土壤知多少

编译 汤恒岩

土地，是人类赖以生存之本，而你了解作为土地重要组成部分的土壤吗？达·芬奇曾经感叹道：“我们对天体运动的了解比对脚下土壤的了解更多。”这句话虽然夸张，但土壤确实非常复杂，想要了解它，没那么简单。

土，没那么简单

据估计，土壤中约45%是矿物质，空气和水的总含量约为50%，剩下的则是生物的残骸或排出物，以及真菌、细菌等微生物。不过，这个比例是健康的土壤才有的。如果土壤受到特殊影响，其成分就可能改变。比如，在被重型设备压实的土壤中，空气和水含量会大幅降低。再如，持续的高温无雨天气会让土壤干瘪，同时也会影响土壤微生物的生存。

珍贵的黑土

我们常会听到“土壤肥力”这个词。土壤肥力是指土壤提供作物生长所需养分的能力。有的人可能会认为“肥力”高低可以简单地通过土壤中养分含量多少来判断，其实这样的理解并不全对。氮磷钾含量、湿度、温度、孔隙度、酸碱度、含盐量、有毒物质含量、微生物的种类和活性……肥力是这些令人眼花缭乱的物理、化学和生物性质的综合反映。

打开世界地图，全世界最肥沃的土壤——黑土主要分布在四大区域，分别是美国密西西比河流域、乌克兰和俄罗斯大平原、阿根廷和乌拉圭大平原，以及中国东北。黑土是具有强烈胀缩和扰动特性的黏质土壤，非常适宜作物生长。由于黑土的存在，这些地区是世界玉米、大豆、水稻、小麦等作物的主要产区，肩负着稳定世界粮食生产的重任。

然而，多年的过度开垦导致全球多地黑土退化，而变得贫瘠的黑土极易受外界影响而彻底流失。1928 年，一场巨大的风暴几乎席卷整个乌克兰，一些地方遭受了5～12 厘米厚的黑土土层破坏，而在自然条件下形成1 厘米厚的黑土土层需要200～400 年。1934 年，另一场风暴袭击了美国东部与加拿大西部，由于地表裸露，风暴卷走3 亿立方米有机质含量高的表层黑土，导致土壤肥力下降，造成当年美国冬小麦减产510 万吨。黑土流失严重威胁世界粮食安全，各国纷纷将黑土保护纳入议题。我国正采取多种措施加强黑土地保护，为黑土“加油”，夯实粮食稳产基础，为世界黑土保护贡献“中国方案”。

在黑土地上劳作的农民

很多重要的事，在土里悄然发生

别看微生物占土壤成分的比例不高，土壤的强大功能可离不得这些小东西。

土壤微生物最重要的作用是分解动植物残骸，帮助自然界循环利用物质。如果没有这些微生物，我们的地球会残骸如山。这不只是美观与否的问题：自然界的物质是守恒的，不增不减，如果物质不断堆积在遗骸中而不被释放，那么生者可以利用的物质就越来越少，直至生命灭绝。微生物将组成生物体的有机物分解成无机物，无机物又可以重新被植物等吸收利用，这就实现了生态的物质闭环。

土壤团聚体

植物生长离不开土壤中的营养物质和微生物

被侵蚀的土壤

微生物的分解作用还是影响土壤渗水、保水能力的重要因素。某些有机物经微生物分解后，可以转化成胶状物质。这些胶状物质是优良的土壤胶结剂，有助于促使土壤结成团块——土壤团聚体。土壤团聚体之间存在大量空隙，这些空隙既是输水的通道，又是储水的仓库。此外，真菌形成的菌丝体也能通过缠绕土粒来帮助土壤团聚体成型。农忙时节，农民勤劳地耕耘土地，用锄、耙等工具切碎、挤压土壤，再辅以微生物的“工作”，能够避免土壤团聚体减少，保持土质疏松。

气候变化是当今世界面临的难题之一，而维持土壤的高渗水能力对于应对这一难题而言意义重大。如果雨水不能就地消纳，而是顺势下流，那么它势必会冲刷掉土壤中的部分营养物质，影响土壤质量；严重的话，还会直接卷走土壤，造成水土流失。土壤遭到的这些破坏，称为“土壤侵蚀”。

表层土壤的有机物（包括微生物）含量远高于深层土壤，而有机物的密度又比无机物小（取一点土壤装进瓶子里，加水摇晃，几个小时后，无机颗粒会沉到瓶底，而有机颗粒会漂在水面），容易“随波逐流”。因此，在所有土壤层中，表层土壤最容易被侵蚀。

富含微生物的表层土壤一旦被大量侵蚀，植物的健康生长就无法得到保障。植物的光合作用是吸收二氧化碳的强大动力，花草树木是吸收温室气体的排头兵。因此，健康的土壤在对抗气候变暖方面的积极意义不言而喻。

土壤也让城市更安全

城市的路面大多是不透水的。城市降水无法及时渗入地下，而只能顺着下水道排走。要是排水沟渠等设施设计不到位，就难以处理短时间内形成的大量积水。因此，在有些城市，雨稍微大点就容易发生内涝。更糟糕的是，万一降水量超出排水系统的容量，下水道的水极有可能倒灌。若是城市没有将降雨排水系统和生活污水排放系统分开，换句话说，冲厕所的水和雨水共用一条管道，下水道的水一旦溢出，对我们日常生活的负面影响可想而知。

让更多城市区域的土地具备渗水能力，避免水在地表积累，是解决城市内涝问题有效的手段之一。健康的土壤就像海绵，在植物的辅助下，雨水花园（自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地）和生态湿地处的降水能经土壤轻松蓄入地下，减轻城市排水系统的负担。由于土壤的渗水能力和土壤的类型、质量等息息相关，城市建设人员经常会“掘地三尺”，通过观察土壤层的颜色，判断该区域的渗水状况。当下，城市建设部门已在很多经考察吸水能力合格的区域开辟出绿地，这些绿地不仅是城市中的亮丽风景，更是控制雨洪内涝和利用雨水的高效设施。

雨水花园

城市内涝困扰居民

人类95%的食物直接或间接来自土壤，土壤还为全球生物多样性做出了巨大贡献，有1/4物种的生存与土壤息息相关。

然而，土壤流失就像一把悬在全人类头顶的剑。据统计，全球平均每5秒就有一个足球场面积大小的土壤被侵蚀或流失。根据联合国粮农组织资料，地球表面形成2～3厘米厚的土壤平均需要上千年，但每年却有多达250亿～400亿吨表层土流失。

美国因为过度开发西部，导致草原出现黑色沙尘暴，这让当地人意识到，农业机械翻耕导致大量松软的裸土被风吹起或被水冲走。中国近年来也面临类似的问题。为了保护我国农业产区重要的可耕作土壤，我国科学家开始进行相关研究，通过引入“保护性耕作”（核心要求是在不翻耕土壤、地表有秸秆覆盖的情况下进行少/免耕播种）机制，让收、种同时进行，在很大程度上避免了土壤流失。可以说，保护土壤就是保卫我们的饭碗。