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土壤为什么有那么多颜色?|地理学漫步
2022-03-07   来源:   

本文主要介绍影响土壤颜色的因素、中国常见土壤颜色成因。

土壤为什么有那么多颜色?|地理学漫步

土壤对我们有多重要?

土壤,对我们熟悉而陌生。现在,随着城市化、工业化的发展,除了街边的绿化带、阳台的花草下,大多数人很少接触到土壤,进而对人类赖以生存和发展之本淡忘了、疏远了。不过,在我们内心中,依然记得华夏文明的字里行间里都记载着黄土地、黑土地、红土地……上的平凡的、不平凡的往事。

今天,依然立足于大地上,和其他绝大多数生物一样,我们离不开土壤。只是文明发展到今天,让社会分工愈发专业、细致,只保留了很少人在土地上生产粮棉丝麻油蔬肉等产品。

《牛津高阶英文词典》(第十版)中对土壤的解释很简洁:soil--thetoplayeroftheearthinwhichplants,trees,etc.grow.意为可供植物、树木生长的地球表层。在土壤的表层和内部,是绝大多数地球生物的栖息地。正是从这个角度来看,土壤可以为人类提供最基本的衣食需求,且不可替代。

土壤为何有不同颜色?

颜色是土壤最明显的特征,土壤的颜色受其成分组成决定。虽然土壤颜色对土壤性状、应用的影响不大,但可以作为判断其他性质和状况提供线索。

一般来说,土壤由固相、液相、气相物质组成,所占体积比例分别为:约50%、15-30%、15-35%。其中,气相、液相体积变化,此消彼长。

土壤为什么有那么多颜色?|地理学漫步

土地上的植被

气相,对应土壤中的空气,主要成分为氧气、氮气、二氧化碳等。若土壤孔隙度大,空气多,植物扎根深,有利于吸收水分、养分;若土壤板结,空气不足,根系短粗,根毛少,不利于吸收营养物质。

液相,对应土壤水分和土壤溶液,是根系吸收营养成分的媒介。

固相,对应土壤中矿物质、有机质,其中矿物质为土壤骨骼和养分的重要来源,占固相的95%左右;有机质源于生命物质,其主要组成部分为腐殖质,一般占有机质总量的50~70%。有机质可使土壤保持良好结构,且保持大量微生物,有利于保持肥力和水分。

土壤颜色的影响因素

影响土壤颜色的主要因素有:有机质含量、含水量、铁锰的氧化物及其含量。

有机质含量高,土壤颜色较深。这是由于有机质包裹着矿物质,使土壤颗粒本身颜色比较暗。因为腐殖质呈黑色和棕色,腐殖质含量极高呈现黑色;腐殖质含量少,土壤则呈现灰色或灰白色。比如,中国东北地区的黑土,“抓把土能攥出油”。

土壤为什么有那么多颜色?|地理学漫步

东北黑土土壤

含水量大,相对应的土壤颜色比较深。含水量并非直接影响土壤颜色:含水量影响空气含量,进而影响土壤里有机质的含量。水分还会影响铁锰氧化物的成分和含量。

矿物质的对土壤颜色的影响。不同水分条线下,土壤中的矿物质被氧化程度不同,令土壤呈现不同的颜色特征。铁的氧化物,在土壤里经常发生变化。潮湿且排水不佳中,氧化铁容易与水发生化学反应,转变为偏黄色的水化氧化铁,使土壤常显黄色。

湿润且排水条件较好的地区,铁的氧化物以高价的氧化铁为主,多呈现红色,如江南丘陵的红壤。干旱地区,方解石、水溶性盐类物质让土壤泛白。我国西北部的沙漠、荒漠和戈壁地区,土壤有机质含量低,且游离碳酸盐或盐分含量高,土壤颜色以白色和灰色为主。

土壤为什么有那么多颜色?|地理学漫步

插图江西抚州红壤

不同地区的土壤颜色,成为区域独特的标识。如热带和亚热带偏向红色,温带地区以暗灰、棕色为主,干旱地区更偏向白色。

西北部的沙漠、荒漠和戈壁地区,土壤有机质含量低,游离碳酸盐或盐分含量高,土壤颜色以白色和灰色为主。

中部黄土高原,包括甘肃、宁夏、陕西、山西和河南西部等地,土壤颜色主要是黄色;

东北和青藏高原东部等较湿润的高寒地区,植被条件好,植物根系残体和凋落物日积月累,土壤有机质不易矿化且含量较高,土壤颜色较暗较黑。

南方土壤颜色偏红,尤其是江西、湖南和云南一些区域颜色最红。其土壤的母质经历较为快速的风化和淋溶后,土壤相对富含氧化铁、氧化铝,所以呈现红色。

东部地区的长江、淮河和黄河的下游以及鄱阳湖周围,地势低洼,排水不畅,母质多为河湖相沉积物,故土壤呈淡褐色,趋于灰青色。

我国常见土壤的成因

我国地域辽阔,自然地理环境地域差异显著。我国古代,一直存在着“社稷祭祀”的制度。以五色土建成的社稷坛包含着古代人对土地的崇拜,五种颜色的土壤,由全国各地纳贡交来,以表明“普天之下,莫非王土”之意。

紫色土的形成

紫色土在我国主要分布在四川盆地。它由侏罗纪、白垩纪紫色砂岩、泥岩时代形成的紫色或紫红色砂岩、页岩岩层上发育而成的土壤。紫色砂岩和页岩原本易风化,而湿热环境更有利于岩石风化和土壤形成。紫色砂页岩吸热快、放热快快,若昼夜温差大,物理风化显著,原本完整的岩体逐步被分解为碎屑。

紫色砂页岩中的铁、硅、碳酸盐等复杂化合物,以较稳定的胶膜包裹在矿物质颗粒表面,削弱了化学风化,保留下了一些品质优良的黏土矿物。紫色土多分布在地形起伏明显的丘陵坡地,受水土流失影响显著,而紫色土土层浅薄,造成植被生长状况较差,导致其有机质和全氮含量一般不高,而且表土也缺少明显的腐殖质聚积层。

黑色土的形成

沈阳地质调查中心根据黑土形成发育的时间,结合地质背景、地形地貌、植被、气候等条件,分析我国东北黑土成因:

一是距今2.5亿年以来,大小兴安岭及长白山脉隆升、松辽坳陷盆地形成,决定了黑土形成仅限于松辽平原及三江平原范围内。

二是距今6500万年以来,新构造运动频繁发生,松辽平原东部河湖相沉积物、中部的黏土质沉积物和西部的沙质沉积物的形成,为黑土形成奠定了重要物质基础。距今1万年以来的区域内温暖湿润,使得东北平原草甸草原植被广泛发育,每年产生大量的有机质,在冬季漫长的低温环境和沉积物中黏土矿物的环境下,有机质被不断积累,最终形成深厚的黑土。

红色土成因

我国红壤带分布于长江以南的16个省、自治区境内的低山丘陵地区,面积为218万平方千米。红壤带内的耕地面积占全国耕地总面积的36%,生产的稻米占全国稻米总产量的90%以上。第四纪红色黏土、新近纪时期的红砂岩、千枚岩、花岗岩及片麻岩,在高温多雨的环境下,风化作用显著,各种碱性风化物被向下淋溶,土壤酸性不断增加。随着土壤粘粒与次生粘土矿物不断形成,铁的氧化物明显积聚,并以氧化铁为主,故呈现出深浅不同的红色。黄色土的形成

当氧化铁与水作用时,能转变为黄色的水化氧化铁,低洼潮湿的环境是这一变化的适宜条件。因而在这种地方,土壤常显黄色。不过,黄土高原的黄土成因存在多种学说:风成说、水成说和风化残积说。其中,风成说的历史最长,影响最大,支持者多。1870年,旅居中国多年的德国地理学家李希霍芬,见识了黄土高原上西北风的狂暴力量,最先提出黄土高原的风成假说。

黄土风成说认为,像亚洲中部(包括我国北方地区在内)的黄土,是由内陆干旱荒燥、半荒燥区强大的反气旋风从中部吹向外围,把大量的黄土物质吹送到生长草本灌木的草原地带,逐渐堆积而成的,故称荒漠黄土。支持理由如下:

①黄土分布区以北依次出现沙漠和戈壁,三者逐渐过渡,并成带状排列。

②黄土区内,自西北向部分靠近沙漠地区的黄土颗粒由粗变细。

③黄土覆盖在多种成因的、形态起伏显著的各种地貌,且厚度相差不大。

④黄土层中发育有随下伏地貌形态变化的多层埋藏古土壤层。

⑤黄土中含有陆生草原动植物化石。

⑥黄土的矿物成分具有高度的一致性,但与所在区域的下伏基岩关系不大。

白色土形成

常常是与土壤里的盐分变化紧密相连。如碳酸钙、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠等盐类,以及高岭土、氢氧化铝等物质在土壤中呈粉末状存在时,都可能让土壤呈现偏白的颜色。

结束语

作为自然地理环境的主要因素,土壤通过物质迁移和能量交换,联系了四大圈层里的有机界、无机界,对区域性、全球性的生态系统产生了深刻而广泛的影响。如亚马孙地区的土壤为根深叶茂的热带雨林提供了足够的水分和养分,从而对调节全球气候、维护生物多样性等方面起到了至关重要的作用;而干旱地区的草原为牛肥马壮提供了丰富牧草,从而为文明的兴盛、衰落创造了良好的条件。

土壤为什么有那么多颜色?|地理学漫步

广东土壤标本展厅

土壤是维持人类生活的主要支撑系统,为根系提供固定场所,长期容纳植物生长所需的水分,提供维系生命的营养物质。人类应当节约集约用地严守耕地红线。

对于我国来说,人口众多,保障国家粮食安全,需要继续坚持最严格的耕地保护制度,严守耕地保护红线。

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标签:土壤 颜色 水分

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