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土壤

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德国的黄土牧场。
Surface-water-gley developed in glacial till, Northern Ireland

土壤（德语：Boden，英语：soil）是一种自然体，由数层不同厚度的土层（德语：Bodenhorizont，英语：soil horizon）所构成，主要成分是矿物质。[1]土壤和母质（岩石）的差异主要是表现在形态特征或物理、化学、矿物等[2]。但这种解释严格来说（或者以环境科学的角度来说）并不正确：土壤是由母质经过风化作用后所形成的，其特性与母质不尽相同。[3]

土壤是各种风化作用和生物的活动产生的矿物和有机物混合组成，存在著固体、气体及液体等状态。[4][5]疏松的土壤微粒组合起来，形成充满间隙的土壤，而在这些孔隙中则含有溶解溶液（液体）和空气（气体）。[6]因此土壤通常被视为有三种状态。[7]大部分土壤的密度为1～2 g/cm³。[8]地球上大多数的土壤，生成时间多晚于更新世，只有很少的土壤成分的生成年代早于第三纪。[9]

在亚热带气候中有代表性的混黑色的表土和红色的底土。

功能

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土壤有六大功能：

  1. 无机质、有机质的循环利用
  2. 生物栖息地（包含地面上及土壤层中）
  3. 部分生物巢穴的地基
  4. 水分供应、涵养及净化
  5. 必须营养成分之提供
  6. 支持某些生物（如植物）生长

形成条件

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成土作用是由物理、化学、生物和人为过程对土壤母质（岩石）的综合效应。[10]基岩风化产生的母质就是土壤形成的来源。[11]土壤的形成涉及到土壤剖面中的边界层或地面层，它们因为母质的增加，损失，改变和易位构成土壤。风化后自岩石中而来的矿物质经由许多作用交互影响，从而生成次生矿物及其他在水中溶解度不同的化合物，这些成分会随著水或者生物活动而被带到其他地方。[12]土壤内部物质受到不同环境因素的改变，从而形成各种土壤独特的外观。在温暖地区频繁大雨，湿热的气候条件下，尽管很少有有机物质，植物仍然很快就生长在玄武岩上。植物为了在贫乏的岩石上存活，开始用特殊的营养方式维生，例如溶解鸟粪。发展中的植物根系与菌根真菌独自或联合，[13]很快逐步分解了多孔熔岩并积累了有机质。但即使如此，主要的孔破碎熔岩在这个植物根上成长将可被视为土壤。土母质、地区性气候条件、地形地貌、生物势和时间这5个典型因素之间动态的相互作用影响了土壤的形成及演变方式，并且对土壤“生命”循环的进行方式产生影响。[14]

母质

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构成土壤的原材料叫做母质。它包括：风化的原始基层岩；次要的从其他地点运来的辅助材料，如崩积层和冲积层；沉淀物已存在，但在其它方式混合或改变-旧土壤形成，包括泥炭或高山腐殖质的有机物；人为的材料，如垃圾填埋场或矿物废料。[15]少量土壤直接地底岩破裂形成。这些土壤通常被称为“残积土”，并与他们的母质有大致相同的化学性质。大部分土壤源于通过风力、水力和重力被运到其他地点的材料产生。[16]其中一些材料可能移动了数英里或只有几英尺。风吹材料称为黄土，覆盖在北美洲中西部地区和亚洲中部以及其他地点。[17]在南北纬度，冰碛物是许多土壤的组成部分，他们在大山附近形成，是冰川冰移动的地面的产物。冰可以把岩石和大石头打破成较小的碎片，也可以整理材料成不同尺寸。随著冰川的冰融化，融化的水也移动和整理材料并排序、整理和从他们原始位置改变距离。土壤侧面更深的区域可能有与他们沉淀的水、冰块或风相对不变的材料。

土壤一般分成六层：O层是枯枝落叶层，A层是腐殖质层。E层是淋溶层。以上三层为表土层。B层是淀积层。C层是风化层。R层是岩石层。以上三层为心土层。

土壤来自岩石、无机物、有机物，主要由矿物质、空气、水、有机物构成。[18]地球表面形成1厘米厚的土壤，约需要300年或更长时间。[19]

“资源”是对人类可以利用而言的，因此，土壤资源是指在一定科学技术条件下和一定时间内可以为人类利用的土壤。土壤的形成与保护确保生物的生存。

气候

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土壤的形成与激发都依靠气候，不同气候带的土壤也显示了有特色的特征以及养分。[20]温度和水分影响到了风化和沥滤程度。风可以移动沙子和其他碎粒，特别在很少有植物覆盖的干燥地区。降水的类型和数量通过土壤影响离子和粒子的移动而影响土壤形成，促进发展不同土壤剖面。季节和日常温度波动在母基岩物质和影响土壤动力、冰冻和融化时风化影响水的效力是一个打破岩石和其他结实物质的作用结构。温度和降水率影响生物活动、化学反应速率和其他植物被覆的种类。

生物因素

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植物、动物、真菌、细菌与人类会影响土壤的形成。动物与微生物混合土壤并形成洞穴与孔隙，使得水气与气体能够在土壤内移动。同样的，植物的根系会在土壤中形成通道。其中植物的主根（德语：Pfahlwurzel，英语：taproot）能够深入土壤数公尺，穿透许多不同土壤层，将土壤剖面中深层土壤之养分带至上层土壤。[21]植物的细根会再浅层土壤展开，部分的根很容易腐烂，腐烂后的残留于土壤中的植体会加土壤中有机质的含量。微生物，其包括了真菌与细菌，可以帮助土壤储存养分并会影响植物的根与土壤中养分化学交换。人类的活动亦会影响土壤的形成，包括借由移除土壤的植被使得土壤被冲蚀，混合不同土壤层，使得被翻搅至上层为风化的土层开始风化，并重新开始土壤的形成过程。

植被也有许多不同的方式来影响土壤的形成，其可以避免雨水冲刷土壤表面防止表面径流（德语：Oberflächenabfluss，英语：surface runoff）。植物也可以遮蔽下方土壤，使土壤保持较低温度与降低蒸发散量进而保留更多的水分。植物也会借由蒸散作用（transpiration）来加速土壤水分的散失。植物也可以和成新的化学物质，借此来打破或者形成土壤颗粒。植物的类型与数量是由气候、地形、土壤特性与生物因子来决定。土壤因子包含了密度、深度、化学组成、酸碱度（pH）、温度与湿度，这些因子都会大幅的影响植物的类型与其生长的地点。死亡后的植物、落叶与茎在土壤中，而微生物会分解这些有机物质使其与土壤上层混合，这样的过程亦是土壤形成过程的一部份。

时间

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时间是上述所有形成条件中必须的条件。随著时间的推移，土壤变化特征依赖于其他的形成因素，土壤的形成需要时间，并与其他因素的相互影响。土壤是不断在变化的。例如，最近的洪水沉积物因为有没有足够的时间作用，便难以形成土壤。而表面物质被覆盖，并且形成土壤的过程将一再循环。长时间所造成的变化及其影响使得土壤层的形成，也意味著简单的土壤组成是罕见的。虽然土壤能够长时间稳定，但最终生命周期的土壤，是脆弱且易受侵蚀的。尽管土壤退化和倒退是不可避免的，大部分土壤周期皆是长时间且肥沃的。

土壤形成因素影响其存在的土壤中，即使“稳定”的情况是持久的，有些是数百万年。土壤表面物质被吹走或冲走。增加、减少和取代，土壤经常受到新的条件。不管是缓慢或快速的变化，取决于气候、地貌状况，和生物因素。

土层

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主条目：土层

土层的命名基于土层材料的组成，这些材料反映出了土壤形成的特殊进程的持续时间。使用字母的短手记号和数字他们标记。[22]他们对颜色、大小、质地、结构、浓度、根的数量、pH值、空隙、边界特征和是否有小瘤或凝固物描述和分类。[23]任何土壤侧面层没有大部分的层隐藏在下面，土壤可能有几个或许多层。

暴露的母质层有利于决定生产最初的土壤适合植物生长。有机残留物的积聚物下生长，积累的有机层叫做森林地被物。生物有机体移植和打破有机材料，使其他植物和动物可以生活在有用的营养物中，并且足够的时间之后，一个出众的有机表层形式连同腐殖质叫做A层。

分类

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原因

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为了了解不同土壤之间的关系以及它的特定用途，所以把土壤分类。第一个土壤分类系统是俄罗斯科学家瓦西里·多库恰耶夫在1880年左右开发的。它被美国和欧洲研究者修改并且开发这个系统通常使用到了1960年代。它基于土壤的特别形态取决于他们的材料和母质的观点。在20世纪60年代，不同的分类系统开始出现，他们侧重于土壤形态而不是他们的材料和母质。自那时以来，分类系统又经历了进一步的修改。

通俗分类法

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这里指一般大众的分类方法。（此排列愈上面愈优质）

美国农业部土壤分类法

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美国农业部土壤分类法（英语：USDA soil taxonomy） (USDA soil taxonomy)分为六级：土纲、亚纲、大土类、亚类、土族、土系，以下列出最高级别之土纲的十二种土，后缀“sol”结束[24]。

  • 淋育土（Alfisol） - 淋育土与极育土相较，系属高盐基森林土。成土过程的标志，为有层状结晶格子黏粒移位，盐基不过分缺乏，常见之层序组合为具有一淡色或黑癠披被层覆盖在一黏聚层之上。气候环境多属温暖，且在植物生长季节常有3个月以上能供给中性植物有效水分。典型的淋馀土中之有机物穿透浅，有显著的黏粒聚积，黏粒聚积层次可厚可薄，而与整个盐基饱和度皆属中等偏高，且整个剖面变化不大。
  • 灰烬土（Andisol）- 灰烬土是指土壤剖面中有60%以上的厚度具有火山灰土壤性质（Andic soil properties）的土壤，通常在火山爆发后生成。灰烬土的主要特性为：（1）容积比重很低，一般为小于900公斤/立方公尺。（2）无定形物质很多，草酸可萃取铁铝含量多（一般大于2%）。（3）对磷酸具有强吸附力。因此灰烬土通常很轻，为强酸性土壤，施磷肥效果低。主要分布于阳明山国家公园的大部分地区，土体表面30~50cm大部分为黑色物质，中间为由安山岩风化的物质，大多呈黄棕色，底层为安山岩。
  • 旱境土（Aridisol） - 旱境土所共有之独具性质，为一年中有很长时期缺乏有效水分以供中性植物生长，可有一个或一个以上之土壤化育层，表土层不受腐植质之污染，而使颜色呈显著加深，与缺乏深宽罅隙。在土壤温度温暖之程度足够植物生长之大多数时间内，缺乏有效水分，与在土壤温度高于8°C时，从不会含有效水分可连续供植物生长长达90天。旱境土为干旱地区之主要土壤，地表处仅有少量有机碳聚积，常有大量之碳酸盐类与黏粒聚积。
  • 新成土（Entisol） - 主要为在土壤中缺乏由重要成土过程中任何一组所遗留下来之标志能成为区分特征，亦可无附属特性。故新成土共有之独具性质为系矿物质土壤物质并缺乏明显的土壤化育层次，可发生于任何气候下。缺乏化育层的理由，可能为顽固的母质；硬而缓慢溶解岩石；缺乏足够的时间可供化育层的形成与在坡地上侵蚀速度超过土壤化育层的形成。一般言之，新成土黏粒缺乏位移情形，有机物少量聚积。
  • 冰冻土（Gelisol）- 冰冻土之独具性质为生成于永远冻结地带（permafrost zone），其定义为土壤表层下100cm为永冻状态，或是在表层100cm内含有永冻物质（Gelic materials）而200cm以下处于永冻状态。
  • 有机质土（Histosol） - 有机质土所独具性质为在上部80cm内含有甚高之有机物，一般有机物厚度在80cm内，有一半以上土层至少含有20～30％，或富含有机物之层次系停落在岩石上或岩石之粗碎块上。此类土壤皆为由于在水中聚积，且多少曾进行分解之植物残体所组成，但亦有若干系由森林落叶枯枝或藓苔植物在过湿环境下与可以自由排水情形下生成。
  • 弱育土（Inceptisol） - 弱育土独具之性质为在一年中有半年以上时间或有连续3个月以上时间是温暖季节期间，土壤含有水分可有效于植物生长，有一个或一个以上曾受改变或稍具位移性质（除碳酸盐类或无定形矽酸外）集中现象之土壤化育层次。质地细于壤质细砂土，含有若干可风化性矿物，黏粒成份具有中至高能量之阳离子保持力。弱育土除在较干环境外，几乎在任何环境下皆可生成，土层常较浅，且多数位于相当年轻之地表面。
  • 黑沃土（Mollisol） - 黑沃土所独具之性质为有一暗棕至黑色之披被层（Mollic epipedon），构成A与B化育层总厚之1/3或以上，或其厚度大于25cm，具有明显构造，或当干时呈软的构造，在A1化育层与B化育层中其可萃取阳离子以钙占优势，占优势之结晶性黏土矿物具有中或高阳离子交换能力，若土壤在50cm内有深宽罅隙，则在此深度以内，若干化育层中黏粒含量为<30%。该土壤为地球上最肥沃的土壤。
  • 氧化土（Oxisol） - 氧化土之独具性质为除石英外，大多数矿物皆受极度风化而成为高岭土与游离氧化物，黏粒部份仅具有甚低活性，为壤质或黏质质地。氧化物土为发生在热带或亚热带地区，系地表有长期间之安定处之特征性土壤，发育形成时必在湿润气候下。典型的氧化物土之有机碳含量高、阳离子交换能量低与黏粒含量随深度而减少。
  • 淋淀土（Spodosol） - 淋淀土至少在上部层序中，由支配性成土程序位移腐植质与铝，或腐植质铝与铁作为无定形物质而造成之标致。淋淀土所独具之性质为一具高阳离子交换能量之黑色或带红色之无定形物质聚积的B化育层，即所谓的淋淀层（Spodic horizon）。在多数未经扰动的土壤，均有一灰白层覆盖于B层之上。淋淀土所具有之附属特性为湿润或温湿，壤质或砂质质地，有高的pH依赖交换能量及盐基含量很少。
  • 极育土（Ultisol） - 极育土与淋馀土相比较，极育土属低盐基森林土，经强烈淋溶作用之标致，极育土共有之独具性质为有一黏聚层，盐基贮藏量低，特别在较低之化育层中是如此，年平均土温度均高于8°C。极育土一般黏粒含量有先随深度之增加而增加，然后再降低之趋势。阳离子交换容量大多数为中至低等，随深度而递减之盐基饱和百分率系反射于植物之盐基循环或肥料之施用。极育土分布地区温暖而有水分供给，故施肥可成高生产地。
  • 膨转土（Vertisol） - 此类土壤为具有规则性之土壤混搅或骚动作用及有阻止其诊断或鉴别层次发育之成土过程的标致。又因为有土壤物质之移动作用，故其诊断或鉴别性质有很多附属性质，例如当土壤干时，总体密度甚高，当湿润时导水度甚低，当土壤湿润后再干燥，土表有相当起伏与由于有罅隙，可使土壤甚速干燥。膨转土共有之独具性质为黏粒含量高，随水分含量变化，体积有显著改变，在若干季节中有深宽罅隙，有断面擦痕，几轧地形，与楔形构造之粒团和水平层次呈某角度之倾斜。

（中文译名与解释来源为[25]、[26]）

参考文献

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  1. ^ Engel, Jens; Lauer, Carsten. Einführung in die Boden- und Felsmechanik: Grundlagen und Berechnungen. München, Deutschland: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG. 2010. ISBN 978-3-446-41461-7. 
  2. ^ Birkeland, Peter W. Soils and Geomorphology, 3rd Edition. New York: Oxford University Press, 1999.
  3. ^ Chesworth, Edited by Ward, Encyclopedia of soil science, Dordrecht, Netherland: Springer, xxiv, 2008, ISBN 1402039948 
  4. ^ Voroney, R. P., 2006. The Soil Habitat in Soil Microbiology, Ecology and Biochemistry, Eldor A. Paul ed. ISBN=0125468075
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  24. ^ The Sols Orders. [2009-02-27]. （原始内容存档于2010-01-12）. 
  25. ^ 土綱介紹. 台湾大学农业化学系. [2012-01-27]. （原始内容存档于2012-08-24）. 
  26. ^ 臺灣主要之土壤之分佈與特性. 台湾大学农业化学系. [2013-01-25]. （原始内容存档于2012-08-24）. 

延伸阅读

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[在维基数据编辑]

维基文库中的相关文本： 《钦定古今图书集成·方舆汇编·坤舆典·土部》，出自陈梦雷《古今图书集成》
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