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“编辑”出来的土壤 精选

已有 3352 次阅读 2021-10-1 16:41 |系统分类:科普集锦

编辑出来的土壤

杨顺华 张甘霖,文章发表于科学画报(2021年第9期)

2020 年诺贝尔化学奖颁给了发明基因编辑工具CRISPR/Cas9的两位科学家。基因编辑技术产生于20 世纪90 年代,它让人类有能力改写生命密码;有一种“编辑”活动始于几千年前,它不仅重塑了地表面貌,还深刻影响了人类文明的进程。这种“编辑”活动的产物就是人为土。


什么是人为土


人类活动对地球生态系统的影响,早已大大地超过了自然变化的影响,尤其是自工业革命以来,人类在土地利用等方面大大改变了地球的面貌和环境。2019年,国际地层委员会人类世工作组通过了对人类世的认定,标志着正式定义一个新的地质年代的工作迈出了重要一步。


虽然对人类世的界定尚有不同的建议,但人类活动较为强烈的影响可以追溯到约一万年前的农业起源时期。随着农业生产的开展,人类活动对土壤的改造不断加快。根据现代土壤学奠基人道库恰耶夫的土壤发生学理论,土壤的形成是气候、生物、地形、成土母质和时间共同作用的结果。然而,在很多地方,特别是在有悠久耕作历史的地区,人为活动,包括人工搬运、耕作、施肥和灌溉等,强烈地改变了原有土壤的形成过程,土壤的形态和性质发生了重大改变,而那些原生土壤仅仅作为母土或埋藏土壤存在。这类受人为活动(尤其是农业活动)深刻影响、原有土壤形成过程和性质发生显著变化的土壤就叫作人为土(Anthrosols)。


我国的农耕历史悠久,人为改土、造土的规模和时间跨度为世所罕见,人为土在我国的分布十分广泛。“稻花香里说丰年,听取蛙声一片。”南方“鱼米之乡”和西北“塞上江南”的稻田土,甚至自家菜园里的土壤,大部分都是人为土。

人为土在哪里


人为土与我国长期的农耕历史文化密切相连,是不同历史时期人类生产过程与自然成土过程综合作用的结果。我们都知道五谷丰登寓意年成好、粮食丰收。五谷所需的生长环境(如小麦长在旱地,水稻长在水田),直接决定了人们改土、造土的方向,从而形成了水耕人为土和旱耕人为土这两大类人为土。


水耕人为土主要指水稻土,在我国各地均有分布,大多集中在雨水丰沛的长江以南地区。它们的分布形状与地形有很大关系:在一望无际的平原,水稻土顺理成章地集中连片分布;在此起彼伏的丘陵地区,它们将洼地相连,呈现树枝一样的形状;而在山地,它们呈现阶梯状分布,构成了我们常说的梯田。


人为土.png


稻田常年处于周而复始的灌水—落干循环,导致土壤亦交替处于氧化—还原的状态,土壤中出现了明显的水耕氧化还原层。积水条件导致土壤中积累了大量的有机质,但长期饱和也使得土壤中原有的很多物质不同程度地淋失掉了。


旱耕人为土也很广泛,遍布全国,以北方的干旱和半干旱地区居多。我国土壤性状差异较大,各地的旱耕方式随地区变化极大,因而旱耕人为土的成土之路具有很强的区域特性。


以园地为例:人们在长期种植蔬菜的过程中,施用大量家畜肥、人粪尿、圈肥等各种肥料,并经过精耕细作、频繁灌溉,土壤表层形成了一层高度熟化层,由此形成的肥熟旱耕人为土,是人为土中养分和生产力水平最高的土壤。例如,明成祖时北京丰台地区就建立了专为宫廷服务的菜园,其土壤很有可能已经发育为肥熟旱耕人为土。在干旱地区,长期引用浑水灌溉,土壤中交替进行灌溉淤积、灌水淋溶和耕作培肥等过程,逐渐形成了灌淤旱耕人为土。在海拔较低、河网密布的珠江三角洲区域,人们将池塘中的淤泥作为肥源,堆垫在岸上用于种植作物。长年累月,堆垫层不断变厚,形成了具有地域特色的泥垫旱耕人为土,所形成的景观就是人们熟知的“桑基鱼塘”。土垫旱耕人为土则是长期施用大量土粪、土杂肥等并经耕作熟化形成的土壤,集中分布在黄土高原的汾渭盆地和一些以土粪为肥源的、具有悠久农耕历史的地区。


工业革命以来,城市化进程加快,工业活动和矿山开采大规模开展,人类活动的强度和方式出现了革命性的变化。强烈的人为扰动不但形成了新的工业化土壤母质,而且土壤的演化过程也深受城市和工业活动的影响,形成了大量受城市、工业、交通、矿山、军事等影响的土壤,这也是新的人为土类型。


保护优质的人为土


经过一代又一代人的辛勤“编辑”,人为土朝着适宜作物生长和满足人类需求的方向发展,不仅哺育了世世代代的人们,还间接创造了灿烂的农耕文明。然而,需要特别指出的是,一些强烈改变了原有土壤形成过程的非农业活动,也是人为土形成的重要推手。这些活动导致土壤以透支自身生态服务功能的方式发展,其结果是土壤质量不断下降, 土壤中往往含有大量对人体有害的物质或者人工制品,产生各种各样的环境问题。城市、工业、交通、矿山和军事区域的土壤就是这类人为土的典型代表。


人为土像母亲一样哺育了苍生,有时候却没能换来应有的尊重。她甘愿奉献,却又默默承受苦难。如果土壤这种宝贵的资源继续遭受无休止的破坏,人类社会的繁荣恐将难以为继。当前,人为土正面临着土壤侵蚀、土壤酸化和土壤污染等各种退化问题。如果不正确认识这些问题,并采取有效措施,人为土这一宝贵的自然资源将难逃消失的厄运。形成1厘米厚的土壤往往需要数百年的时间,但它与毁灭之间的距离,可能只差一场暴雨或者一次污染事件。历史上,玛雅文明曾盛极一时,但是由于人口的过度增长,土壤和环境被无序开发和破坏,这一灿烂的文明最终湮没在历史的长河之中。


丰收时节,蛙鸣鸟叫,掠过广袤的大地,麦浪滚滚,稻花飘香。当你坐在餐桌前,享受着香喷喷的饭食之时,你是否想过这珍贵的米粒来自脚下寂静的土壤,来自人们千百年来“锄禾日当午,汗滴禾下土”的改土、造土之举?我们脚下肥沃的人为土,不知浸透了多少前人辛勤的汗水!寂静的土壤接受人类的改造,接纳人们投入其中的一切物质,用自身的营养哺育了世世代代的人民。如果人类一味索取,不懂得反哺土壤,再肥沃的土壤也会变得贫瘠不堪。我们不仅要更加节约和集约使用土地,还要想办法提高土壤的生产力,赋予人为土源源不断的肥力,更要树立环境保护的意识,努力做到珍爱脚下的每一寸土壤。保护优质的人为土,就是保护我们的明天!



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