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杨帆:土壤形成,究竟要多久?

2017-08-10 13:57:38来源:《土壤观察》 已浏览人数:
近现代土壤学研究开创者道库恰耶夫(V V Dokuchaev)认为,土壤是在母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素作用下形成的历史自然体。

(来源:杨帆,中科院南京土壤研究所研究员)

土壤形成是一个时间极长、范围极广的缓慢过程。

近现代土壤学研究开创者道库恰耶夫(V. V. Dokuchaev)认为,土壤是在母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素作用下形成的历史自然体。在这个过程中,母质与成土环境之间经过一系列物理、化学和生物作用,通过物质、能量交换和转化,形成了层次分明、形形色色的土壤。

母质是构成土壤矿物质,提供植物所需营养元素的物质基础;气候全面影响土壤中物理、化学和生物作用的方向和进程;生物(包括植物、动物和微生物)以自身的生命活动与土壤之间物质、能量的交换参与物质的生物小循环,形成有机物质;地形通过海拔、坡向、坡度等影响热量、水分及母质的重新分配。时间和空间是一切事物存在的基本形式。时间因素对土壤形成没有直接的影响,但时间因素体现了土壤的不断发展。

在明确了土壤是在母质、气候、生物和地形等综合作用的产物,还需要承认它们对土壤形成的综合作用的效果是随着时间的增长而加强的。

成土时间长,受气候作用持久,土壤剖面发育完整,与母质差别越大;成土时间短,受气候作用短暂,土壤剖面发育差,与母质差别小。

土壤从它开始形成直到现在所经历的时间称为绝对年龄;而由土壤个体发育的程度(原始阶段、幼年阶段、壮年阶段、老年阶段)来判定的土壤发育时间称为相对年龄。一般来说,土壤初期发育比较快,随后逐渐变慢,到老年阶段趋于稳定。如果没有其他地质事件、气候变化或人为活动的影响,土壤通常会依此进程发展。

地球上最古老、绝对年龄最大的土壤存在于非洲和澳大利亚,因为那里一些岩石形成并出露地表至少可以追溯到5亿年前的古生代,而最年轻、绝对年龄最小的土壤一般为发育于新近沉积物的土壤。

据估计,土壤形成速率大约为0.056毫米/年。不同地区成土速率的差异,主要取决于成土环境的差异。

湿润气候条件下,石灰岩只需100年就可产生剥蚀,而抗蚀性强的砂岩经200年才可以观察到风化的痕迹。南海太平岛上由珊瑚形成的年轻土壤需要1000~1500年。

Busacca在美国加州研究表明,新成土(幼年土壤)形成的时间小于3000年,软土(壮年土壤)需要3000~29000年,而老成土(老年土壤)需要50万~320万年。美国土壤水土保持学者H. H. Bennent推算了在没有破坏的自然条件下,在基岩上形成1米的土壤需要12000~48000年。因此,土壤形成是以千年、万年或百万年计,俗称“千年龟万年土”。

一个土壤个体完全发育成熟需要多少时间?这是一个很难回答的问题。

在漫长的地质历史时期,地球环境变化是土壤绝对年龄的决定因素。某些地质作用可以强烈地改变土壤的形成条件,加快土壤的形成速率。

第四纪以来,中亚沙漠的风尘物质堆积形成了黄土高原,其深厚的黄土——古土壤成为了中华民族繁衍生息之处,更造就了古代中华文明。末次冰期每年黄土可以堆积0.2毫米,是土壤形成速率较低的青藏高原的数十甚至数百倍。

下图可知降尘对青藏高原东北缘祁连山高寒山区土壤的形成有着重要的作用,研究表明,自全新世(10000年B.P.)以来,在祁连山高寒山区,持续的风尘堆积的黄土母质上形成的土壤可达1~1.5米,而发育于基岩的土壤很少超过20厘米。

一次火山爆发就可给原来的土壤覆盖高达20厘米的火山灰,极其强烈地加速了土壤的形成。黄河每年输入下游的泥沙高达16亿吨,大量的细土物质沉积于冲积平原和三角洲地区,这里的土壤以形成速率可高达每年数厘米。

发育于基岩的土壤适宜于“千年龟万年土”这种缓慢的形成模式;而一些地质事件,例如降尘、火山喷发、河流搬运可以强烈地改变土壤的形成速度;作为最活跃的生物因子,人为作用通过修筑梯田、平整土地、人工堆积和围湖造田等措施从本质上改变土壤的形成方向和速度。

人学研究网·地球生命栏目编辑:清衣猿


 

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