土壤是有机物、矿物质、气体、液体和有机物的混合物,它们共同维持着生命。地球的土壤体,称为土壤圈,有四个重要功能:
土壤圈与岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互作用。术语pedolith,通常用来指土壤,翻译过来就是“基本石”意义上的磨石。土壤由矿物和有机物的固相(土壤基质)以及容纳气体(土壤大气)和水(土壤溶液)的多孔相组成。因此,土壤科学家可以把土壤想象成一个固体、液体和气体的三态系统。
土壤是几个因素的产物:气候、地形(海拔、方向和坡度)、生物和土壤母质(原始矿物)随时间相互作用的影响。它通过许多物理、化学和生物过程不断发展,其中包括伴随侵蚀的风化作用。鉴于其复杂性和强烈的内在联系,土壤生态学家将土壤视为一个生态系统。
大多数土壤的干容重(考虑到干燥时的空隙的土壤密度)在1.1至1.6克/立方厘米之间,而土壤颗粒密度要高得多,在2.6至2.7克/立方厘米之间。地球上的土壤很少比更新世更古老,也没有比新生代更古老的,尽管化石土壤可以追溯到太古代。
土壤学有两个基本分支:土壤学和土壤学。土壤学研究土壤对生物的影响。土壤学主要研究自然环境中土壤的形成、描述(形态)和分类。在工程术语中,土壤包括在更广泛的风化层概念中,风化层还包括位于基岩之上的其他松散物质,如在月球和其他天体上发现的物质。土壤通常也被称为泥土或泥土;一些科学定义将泥土与土壤区分开来,将前者具体限定为被置换的土壤。
土壤是地球生态系统的重要组成部分。从臭氧消耗和全球变暖到雨林破坏和水污染,世界生态系统受到土壤过程的深远影响。就地球碳循环而言,土壤是一个重要的碳库,也是对人类干扰和气候变化反应最强烈的潜在场所之一。据预测,随着地球变暖,土壤将增加大气中的二氧化碳,因为在较高温度下生物活动增加,这是一种正反馈(放大)。然而,考虑到最近关于土壤碳周转的知识,这一预测受到了质疑。
土壤是一种工程介质,是土壤生物的栖息地,是养分和有机废物的循环系统,是水质的调节器,是大气成分的改良剂,是植物生长的介质,使其成为生态系统服务的重要提供者。由于土壤有大量的可用生态位和栖息地,它包含了地球上大部分的遗传多样性。一克土壤可以包含数十亿种生物,属于数千个物种,大部分是微生物,主要是尚未开发的。土壤中原核生物的平均密度约为每克108个,而海洋中每毫升(克)海水中原核生物的密度不超过107个。土壤中的有机碳最终通过异养生物进行的呼吸过程返回到大气中,但很大一部分以土壤有机物的形式保留在土壤中。耕作通常会增加土壤呼吸速率,导致土壤有机质耗竭。由于植物根系需要氧气,通风是土壤的一个重要特性。这种通风可以通过相互连接的土壤孔隙网络来实现,这些孔隙也可以吸收和保持雨水,使其容易被植物吸收。由于植物需要几乎持续不断的供水,但大多数地区都有零星降雨,因此土壤的持水能力对植物的生存至关重要。
土壤可以有效地去除杂质,杀死疾病因子,并降解污染物,后一种特性被称为自然衰减。通常,土壤保持对氧气和甲烷的净吸收,并经历二氧化碳和一氧化二氮的净释放。土壤为植物提供物理支持、空气、水、温度调节、养分和毒素保护。土壤通过将死亡的有机物转化为各种养分形式,为植物和动物提供容易获得的养分。
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