土壤功能與重要性

土壤的定義,按學術演進約可分為(Bockheim et al., 2005):

1. 土壤是植物生長的介質。

2. 土壤是地球表面由疏鬆和已風化岩石構成的外膜。

3. 土壤是一獨立、自然和演化的個體。

4. 土壤是地殼表面活躍的皮膚以及生物圈的一種主要成分。

5. 土壤是一自然個體(natural body),由礦物質和有機質的固體、水和氣體所組成,其發生於地表,並佔有一定的空間範圍,具有可從母質區分開來的化育層特徵。

前兩項是土壤學發展之初受植物學、地質學、地形學等觀點之影響,第3項是現代土壤學之父俄羅斯土壤學者Dokuchaev從化育的角度所提出之觀點,認為土壤是獨立演化而來的自然個體,後續的土壤定義則延伸了這樣的看法,目前的看法則以第五項為主,把土壤視為獨立於岩石或沉積物之外的獨立自然體,有屬於自己的組成物質和迥異於地質作用的各種性質與特徵。

土壤的功能

(一)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。

(二)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。

(三)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。

(四)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。

(五)調節大氣

土壤中儲存大量的碳,碳的吸存會影響到大氣當中的二氧化碳與甲烷等溫室氣體的含量,進而對全球暖化等問題有重要的影響,例如高緯度地區的永凍層融化,使土壤中封存的有機物質分解,將釋放出大量的溫室氣體。此外,土壤中含有大量的水氣,水氣的含量較大氣高,因此土壤也能調節局部的大氣濕度。

(六)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。

圖1:土壤的六大功能:提供植物生長的介質、生物的棲息地、各種養分和有機廢棄物轉變的場所、提供水資源並淨化水質、調節大氣、工程施工的基地。

Ref.

Brady, N. C. & Weil, R. R. (2008). The nature and properties of soils, 14th ed. New Jersey: Person Prentice Hall.