万物之本的土壤与生生不息的农业（上）

众所周知，植物生存所需的三大要件是阳光、空气和水，但植物要能顺畅地生长，土壤作为介质，角色举足轻重。植物吸收阳光，将空气中的二氧化碳转化为土壤微生物的食物，微生物再提供矿物质给植物，而矿物质能否顺利输送，与土壤内的水分密切相关。别看覆盖在地球表面的土壤厚度不足十米，但它却是地球上大部分生命直接或间接的食物来源。人类消耗的80％的热量、75%以上的蛋白质及大部分的纤维，都直接来源于土壤。

土壤主要由矿物质（约占45%）、水分（20%～30%）、空气（20%～30%）、有机质和微生物（5%左右）组成，与大气圈、水圈、岩石圈和生物圈一起构成了自然环境的五大圈层。可以说，土壤就是地球的“皮肤”，是五大圈层的纽带，支持植物的生长，维系着陆地生命的存续。

开天劈地——土壤的形成

大自然的鬼斧神工，在数亿年间将坚硬的岩石悄然变成了肥沃的土壤。19世纪末，俄罗斯土壤学家道库恰耶夫创立土壤发生学说，指出土壤是母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素的产物。早在几十亿年前，地壳表面裸露的岩石，受到风力和水力的侵蚀，在物理、化学、生物、气候等多种因素综合作用下，逐渐被破碎和分解。大块的岩石变成了小块，小块又变成了细粒。在岩石由大变小、由粗变细的过程中，形成了一种叫“成土母质”的物质，这个过程叫做“风化”。

不过，成土母质还不是土壤，它为土壤的发生发育提供最初的物质来源，是构成土壤矿物质、提供植物所需养分的物质基础。时间又过了数亿年，成土母质在水、空气、腐殖质和微生物的帮助下，逐步形成真正的土壤。

气候主要通过温度和降水全面影响成土过程中的物理、化学和生物作用的强度与方向，如加快生化反应，加强风化和淋溶作用。

生物（包括植物、动物和微生物）在自身的生命活动中与土壤之间发生着物质和能量交换，改变土壤结构和孔隙状况。土壤中的各种动植物残体、微生物及其分解和合成的各种有机物质等，构成了土壤有机质。土壤有机质能够改善土壤通透性，增加土壤肥力和土壤生物多样性，是土壤形成的重要标志。

地形主要通过影响其他成土因素而发生作用，以及在重力作用下对地表的物质和能量进行再分配。

母质和地形是比较稳定的因素，而气候和生物则是比较活跃的影响因素，它们在土壤形成中的作用随着时间的演变而不断变化。值得一提的是，由于环境的差异五种成土因素的作用并不是均匀相等的，每种因素都可能成为成土过程的主导者。

土壤形成的速率取决于土壤形成时的环境条件，一般来讲，湿热的环境更有利于土壤的形成。据估算，地球表面土壤的平均形成速率约为0.056毫米/年。也就是说，在不考虑土壤侵蚀的情况下，形成1米后的土壤，大概需要18000年。我们常见的土壤，其形成一般都在万年以上，因而有“千年龟万年土”的说法。

需要指出的是，现代研究表明，岩石风化并非成土母质的唯一来源，无处不在的大气降尘也可为土壤发育提供新鲜底物，甚至从根本上改变原本自上而下的成土模式和风化速率。

土地是否肥沃，与土壤性状相关

土壤肥力虽与土壤物质组成有联系，但主要受土壤性状的影响。

1. 土壤质地。土壤的泥砂比例称为土壤质地，直径小于0.01毫米的土粒叫做泥；直径在0.01～1毫米的土粒叫做砂；直径大于1毫米的土粒叫做砾石。根据土壤质地不同，可将土壤分为砂质土、粘质土和壤质土。

砂质土含砂粒在80%以上，土粒间大孔隙多，因此，土壤昼夜温差大，通透性好，有机质矿质化快，易耕作，但保水保肥能力差，遇水易板结，肥力一般较低。种植作物要增施有机肥和少量多次地勤追化肥。

粘质土含泥粒在60%以上，土壤硬度大，粘着性、粘结性和可塑性都强，故适耕性差。土壤保水保肥能力强，潜在肥力较高，但土紧难耕、土温低、肥效不易发挥。因此，水田要注意管水，提高泥温，多施腐熟性有机肥和热性化肥。

壤质土泥砂比例适中，质地轻松，通气透水，保水保肥能力强，耕作爽犁。因此，它是水、肥、气、热协调地优质土壤。

2. 土壤结构。土壤形成团聚体的性能，称为土壤的结构性。凡土粒胶结成直径为1～10毫米的团粒状土壤结构，称为团粒结构，这是土壤结构中最好的一种。它能协调土壤水分和空气的矛盾，具有良好的养分状况，使土壤松软适度。增施钙质肥料（如石灰、石膏等）有利于团粒结构的形成；深耕、免耕、滴灌、水旱轮作，也有利于团粒结构的形成。

3. 土壤吸收性能。土壤有吸收固体、液体和气体的能力，其吸收方式包括机械吸收、物理吸收、化学吸收、代换吸收和生物吸收。

4. 土壤酸碱度。指土壤溶液中存在的H+和OH-的量。pH值可分为七级：小于4.5为强酸性，4.5～5.5为酸性，5.5～6.5为微酸性，6.5～7.5为中性或近于中性，7.5～8.5为微碱性，8.5～9.5为碱性，大于9.5为强碱性。不同的作物要求土壤酸碱度不同，但强酸性与强碱性土壤都不利于作物生长。

5. 土壤缓冲性能。在土壤加入酸、碱物质后，土壤所具有的抵抗土壤溶液酸化或碱化的能力，称为土壤缓冲性能。土壤胶体上代换阳离子存在，对酸碱有缓冲作用。向土壤中施用有机肥料、泥土类（如塘泥）肥料、石灰和种植绿肥等，都是提高土壤缓冲性能的有效措施。

地球上最大碳库的土壤是碳基生命的保障

碳是生命之本，而土壤是最大的陆地碳库，也是植物的基础元素，有机碳是土壤肥力的基础物质。土壤作为自然界的组成部分，与其他环境因素交互过程中，也发挥着重要的作用，例如与大气之间的碳循环。

植物生长过程中，从大气中吸收二氧化碳，通过光合作用，生成有机物质，某些有机分子可被植物自身作为能源通过呼吸作用利用，剩下的有机物质作为植被的组成部分被临时储存起来，而大部分最终会以植物凋落物或根系残留物的形式进入到土壤中。

有近2400亿吨的碳以土壤有机质的形式储存在土壤剖面中，而且近三分之一处于深度1米以下。另外，940亿吨的碳以土壤碳酸盐的形式被储存，而且可以在风化过程中释放二氧化碳。所有这些土壤中储存的碳，比全球的植被和空气加在一起储存的碳还要多近两倍。

试验表明，有机碳肥可促进土壤微生物繁殖，促进植物叶片的光合作用，促进作物对矿物营养的平衡吸收，使矿物质营养能以有机配位零电价进入植株，对提高作物产量和品质有不可替代的作用。

所谓有机碳，就是有机质中能被植物直接吸收利用的碳素。有机碳能对生物肥力和化学肥力产生连环促进和能量传递，有机碳可以促进植物生根。通俗地说，就是有机碳是生物菌肥中微生物赖以生存的条件，土壤中有足够的有机碳微生物才能繁殖；土壤中有了足够的微生物，土壤才不会板结，化肥的利用率才会提高。植物的碳养分通过两个渠道获取：一是二氧化碳经叶绿素光合作用合成，二是来自根系吸收。给植物补充碳源，可以通过补充有机肥或者补充炭基肥两种形式进行。

土壤是微生物生生不息的“种子库”

土壤微生物群落驱动农业生态系统中的关键功能，决定了土壤肥力、作物产量和胁迫耐受性。一般而言，土壤生物多样性，尤其是微生物多样性，是土壤过程的主要驱动力，对维持农业生产至关重要。

地球上数量最多的生命体是微生物，其种类繁多，数量庞大，几乎生存在地球上的所有角落。

土壤是微生物的“种子库”，有着最为丰富多样的微生物。植物固着生长特性也决定了其与环境中微生物之间的特殊关系。不同类群的微生物以各种各样的方式生活在植物体上，对植物的生长发育产生多方面的影响。

土壤微生物是土壤中只有在显微镜下才能看到的微小生物，如细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物等。1克土壤中的微生物通常有几千万至几百亿个，主要分布在根层，少数可以穿过寄主屏障进入根内。而根际是植物与土壤之间进行养分交换、信息交流的主要场所。土壤作为“供体”，其理化性质决定植物根部可以直接接触的群落范围。

大部分土壤微生物对作物生长发育是有益的，它们对土壤的形成发育、物质循环和肥力演变等均有重大影响。

一般来说，土壤微生物含量越多，土壤肥力越高。其主要作用是物质转化，一方面将动、植物残体分解释放出作物容易吸收利用的速效养分，称为矿质化；另一方面，又将分解的产物合成为腐殖质，称为腐殖化。两者是一个相互对立、相互转变的过程，它要求人们将施入有机物料的碳氮比（用C/N表示，是指有机物中碳的总含量与氮的总含量的比值，适当的碳氮比有助于微生物发酵分解，过低导致菌体提早自溶，过高导致细菌代谢不平衡，最终不利于产物积累）调控在15～30范围内。如果小于15，例如施入粪肥而不覆土，则会造成有机肥中氮的损失；如果大于30，例如小麦、棉花秸秆的碳氮比在40以上，还田后难以腐烂，微生物就会与作物争夺氮素，并造成有机质分解损失。因此，秸秆还田时要额外加施适量氮肥。

碳氮比是评价有机质中碳和氮相对比例的关键参数。它在分解过程中起着至关重要的作用，因为它直接影响分解生物（如细菌和真菌）的活动。当有机材料，如树叶、食用动物粪便或作物残留物分解时，微生物将它们分解成更简单的形式。在这个过程中，微生物需要碳和氮作为能量和营养的来源，碳氮比决定了这些基本元素的可用性。

平衡的碳氮比约为30∶1被认为是理想的分解。这意味着每30个单位的碳，应该有大约1个单位的氮。在这个比例下，微生物可以有效地分解有机物，将其转化为腐殖质，从而丰富土壤并支持植物生长。

然而，不同类型的有机废物表现出不同的碳氮比。例如，新鲜的草屑通常具有较低的碳氮比，约为15∶1。这使得它们非常适合堆肥，因为它们为分解提供了充足的氮源。

另一方面，落叶的碳氮比往往较高，约为40～80∶1，因此它们分解得更慢，需要额外的氮源才能有效分解。

像水果和蔬菜皮这样的厨房残渣通常具有中等的碳氮比，在25∶1到40∶1之间。适当地将这些与其他有机物质混合可以帮助平衡比例并促进分解。（未完待续）