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土壤肥力,不是只看有机质!
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作者 竹子 | 排版 杳杳

什么是土壤肥力?估计很多小羊羔最先想到的就是有机质,但土壤肥力高低与土壤中的有机质含量真的能完全画等号吗?

有机质、土壤养分、土壤肥力之间是什么关系?如何正确理解土壤肥力?今天我们把这些问题讲清讲透!


 01 

  土壤肥力 = 土壤中的有机质含量?

有机质含量是衡量土壤肥力的重要标志,有机质的多少确实在一定程度上可以指示肥力的高低,但二者不能完全划等号。

实际上,有机质只是土壤养分的来源之一。

土壤养分,是土壤为植物生长所提供的 必要的营养元素,包括氮、磷、钾、钙等等。而这些营养元素主要来自于土壤中的有机质矿物质

土壤养分来源 | 作者制图

土壤养分和土壤肥力的区别是什么?


 
02 

  到底什么是土壤肥力?

土壤肥力是土壤为植物生长提供养分和水分的能力。

养分和水分是肥力的物质基础,而肥力是一种能力。有了养分和水分才能有肥力,不过只有物质基础是不够的,还需要协调热量、空气等其他要素,才能使养分和水分能被植物充分吸收。

例如,土壤缺氧时,植物吸水和吸肥能力会大大减弱,即使有再多的养分和水分也难被吸收利用。

从这个角度来说,土壤肥力就是协调土壤水分养分热量空气等因素,进而供应植物生长的能力。

所以,水、肥(指代养分)气、热也被称为土壤肥力的四大因素

土壤肥力从来不是由单一的养分要素决定,而是多种要素综合影响的结果。

接下来,我们把四大肥力因素分为养分系统水气热系统分别来说。

土壤组成、肥力因素和土壤肥力的关系 | 作者制图

  • 养分系统

土壤养分储量是一个动态变化的量,弄清楚其来源、支出和循环的过程,才能掌握分析它的一般角度和方法。

根据来源,土壤养分可划分为矿物养分(无机养分)和有机质养分(有机养分)

  • 土壤中的矿物养分

来源/收入:成土母质(风化物)中的矿物元素是土壤中矿物养分的主要来源。其次,溶解于降水、地下水中的矿物质也是土壤矿物养分的部分来源。


支出/损失/去向:外力的侵蚀搬运作用。如流水的淋溶作用或风力的侵蚀等。

【淋溶作用】降水或灌溉水进入土壤,土壤中的可溶性物质被水溶解,顺着地势随水发生侧向迁移,或是因重力作用自上向下运动。这个过程中,导致表层土壤养分发生损失,土壤肥力下降。淋溶作用的详细资料→淋溶作用,22年山东卷和天津卷都考了,还没搞懂的速进!


矿物养分的收入与支出 | 作者制图

  • 有机质养分

动植物残体经微生物分解,形成有机质。

土壤中的有机质在微生物的作用下,一部分彻底分解为无机物,被植物吸收利用;另一部分重新合成土壤腐殖质。

【腐殖质】是有机物经微生物分解转化形成的胶体物质,一般为黑色或暗棕色,是土壤有机质的主要组成部分。


腐殖质层 | 图源网络

腐殖质是有机质存在的一种特殊形式,它不能被植物直接吸收,需要进一步被微生物分解为无机质才能供植物利用。

因此,有机质的腐殖化其实是将有机质储存在了土壤中,腐殖质含量高的土壤,储存有机质养分的能力就更强。

这就是有机质的循环过程。

有机质的收入、支出与循环过程 | 作者制图

  • 水气热系统

土壤中水分、空气和热量相互影响,密不可分,因此,我们将其放到一个系统中来讨论。

其中,水分也是关键的肥力因素。

水分—空气:共同存在与土壤孔隙中,是此消彼长的关系。

也就是说,在孔隙空间一定的前提下,土壤含水量多了,水分占据了更多空间,空气含量就较少,土壤中可能氧气含量不足;如果土壤含水量较少,那孔隙中空气的占比就会较大。

空气和水分共同存在于土壤孔隙中 | 作者制图

水分—热量:水分和热量是相互影响的关系。

土壤水分对热量的影响:土壤水分越多,土壤的导热性越差;土壤水分越多,土壤的热容量也较大,土壤升温和降温的速度较慢。

土壤热量对水分的影响:温度高的土壤蒸发强,土壤水分条件差;温度低的土壤蒸发弱,土壤水分条件可能相对较好。

水气热系统 | 作者制图


 03
 

  什么样的土壤肥力条件好?

土壤提供的养分和水分越多就代表肥力越高吗?

其实远没有这么简单。好的肥力条件,不仅有充足的养分和水分,更能“稳”、“匀”、“适”地向植物提供养分和水分。

稳:能把土壤养分源源不断地提供给植物。
匀:随时均匀地提供养分和水分。
足:能够供应充足的养分和水分。
适:能够供应适量的养分和水分。

土壤要想“稳匀足适”地提供养分和养料,需要的是养分系统和水气热系统的协调平衡


 04
 

案例对比

我们放到案例中进行对比分析,理解会更透彻一些。

  • 东北黑土VS 热带砖红壤  

我们都知道,东北黑土地的肥力条件比热带砖红壤要好得多,这是为什么呢?我们还是得从养分系统和水气热系统中去找答案。

黑土VS砖红壤 | 图源网络

东北地处温带季风气候,该区黑土养分和水分的来源多,支出少,物质基础充足

【养分】温度较低,微生物活性较弱,分解土壤中有机质的速度较慢,有利于有机质积累。

【水气热】适宜的降水又提供了适宜的水分和空气条件。


水肥气热的协调程度高,所以东北黑土地肥力高。

东北黑土地肥力状况 | 作者制图

热带砖红壤主要分布在热带雨林气候区,土壤中水分和养分的来源较充分,但也正因为热带雨林地区降水量大,流水侵蚀作用明显。再加上气温高,微生物活性强,分解土壤中有机质的速度快,所以养分损失多,难以保肥。

热带砖红壤肥力状况 | 作者制图

  • 温带草原土VS温带森林土

温带草原土的有机质含量一般大于温带森林土,这是为什么呢?

草原上草类根系浅,多集中在表土,且草类生命周期短,死亡后植株全部进入土壤,为表层土壤提供了大量的有机质来源。

森林虽然植被数量多,但乔木灌木的生命周期长,土壤中的有机质的来源主要靠枯枝落叶。

温带草原土VS温带森林土 | 图源网络

因此,从有机质的“收入”来看,温带草原要优于温带森林。

再看“支出”,草原气候偏干,相较于湿润的地方微生物活性偏弱,所以分解有机质的速度较慢。而且因降水较少,淋溶作用较弱。所以,有机质支出少。

而森林气候更湿润,微生物活性更高,分解有机质的速度更快。而且因降水较多,淋溶作用也较强。所以,土壤有机质的支出更多。

这样,温带草原土养分收入多,支出少,有机质含量更高;而温带森林土养分收入较多,支出更多,有机质含量相对较低。

温带草原土和温带森林土有机质含量对比

作者制图



 05
 

  做完题再走~

我国东北地区黑土多分布在地势平缓辽阔的地区,结构良好,富含腐殖质。自20世纪50年代,随着对黑土地的大规模开垦以及农业生产中频繁翻耕,黑土肥力下降明显。专家建议采用“少耕深松(减少耕作强度深翻土层)”的耕作方式提高黑土后备。下图示意东北平原土层剖面。据此完成下面小题。



 答案与解析 
(上下滑动查看)

1. C

【解析】我国东北地区黑土富含腐殖质,有机质含量高,有机质主要来源于动植物残体。东北平原属于温带季风气候,雨热同期,利于植物生长,因此草原、森林等植被覆盖率高,提供了丰富的有机质;又因为东北平原所处纬度较高,冬季寒冷而漫长,动植物残体不易腐烂,所以大量腐殖质堆积使东北平原的土层呈现黑色的样貌。因此造成东北平原所处纬度带黑土分布普遍的主导因素是气候,C正确,成土母质,生物与地形和黑土形成有关,但不是主导因素,ABD错误。故选C。

2. D

【解析】由于缓坡上坡度较小,所以水土流失较慢,以致于土壤深厚,有机质积累多,从而使土壤肥力较高,并不是所有坡度较缓的地区,水热条件都较为充足,A错误。坡度较缓的地区土壤的发育时间未必较长,B错误。坡度大小对风力侵蚀的影响相对较小,C错误。由于坡度较缓,导致落差较小,使地表水的流速较小,能够减弱流水侵蚀,水土流失较慢,所以坡度较缓的地区土壤肥力总体较高,D正确,故选D。


3.土壤是在地球表面各种自然因素综合作用下产生的,不同区域的自然因素存在差异,会形成不同类型的土壤。我国东北地区地形平坦,为温带季风气候,土壤受当地地理环境影响,形成土层深厚、结构良好、腐殖质含量较高的黑土。左图为草原土壤剖面图,右图为森林土壤剖面图。


与草原土壤相比,说明森林土壤的腐殖质层厚度大小及其原因。


 参考答案 
(上下滑动查看)

【答案】森林土壤的腐殖质层厚度比草原土小。原因:森林的生长周期长,植物长期需要消耗养分,有机物主要储存于植物体内;森林分布的地区降水较多,淋溶作用较强,土壤积累的腐殖质较少。草类生长周期短,死亡后全部进入土壤,为土壤提供有机质;草原气候偏干,淋溶作用弱,且微生物活性偏弱,有机质支出少。

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