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珍貴的土壤資源

如果把地球比喻成一個足球,土壤就只像貼在足球上的一張郵票那麼薄而已。土壤是怎麼來的?它有什麼功能和特徵呢?本文為您揭開土壤的奧祕。
 
 
 
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
  1. 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。
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