土壤下的奇妙世界

土壤剖面示意图，展现了土壤的生物多样性

有了土壤，才有了多姿多彩的世界

霉菌特写

土壤是我们常见的自然资源之一，它处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈的过渡带，是地球表面陆地生态系统的核心组成部分，是植物生长和粮食生产的基础，对自然演化和人类生存具有极为重要的意义。如果没有土壤，植被就无法持续获取养分和水分生长，枯枝落叶也会因缺少微生物及适宜的温度和湿度无法分解，陆地表面就会像水泥广场一样，既没有花草树木，也不会有鸟兽出没，更不会有纷繁复杂的人类社会。

极端重要又极易被忽视

如同阳光、空气一样，土壤也是最容易被忽略的自然资源。这不但因为土壤本身是可以不断更新的自然资源，还因为土壤演化速度很慢，对外界的影响反应也非常缓慢——即使受到损害，也需要较长的时间才能够显现出来。另外就是土壤分布极为普遍，数量也很庞大，即使有些损失也并不能引起我们的重视。在土壤形成和演化过程中，土壤中的各种各样的生物也经历了长期的协同演化过程，也因为如此，土壤具备了丰富的土壤生物多样性，这些生物通过促进物质循环、改善土壤结构和调节土壤性状，才让土壤具备了有机连接地表四大圈层的神奇能力。

但极端重要又极易被忽视的土壤注定要教会人类一些东西：当土壤流失、养分匮竭、结构被破坏和遭受污染后，土壤动物和微生物的种类、数量也会随之变化，而那些与土壤生物相关的过程，如有机质分解速度、团聚体形成过程、土壤酶种类与活性等，也会跟着变化，进而土壤就很难继续发挥看似自然而然却不可或缺的作用。

土壤的构成和结构

土壤是地表岩石风化物在植物和微生物作用下形成的松散堆积物，是气候、生物、地形、母质（岩石风化后形成的疏松碎屑物）和时间等成土因素综合作用的结果。据研究，不同成土因素和时间序列中土壤细菌、真菌、原生生物和无脊椎动物丰富度之间的相关性很好，同时，土壤细菌、真菌、原生生物和无脊椎动物之间强烈的正相关关系也表明，成土过程中多种土壤生物多样性的变化是由相似的生态因素驱动的。

常规的土壤一般由矿物质、有机质、水分和空气四种物质组成。土壤矿物质所占比例较大，是构成土壤物理框架的主体，并通过风化作用为植物生长提供矿物元素;土壤有机质主要包括各种动植物的残体、微生物体及其会分解和合成的各种有机物，是土壤固相部分的重要组成成分，尽管含量很小，但它对土壤水分和养分存储及微生物发育有很大影响;土壤的水分和空气主要存蓄于土壤孔隙中，能够满足植物根系和土壤微生物与动物的吸水和呼吸需求。研究调查表明，当土壤固体和孔隙的體积比例各约50%，而且土壤矿物质和有机质分别占45%和5%左右，土壤孔隙中水和空气各占一半时，土壤的结构基本达到最理想状态，为土壤动物、植物和微生物生长和繁殖的最佳物理、化学和生物学条件。

土壤构成示意图：浅黄色代表矿物质，深褐色代表有机质，无色代表空气，蓝色代表水分

不同土壤的物质组成与结构等也明显影响土壤生物多样性，如：不同的土壤有机质分解过程需要不同的微生物参与，而微生物分解的阶段性产物又是其他微生物、土壤动物和植物活动的物质基础;不同的土壤通气性，又直接决定好氧微生物、厌氧微生物和兼厌氧性微生物的种群数量与活性。土壤的物质组成、结构及其与所在地区的降水和植被等特征，决定了土壤生物的遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性等。

土壤的生态功能

土壤具有非常综合而强大的生态功能，而这种生态功能又对土壤的生物多样性产生巨大影响。

首先，土壤是农业和林业生产的基础，对草地、树木和作物起到支持和稳定作用，从而保证植物良好的伸展状态与呼吸和吸收阳光的能力。不同植物吸收土壤养分的差异性、根系分泌物、植物遮荫与吸水特征引起的土壤温度、水分与通气特征，均会影响土壤的理化环境，进而影响土壤生物多样性。

其次，土壤具有过滤、缓冲和转化能力，从而具备吸收、吸附和释放水分、空气、养分等功能，以满足植物和土壤生物生长。同时，土壤还可以通过吸收和固定有害成分达到净化水体等作用，而且土壤在吸收和向更深层次输导水分的过程中也会起到调节水循环、减少洪水灾害和土壤干旱灾害等作用。另外，土壤还具有对温度、湿度、酸碱性等进行缓冲和调节的能力。在这个过程中，土壤微生物还可以对土壤污染物进行分解或者螯合，减少污染物危害。

土壤为植物的生长提供营养元素

土壤是生物基因库和繁殖场所

大量施用化肥会导致蚯蚓减少

最后，土壤本身就是生物基因库和繁殖场所。土壤中生活着脊椎动物、无脊椎动物以及肉眼看不见的各种原生动物、藻类、真菌、细菌和放线菌等丰富的生物类群，这也是土壤生物多样性的直接表现。据研究，在每平方米的草原土壤里，除了盘根错节的根系外，还有约1210万头土壤小动物（如蚯蚓、线虫等），每克肥沃的农田土壤中除了（数以万计）根系及其脱落物外，还有25亿个细菌、40万个真菌、5万个藻类生物、3万个原生动物。可以说，土壤本身就是类型众多、形态各异、功能有别的生物乐园，是自然界最丰富的生物资源库。

土壤退化严重，保护土壤，保护未来

随着人类活动范围和强度的扩展与加强，人类对土壤的利用和影响逐步加强：砍伐森林和草地过度放牧直接影响了土壤有机物的补充，土壤的物理结构逐步恶化，生态功能也逐渐退化，甚至丧失;破壞地表植被和扰动土壤、越来越多的化肥和农药施用、有毒有害成分随着降雨、大气沉降和地表水进入土壤等人类活动，直接导致土壤资源受到土壤侵蚀、有机碳丧失、养分不平衡、土壤污染，土壤生物多样性形成和演化所依赖的物理、化学和生物学环境都可能发生演化，进而导致生物多样性丧失，土壤生态功能难以发挥。如大量施用化肥会导致蚯蚓减少，从而引起土壤中半分解的营养物质减少，进而导致土壤真菌、细菌和有活性的微生物减少，土壤养分供给能力降低，从而形成恶性循环，进而导致整个生态系统受损。

据联合国粮农组织报道，形成2～3厘米新的土壤需要1000年时间，但是流失只需要几分钟;目前全球地表33%土壤已经退化，到2050年，约90%土壤将会退化;全球土壤侵蚀每年导致250亿～400亿吨表土流失，导致作物产量、土壤的碳储存和碳循环能力、养分和水分明显减少……再加上对生物多样性的损害，这种损失可能更大，如水土流失直接导致土层变薄和土壤有机质减少，土壤生物数量减少，甚至会让充满活力的土壤生态系统直接变成没有生命的泥沙，一些我们并未了解的功能基因也可能随之灭绝，损失简直无法估算。

习近平总书记曾说“生态环境没有替代品，用之不觉，失之难存”，土壤就是其中最典型的例子。保护土壤，刻不容缓。

土壤盐碱化导致土壤有机质含量极低，结构不良，土壤生物多样性减少，直接影响植物生长发育和作物生产（供图 / 王飞）

（责任编辑 / 岳萌   美术编辑 / 鞠志达）