土是怎么来的呢？ 刘文龙 题主的问题其实需要分解成两步： 1. 什么是土壤？ 因为不同的领域对土壤的定义是不同的。 2. 土壤是怎么来的呢？ 给定了土壤的定义才能继续讨论土壤的来源。 先说结论： 土壤是存在固液汽三态且含有生物质的多孔介质； 土壤是鲜活的、有生命的； 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。 (本文内容节选自笔者专栏：每周学点土壤知识 - 知乎专栏，更多土壤类知识请猛戳链接~) 1. 土壤的定义 我们平时讨论的土壤，到底是什么呢？正如一万个读者眼中就有一万个哈姆勒特，一万个科学家眼中就会有一万种土壤。 在农业研究者眼中，土壤是为作物提供物理支撑、水分和养分的载体； 在生态学家眼中，土壤是提供生物多样性的重要场所； 在环境学家眼中，土壤既是非点源污染的主要来源，又是天然的污水净化器； 在土木工程师眼中，土壤是大部分建筑的地基； 在水文学家眼中，土壤是全球水循环中能量与物质交换的场所； 在市政设计者眼中，土壤是城市绿化的基本保障； 在气候变化研究中，土壤是温室气体排放的重要途径； 在林业研究者眼中，土壤是森林存在的充分条件，etc. 研究人员从不同的角度出发，土壤定义是也不尽相同的。为了更好的揭示土壤的含义，我们从不同尺度来探索土壤的定义。 全球尺度: 土壤是地壳上层与大气交界的部分，能够提供植物生长，接纳、储存和调整降雨分布。 流域尺度: 土壤是区域内物质交换和能量转移的主要场所，植物生长、流域产汇流和植物蒸散发均在土壤中发生。 宏观尺度(Macroscale): 土壤是一种含有水分、气体、固体和生物质的多孔介质。 微观尺度(Microscale): 土壤是矿物微粒、有机质、溶液、土壤气体和微生物的混合物。 分子尺度(Atomic scale): 土壤富含各种元素，其中分布最广的九大元素依次为：氧、硅、铝、铁、碳、钙、钾、钠与镁。(谢谢 @廖偉彬 提醒) (注) 2. 土壤与岩石碎屑的区别 地球的地壳表面除了土壤，还会存在沙漠、戈壁和岩石等其他地貌。如果从广义上来比较，土壤与其他地貌成分上并没有太大差别，大部分固体颗粒都是矿物质。但是，土壤最独特的特点在于，土壤是鲜活的、有生命的。 首先，土壤中存在水分、营养盐和必要的土壤大气，这些条件为土壤生物的生长提供碳源、能量和生长环境(Carbon source, energy source and shelter). 其次，土壤生物的代谢和死亡能够产生和补充土壤有机质，这部分有机质对土壤的物理、生化性质非常重要。 图 1[1]为土壤生物的分布示意图，从图中可得知，土壤中存在着活跃繁荣的生态系统。 3. 土壤的前世今生 3.1 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 2)，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 2 早期地球假想图[2] 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 3)！注意，人类诞生至今只有 200 万年，在图中基本看不出来。[3] 图 3 地球时间表[3] 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 4)。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 4 土壤生物链循环图 3.2 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 5 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 5 风蚀示意图[4] (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 6)。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 6 土壤食物链示意图[5] 3.3 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 7 土壤物质循环图 4. 总结(Take-home points) 土壤是存在固液汽三态且含有生物质的多孔介质 土壤是鲜活的、有生命的 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。 注：土壤的定义是一个非常严谨的工作，这里只是为了增加趣味性，稍微降低严谨性，以利于吸引读者兴趣和增加科普效果。如果有更进一步研究的想法，可以私信作者，严谨的探讨土壤定义问题。 References: [1] Your Soil Health [2]Earth Formation [3]生命演化历程 [4]科学网—风沙缠绵绕天涯 [5] Soil food web PS： 除了标注以外，本文的内容均为原创，请尊重知识产权，未经许可不得转载。 由于作者经验水平有限，遗漏之处在所难免。如有不同意见，欢迎讨论，拒绝拍砖~ 查看知乎原文
