第十一章 土壤與生物

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  土壤是各種地理環境因子共同作用下的產物,在不同的地理環境中,土壤性質常呈現明顯的空間差異,而土壤性質也會隨時間的推衍而改變,如此富區域性而多變的土壤,是許多生物生長的基礎。人類自漁獵社會伊始,所有賴以維生的資源就完全取之於自然界的生物,發展至農業時代,更需進一步深入了解對土壤的性質。雖然,今天大部分的人們不再直接依賴自然界的生物與土壤維生,但土壤和生物是各種環境因子共同作用下的產物,為生態環境是否健康的重要指標。首先,我們將認識土壤的形成。

 

 

       第一節 土壤

土壤的形成和組成

  土壤中的礦物成份是由地表岩石風化而來,原本緻密的岩石漸漸成為疏鬆的岩層,使空氣和水充斥其中,成為微生物和植物繁殖的溫床。而在生物的累積和分解過程中,加入了有機質和養分,使原本以礦物成份居多的風化層成為真正的土壤(圖11-1)。

 

 

成土要素

  由於各地的母質、氣候、地形、生物及成土時間長短不同,使土壤的形態和性質常有很大的差異,這些影響土壤生成的因子稱為成土要素。一般而言,氣候因子──尤其是氣溫和雨量,對土壤的生成最具決定性;一地的母質會影響土壤種類,而成土時間愈短,土壤愈能反映母質性質;地形的高度、坡向影響氣溫和降雨,進而影響土壤的發育,坡度陡緩則影響土壤侵蝕的速度及土壤水分的維持;動植物的分布和作用,影響土壤的性質──如增添土壤有機質、維護土壤等;此外,成土要素的作用時間不同,會形成性質相異的土壤,如在相同環境下,化育時間較長則生成紅壤,若化育時間較短,則可能出現黃壤。這些因子本身不但分別影響土壤的形成,且彼此間亦相互影響。成土要素共同作用的結果,使各地土壤呈現區域差異。

  臺灣山地面積廣大,地勢高峻,湍急的河川和豐沛的降水,使山區土壤易被侵蝕,不易在原地持續穩定發育,故難見成熟的土壤;相對地在較平坦的平原、台地則可見較深厚的土層發育。而由山地至平原呈垂直分布的各氣候帶,各自孕育出不同的土壤,如臺灣高海拔的冷溼山區,原利於灰化土類的生成,但因地形陡緩不同,陡坡出現土層淺薄的石質土,坡底為崩積土,在平緩地帶才有成熟灰化土的生成。

 

 

成土作用

  一地土壤的形成作用,稱為成土作用。重要的成土作用如下:

一、自然因素

  (一)淋溶作用:土壤內部的水分向下移動,使土壤上層的可溶性物質隨水流出的作用。

  (二)澱積作用:土壤上層因淋溶而流失的物質,累積在下層的作用。

  (三)聚鐵鋁化作用:淋溶旺盛的地帶,因氧化鐵、鋁無法淋溶而殘留在土壤表層,使土壤呈紅、黃色。

  (四)灰化作用:在較冷涼溼潤的地區,淋溶作用極強,土壤表層聚集無法溶解的矽酸鹽類而呈灰白色。

  (五)鈣化作用:雨量稀少的地區,淋溶作用輕微,碳酸鈣聚積於上層土壤,使土壤呈鹼性。

  (六)腐質化作用:植物的枯枝敗葉轉化成腐植質,使土色變黑,增加土壤沃度。

二、人為因素

  人類的活動常直接或間接影響土壤的生成及性質。如東亞稻作區,土壤因長期浸在水中,而成為一種特殊的人為土壤型-水稻土。修築水庫或灌溉,提高地下水位,也會改變土壤內部的結構,在蒸發旺盛的乾燥地區甚至引起土壤鹽化的現象。此外,因工業發展而造成的重金屬廢水或酸雨等污染土壤,也會改變土壤的性質,而出現新的土壤剖面。

 

土壤剖面

  經由各種成土作用,土壤會逐漸形成幾個層次,若從土壤表層由上而下做垂直切面,稱為土壤剖面。從土壤剖面可清楚地看到顏色、質地及結構都不同的數個層次(圖11-211-3),除顯示各種成土作用的強弱、成土時間的長短等,也是土壤分類的重要依據之一。

 

 

學生活動11-1

觀察土壤剖面

1. 討論那些地點較易見到土壤的 「真面目」-土壤剖面?

2. 至便利觀察處觀察並記錄所見到 的土壤剖面。

  重點:(1)土壤顏色及分層。

     (2)表層植被覆蓋情形。

     (3)感受土壤的質地:如是否能搓成條狀?還

           是顆粒分明如沙粒?

 

土壤的分類和分布

土壤的分類因目的不同,標準並不一致,十分複雜,在此僅提出數個常見的分類標準:

一、堆積方式

  土壤風化後,未經風力、河川等搬運,稱為原積土,例如:臺灣山區常見的石質土;若經風力、河川等營力的搬運,則稱為運積土,例如:土壤物質因沖蝕、潛移、滑落或崩塌等位移而堆積的崩積土,及低地平原區的沖積土等。

二、氣候差異

  雨量的多寡會影響土壤的酸值。多雨區常形成酸性土,少雨區常生成鹼性土。此外,在不同的氣候區,主要的成土作用不同,亦會造成不同的土壤,例如:低緯的暖溼地帶因淋溶作用盛,常形成酸性的土壤,如紅壤、黃壤;高緯或冷溼地帶常形成酸性的灰壤;乾燥地帶則常形成鹼性的鈣層土

三、土壤成分

  如出現於溫帶草原地帶,富含深色有機質或出現於火山地帶的黑土;或海濱因蒸發強盛,鹽分隨水分上升累積至土壤表層的鹽土

   全球的土壤分布,若只考慮緯度、距海遠近、行星風系等影響氣候的因素,則分布情況如圖11-4所示。

 

 

土壤侵蝕與水土保持

  在最適宜土壤發育的條件下,地表每300∼1000年間只能生成2.5公分厚的土壤。土壤因自然界的風力或流水所引起的侵蝕速度很慢,然而人類的種種開發活動所引起的土壤侵蝕,其侵蝕量及速度往往不是自然界短期之內可自行復原的!故必須積極做好水土保持。除了保持原始的植被是最佳的水土保持方式外,經人類開發的地區,通常以減小坡度、切斷連續性的坡面、導流及造林等保護地面的概念,進行水土保持工程,如開闢梯田、山邊溝及在坡地植草、造林等。

 

 

第二節   生物

 

  與地球的半徑6,000餘公里相比,土壤的厚度雖然只占地表淺薄的數十公分,但卻是地表的必要物質,為地表生物生存的基礎,土壤與生物同時構成生態系統的重要部分。生態系統包括了非生物部分及生物部分,前者如土壤、岩石、氣候、太陽能等各種形式的能量,後者包括動、植物和微生物,兩者透過不斷進行物質和能量的流動而形成一個完整的系統。故生物的型態和分布與其所處的自然環境息息相關。

 

 

生物分布的環境因素

  生物的分布深受地理環境的影響,影響生物分布的重要環境因素如下:

一、氣候

  此為決定生物分布最重要的因素,陽光、氣溫、降水和風都會影響生物的型態和分布。一般而言,日照量少、低溫、雨量少和強風是一般生物較難適應的環境,如高山頂部生物種類和數量均較同緯度的平地少;而且氣候環境較嚴苛地區的生物,也會各自發展出不同的生理構造和習性。

二、土壤

  大部分的植物較適應中性的土壤,但如茶樹及大部分的沼澤植物較能適應酸性土壤。又如在河海交界的地區,土壤鹽分高,可見到有排鹽能力的植物,如紅樹林等。此外,土壤中固體、水分及氣體的比例也會直接或間接影響生物的生存。

三、地形

  隨著高度的增加,氣候和土壤的條件也會有所改變,故植物分布除了在地表呈現水平差異外,在高山地區亦呈垂直變化

四、生物

  在生態系中,植物為生產者,動物的生存均直接或間接受到植物的影響。而動物的活動亦常可改良土壤、協助授粉,促進植物的成長與繁衍;此外,微生物分解殘體,形成腐植質,對植物的生長亦十分重要。但動物的踐踏、啃食及病蟲害都對植物有所危害;今日人類開發利用的行為,更是改變生物分布的最重要因素。

 

 

天然植物的分布

  以全球而言,天然植物的分布,氣候是最重要的影響因素。高溫多雨的赤道兩側其植被成為雨林,當氣溫漸減時,則漸次轉為闊葉林、針闊葉混合林針葉林,至氣溫不足以支持林木生長時,則出現苔原。另一方面在水分充沛的地方植被為森林,當水分漸減時,則漸成為莽原草原,甚至荒漠景觀。

  若將觀察的空間範圍縮小,則局部的地形、土壤、氣候等環境的不同,都會導致植被的差異。以臺灣為例,從全球的觀點來看,臺灣位於副熱帶常綠闊葉林區;若我們再進一步觀察,則可發現島內的植被呈現出相當的多樣性(圖11-9)。

 

學生活動11-2

根據圖11-9《福爾摩沙荒野之美》:

1. 欣賞臺灣植被之美。

2. 根據氣候、地形條件,分析臺灣植物景觀呈現多樣化的原因。

 

動物的分布

  動物除了能利用本身的生理構造來適應自然環境,如高寒環境的犛牛、乾燥環境的駱駝外,由於其本身具有行動能力,尚能遷徙以適應環境,例如:冬季北半球候鳥南遷或乾季時非洲草原動物的集體遷徙等,故動物的分布遠較植物複雜。

  以臺灣為例,臺灣生物種類繁雜,探究原因,一方面因臺灣過去曾與亞洲大陸相連,並位於東亞島弧的中樞位置,不同起源的生物在此過渡、會集,並為生物南北遷徙時重要的中途棲息地;另一方面臺灣位於生物生產力旺盛的熱帶、副熱帶,因而有相當豐富的動植物分布。而海島的孤立位置,亦使臺灣的生物多特有種,如藍腹鷴、寬尾鳳蝶等。此外,地形複雜且起伏大,使臺灣的生物種類更形複雜。

 

學生活動11-3

《舞者的話》

我沒有艷麗的羽毛 我沒有一個固定的家

季節的變化 催促我南下

臺南的曾文溪口 有的是魚和蝦

不管是百頃 還是千甲

請給我一個度冬的家

在這我所喜愛──美麗的福爾摩沙

1. 觀察照片11-4中,黑面琵鷺生理 構造與曾文溪口環境的關係。

2. 討論臺灣在黑面琵鷺年中生命週 期的重要性。

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照片11-4  曾文溪口的黑面琵鷺

(照片11-4:出自施添福主編(1999),高級中學地理,第一冊,臺北:龍騰文化出版社,第121頁)

 

 

生態失衡的例子

  臺灣中低海拔的原始林為闊葉林及混合林,1960年代「森林改造」的林業政策,大量砍伐原始林,改種市場價格較高、以針葉林為主的人造林,如柳杉。原始的生態環境因此改變,連帶許多生活其間的生物都受影響。如雜食性的赤腹松鼠,在原始雜林的環境中,以不同季節成熟的堅果為食並藉以磨平牙齒,當天然雜林被改為純林,赤腹松鼠除柳杉果實成熟季節有堅果為食外,其餘季節只能剝撕柳杉樹皮來磨牙,造成樹幹受損,甚至威脅樹木生存。此外,生態環境的改變和人類的捕捉,使蛇、鷹、黃鼠狼等松鼠天敵大量減少,亦是造成赤腹松鼠為害加劇的原因。林務局為減少赤腹松鼠的危害,於1961-1985年間以每隻5元的價格收購赤腹松鼠的尾巴,共收購78萬條,其中包括數萬條飛鼠的尾巴,雖已花費四、五百萬公帑,但整個生態失衡的問題仍有待解決。

  由以上生態失衡的例子可以知道,在生態系中,每一種生物相互依存且各有其定位和重要性。對自然環境有巨大改變能力的人類,對自然應有更多、更完整的瞭解,必須更謹慎的對待大自然,並積極從事生態保育工作,不僅只為了單一生物,更是為了生態系中(包括人類本身在內)其他部分的永續生存而作。

 

學生活動11-4

自然觀察

  親近自然,瞭解大自然的語言,才能心生關心、愛護之心。製作自然觀察卡,進行定期觀察。

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