（十三） 土壤是活的！
土壤，
我们很熟悉，
又很陌生。
因为我们并不了解。
看似死气沉沉的土壤，
却是一个五彩缤纷的世界。
因为，这里，
栖息着各种生物
它们分解进入土壤的有机物，
进行各种物质转换，
就连二氧化碳和矿物质，
都可以分解，
从而 净化土壤。
除此之外，
在土壤形成的初期阶段，
土壤生物肩负着 土壤生成 的责任。
它们溶解土壤矿物，
生成腐殖质，
等到土壤生成之后，还可以
提升土壤的肥沃度，
提供作物养分，
成为作物生产的基础。
土壤生物在哪儿呢？
让我们用显微镜，
来一窥土壤内部的世界：
土壤中微生物栖息状况示意图
（点击可查看清晰大图）
可以发现：
粘土矿物，
会因腐殖质而结合，
形成 团粒。
而土壤微生物，
则利用空隙中的空气和水，
栖息在土壤里。
土壤中的生物，
因为体积较小，
所以数量非常多。
一克土壤( 干土）里，
约有 一亿 微生物。
在与1元人民币硬币等重的土壤里，有6亿个微生物。
也就是说，相当于两枚1元硬币重量的土壤里，
微生物的数量接近全国的人口数。
一般认为，土壤生物，
在旱田土壤中，
大约有70%为丝状真菌，
25%为细菌，放射菌，
剩下的5%为土壤动物。
在水田土壤中，
藻类和原生动物会增加，
丝状真菌则会减少。
旱田土壤的生物占比
我们就按照
土壤动物和土壤微生物
这两个大类，
来认识一下它们的主要成员吧。
（以下数量代表在面积为1平方米，15厘米深的农耕地表土中栖息的生物量，
重量单位为 “克”。）
1. 土壤动物
土壤动物，
有各种大小，
但基本上，
可以被我们的肉眼看到。
其中，最重要的就是，
蚯蚓和线虫。
（1）蚯蚓
蚯蚓能改良土壤的物理性与化学性，
使土壤变得更适合作物生长。
蚯蚓数量多的土壤，
就是有机物丰富的肥沃土壤。
缺点是蚯蚓的数量增加了，
以蚯蚓为食的鼹鼠也会跟着增加。
（2）线虫
以土壤有机物或微生物为食，
捕食过多的土壤病原真菌，
可以防止土壤病害的发生和传播。
但是，线虫中也有害群之马，
如根腐线虫，
它寄生在植物根部，
妨碍作物生长。
其它主要成员还有
（3）跳虫
（4） 壁虱
2 土壤微生物
土壤微生物可以分为五大类：
细菌，放射菌，丝状真菌，藻类，原生动物。
（1） 原生动物
（2） 藻类
（3） 细菌 (bacteria)
土壤中最小的生物，
只有数微米以下。
数量却是最多的。
在耕地土壤中，
每1克表层土壤里，
有时可多达一亿。
细菌对物质循环有很大帮助。
通过分解有机物，
进行碳循环。
通过硝化作用与脱氮作用，
进行氮循环。
（4） 丝状真菌
形态多种多样，
蕈菇与酵母也属于此类。
丝状真菌是由菌丝和孢子组成，
菌丝的大小约为直径3~10微米，
比细菌大。
丝状真菌的数量虽然比细菌少，
但是因为拥有长长的菌丝，
所以重量远比细菌重。
丝状真菌对于分解土壤中的有机物贡献最大。
（5） 放射菌
具有介于细菌与真菌中间的形态与性质，
属于微生物，被归为细菌类。
放射菌对分解有机物贡献良多，
也会生产许多特殊有机物，如：
生长刺激质、维生素、抗菌素及挥发物质等。
因此经常被用来当作微生物资材。
这些微生物，
会随着土壤环境，
产生各种变化。
例如水田，
因为淹水而氧气供应量受到限制，
丝状真菌和放射菌就会减少，
细菌，藻类以及厌氧菌便会增加。
后续讲座里，
将详细介绍这些
（十四） 蚯蚓的作用
我国常见的蚯蚓，
长度大约为数公分，
最大也就是二十公分左右。
但是国外有些种类的蚯蚓
长度可达一米,
最大的可达3.6米！
蚯蚓会直接吃掉,
含有机物的土壤，
一边排出粪便，
一边前进。
蚯蚓经过的地方,
会形成洞穴，
土壤中的空隙就会增加，
成为排水性及透气性皆佳的,
优质土壤。
另外，
蚯蚓在消化的时候，
会分泌钙质，
而排出的粪便，
是富含钙质的粒状，
正好可以中和土壤，
同时促进团粒构造形成。
如此一来，
微生物活性，
也会随之提高，
成为适合作物生长的土壤。
蚯蚓的栖息数量，
会随着气候状况和土壤管理，
而出现显著差异。
有机质丰富的土壤表层，
蚯蚓密度最大，
因为这里有丰富的食物。
不具蜡层的叶片，
是蚯蚓的最佳食品。
（如榆、蒙古栎、椴、槭、桦树叶等）。
因此，
这类树林下的蚯蚓数量最多。
如 蒙古栎林下，
每公顷有,
2,940,000条蚯蚓。
而含蜡的针叶林下，
例如云杉，
每公顷的蚯蚓,
只有640,000条。
(十五) 土壤微生物的作用
每一克的土壤里，
居住着多达一亿个微生物。
其中只有，
百分之一，
能够在实验室中培养出来，
供专家进行研究。
其它百分之九十九的微生物，
由于相互紧密依存，
而人类又不知道，
如何模仿或复制这样的环境，
因此，它们一旦被分离出来。
就会死亡。
所以，
土壤中的微生物世界，
对人类而言，
仍是很大的谜团，
其中多数成员，
尚未被发现或命名。
已知的土壤微生物中，
藻类
对旱田土壤的影响不大。
但是对水田却很重要：
淹水期，
藻类会大量增殖。
绿藻拥有叶绿素，
通过光合作用，
进行碳固定。
蓝藻
会进行氮固定，
把空气中的无机态氮，
转化成有机态氮，
提升作物的生产力。
丝状真菌
大多具备分解有机物的能力，
分解纤维素、木质素，
等等高分子有机物。
（与蕈菇或植物共生的菌根菌
也是丝状真菌的一种）
细菌类
种类繁多，
具有非常多样化的功能，
是物质循环的核心。
有些细菌，如硫酸还原菌，
在缺铁的老化水田中，
可能会造成水稻根部的腐烂，
所以颇不受欢迎。
但大部分的细菌，
都是有益的。
与氮的形态，
更是有密不可分的关系。
作为肥料施肥的铵根离子，
之所以能变成硝酸根离子，
使肥料有效，
就是因为硝化菌的作用。
另外，有些细菌，
例如根瘤菌，
与豆科植物的根部共生，
可以固定空气中的氮。
有些则像脱氮菌一样，
在土壤表面下的还原层，
将硝酸态氮还原，
使其变成氮气，
挥发至空气中。
除此之外，
许多细菌，
能分解有机物，
包括动植物的尸体和排泄物，
帮助土壤净化。
在植物根部周围（根圈），
细菌的数量特别多。
因为植物活着的时候，
所分泌的糖、脂肪、蛋白质等，
会从根须处贡献给土壤，
也就吸引了大量的微生物聚集。
这里（根圈）的生物密度，
是土壤其它区域的一百倍。
其中的溶磷菌，
能产生有机酸等螯合物，
使土壤中的难溶性磷酸，
变得容易溶解，
促进植物的吸收。
说到促进磷的吸收，
我们不得不说菌根菌。
它是一种丝状真菌，
伸入到植物根部，
与之共生。
真菌在进入根圈之后，
它与植物的根，
会以化学讯号互相问候。
如果这个“求爱”进展顺利，
便会伸出菌丝与根拥抱。
这时，
有些植物的根会长出细小的支根，
让真菌前来移民；
有些植物则会允许，
真菌穿透它根部的细胞壁，
把菌丝伸入细胞内部。
一旦进入之后，
菌丝便会开始分叉，
在根部的细胞内，
形成一个迷你的网络。
这样的行为，
看来是对植物有害，
但其实对双方都有利。
植物通过这种方式
将它的糖和其它合成分子
提供给真菌。
而真菌则以，
矿物质（尤其是磷酸盐），
来回报。
两者的结合，
是建立在，
“自由恋爱”的基础上的。
各取所长，各取所需：
植物能够利用空气和阳光制造糖，
真菌则能够从土壤的缝隙种吸取矿物质。
近年来的研究显示：
一种菌根菌，
可能会同时和，
不止一株植物，
甚至多个不同种的植物，
的根连结。
所以，
看似各自独立的几株植物，
实际上可能拥有同一个，
“地下情人”。
并通过这个“真菌情人”，
产生实体的连结。
一棵植株用空气中的碳制造的糖，
运送到根部，
赠送给它的“真菌情人”。
这位“情人”得到糖后，
可能会自己用，
也有可能转赠，
给它所连结的其它植株。
因此，在大多数的植物群落中，
植物其实并非独立存在。
这个“地下网络”的发现，
显然需要让我们，
调整以前的观念。
过去，
我们一直认为植物之间是，
彼此不停地，
“浴血奋战”，
抢夺资源。
现在，
我们要想象一下，
它们之间，
互相竞争，
却又彼此分享，
的局面。
生物具有自利的天性，
这也是推动演化的力量。
但生物除了，
各自追求本身的利益之外，
也会通过群体的合作，
来达成自利的目的。
所以，
自然界除了，
有巧取豪夺的资本家之外，
也有团结互助的工会；
除了个体的努力之外，
也有群体的合作。
（十六） 微生物的生长环境
微生物是生物，
因此会受到，
温度、水分、pH值等，
土壤环境的影响。
户外温度（气温），
会随着不同季节，
在一天之内，
出现剧烈的变化。
土壤下的温度（地温），
也会在气温的影响下变动。
与气温相比较，
地温变动的幅度虽然小，
但却直接影响，
土壤微生物的活力。
关于气温和地温的详细讲述请参考第十讲
大部分土壤微生物的活力，
在30~40°C
最旺盛。
而大部分植物，
最适合的温度，
在20~30°C
此差异会影响土壤有机物的数量。
例如在温带，
这种植物的生产力，
大于土壤微生物的活力的地区，
土壤中的腐殖质会增加，
使土壤呈现黑色。
但是在热带，
这种土壤微生物的活力更旺盛的地区，
腐殖质不会增加，
因此土壤不会变黑。
植物与微生物在温度特性上的差异
（请点击查看清晰图）
空气（氧）
对某些微生物来说是必需的，
对某些微生物则否。
但是，
水，
是所有微生物生存的必要条件。
若土壤空隙中完全没有水分，
微生物便完全无法生存。
但土壤空隙如果填满了水，
则只有不需要氧气的厌氧菌，
可以生存。
厌氧菌又分为，
在有氧气的环境中依然可以活动的兼性厌氧菌，
以及只要有氧气就无法生存的绝对厌氧菌。
对土壤的物质代谢，
最有影响力的是，
好氧菌。
它们在土壤空隙的50~60%充满水分的时候，
活力最旺盛。
土壤孔隙中含有的水分与微生物的关系
（请点击查看清晰图）
大部分的微生物都喜好，
中性的pH值。
但随着微生物种类的不同，
最适合的pH值也会有所差异。
一般认为，
细菌和放线菌
喜好 6~7.5pH 的中性，
丝状真菌
喜好 5~6pH 的弱酸性，
但也有像乳酸菌,
这种喜欢强酸性的细菌。
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虽然我们看不见，也搞不清，
大多数的土壤微生物，
但是我们却能够，
通过嗅觉，
感知它们的存在。
所谓的“ 泥土的芬芳“，
就是土壤微生物所散发的味道。
健康的土壤，
它的 “土味” 的确是芬芳的。
相反，经过消毒，
或者太湿、太干，
等不适合微生物生长的土壤，
闻起来则有苦味，
不为人所喜爱。
或许，
人类根据长久以来，
从事狩猎，采集和农耕活动的经验，
已经可以，
通过嗅觉来辨认，
土壤的肥沃与否。
也就在我们不经意之间，
和土壤里这些，
看不见的生命，
有了连结。
（十七） 什么是腐殖质？
土壤中的有机物，
有活着的生物，
和活着的植物（的根）。
除此以外的有机物，
称作 ”土壤有机物“。
土壤有机物，
可分为生物遗体（新鲜有机物），
与其分解物 （非腐殖质物质），
以及土壤中原有的，
暗色无定形状态的，
高分子化合物 -- “腐殖质物质”
上述物质，
复杂地结合之后，
便形成了，
腐殖质
它是土壤有机物的主要形式，
土壤有机物的区分
（点击可查看清晰图）
根据溶解性，
腐殖质可分为三类：
腐殖素 (Humin，又称 胡敏素）
既不溶于酸也不溶于碱
腐殖酸 (HA, 又称 胡敏酸）
只溶于碱不溶于酸
黄腐酸 (FA，又称 富里酸）
既溶于酸又溶于碱
腐殖质的分类
（点击可查看清晰图）
腐殖质的生成，
需要三个阶段：
第一阶段
淀粉、糖类、氨基酸等，
低分子有机物，
会先被土壤微生物分解，
形成二氧化碳、水和氨等。
这种分解作用，
在土壤中要花上几天，
才能完成。
在水田等厌氧条件下，
有时会生成有机酸，
更进一步形成甲烷。
第二阶段
土壤微生物分解的，
是高分子化合物。
这个过程将会花上数月。
首先是蛋白质被分解为氨基酸，
再变成二氧化碳、水和氨。
氨基酸和蛋白质所生成的氨，
大部分都被微生物吸收，
作为构成菌体的成分。
接着是属于纤维成分的，
半纤维素与纤维素被分解，
先变成糖类、有机酸，
最后变成二氧化碳和水。
最后被分解的是木质素。
木质素是微生物最难以分解的物质。
腐殖质的生成过程
（点击可查看清晰图）
第三阶段
需要经历数年的时间。
木质素被分解后，
会形成多酚和醌化合物。
这些物质在土壤中，
因为氧化作用，
及蛋白质分解物的，
聚合、缩合，
渐渐变成，
拥有复杂构造的，
腐殖质。
腐殖质不易被微生物分解，
因此会蓄积在土壤中，
打造肥沃的土壤。
下一讲，
我们将详细介绍，
腐殖质在土壤中，
所扮演的角色。
(十八) 土壤有机物的六大作用
在农耕地，
为了维持作物产量的稳定，
每年都会施用堆肥等有机物。
接下来就详细介绍，
腐殖质的原料--土壤有机物，
能带来六大效果。
一. 团粒构造的形成
土壤微生物能分解有机物。
在分解的过程中，
分解物会与粘土粒子结合，
形成单次结合团粒；
之后再与其它团粒结合，
形成二次结合团粒。
......
此过程不断重复，
形成多次结合团粒。
这时的土壤就会变得柔软，
作物的根也就能自由伸展。
土壤中的空隙也会变多，
空气和水的流通变好，
因此也能成为，
兼具保水力和排水性的土壤。
（参考：土壤基础知识讲座 （七） 土壤的保水力）
土壤有机物能够将单个土壤颗粒聚集(单次结合团粒), 接着继续聚集(二次结合团粒), 因此土壤中的空隙变多，空气和水更容易流动。
(可点击查看清晰图）
二. 增加土壤的缓冲效果
腐殖质和土壤有机物，
阳离子交换能力（CEC ) 很高。
因此能提升CEC，
也就是土壤的保肥力。
（参考：土壤基础知识讲座（八） 土壤的保肥力）
如此一来，
不但能增加，
土壤的电流缓冲能力，
保持pH值的稳定；
同时，
土壤蓄积肥料成分的能力，
也会增加，
提供根部稳定的养分。
土壤有机物除了可以调整pH值(氢离子浓度)之外，还能调节各种离子的浓度，提供植物根部浓度平均的养分。
（可点击查看清晰图）
三. 养分的供给与储藏
有机物是土壤微生物生存的能量来源。
因此土壤中若富含有机物，
土壤微生物的活性也会变强。
有机物被分解之后，
会形成氮、磷酸等，
可让作物吸收的元素形态，
将肥料成分提供给作物的根。
地温一旦升高，
作物的生长就会变得更旺盛，
同时微生物也会变得比较活泼。
这时会大量产生肥料成分，
提供作物生长所需要的养分。
此外，
微生物也具有储藏养分的功能。
根无法吸收的过剩的肥料成分，
会由微生物吸收，
并成为菌体储藏起来；
待微生物死亡后，
便会分解，
提供给作物。
土壤有机物是土壤微生物的食物。
（可点击查看清晰图）
四. 促进磷的吸收
用于施肥的磷酸，
会与土壤中的铝、铁，
等物质紧密结合，
转换成作物的根，
无法吸收的形态。
这就是，
土壤的磷酸固定作用。
在火山灰土壤中，
作用特别明显。
但是，
土壤中若有堆肥等有机物，
腐殖质、有机物、糖类等，
便会与铝、铁等结合，
让磷酸维持，
作物可吸收的状态；
这就是有机物带来的，
磷酸肥料有效化。
堆肥中的有机物会把固定磷的元素强制抽出，使磷酸有效化。
（请点击查看清晰图）
五. 微量元素的供给源
实行连作时，
作物经常会缺乏，
硼等微量元素。
堆肥等有机物，
含有微量元素，
因可以提供给作物吸收。
另外，
腐殖质中的黄腐酸，
还能溶出土壤矿物中，
的微量元素。
水溶性有机物可以将微量元素从岩石和矿物中溶出，视需要供给植物；同时蓄积从有机物得到的微量元素。
（可点击查看清晰图）
六. 保热功能
腐殖质呈深色，
能吸收太阳能。
可帮助地温上升，
促进作物生长。
腐殖质呈深色，可以吸收太阳热能，提高土壤温度。
（可点击查看清晰图）
七. 其它功能
有机物所含的腐殖酸、有机酸，
以及维生素、生长素等荷尔蒙，
有促进作物生长的效果。
若是在设施栽培等密闭空间，
有机物在土壤中分解后，
产生的二氧化碳，
亦有助于作物进行同化作用。
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