土壤的组成和性质

自从地球诞生以来，在漫长的岁月里，形成了大气圈、水圈、岩石圈和生物圈，土壤处于这四个圈之间的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。

什么是土壤，它和土地有什么区别呢？土壤指的是地球陆地表面具有肥力并能生长植物的疏松表层。土壤肥力是指土壤具有供给和协调植物生长所需的营养条件（水分和养分）和环境条件（温度和空气）的能力。土壤是自然环境的要素之一。而土地，许多人都把它看成一个综合性的概念，是指由气候、地貌、岩石、土壤、动植物等自然要素所组成的自然综合体。例如荒漠、草原、森林、湖泊、沼泽、耕地等都是以上所述的各种因素共同作用的综合反应。进一步以耕地为例来说明，它绝不仅限于土壤条件，而要涉及许多自然要素，如气候条件、地貌部位、土壤性质、地面湿润程度和排水状况， 以及有害的或有利的生物条件等。

土壤是在岩石风化过程和风化产物成土过程两者综合作用下形成的。 土壤是个十分复杂的体系，它既有有机物又有无机物；既有生命体又有

无生命体；而且不断地进行着物理的、化学的、生物的、地质的多种多样的变化。因此，不同地区、不同条件下的土壤的成分有很大差别。土壤的组成可以大致表示如下：

土壤有许多重要的物理的、化学的性质。

①土壤是一种固体、液体、气体三相共存的混合物，具有各种类型的多相界面

粘土矿物和腐殖质分散为胶体颗粒，以其巨大的表面吸取和吸附着水和空气。在这些水和空气中混溶着多种成分，使土壤形成一种复杂的胶体状态。

②土壤颗粒的重要的物理化学性质之一是带有电荷

土壤的胶体微粒在吸附水分的同时，吸附了大量离子，带有电荷。由于胶体的成分和特性不同，它们产生电荷的情况也就不同。由于粘土矿物中有大量的硅酸根和铝硅酸根阴离子，在腐殖质中有腐殖酸根阴离子，因此土壤胶体一般主要带负电荷。但在富含氧化铁的酸性土壤中，游离的氧化铁从介质中获得质子，则使本身带有正电荷。

③土壤具有能通过离子交换来储存和供应植物营养成分的性质

土壤胶体带有负电荷，因而能够吸附周围液体中的阳离子。植物生长必需的，处于阳离子状态的营养元素经过交换可以被植物吸收，而多余的营养元素离子则被吸附保留着，以免流失。例如，施入酸性土壤里的石灰，不但可以中和土壤溶液里的酸性，而且可以交换土壤胶体吸附着的氢离子和铝离子。

Ca2+对于土壤胶体还有凝聚作用，有利于形成凝胶，使土壤结构得到改善。又如，当施入铵态氮肥或钾肥等可溶性肥料时，土壤溶液里铵离子和钾离子浓度增加。土壤胶体中原来吸附的阳离子就被他们所交换。

这样，施加肥料里的离子态营养元素就被土壤胶体所吸附，不会由于植物没有及时吸收而流失。

当植物根系吸收离子态的营养元素时，根系周围土壤溶液里营养元素的离子浓度降低，同时根部放出有机酸和二氧化碳，使土壤溶液里氢离子浓度增加，就把土壤胶体吸附着的营养元素的离子交换出来，供植物吸收。

因此，土壤胶体的离子吸附和交换过程对植物营养成分的储存和供应起着重要的作用。

④土壤的酸碱性

土壤的酸碱性（即 pH 值）是土壤的又一个重要性质，它的影响因素是多方面的。植物根部呼吸时放出二氧化碳，与水反应生成碳酸；有机质的分解， 生成多种有机酸，如乙酸、丁酸等；土壤腐殖质含有腐殖酸；土壤胶体吸附的铝离子进入溶液里，发生水解反应，产生氢离子；这些物质都可以使土壤显酸性，pH 值降低。土壤中的碳酸钠、碳酸氢钠等盐水解时产生氢氧根离子， 会使土壤显碱性，pH 值增高。

土壤的酸碱性会影响植物营养成分的有效性。在一般情况下，氮的有效性以 pH 值在 6－8 之间最高；钾的有效性以 pH 值为 6 以上最高；磷的有效性以 pH 值在 6.5—7.5 之间最高。土壤的酸碱性对土壤微生物和植物本身也有影响。不同植物对酸碱性有不同的要求。

土壤的酸碱性可以通过施加有机肥料、腐殖酸类肥料或施加石灰来加以调节。

⑤土壤的氧化-还原性

土壤里发生着大量的氧化-还原反应。在这些反应里，氧气、氧化铁、二氧化锰、硫酸盐等属于氧化剂；亚铁盐、锰盐、硫化物、糖类、醛类、羧酸类及一些易于被微生物分解的有机质属于还原剂。土壤里发生的氧化-还原反应受气候条件、水分含量以及土壤的 pH 值等因素影响。例如，在高温潮湿天气，土壤里的有机物会在微生物作用下迅速被氧化成二氧化碳和水。一些元素在土壤中的氧化-还原过程可以简要地归纳如下：

土壤的氧化-还原性对植物营养有很大关系。在适宜的氧化-还原条件下，土壤里的有机质受微生物的作用，不断分解，或成为腐殖质积累在土壤

里，或把有机态的氮、磷转变为无机态的氮、磷供植物直接吸收。如果氧化条件过于强烈，有机质的矿化过程过于迅速，释放出来的养分因植物来不及吸收而流失，使土壤缺乏有效养分。如果还原条件过于强烈，有机物矿化过程过于缓慢，提供有效养分不足，而且可能造成二价铁离子、硫化氢等无机毒物和丁酸等有机毒物的积累而影响植物生长。

土壤的氧化-还原性是可以适当控制的，例如通过松土、排水、晒田等措施来促进氧化或通过灌水、增施有机肥料等措施来促进还原。

⑥土壤具有自净作用和去毒能力

土壤中有氧气作氧化剂，有水作溶剂，有大量的胶体表面作土壤反应的催化剂。还有各种各样的微生物，它们制成的酶对有机质的降解起着重要作用。这些使得土壤具有优越的自身更新能力，或称为自净作用。自净作用有利于生物圈中物质的循环，同时也保证了土壤的肥力。进入土壤的物质的质量和数量如果影响了植物的生长，则可以认为属于土壤毒物。进入土壤的物质，有的能被土壤微生物分解，有的不能被土壤微生物降解，有的对土壤微生物的酶有破坏作用。不同物质的影响不同。除了以上所提的与酶作用有关的去毒作用以外，还有些化合物可以不经酶的作用而直接被土壤降解，如二氧化碳、氮的氧化物等。

土壤是人类生存和农业生产的基本条件，它与人类的生产、生活有着紧密的联系。在长期的生产过程中，人类在利用和改造土壤的同时，也产生了新的环境问题。目前，人们较为关心的土壤环境问题主要有以下两个方面：第一，由于人类大规模的生产、生活等活动，改变了影响土壤发育的生

态环境，使土壤受到破坏。这方面最明显的例子是人类对森林、草原等天然植被的破坏而引起的土壤侵蚀、水土流失、土地沙化和贫瘠化等，造成一系列生态平衡破坏的问题。

第二，农业生产的发展，在为人类提供食物的同时，由于大量使用化肥、农药及固体垃圾，使土壤受到不同程度的污染。工业和城市排出的污染物， 经不同途径污染土壤，造成土壤环境的局部恶化。

下面分别对上述两点加以简单介绍。

1. 人类活动引起的对土壤和土地资源的破坏

①破坏自然植被引起土壤风蚀，水土流失和沙漠化

人类超量采伐森林，在草原过度放牧，大面积开垦荒地等活动会引起对自然植被的破坏。植被破坏后，自然因素引起的地表土壤破坏和土壤的移动、流失就会扩大和加速，也就是说会发生土壤侵蚀。

地表缺乏植被覆盖时，在土质松软、干燥的情况下，会被大风吹起，吹蚀原有的地形和土壤，使尘沙向远处蔓延。其结果不仅毁坏土壤，出现风蚀洼地，而且吹运的土壤重新堆积而掩埋河道、湖泊和农田，给人类生产生活带来危害。由滥垦草原引起的土壤风蚀，美国在 30 年代，苏联在 60 年代都发生过，这就是著名的“黑风暴事件”。我国北方春季有时发生的扬沙天气， 是由于黄土高原的土被风吹起而造成的。

水土流失是使我国土地资源遭受破坏的最重要的原因之一。据 1980 年估

计，我国水土流失面积约 1.5 亿公顷，占全国土地面积的六分之一左右。全

国每年流失的土壤达 50 亿吨。黄土高原水土流失最为严重，大量泥沙随水进

入黄河，使黄河每立方米水中含沙量达 37 千克以上，居世界第一位。黄土高原土壤侵蚀严重的原因是多方面的，其中有自然原因，也有人为因素。自然

原因包括：黄土本身是松散的沉积物，缺乏有机质，抗侵蚀能力很低；黄土的垂直节理极为发育，容易被侵蚀和崩塌；另外，黄土高原降水集中、降水强度大，更助长了侵蚀。人为因素是无限制地开垦放牧，毁林挖草，植被被破坏，使地面失去保护。我国南方山地的水土流失也相当严重。我国亚热带地区山地丘陵面积占 70％左右，坡陡土粘，植被破坏后，在大雨条件下极易引起侵蚀。恢复南方山地水土流失的关键就是恢复植被，保护森林。要严格控制采伐强度，确定山地以林副业为主，合理规划与利用土地。只有这样， 才能有助于环境的改善和地区生态平衡的维持。

土地沙漠化是破坏植被引起的另一个严重的环境问题。据研究，许多沙漠是由于当地的不利气候条件加上人类活动而形成的。目前地球上沙漠和沙漠化土地面积达 40 亿公顷，约占地球上土地面积的三分之一，威胁到全球

15％的人口， 100 多个国家和地区，而且沙漠的面积和沙漠化的趋势还在不断扩大。

②土壤的次生盐渍化问题

在前面介绍水资源问题时，曾介绍过不恰当的水利工程会对区域水平衡造成干扰，危害之一就是引起土壤次生盐渍化。值得注意的是，次生盐渍化问题是全球干旱区存在的重要环境问题之一，使大约 30 个国家受到不同程度的危害。