松层，是生物、气候、地形、母质和时间等成土因素综合作用的结果。值得强调一下的是，土壤的本质以及其生命力所在，是肥力，它是土壤在外界环境条件影响下，主动协调植物生理和生态要求的能力，这里的生态要求是指水、热、气、肥，因而可看作是一种“类生命体”。
当然，对于土壤，我们还有更多的描述。比如，土壤是在特定成土条件下，经过漫长的成土过程逐渐发育和形成的历史自然体，它忠实记录了地质年代和气候的变化，因此也称天然的地质年代表、或者说气候变化的指示物。土壤也是一个动态开放的生态系统，物质流和能量流贯穿其中，表现出动态的演替过程。而且，对于大多数生命来说，土壤是其生存的物质基础，也是难于再生的自然资源，是人类社会经济发展和生物圈繁荣共存的基地。
土壤由固、液、气三相组成，是空气、水、矿物质、有机质相互作用形成的有机整体。其中空气和水各占20-30%，矿物质占38%，有机物占12%。
土壤矿物质来源于岩石的风化作用。地表的矿物、岩石，由于温度变化，还有水、大气以及生物的作用，而发生崩裂、粉碎、分解，可产生新的矿物，这种现象称为风化作用。根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型：物理风化、化学风化和生物风化作用。如果根据成因，土壤矿物质有可分为原生矿物、次生矿物和岩石碎屑。我们后面再介绍这些内容。
土壤是一个疏松的多孔体，其中布满着大大小小蜂窝状的孔隙，这就是土壤可储存和传输水分的地方，也土壤空气存在的地方。降水、地下水和灌溉是土壤水分的主要来源；蒸发、植物吸收和蒸腾作用、渗漏和地表径流，是土壤水分丧失的主要途径。那么，水分平衡，就是土壤获得水和失去水之间的变化。
我们在介绍地球的圈层结构的时候，说到地球的外部圈层，从地表向上分别是水圈、生物圈和大气圈。当然，与生物最为相关的圈层，还包括地球内部圈层与外部圈层交界的岩石圈。土壤，也在地球表面构成了一个连续的覆盖层，犹如一层地膜，通过它与其他圈层间进行着物质和能量交换，因此有学者提出了土壤圈的概念。土壤圈的规模虽然不能和其它圈层相比，但它对生命乃至人类的重要性却是不容忽略的。归纳起来，土壤圈有三大特征。从空间上来说，土壤圈处于大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的交接地带；从性质上来说，土壤圈是生物有机体和无机环境之间强烈的相互作用面；从功能上来说，土壤圈与其它圈层间进行着不断的物质与能量交换。
说到土壤圈与其他圈层的关系，我来顺便介绍一本杂志，中国科学院主办的一个国际刊物——土壤圈。大家看看呀，该杂志在设计封面上似乎没有什么创意，几乎每期都是类似的图案，中间是土壤圈，周围是四个圈层。这是否从另一个侧面说明了，没有比这样一幅图更容易解释和理解土壤圈内涵的东西了。
如果沿着土壤垂直方向挖掘下去，就可以看到不同层次的土壤有明显的不同，这是土壤的分层性，也是土壤最明显的特征。不同层次的土壤，具有独特的物理性质、颜色和外形，这也构成了土壤独特的形态。一般，在野外进行土壤分析的时候，会进行垂直挖掘，并放上红白相间的尺子，甚至现场进行标注并拍摄下来。传统上，土壤剖面分为3个基本发生层，即A、B、C层。
但实际上，土壤会划分为更多的层次。比如这张图中，最上面一层，是残落物层，就是图上的O层，是在通气良好而又较干燥的条件下，植物残落物堆积，有机物没有完全分解并在地表累积起来。
A层，表土层，这里，有机质已腐殖质化，生物活动强烈，主要进行着淋溶过程，故又称为淋溶层。该层有机质含量高，颜色较暗较黑。
E层，称灰化漂白层。在淋溶和机械淋洗的作用下，硅酸盐粘粒与铁铝化合物的淋失，使石英砂粒与粉粒相对富积，颜色为浅淡的灰白色，明显区别于A层。
B层，是硅酸盐粘粒、氧化铁、氧化铝、碳酸盐、其他盐类和腐殖质等物质聚积的淀积层，颜色变棕或棕红、红等。
C层，是位于B层或A层之下的母质层。指风化产物没有受到成土过程影响的层次，较上面土层紧实。
R层，即基岩，也称母岩。它是土壤形成的基础。
其实，在不同的成土环境中，还可能产生更多的土层类型。由于某些土层只与相应的成土环境有关，因此从普遍意义上，我们并不做介绍。此外还有一些过渡土层，兼有两种主要发生层的性状，在观测中可以用两个大写字母表示。如这张图中的BC层，表示该层性状更接近B层。我们再看左边这张图，上面还有P层，它是水稻土中的耕作层；W层，是在干湿交替频繁，淋溶淀积作用活跃的条件下形成的，剖面上多形成黄白交错的花斑。如果想详细了解土壤剖面各层次的代号与特点，请扫描屏幕上的二维码。
不同成土环境形成的土壤，差别的确很大的。森林中，树木的根系分布很深，直接提供给表层的有机质不多，但是，森林土壤的表面有枯枝落叶层，有机质主要从表土进入，土壤腐殖质含量以表层较多，向下层急剧减少。而在草原中，植被的根系茂密，且集中于近地表的土壤中，向下则根系的集中程度递减。所以，草原土壤的有机质，主要以根系的形式进入土壤中，故腐殖质含量自表层向下逐渐减少。黑土地，就是一种在温带森林、草原植被下形成的土壤，有机质含量高。但由于在人为耕耘、管理条件下，用于稳定种植农作物，会逐步降低土壤的有机质含量，就是我们右图所看到的这个样子。“北大荒”的某些地区，也由于长期耕作，黑土不“黑”，而是返黄了。
矿物质是土壤中最基本的组分，占土壤固体物质总重量的90%以上，可以分为两类：原生矿物和次生矿物。原生矿物，是经物理风化后未改变化学成分和结晶结构的造岩矿物。是土壤中矿物的粗质部分和各种化学元素的最初来源。它们只有通过化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需的养分。
次生矿物，是岩石经化学风化后新生成的矿物，包括简单盐类，铁、铝氧化物和次生的铝硅酸盐。其中铁、铝氧化物和次生铝硅酸盐是土壤矿物质中最细小的部分，常称为粘土矿物，使土壤具有保肥性。
土壤的有机组成来源于生物体，是土壤中最特殊的组分，按重量计算只占土壤固体的5%左右。虽然土壤有机质含量低，但却非常重要，因为土壤有机质，增加了孔隙的表面积，提高了土壤保持水分和营养的能力，还可减少淋溶损失；有机质还可以让土壤保持疏松状态，改善土壤结构和通气性；同时，有机质中的腐殖质，可增加土壤吸热能力。
土壤的有机组成，我们一般分为原始组织和腐殖质。原始组织，是高等植物未分解的根、茎、叶；动物排泄物和死亡后的尸体等。主要累积于土壤表层，约占土壤有机部分总量的10-15%。腐殖质，是微生物从有机组织合成的新化合物，或由原始植物组织变化而成的较稳定分解产物，约占土壤有机部分总量的85-90%。腐殖质是一种复杂化合物的混合物，通常呈黑色或棕色的胶体状。它具有比土壤无机组成中的粘粒更强的吸持水分和养分离子的能力，因此，少量的腐殖质就能显著提高土壤的肥力。如果从化学组成来看，土壤的有机组成可分为糖类、含氮化合物、木质素，和含磷、含硫化合物。
新陈代谢是自然界的规律，叶落归根是完成植物自我循环的重要途径。在耕作土壤中，人类为了作物产量的增加，需要加速这个过程。一般采用堆肥法和烧荒。堆肥，就是利用多种微生物的作用，将植物有机残体，进行矿质化、腐殖化和无害化，使各种复杂的有机态的养分，转化为可溶性养分和腐殖质，同时利用堆积时所产生的高温来杀死原材料中所带来的病菌、虫卵和杂草种子，达到无害化的目的。因此，为了获得优质堆肥，在堆制过程中，千方百计地为微生物的生命活动创造良好的条件，是加快堆肥腐熟和提高肥效的关键。
刀耕火种，是新石器时代残留的农业经营方式。先砍伐地面上植物的枯根朽木，晒干后用火焚烧。经过火烧的土地变得松软，就不用翻地了。有机质燃烧后形成的草木灰可以作为肥料，有利于植物吸收，播种后不再施肥。但是，由于燃烧是一个迅速释放的过程，这些矿物质可以在短时间内提供植物营养，所以烧荒其实不利于土壤营养长期的增加。如果要想土壤更肥沃，有机质的缓慢腐烂的过程，比如堆肥更有利于土壤长期的发展。而且，现在认为，焚烧造成雾霾天气，并产生大量有毒有害物质，会对人与其他生物健康形成威胁。
土壤中的生物成分，有看得见的，也有看不见的。这张图中有些是很容易看见的，比如高等植物器官、部分生活史在土壤中度过的动物，当然还有放线菌、真菌、藻类等在大量繁殖的时候是看得见的。而细菌和一些微小的动物，比如原生动物，线虫等，可能是肉眼看不见的。一般来说，土壤根量越高，土壤生物的作用就越强烈。
在土壤生物中，尤其值得一提的是土壤动物。它们是人类生活中不可缺少的助手，亿万年来它们默默无闻地分解着生物残体，改变着土壤的理化性质，促进大自然的生产与物质循环。
土壤动物可以为人类活化土壤，长期提供免费的肥料，促进植物的生长。通过众多土壤动物和微生物，粉碎和分解地表的枯枝落叶和动物尸体，土壤动物在土壤中不断地上下活动，起到了搅拌与耕耘的作用，把腐植质、动物粪便和泥土混合起来，形成了有“活性”和“肥效”的熟化土壤，才能维持各类庄稼、花木的正常生长。
自然界中营养物质循环，是土壤肥力调节的最基本过程之一，也就是把植物碎片中来自土壤中的营养物质，经过腐败、分解，又释放出来回到土壤，再被植物根系吸收利用。在这个过程中，至少粉碎和消化、释放和再循环那是由土壤动物的活动来实现的。如果土壤中能够长期保持土壤动物的多样性，也就能使自然界中的物质循环永不休止。我们人类也从而得到粮食、蔬菜、水果、棉花和木材，保证了人类生活的必需品。
在不同类型的土壤中，栖息着不同的土壤动物类群，所以某些土壤动物种类就可以作为土壤类型的一个指标，如蚯蚓通常在中性土壤中较多，而在酸性较强的土壤中就偏少。从环境保护的目的来看，人类的活动如森林采伐，施放杀虫刹与除草剂，化学肥料，以及重金属、放射性污染等等对于土壤动物都有一定的影响。一般说来，凡土壤动物多样性丰富的地方，往往也是土壤健康的表现。更重要的是，近年来还发现土壤动物能够恢复退化了的土壤，其中尤以蚯蚓的作用最为明显，如在草原地区的无机肥料系统中，利用蚯蚓可大大加快土壤的熟化，并大量增产牧草。