土壤是物質循環的核心
1. 生命之源與太陽能
地球的表面覆蓋着岩石風化後成熟的土壤(土壤圈), 而包括我們人類在内的各種動物、植物、微生物等生物(生命),皆生活在此(生命圈)。這些生物都是由有機物組成的,而每一種生物都利用着大氣、水和太陽能。
能夠直接将太陽能用在有機物生産上的,隻有擁有葉綠素的綠色植物和部分微生物。 不具有葉綠素的其他生物,必須食用由植物制造的太陽能産物,也就是糖類、碳水化合物、蛋白質和 油脂等, 或者是食用攝取上述食物的動物,才能生活下去。
2. 以土壤為基礎的生态系統循環
覆蓋于大地之上的植物,能從土壤和水中吸收養分,并利用太陽能生産有機物(光合作用),逐漸成長。 植物的落葉和遺體,則會被土壤圈所分解。
動物攝取植物作為營養源,藉此成長,而動物的排洩物和遺體,也會被土壤圈分解,成為植物的養分來源。 這就是所謂的 “土壤淨化作用”。
在土壤圈裡,有許多小動物與微生物都是有機物的 “分解者”,各自擁有不同的任務;土壤除了提供場地給這些分解者之外,同時也扮演着倉庫的角色,儲藏土壤生物制造出的植物所需元素(肥料)。
從以前到現在,從現在到未來,陸地上的生物都利用土壤圈的分解功能與作物生産功能,從不間斷地進行一連串的循環,打造出生态系統。
3. 強大的太陽能
将有機物分解生成肥料成分提供給植物的土壤圈,是物質循環的中樞,孕育着生态系統; 而這些物質變化所需要的能源,則是由太陽能轉化而來的。
太陽能非常強大,據說地球每年所獲得的太陽能是 5.4x1024 J (焦耳),即使是使用太陽能最多的植物,也隻使用了不到0.4%, 但這個量仍比全世界消耗的能量高出七倍,相當可觀。
我們每人每年通過食物攝取的能量,大約相當于一張床的面積(1.6平方米)一年内所接受的太陽能量; 通過這樣的換算,相信各位便能理解太陽能有多麼龐大。 我們應該将這龐大的太陽能更妥善地應用在生活中,同時也必須有效運用最懂得利用太陽能的植物。
4. 林地的有機物供給與分解
如上所述,地球上的生物皆仰賴太陽能,而接下來我們要站在農業的立場,來讨論有機物的供給與分解。
如果我們用自然林地來讨論自然界的動态,那麼植物便是靠着吸收雨水、河川所供給的養分以及土壤中的礦物質,并且藉由太陽能來成長。 這些植物的落葉或外來的小動物遺體在土壤中被分解後,便形成礦物質;這些礦物質一部分會被植物吸收,一部分則會成為有機物(腐殖質)累積下來。
在自然林地,有機物的供給量通常高于分解量,因此土壤中的有機物會逐漸蓄積,使土壤日漸肥沃,足以孕育高大的樹木。
5 農耕地的有機物供給與分解
相對于自然林地,在栽培作物的農耕地,人類不允許雜草等妨礙作物生長的植物生存,而大部分的生産物都會當作農産品收獲走,隻有極少部分(殘渣)會還原至土壤中。 此外,一般的農耕地都會整地翻土,讓土壤變得松軟後,再進行栽培,但整地這種擾亂土壤的方式,等于是将大型有機物以物理方式分解,提供土壤氧氣,讓土壤微生物更加活性化,促進有機物的分解。
因此,在農耕地上,有機物的分解遠遠高于供給,因此土壤會逐漸變得貧瘠。 為了改善這種現象,我們必須使用堆肥等有機物。
土壤中循環的物質元素,主要是碳、氮,以及其它元素。 後面我們将分别介紹這些元素在土壤中的循環過程。
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