[科普中国]-土壤环境

土壤环境实际上指连续覆被于地球陆地地表的土壤圈层。土壤环境要素组成农田、草地和林地等；它是人类的生存环境——四大圈层（大气圈、水圈、土壤-岩石圈和生物圈）的一个重要的圈层，连接并影响着其他圈层1。

简介土壤是母质、气候、生物、地形和时间等因素共同作用下形成的自然体。在不同的自然环境中，土壤的形成过程和性状各具特色。土壤在地球表面是生物圈的组成部分，它提供陆生植物的营养和水分，是植物进行光合作用、能量交换的重要场所。土壤-植物-动物系统，在人类生活中是太阳能输送的主要媒介；在陆地生态系统中，土壤-生物系统（主要是植物）进行着全球性的能量、物质循环和转化。土壤具有天然肥力和生长植物物质的能力，是农业发展和人类生存的物质基础。由于土壤肥力能保证人类获得必要的粮食和原料，因此，土壤与人类生产活动有着紧密的联系。

土壤组成土壤由固相、液相和气相三相物质组成。按照容积计，典型土壤中的固相物质约占总容积的50%，其中矿物质约占38%～45%，有机质约占5%～12%；液相和气相共同存在于固相物质之间的形状和大小不一的空隙中，各占土壤总容积的20%～30%，总和约占50%，但气相和液相物质处于彼此消长状态，消长幅度在15%～35%。按质量计，矿物质占同相物质的90%～95%，有机质约占1%～10%2。

土壤特性土壤特性是从几个方面体现的，包括物理特性、生物特性、化学与物理化学特性等。

物理特性土壤圈是由固（有机物质和矿物质）、液（土壤水分和溶质）、气（土壤空气）多相物质、多层次组成的疏松多孔的复杂体系。土壤的物理特征包括土体厚度、土体的垂直变异（剖面构型和质地构型）结构、质地、孔隙度和大中小孔隙的比例、紧实度、土壤密度等。这些物理条件与特性，决定了土壤圈的物理运动过程和物理性状，如土壤水分运动与水分状况、能量运动与温热状况和土壤空气运动与空气状况等，并影响着土壤圈与其他圈层之间的物质与能量交换，对维持、调节和控制地表系统的稳定性起着重大作用。

生物特性土壤生物是生物圈的重要组成部分，从微生物至高等动植物，体现了从微观到全球陆地范围内的异乎寻常的生物多样性。据研究，1kg土壤可能有5.4×109个细菌，100×109个放线菌和10×109个真菌；土壤剖面1 m厚度土层中所包含的一株植物根系的总长度就可达600km。土壤圈和岩石圈（包括其风化壳）的主要区别就在于它的生物学活性。土壤圈的主要功能在很大程度上是靠这一生物学特性体现的。

化学与物理化学特性土壤圈中的化学、物理化学过程和特性主要有如下几点。

（1）土壤胶体表面和溶液间的离子吸附和解吸作用

土壤胶体表面和溶液间的离子吸附交换量以每千克土壤（或黏粒）吸附或交换溶液中的阳离子的厘摩尔数（cmol·kg）表示，即土壤阳离子交换量（CEC）。它不但反映了土壤腐殖质、黏土矿物的种类与数量，也反映了影响可变电荷的土壤pH值的大小。与之有关的物理化学特性还有土壤吸附的交换性盐基离子总量与该土壤阳离子交换总量的比例，即盐基饱和度。土壤交换性阳离子组成中，如不含交换性酸离子（H、Al），则该土壤为盐基饱和的土壤，反之，即为盐基不饱和土壤。交换性阳离子组成在很大程度上反映了土壤的淋溶强度。随着淋溶强度的增加，土壤盐基饱和度降低，土壤酸度增加。丽交换性钠饱和度大于5%，则是土壤发生碱化作用的表征。

（2）土壤酸碱度

土壤酸碱度是土壤的重要化学特性和指标（通常以pH值表示）。一般将土壤酸碱度分为：强酸性（pH≤5）、酸性（pH值为5～6.5）、中性（pH值为6.5～7.5）、碱性（pH值为7.5～8.5）、强碱性（pH≥8.5）。土壤酸碱度是影响、调节和控制土壤圈物质迁移转化的重要因素。

（3）氧化还原反应

土壤中的氧化还原反应是土壤中不断进行着的重要化学作用过程，是影响土壤中物质迁移转化的主要因素之一，对土壤中元素的生物化学效应起着至关重要的制约作用。

此外，土壤在全球水循环、地表热量调节以及与生态平衡密切相关的C、N、P、S循环中，都起着不可替代的作用与深远影响。土壤中的水是土壤圈的最重要物质组成部分，它在土壤圈形成与发展过程中起着十分重要的作用，在很大程度上，土壤水参与了土壤圈中大部分物质的运移与转化过程。因此，土壤圈中土壤水分变化、运移机理、土壤水分与土壤组成部分之间的相互关系，是土壤形成过程中的重要作用因素。同时，土壤水也是地球表层系统水循环的重要组成部分，进入土壤圈的降水、地表水与地下水，通过土表蒸发、植物蒸腾、土内侧向径流和地下水流动再回归大气圈、河流、湖泊和海洋。虽然它的容积只占全球水总体积的0.005%，但它是重要的淡水储存库，是土壤生物和植被的主要生命水源，是地球陆地地表水的过滤净化器，也是地表水和地下水相互转化的重要环节和“调节器”；因此，土壤水分、土壤水分平衡、土壤水分储量及其有效性都将直接或间接地影响水圈。

土壤热量平衡中主要收入是太阳辐射能，它除去用来提高土壤温度外，主要耗散于土壤水分蒸发；近地面空气的流动，将热量带走或补给土壤。昼间，土壤表层吸收太阳辐射后，温度上升，与下层土壤产生温度梯度，热量流向温度较低的下层；夜间表层土壤冷却，热量则由下层流向表层。这些过程对地表温度起调节作用3。

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学