根據(jù)我們前面的學(xué)習，土壤是一種獨立的自然體。但是，土壤并非生來就具有肥力特征，能夠生長綠色植物。它是在一定時期、一定氣候和地形條件下，由活的有機體作用于成土母質(zhì)而逐漸形成的。

從地球系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的觀點來看，土壤肥力的發(fā)生與發(fā)展是自然界物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán)相互作用的結(jié)果。跟生物發(fā)育一樣，土壤發(fā)育也有一系列的過程。其中，母質(zhì)、氣候、生物、地形、時間是土壤形成的五大關(guān)鍵成土因素。地球上產(chǎn)生人類以后，人類也成為一個重要的成土因素。上述這些因素具有相互不可替代性，其中生物起決定性作用。

陸地表面的巖石，由風化作用變成細碎顆粒，并釋放出可溶性物質(zhì)；部分碎粒和可溶性物質(zhì)，經(jīng)降水沖刷和淋溶，隨流水最終流入海洋，沉積至洋底，形成各種沉積巖。由于地殼運動和海陸變遷，海洋底層的巖石又上升為陸地，巖石再次遭受風化。這種循環(huán)的周期大約為10萬年到1千萬年。時間長、范圍廣，稱為物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)。它是生物小循環(huán)的基礎(chǔ)，但它形成的僅僅是成土母質(zhì)。

生物小循環(huán)呢，又稱養(yǎng)分循環(huán)，指營養(yǎng)元素在生物體和土壤之間循環(huán)變化的過程。生物小循環(huán)的周期較短，一般為10-100年。但其中有機質(zhì)的累積、分解和腐殖質(zhì)的合成，促進了植物營養(yǎng)元素的集中和積累，成為土壤肥力形成與發(fā)展的關(guān)鍵。

土壤的發(fā)生起始于母巖的風化過程，堅硬的裸露母巖，在日積月累的風化作用下形成成土母質(zhì)。接下來，這些成土母質(zhì)在微生物和低等植物的作用下逐漸演變?yōu)樵嫉耐寥?，然后再?jīng)過草本植物和木本植物的熟化最終產(chǎn)生肥力，形成成熟土壤，這個過程稱為成土過程。成土過程必須要在生物因素參與下才能發(fā)生，因此，它只能發(fā)生在地球上出現(xiàn)生命之后，而且成土過程一經(jīng)發(fā)生，便一定與風化過程同時進行，兩個過程是無法分離的。那么，我們先來看看風化作用。

風化作用，是指地表或接近地表的堅硬巖石和礦物，在與大氣、水及生物接觸過程中產(chǎn)生物理、化學(xué)變化而在原地形成松散堆積物的全過程。這里強調(diào)在原地形成，是為了區(qū)別于侵蝕作用，因為侵蝕作用包括巖石和礦物經(jīng)由媒介如水、冰、風及重力等引起其移動而瓦解。根據(jù)風化作用的因素和性質(zhì)可將其分為三種類型：物理風化作用、化學(xué)風化作用、生物風化作用。

首先來看看巖石的物理風化。既然是物理風化，那么巖石本身的化學(xué)成分并未改變。在風化過程中，巖石和礦物只是逐步崩解成碎塊或碎屑。比如，溫度變化、巖石空隙中水分的凍結(jié)與融化、以及巖石空隙中鹽類結(jié)晶與潮解所產(chǎn)生的機械力，均能使巖石和礦物破碎。氣溫的變化，甚至可以直接作用于巖石而不其他媒介的參與，氣溫變化使巖石或礦物經(jīng)歷反復(fù)的熱脹冷縮，可導(dǎo)致其表面剝落或分裂。常見的作用有三種：塊狀分裂、粒狀分裂，及頁狀剝落。

在光禿山坡及荒漠地區(qū)，如果日溫差大，巖石有明顯的，或較多的節(jié)理，在反復(fù)熱脹冷縮的作用下，巖石節(jié)理逐漸擴大，然后沿裂縫增加，明顯出現(xiàn)分裂。

花崗巖和砂巖這類粗粒巖石，是由不同的礦物組成的，而這些礦物，其熱脹冷縮的速度并不一樣。這樣，在持續(xù)冷熱交替的影響下，不同礦物顆粒就發(fā)生分離、松脫。只要有輕微外力，如風力、水力等，便能使顆粒脫離母巖。在粒狀分裂作用強烈的地區(qū)，我們爬山的時候要份外小心，因粒狀分裂使巖石顆粒松脫下來，散布于坡面，使行山者難于站穩(wěn)，容易引致失足。

我們這張圖顯示的，是巖石頁狀剝落的情形。巖石，是熱的不良導(dǎo)體，熱脹冷縮的過程，可能主要在表層進行，對內(nèi)部的影響很小，這樣就容易使得表層與內(nèi)部之間產(chǎn)生裂縫，層層剝落，留下較圓的巨石。與粒狀分裂主要在粗粒花崗巖和砂巖這類粗粒巖石中相比，頁狀剝落常見于細粒巖石中，例如細粒度的花崗巖。

現(xiàn)在，我們來觀察這張圖，已經(jīng)能看明白了，是巖石先經(jīng)過頁狀剝落后，又發(fā)生了塊狀分裂。

這張圖顯示的是凍融作用的結(jié)果。氣溫降至冰點，水結(jié)冰，體積可增大接近十分之一，冰對巖石裂隙兩壁便產(chǎn)生巨大的壓力（96MPa）；而當氣溫回升時，冰便融化，加于兩壁的壓力驟減，兩壁就向中央推回。在反復(fù)的凍融化過程中，巖石的裂隙就會擴大、增多，以致石塊被分割出來。

巖石經(jīng)過侵蝕或采礦,表土被移走,因此剩下來的巖石不再受壓,進而膨脹,形成裂縫,表層的巖石大片的裂開脫離原來的巨石。如，許多形成于高壓環(huán)境的花崗巖等，一旦暴露于大氣之下，壓力便大大降低，因而會引起巖體膨脹。

進入巖石裂隙中的水，常溶解有大量鹽分，一旦水分蒸發(fā)，溶液濃度逐漸達到飽和而成為鹽晶體。體積因而增大，并產(chǎn)生膨脹壓力，使巖石逐漸崩解。這種風化作用常見于干旱和半干旱地區(qū)。

另外，干濕交替，與溫度變化一樣，是山體和巖石幾乎每天都要面臨的過程。某些巖石礦物吸收水份后膨脹，干后便收縮，重復(fù)的干濕過程可以使礦物互相松離。而且，在濕熱氣候影響下，我們后面將要介紹的化學(xué)風化，也能協(xié)助上述的各種過程。

巖石，如果發(fā)生化學(xué)成分改變，硬度會減弱，密度變小，體積膨脹，最終促使巖石分解。具體包括氧化、溶解和水化三個方面。比如，巖石中含鐵的礦物受到空氣的作用，氧化成紅褐色的氧化鐵；在喀斯特地區(qū)，空氣中的二氧化碳和水氣結(jié)合成碳酸，溶蝕石灰?guī)r；水和巖層中的礦物作用，有的還能改變原來礦物的分子結(jié)構(gòu)，形成新礦物，也就是水化作用。而某些礦物呢，吸收水分后體積膨脹，比如，蒙脫石加水膨脹后，體積能增加好幾倍，并變成糊狀物，這也是水化作用。上述這些，都是巖石的化學(xué)作用。

生物的風化作用，也包括兩個方面，生物的物理風化作用，和生物的化學(xué)風化作用。如果生物的活動，導(dǎo)致巖石受到機械性破壞，比如根劈作用。還有，白蟻和螞蟻在巖石中穿孔、打洞，也是一種重要的物理風化作用。

如果生物在新陳代謝過程中，產(chǎn)生的分泌物，以及生物死亡后的遺體腐爛，產(chǎn)生的分解產(chǎn)物，也可以使巖石分解破壞。比如，地衣及蘚類植物，可以在光禿禿的巖石表面生長，形成一個潮濕的化學(xué)微環(huán)境，加強在巖石上表面的微表層進行物理與化學(xué)分解。生物死亡后，腐爛分解形成一種腐植質(zhì)，是一種有機酸，也對巖石起腐蝕作用。我們前面講的白蟻和螞蟻等動物，也可能分泌一些能腐蝕巖石的物質(zhì)。

在土壤形成過程中，氣候不僅直接參與母質(zhì)的風化與物質(zhì)的淋溶過程，而更重要的是控制著植物和微生物的生長。一般地說，溫度增高10℃，化學(xué)反應(yīng)速度平均增加1—2倍。所以在低緯地區(qū)的巖石風化和土壤形成的速度，比中緯和高緯地區(qū)的快得多。從另一個方面講，在寒冷的氣候條件下，微生物分解作用非常緩慢，使有機質(zhì)積累起來；而在常年溫暖濕潤的氣候條件下，微生物活動旺盛，全年都能分解有機質(zhì)，使有機質(zhì)趨于快速循環(huán)。所以，氣候是土壤形成和發(fā)育的重要因素，控制著土壤中物理、化學(xué)和生物等作用過程的總趨勢。如果把中國氣候類型分布與土壤分布圖放在一起比較，就會發(fā)現(xiàn)，高溫多雨的南方，土壤發(fā)育程度高；而干冷的北方和高山區(qū)，土壤發(fā)育程度較低。

成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)以及植物礦質(zhì)養(yǎng)分的最初來源。母質(zhì)代表土壤的初始狀態(tài)，它在氣候與生物的作用下，經(jīng)過上千年的時間，才逐漸轉(zhuǎn)變成可生長植物的土壤。母質(zhì)對土壤的物理性狀和化學(xué)組成均產(chǎn)生重要的作用，這種作用在土壤形成的初期階段最為顯著。隨著成土過程越久，母質(zhì)與土壤間性質(zhì)的差別也就越來越大，但盡管如此，土壤中總會保存有母質(zhì)的某些特征。比如，成土母質(zhì)的類型與土壤質(zhì)地關(guān)系密切，土壤的礦物組成和化學(xué)組成深受成土母質(zhì)的影響。

地形對土壤形成的影響主要是通過引起物質(zhì)、能量的再分配而作用于土壤的。在山區(qū)，由于溫度、降水和濕度隨著地勢升高的垂直變化，形成不同的氣候和植被帶，導(dǎo)致土壤的組成成分和理化性質(zhì)均發(fā)生顯著的垂直地帶分化。坡度和坡向可改變水、熱條件和植被狀況，從而影響土壤的發(fā)育。

在陡峭的山坡上，由于重力作用和地表徑流的侵蝕力，往往加速疏松地表物質(zhì)的遷移，所以很難發(fā)育成深厚的土壤。

而在平坦的地區(qū)，地表疏松物質(zhì)的侵蝕速率較慢，使成土母質(zhì)得以在較穩(wěn)定的氣候、生物條件下逐漸發(fā)育成深厚的土壤。

陽坡，由于接受的太陽輻射能多于陰坡，溫度狀況顯然比陰坡好，但水分狀況就比陰坡差了。植被的覆蓋度一般是陽坡低于陰坡，從而導(dǎo)致土壤中物理、化學(xué)和生物過程的差異。

土壤是經(jīng)歷著不斷變化的自然實體，形成過程相當緩慢。土壤年齡可分為絕對年齡和相對年齡。通常所說的“土壤年齡”是代表土壤發(fā)育程度的相對年齡。在酷熱、嚴寒、干旱和洪澇等極端環(huán)境中，以及堅硬巖石所形成的殘積母質(zhì)上，可能需要數(shù)千年時間才能形成土壤發(fā)生層。但在變化緩和的環(huán)境條件中、在利于成土過程進行的疏松成土母質(zhì)上，土壤剖面的發(fā)育要快得多。有些土壤經(jīng)歷時間長，發(fā)育程度仍較低，比如我們前面剛提到的易受侵蝕的山坡土壤。

人類因素，具有雙向性，它既能使土壤良性循環(huán)，亦能造成土壤退化。從自然土壤改造成耕作土壤，這是以人類利益為核心的，有意識、有目的生產(chǎn)活動。但是，通過人類耕耘，就改變了土壤的結(jié)構(gòu)、保水性和通氣性；通過灌溉，又改變了土壤的水分和溫度狀況；通過農(nóng)作物的收獲，將本應(yīng)歸還給土壤的部分有機質(zhì)剝奪出來，改變了土壤的養(yǎng)分循環(huán)狀況；通過施用化肥和有機肥，它有補充了養(yǎng)分的損失，改變了土壤的營養(yǎng)元素組成、數(shù)量和微生物活動；所以，人類活動是通過改變其它成土因素而作用于土壤的形成與演化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動是一個重要途徑。

最后呢，我想大家閱讀一篇有關(guān)重慶交通大學(xué)易志堅教授“治理土壤沙化”相關(guān)報道。據(jù)說，易志堅教授開發(fā)的這項技術(shù)，找到了一種“力學(xué)密碼”，可實現(xiàn)土壤沙化的逆過程，有望將沙漠“土壤化”。因為這篇文章發(fā)在比較正規(guī)的刊物上，所以我暫且認為這是真的。但我還是希望大家閱讀后能有一些自己的思考。下面的二維碼就是這篇報道的鏈接。

好，有關(guān)土壤一章的內(nèi)容，我們就全部結(jié)束了，別忘了閱讀沙漠“土壤化”的文章。