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珍貴的土壤資源

98/02/06 20267

許正一｜屏東科技大學環境工程與科學系

蔡呈奇｜宜蘭大學自然資源學系

何謂土壤

土壤是指陸地上生物生長或生活的地表疏鬆層，它是由岩石經過物理、化學和生物作用風化而成，具有獨特的組成、構造和功能。簡單地說，所謂土壤是地殼表層具有三度空間、獨立且變動的自然體，是由母岩歷經幾千年甚至幾十萬年才風化生成的。

土壤是鬆軟的未固結物質，厚度不均且色澤不一，由礦物質、有機物、水分和空氣組成。土壤顆粒之間形成的孔隙充滿著空氣和水分，土壤中的空氣和大氣中的空氣組成差異很大，因為植物的根和微生物在土壤中會進行呼吸作用，造成土壤的二氧化碳濃度比大氣中的高。

土壤水分因為會溶解土壤固體中的離子，因此一般稱土壤水為「土壤溶液」。在土壤孔隙中，空氣和液體的比例隨著土壤環境的乾濕程度而有差異。當土壤較乾燥時，空氣增加，水溶液減少；當土壤變濕時，空氣減少，水溶液的體積就增加。當植物以土壤為立足點時，固體部分負有支撐植物使其不倒伏的功能，土壤溶液則提供養分和水分給根吸收，土壤空氣則讓根能夠進行呼吸作用。因此土壤的固相、液相和氣相都要維持一定的比例，植物才能正常地生長。

由大自然力量引起的風化作用，導致地表的岩石顆粒愈來愈小，風化過程中的岩石也會釋放出礦物質。在地表活動的所有生物，包括動物、植物和微生物，活動時產生的排泄物、死亡後留下來的遺體和殘骸等，都算是有機物質，當然也會堆積在土壤中。這些有機物質和由岩石風化作用而來的礦物質，便組成了土壤的基本架構。土壤含有豐富的礦物質和有機物，可以做為植物立足生長的基地。各種微生物也會以不同的土壤做為棲息環境，許多動物也活動於土壤環境中。

土壤和人類的發展

古云：「有土斯有財。」的確沒錯，因為有了土壤，才能帶來一切的財富。古今中外許多著名的戰爭，都是為了爭奪土地。例如南北朝時代的五胡亂華，就是因為外來民族覬覦中原地區肥沃的土地而興起侵略的念頭。世界四大文明古國之一的波斯王朝之所以滅亡，是因為肥沃的美索布達米亞平原土壤劣化，糧食生產不足，造成社會動盪不安而走向衰敗。

人類對土壤的認識起源於對糧食的需求，但真正使土壤學成為一門獨立的科學，則是在19世紀以後。由於物理學、化學、生物學、地質學、地理學等基礎科學的進展，才能有系統地進行土壤學的基礎和應用研究。20 世紀時，隨著全球人口的增加，對糧食的需求量也愈顯殷切。為了提高農作物產量以應付不斷增加的人口，農藥和化學肥料被大量投入土壤，許多森林和山坡地被開發成為農耕地。

最近越南、菲律賓等稻米生產大國的糧食作物短缺，非洲國家的居民出現嚴重饑荒。同時，能源作物又不斷地「搶走」糧食作物的生產地。21 世紀的今天，耕地不足和土壤品質變差衍生的糧食短缺問題，一點也不能忽視。

工業的高度發展和人類活動的破壞，造成 20 世紀中葉以來土壤資源遭受莫大的衝擊，其危害的程度和規模，直到現今仍不斷地擴大中，導致人類一直被人口、糧食、資源和環境交錯而成的複雜問題困擾著。因此，土壤資源是21世紀最重要的自然資源之一，應該加強重視和保育。

土壤的五大功能

提供植物生長的介質　植物的根必須生長在土壤中，透過土壤對植株的機械支撐力量，同時透過根部吸收養分而使植物能維持生命。因此在生態系中，不同的土壤性質就會產生不同的植被狀況，也會間接影響動物群落的型態。換句話說，土壤具有農業生產的功能，幾乎所有的農作物都得生長在土壤中才能有收穫。

植物的根從土壤中吸收養分，不足的部分由施肥獲得補充。除了少部分液態肥料經由葉面進入植物外，大部分的肥料必須施入土壤經由根的吸收而成為養分。因此，要提高農作物的質和量，維持健康的土壤似乎是唯一的手段。近年來雖然有水耕栽培的農業生產方式，但這種無土栽培仍有一些缺點，例如水耕廢液衍生的水污染問題、產品的安全性和營養均衡性等，再次證明了土壤的不可替代性。

做為生物的棲息地　土壤雖然是地表上薄薄的一層，但在田野間信手抓起的一把泥土，其中所含的微生物數量卻可能有數億個之多，這些微生物包括細菌、真菌、藻類、放線菌，原生動物等。除了微生物外，土壤中的動、植物相也極為複雜。動物相分為大型動物和小型動物，大型動物有鼠類、昆蟲、蚯蚓、蝸牛等，小型動物有線蟲和輪蟲；植物相則有綠藻、藍綠藻、矽藻等。

各種養分和有機廢棄物轉變的場所　在土壤中，許多物質和能量藉由輸入、輸出和轉換參與生態系中的養分循環。植物靠光合作用攝入大氣中的二氧化碳，當植物死亡而殘體腐爛分解後，變成腐植質而成為土壤有機質的主要來源，或經由土壤微生物的分解作用，轉變成二氧化碳（或甲烷）逸散至大氣中。大氣中的氮經由土壤中的固氮菌固定後，才能被植物吸收利用，硝酸態氮和銨態氮藉由硝化菌和脫氮菌在土壤中維持著動態平衡。

由於土壤對於環境污染物具有強大的涵容能力，一旦有污染物進入土壤，因緩衝能力的發揮，尚不致對整個生態系造成危害。但污染物濃度超過土壤涵容能力時，便會導致傷害。

提供水資源並淨化水質　土壤在化育過程中會形成許多孔隙，這些孔隙形成的原因包括土壤構造生成的空隙、植物根腐爛後遺留下的根孔、動物的洞穴或活動通道等。孔隙形成土壤中大大小小綿密的水分儲存空間和流動路徑，當雨水降落地面時，便能進入土壤而達到涵養水源的目的。

地球中的水，在扣除海洋、深層地下水和冰原後，只剩不到百分之一。這些微薄的水量散布在大氣、湖泊、河川和土壤中，其中土壤裡的水就占了 33％強。

水分通過土壤時，由於土壤黏粒是帶電荷膠體，可藉由吸附、離子交換等作用去除水中的雜質。雨水經過土壤的過濾進入地下水體系中，地下水也因有了土壤的保護，才能為大自然保留的重要水資源。

做為工程施工的基地　陸地上的建築物包括房屋、道路、機場等，都必須有穩定扎實的土壤做為基地。例如某些土壤因含有大量膨脹性黏土礦物，很容易因水含量差異而膨脹收縮，導致道路或建築物結構的破壞。砂粒和水分含量都很高的土壤，受到壓力或振動時容易產生液化現象，進而造成地質災害。

土壤污染的來源

臺灣地區地狹人稠，近年來由於工商業快速發展，經濟活動頻繁，各種產業產生的廢氣、廢水和廢棄物直接或間接使土壤因物質、生物或能量的介入而改變品質，造成土壤污染，不但影響正常用途，也會危害國民健康和生活環境。台灣地區土壤污染物的來源有工業廢水、畜牧業廢水、空氣污染、廢棄物處置不當、農藥、肥料、地層下陷、油品洩漏等。

在各種土壤污染物中，以重金屬最受重視。因為重金屬在土壤中具有高累積、低移動和不易被微生物分解的特性，所以土壤中的重金屬污染不容易被移除，且可能藉由農作物的吸收而進入食物鏈，再經由生物濃縮作用危害人體健康。

土壤的保育和永續利用

在早期的觀念中，普遍認為良好的土壤品質就是指能夠提供作物充足的養分，使作物有最大的產量。但是這些年來，人類意識到環境保護、生態保育等問題，而對土壤品質的好壞有一個新的思考方向。

現今科學家追求的高品質土壤，已經不只是單純讓農作物產量提高，也應該注重環境保護和食物安全，以及動物和人類的健康。筆者認為良好的土壤品質必須符合：最小的沖蝕、肥力的維持、維持良好的構造和有機碳貯存量，以及維持良好的水質和溫度。

為了環境資源的永續發展，就要用永續性而非暫時性的方式管理土地。也就是可以隨時評估，能對未來做出模擬和預測，並隨時掌握現有土壤調查資料中的現況，包括發展永續土地管理的評估標準，建立可長期模擬的模式，作物殘體管理，土壤保持式耕犁，充分運用土壤調查資訊，實施有機農耕法等。

深度閱讀

陳尊賢、許正一（2002）臺灣的土壤，臺灣地理百科—12，遠足文化出版社，臺北。

資料來源

《科學發展》2009年2月，434期，56 ~ 61頁

風化(7) 固氮(8) 地質(30) 保育(81) 土壤(9) 科發月刊(5221)

珍貴的土壤資源

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