在科幻电影《火星救援》中,突如其来的沙尘暴将航天员马克·沃特尼独自困在了遥远的火星上 。作为植物学家,马克利用联氨制造水分、创设适宜温度并收集火星土壤,在居住舱内种植马铃薯,最终得以获救 。
NASA模拟的外太空植物种植(上)
火星地球化假想图(下)(图:NASA)
在我们的蓝色星球上,土壤是维持生物生存的基石之一 。那么,如此重要的土壤是从何而来呢?外星的“土壤”与地球上的土壤有哪些不同,又隐藏着哪些秘密呢?
先在地球上搞演习,然后送到别的星球上去搞研究(图:壹图网)
地球之上,土壤茫茫
覆盖在地表的土壤有“地球皮肤”之称,成土母质决定了这个多色“皮肤”的结构和质地 。成土母质是地壳表层岩石经过风化作用所形成的松散碎屑,也是构成土壤最原始的物质来源 。这些碎屑物与周围环境发生一系列复杂的物理、化学和生物反应,经过成千上万年的历练,才能变成如今我们看到的土壤 。
地壳只是地球表面的薄薄一层,土壤也只是地壳表面的薄薄一小层(图:shutterstock)
目前地球上现存的土壤,生成时间多晚于距今约258.8万年前到约11.7万年前的更新世时期 。在时空之旅中,不同成土过程造就了不同土壤独有的性状特征 。例如发育在高山冻寒气候条件下的冻土,主要以原始成土过程为主 。而发育在高温多雨的热带和亚热带地区的红壤、砖红壤,则主要以脱硅富铝化过程为主 。
西伯利亚的冻土,与热带雨林的红土,差异巨大(图:shutterstock)
十九世纪末,俄罗斯著名土壤学家道库恰耶夫提出土壤发生学说,将母质、气候、生物、地形和时间归纳为五大成土因素,该学说是如今人们理解土壤形成过程的重要依据 。依托于不同成土因素的组合,地球上的土壤分布广泛,种类多样 。
各种各样的土(图:shutterstock)
我国辽阔的地域和复杂的气候条件,让土壤分布呈现出较大的区域性状差异 。在区域划分上,我国气候分布被划分为东部季风区、蒙新干旱区和青藏高原区三大片区 。其中东部季风区的土地资源较为优越,生产潜力也较大 。资料显示,该区占全国土地面积的47.6%,但却集中了全国90%左右的耕地和林地 。
东部季风区、蒙新干旱区和青藏高原区
据全国第二次土壤普查结果显示,我国共有12个土纲,涉及61个土地范围,其中高山土、初育土、铁铝土和淋溶土等土壤类型占比较大,是我国土壤资源的重要组成部分 。具有肥力的土壤不仅能为生命提供基本居所,也蕴含着丰富的地质学信息 。
地形因素 土壤因素 降水因素
我国适合农业的土地比例其实挺低
比如西南地区广布的红土,就比东北黑土要贫瘠得多(图:孙绿、shutterstock)
一方面,作为植物生长的介质和陆地表层系统中生物的基因库,土壤的存在为作物栽培学、环境科学等领域提供了新的研究方向 。例如向土壤中施加生物炭来提高作物产量;通过指示植物种植对污染土壤进行修复等 。
生物炭是一种能帮助植物生长的土壤改良剂
(图:wikipedia)
另一方面,土壤发育历史的研究也能为古气候资料完善和全球气候变化预测做出一定贡献 。例如发育在我国黄土高原地区的成土母质——黄土,就是研究第四纪地质时代环境变迁的重要物料 。地质学家们通过对黄土沉积序列和其中所含微体化石的探索,细化历史时期的气候变化,并为未来气候预测提供科学依据 。
从蒙古高原到黄土高原,再到华北平原 。漫长时间中的土壤移动造就了我们今天的中国(图:图虫创意)
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