地球之皮膚萬物之母土壤小可將土壤無機成分分成砂粒 sand 坋 mineral 和次生礦物 secondary mineral 粒 silt 與黏粒 clay 三部分土壤的原生礦物是岩石在未改變其化學性的條件無機部分是由土壤礦物所構成在自然界下所風化而成的礦物其多半在土壤的砂中礦

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山历
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1 地球之皮膚萬物之母土壤文圖陳鴻基土壤的定義與特性 pedon 土體的大小常以 1m2 為最小的測定面積而其垂直部分則以土壤剖面為一般人往往把土壤視同土地界限每一個土壤剖面可以由土壤表面往事實上土壤是一種具有生命的自然體下延伸到母質其中由好幾個土壤化育層 natural body 而土地則不是土壤也常所構成土壤剖面是土體的特性故能用是一般人所熟知的名稱但這個名稱的意土壤剖面來鑑別土壤土壤化育層能夠說思卻會因不同人而有不同的見解諸如農明很多土壤性質其能提供有關顏色質夫工程師化學家地質學家和外行人地構造穿透性排水性生物活性和對土壤的概念會有不同的觀點在二十世其它重要的土壤特性以及土壤形成土紀初土壤科學家對土壤就做出明確的定壤肥力作物產量和工程等訊息主要化義土壤是一種自然體其為覆蓋在地球育層 master horizons 共有六種類別分表面能夠支持植物生長的部分且其具有別以 O A E B C R 來表示來自母質地形生物氣候與時間等五種成土因子總合表現的綜合性質 8 土壤系統主要包含有固相液相和氣相無機物質有機物質水和空氣是構土壤是三度空間的自然體顯示含有成土壤的四種主要成分其相互間的百長寬和高一個獨立的土壤體簡稱為分比組成會隨著不同土壤與不同的化育土壤常與其它土壤體有如拼圖式的景觀層而有所不同一般具有壤土質地 loam 以邊連邊的方式排列每一個土壤體可以 texture 的土壤以體積組成來看其由看成具有由土壤剖面 soil proﬁle 所反 45% 無機物質 5% 有機物質 25% 水和映獨特形態 morphology 的單獨個體 25% 空氣所組成如前述孔隙空間主要土壤剖面可看成是由一系列土壤層所構由水與空氣所組成因此該種土壤也可看成這一系列土壤層稱為土壤化育層 soil 成是由 50% 的固體空間與 50% 的孔隙空 horizons 其涵蓋由土壤表面到底層的母間所組成此種組成是適合植物生長的組質由五種成土因子的綜合效應所形成合土壤的無機成分主要導源於岩石岩為了研究和分析上的方便起見常石碎片與各種大小成分之礦物的風化而把能代表土壤體的最小單位稱之為土體來岩石碎片經常不被認為是土壤成分

2 地球之皮膚萬物之母土壤小可將土壤無機成分分成砂粒 sand 坋 mineral 和次生礦物 secondary mineral 粒 silt 與黏粒 clay 三部分土壤的原生礦物是岩石在未改變其化學性的條件無機部分是由土壤礦物所構成在自然界下所風化而成的礦物其多半在土壤的砂中礦物被定義為無機物質其擁有物理的粒部分次生礦物則是來自於原生礦物風特性和化學的組成且含有很多如 P K 化而成的礦物其主要存在於土壤的黏粒 Ca Mg Fe Mn Cu Zn 和 Mo 等營養部分次生礦物是由原生礦物風化而來元素圖 1 所示是臺灣西部耕地的三種主其為粒徑小於 2mm 微米構成土壤黏粒要土壤種類 (1) 砂頁岩沖積土 (2) 黏板的部分此部分又稱為土壤的黏土礦物岩沖積土和 (3) 紅壤其種類如表 1 圖 2 是土壤中常見的礦物科學話題土壤礦物可分成原生礦物 primary 本月專題國際土壤年上但經風化後就變成土壤成分根據粒徑大種類教學現場 (2) 黏板岩沖積土圖1 赤鐵礦黃鐵礦鉻鐵礦方鉛礦土壤中常見的礦物種類 35 火山灰土壤淋澱土絲狀鋁英石 35 火山灰土壤淋澱土高嶺石 1:1 8 極育土氧化物土淋溶土多水高嶺石 1:1 10 極育土氧化物土淋溶土膨潤石類 2:1 70 膨轉土黑沃土淋溶土伊來石 2:1 30 黑沃土淋溶土淋澱土旱境土蛭石類 2: :1:1 10 綠泥石類針鐵礦 (a-feooh) 3 氧化物土極育土赤鐵礦 (a-fe2o3) 3 氧化物土極育土水鋁氧 (Al(OH)3) 3 氧化物土極育土石英 - 方英石 - 科學研習 JUN 2015 No.54-6 GO 好玩圖2 硬錳礦水鎂石鋁英石科教館方鈉石綠泥石存在於主要土壤種類科學讀書會伊來石金雲母結晶層陽離子交換容量的型式 cmolc/kg 森棚教官的數學題土壤中主要的黏土礦物主要礦物黑雲母 (3) 紅壤臺灣西部耕地的三種主要土壤種類表1 白雲母科展指導來時路 (1) 砂頁岩沖積土 9

3 土壤的有機成分也稱為土壤有機質土壤對人類文明的重要性 soil organic matter 其導源於土壤生質量 soil biomass 是由活的和死的有機人類古老的文化如古巴比倫古埃質所構成死的有機質是由有機殘體經由及蘇美馬雅古印度及古中國等人化學與生物分解所形成可分成下列兩民都是依賴肥沃的土壤才能生產大量的糧種 1. 各種分解程度的有機質其植物物食來養活眾多的人口土壤可作為一適當質的形態仍是可見 2. 完全分解的物質供應食物與纖維的良好介質因此在世界是由很多有機化合物所構成不過在土壤上很多地方土壤是促使人類能夠建立大中可被偵測到的量很少完全分解的有量族群的原因之一美索不達米亞伊拉機質有一些是腐植化的化合物 humiﬁed 克舊稱與埃及是古文化的搖籃在溪谷 compounds 而有一些則是非腐植化的中肥沃的土壤和底格里斯河幼發拉底河 non-humiﬁed compounds 非腐植化化及尼羅河的三角洲地帶創造了繁榮的文合物是由動植物與微生物組織所分解而化同樣地在印度孟加拉共和國和巴來其包含有碳水化合物氨基酸蛋白基斯坦的恆河與印度西北部的河流東南質脂質核酸木素色素荷爾蒙與亞與中國大陸的湄公河長江與黃河等其它各種有機酸等腐植化物質是未腐植由於擁有水源及週期性的洪水可供灌溉化物質經由腐植化作用 humiﬁcation 所都具有非常富饒肥沃的土壤其孕育出非形成的產物其主要包含有腐植酸 humic 常豐富的食物與繁榮 acid 與黃酸 fulvic acid 非腐植化物當世界人口不斷增加及生活水準逐漸質與腐植化物質合稱為土壤腐植質 soil 提升之際對於糧食與纖維的需求也持續 humus 土壤有機質成分會影響土壤中物增長由於醫藥科學的進步改善了人類身理的化學的與生物的條件在物理上體的健康很多國家還設法在增進其人口隨著有機質含量的增加會使土壤顏色變暗的成長如此驚人的人口數目所消費的糧且有機態碳含量增加其能改善土壤粒子食也許要比其它動物加起來還要多由於的粒團作用導致穩定土壤構造的發展糧食需求的增加作物的生長對土壤構成在化學上有機質能增加土壤的陽離子交很大的負擔增加糧食產量決定於土壤的換容量 cation exchange capacity, CEC 與品質和數量所謂數量指能夠增加可土壤吸水的能力同時有機質也能增加土耕種作物之土壤的新面積在歐洲及美洲壤營養成分進而增加土壤的肥力其中特大部分的土壤都已有耕作僅剩下少量的別是在氮硫的含量上有機質是土壤氮土地作為更長遠的發展在非洲只有 25% 素的主要來源在生物上土壤有機質是的土地用來耕種作物在南美和澳洲分別土壤生物 soil organisms 的能量與食物有 20% 與 31% 的土地用來耕種大部分之主要來源土壤生物的族群會隨著有機可用來作為農業發展還未利用的土地多半質含量的減少而減少而如果沒有土壤生位於雨林或熱帶雨林區南美六個亞馬遜物則土壤中很多生物性的反應將會停滯河流域的國家總森林面積估計有 8.25 億公頃而每年平均開墾有 4 百萬公頃的面 10

4 地球之皮膚萬物之母土壤更多食物的情形所以惟有結合科學家 1.35 億到西元 2050 年會增加到 2.5 億為專家與忠誠農民等在農業上的努力方能了供應糧食上的需要預計到西元 2050 年使作物產量增加本月專題國際土壤年上積單以巴西而言估計人口由目前的需增加百萬公頃的耕地面積歐洲由於人口壓力較大的關係大部土壤在人體健康上的影響分好的土壤都用來耕種食用作物只留少地球的元素循環中扮演非常重要的角色美也有 60% 的耕地用於耕種作物在亞洲而土壤中的化學反應更是影響元素循環的和俄羅斯也分別有 73% 和 65% 的耕地用於關鍵過程土壤學的傳統使命上是如何增種植作物這些數字在今日來講是高些進糧食的生產需有足夠的糧食才能維繫因此這些國家想要從開發新耕地來達到增人類在地球上的存活根據聯合國糧農組加食物的機會愈來愈少由於很多作物的織 Food and Agriculture Organization 生長期很接近想要在一年之中同時種 FAO 報導預計到 2050 年全球將會超植好幾種作物來達到增產效果的可能性不過 90 億人口屆時飢餓和營養不良等問題大惟有經由在土壤上好好耕作以增加作會更加嚴重所以糧農組織預估全球糧食物的產量才是可行的方式然而事實上大產品必須增加 60% 才能使全球民眾在食量的耕地被用於農業以外的用途如住宅物獲得上不虞匱乏然而土壤學在未來房屋都市發展等此外由於農村年 21 世紀的時代任務上除了增進糧食產量輕人口外流到都市發展的關係導致產生外更需強調對人體健康上的重要性見更少的農民要在比以前更少的土地上耕種圖 3 所謂預防勝於治療如何由土壤中科展指導來時路約有 80% 的耕地用於耕種食用作物而北教學現場土壤是供給大地萬物生存之母其在科學話題部分的土地作為未來農業上的發展歐洲森棚教官的數學題科學讀書會科教館好玩 GO 圖3 農業耕地土壤能提供糧食的生產與人體健康科學研習 JUN 2015 No

5 獲取健康的元素增強人體的免疫能力乏常會影響到免疫功能或內分泌等生理機此須與醫學合作才能獲得臨床試驗上的證據能的正常運作也可能造成情緒失衡抗在真原醫一書中指出自然界找壓性減弱記憶力衰退或環境不適應等現到的 92 種元素中至少有 72 種是參與人象楊定一 2012 體全面的生理和新陳代謝的功能微量元聯合國糧農組織 FAO 助理總幹素不僅對人體生理運作有關鍵性的影響事亞太區域代表小沼宏之 Hiroyuki 對作物的生長也扮演了舉足輕重的角色 Konuma 曾表示根據糧農組織的估算人類數千年來的不良耕作方式如人工肥 2010 年全球約有 70 億人口其中約 9.25 料的大量施用與過度的耕作已造成土壤億人仍處於營養不良狀況也就是說全球中維持人體健康所需元素的大量流失平均約每 7.5 人就有 1 人營養不良世界衛除草劑殺蟲劑和殺菌劑等農藥的大量使生組織 World Health Organization, WHO 用更直接殺死土壤中可分解礦物質的微指出每年約有一千萬名 5 歲以下的兒童生物使得土壤提供作物生長所需的礦物死亡其中 1/3 是營養不良所造成他表元素更加缺乏造成人體攝取到的元素不示全球微量營養不良的隱性飢餓到 20 種因此這些缺乏營養元素的食物 hidden hunger 人數可能達到 20 億接近又稱為空的食物 empty harvest 在 1/3 的全球人口將嚴重威脅大眾的健康失衡的土壤中生長出的農作物缺乏生物活性人類的身體和心靈也會因而失衡因結語此在糧食充裕且多元的時代人們卻可能處於營養不良的狀態楊定一 2012 土壤孕育著無窮盡的生命其也是開土壤反應的重要過程主要建立在礦物起生命起源的重要關鍵要有永續生存且組成上土壤中的礦物種類如石英長健康的土壤生命才能養活地球上千千萬石輝石角閃石石膏方解石赤鐵萬種的生物人類必須仰賴富饒肥沃且健礦和磷灰石等而黏土礦物則如白雲母康的土壤生產充足的糧食才能養活未來高嶺石蒙特石蛭石與其它等更是掌可能超過 90 億的人口有關土壤科學的研控作物對土壤養分的吸收土壤營養元究未來可尋求與其他領域的學者專家充素的儲存與土壤有益微生物生存的重要分合作努力追求良好且健康的土壤以增關鍵其也是生命起源非常重要的因子進糧食作物的生產此外在土壤對人體 Hansma, 2010 土壤礦物的風化與分解健康方面的研究更可尋求聯合地質學是土壤所含元素的主要來源其中有大量食土學人類學生物學毒理學社元素和微量元素這些都是供應作物生長會學公衛學與醫學等方面的學者專家合及維持人體健康所需根據美國農業部國作進一步瞭解土壤中某些特殊微量元素家研究諮詢會的分類所謂微量元素是指在人體健康或免疫系統上的影響如此更人體每日所需要量少於 100 毫克以下的元能增進人類生存與健康的福祉素雖然其所需要量少但對人體的健康非常重要人體對礦物質元素攝取上的缺 12

6 地球之皮膚萬物之母土壤 1. 楊定一 2012 真原醫天下雜誌 2. A b r a h a m s, P. W S o i l s : t h e i r 14. Young Soil consumed by chacma baboons is low in bioavailable iron and Total Environment 291: high in clay. J. Chemical Ecology 39: Brady, N.C., and R.R. Weil of soils. 3 rd. Ed. Pearson Education Brevik, E.C., and T.J. Sauer The past, present, and future of soils and Learning, New York, USA. 16. disease: Evaluation of mineral intake in environment Ekosse, G.E., and V.M. Ngole Mineralogy, geochemistry and provenance of geophagic soils from Swaziland. Apply Euroclay2015.org 8. Ferrell, R.E., Jr Medicinal clay and spiritual healing. Clays and Clay Minerals 56: Hansma, H.G Possible origin of Science. Marcel Dekker, Inc., New York, NY. 20. Williams et al What makes a natural clay antibacterial? Environmental Science and Technology 45: 陳鴻基國立中興大學土壤環境科學系助理教授科學讀書會 life between mica sheets. J. Theoretical Tan, K.H Environmental Soil 森棚教官的數學題 E u r o c l a y C M S / w w w. Soils.usda.gov/sqi/concepts/soil_ biology/arthropods.html Clay Science 57: 科展指導來時路 6. Slamova et al Clay minerals in animal nutrition. Apply Clay Science 51: young tibetan children from endemic areas. Gembloux p 教學現場 Dermience, M Kashin-beck Planetearth: Earth Sciences for Society. E ar th a nd h ea lt h- bu il di ng a sa fe r human health studies. Soil 1: Plaster, E.J Soil Science and Management. 5 th Ed. Delmar, Cengage International, New York, USA. 4. 科學話題 Elements of The Nature and Properties Pebsworth, P.A., G.L. Seim, M.A. Huffman, R.P. Glahn, E. Tako, and S.L. implications to human health. Science of 3. 本月專題國際土壤年上 ankles. Radiology Case Reports 6: 1-4. 參考文獻 Biology 266: clay 科教館 Kashin%E2%80%93Beck_disease Lin, H A new worldview of soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 78: GO 好玩 13. Niebulski, H.Z., M.L. Richardson Kashin-Beck disease involving the 科學研習 JUN 2015 No

業是國家的根本, 隨著科技的進步與社會的富裕, 增加肥料的施用量與農病蟲害防治方法的提升, 使得糧食產量有大幅的增長, 但不當的農業操作, 如過量的肥料農藥施用等, 對

業是國家的根本, 隨著科技的進步與社會的富裕, 增加肥料的施用量與農病蟲害防治方法的提升, 使得糧食產量有大幅的增長, 但不當的農業操作, 如過量的肥料農藥施用等, 對業是國家的根本, 隨著科技的進步與社會的富裕, 增加肥料的施用量與農病蟲害防治方法的提升, 使得糧食產量有大幅的增長, 但不當的農業操作, 如過量的肥料農藥施用等, 對生態環境產生很嚴重的傷害, 為確保農業的永續發展與安全