地球星球/7h. 土壤：活的泥土
地球是唯一擁有土壤的星球。真正意義上的土壤是指地球淺層地表下存在的生態生物群落，包括活的和死的生物，以及維持地球淺層陸地表層下生物群落的自然礦物和岩石資源。土壤對於依賴其養分、水分和基質的陸地生物至關重要，這些生物透過其廣泛的根系和在這個狹窄的地球表面以下的水平面上的分佈，為植物、真菌和細菌提供了附著點。被侵蝕的岩石和礦物，缺乏其他星球上發現的有機物，被稱為風化層。風化層是覆蓋行星深層基岩的未固結粉塵、碎石和各種礦物的覆蓋層，存在於火星和月球上。另一方面，地球特有的土壤含有豐富的有機物質，包括活的和死的有機物質，例如腐爛的樹葉、有機堆肥、細菌、無脊椎動物（如環節動物）、複雜的根系、真菌黴菌和動物的洞穴。因此，土壤是地球生物群落的一部分。
所有土壤都表現出一組層位，這些層位是由雨水或融雪進入土壤地下並攜帶溶解的離子更深，以及持續的有機死亡植被（樹葉和其他植物凋落物）和運輸的沉積物進入地表的綜合作用來識別的。透過這些自然過程，土壤形成了一個特徵性的層位組。這些土壤層位是由俄羅斯土壤學家瓦西里·多庫恰耶夫制定的。19世紀90年代，瓦西里·多庫恰耶夫受命研究俄羅斯城市下諾夫哥羅德周圍的土壤。該城市位於奧卡河和伏爾加河的交匯處，位於伏爾加河水系的農業中心，如今仍然為世界提供大量的小麥。土壤及其研究對於繼續預測該地區的作物至關重要，瓦西里·多庫恰耶夫將土壤層位編纂成四個主要層位。
O層- O層是有機質豐富的層位，位於大氣-地球介面，介於地球的氣體填充部分和固體內部之間。之所以稱為O層，是因為它含有大量有機物。大多數有機物是活的和死的植物，但也包括活的和死的細菌、真菌和動物物質。O層的厚度變化很大，有時在某些生物群落中，例如沙漠和苔原環境中，它不存在或很少。在其他環境中，O層可以很厚，尤其是在有機物質供應充足的情況下，例如溫帶落葉林生物群落，樹木在冬季會落葉，溫帶草原，在冬季會休眠，這些都會將有機物質新增到土壤表面，隨著時間的推移而被埋藏。該層富含營養，並且往往具有強烈的腐殖質化，具有保水性。
A層- A層是一個混合層，由來自上方的有機物質積累和風化過程，以及風吹塵土的輸入，形成有機質和富含粘土的區域。A層受到生物擾動，這是挖掘和根系生長的過程，會導致地下生物活動的結果而混合或改變地下。這通常包括地下動物在沉積物中的挖掘、攝食和排洩，以及植物為適應根系和組織生長而對土壤的生長和移動。A層最容易透過其深棕色或灰色來識別，這是由於富含碳基分子的有機含量，這些分子呈現深棕色至黑色。
B層- B層的特徵是紅色，這源於氧化過程，特別是含鐵礦物的氧化。當水流經土壤時，它會將溶解的離子運輸到更深的層位。B層是鐵礦物與富氧水發生氧化的地方，導致沉積紅色氧化鐵，包括赤鐵礦和褐鐵礦。一些氧化過程可能是由細菌介導的。B層也受到生物擾動的影響，一些植物的根系延伸到這層土壤中，雖然不如上層的A層多。獨特的紅色使識別B層相當容易，因為它在挖掘的洞穴中通常很突出。有趣的是，B層往往會儲存隨後的土壤沉積，因為古土壤（化石土壤）往往缺乏A層，但通常是交替出現的B層和C層，在紅色沉積物（B層）和更低的白色沉積物（C層）之間交替出現。
C層- C層的特徵是白色。土壤剖面最下面部分的這層白色帶包含碳酸鈣 (CaCO3) 沉積物，這是一種白色礦物。碳酸鈣是一種白色粉狀礦物，由 Ca+2 離子與碳酸根離子 (CO3-2) 形成，碳酸根離子是由二氧化碳（通常來自上層 A 層的有機物質分解）在水中溶解形成的。在潮溼的環境中，C 層形成不良，因為水不會乾涸，從而留下白色碳酸鈣沉積物，但在乾旱的沙漠中，當水在地下蒸發時，會沉澱出大量的碳酸鈣，形成厚厚的沉積物，稱為鈣質層。鈣質層是一種白色礦物沉積物，充當水泥或粘合劑，將礫石、沙子、粘土和淤泥等其他材料粘合在一起，形成類似混凝土的堅硬基質。它在猶他州東部等乾旱環境中很常見，那裡的地表附近岩石和其他岩石可能被白色的碳酸鈣外殼覆蓋。C 層是土壤層位中最低的層位。
基岩 – 在 C 層下方是基岩，或母岩層。這些層透過水在土壤層位中的運輸過程（化學風化），以及生物活動的作用來分解或破碎地下岩石而風化。一個地區的隆起和沉降的程度可以決定每個土壤層位的厚度。隆起和侵蝕活躍的區域將具有淺層土壤層位，而沉降和沉積活躍的區域將具有較厚的土壤層位，並且通常具有多個不同土壤層位的帶，因為較舊的土壤層位被較新的土壤層位掩埋。
其他土壤層位 – 還有其他層位，以及對 O、A、B 和 C 層進行細分的幾種方法，但地球上幾乎所有的土壤都將包含這四個土壤層位的一些組合。
土壤可以根據五個主要因素來分類，1）氣候（例如降雨量），2）地形或地貌（包括水文），3）生物群落，生活在土壤中和土壤上的植物和動物，4）基岩中的岩石和礦物，以及被運輸到該地區的沉積物。最後第五個主要影響因素是地表擾動之間的時間間隔，即土壤成熟度。
美國農業部根據五個主要因素定義了十二種主要土壤型別，每種型別都以後綴 -sol 結尾。
腐殖土 – 有機土壤，存在於排水不良的溼沼澤和沼澤地中，有時被稱為泥炭土，這些土壤的特徵是潮溼的深黑色土壤，在還原氧環境中，地下儲存著厚厚的富含碳的分子沉積物。
黑鈣土 – 富含粘土的潮溼深色土壤，會定期乾涸，由於粘土材料的膨脹而留下深層裂縫和滑移面，並在泥土中形成垂直滑移痕跡。這些土壤通常出現在湖泊、池塘和經常被洪水淹沒的溼盆地中心附近，例如沿洪泛區。它們富含有機質，具有大量的生物擾動。
紅壤 – 這種土壤存在於溼熱熱帶和亞熱帶地區，由於強降雨，鈣、鎂和鉀離子被大量淋溶，但存在於排水良好的地形中。它們因雨水流經這些土壤的短暫性質而受到嚴重風化。它們高度風化，形成厚厚的 B 層，土壤呈深紅色。
氧化土 – 是一種在熱帶雨林中發現的高度風化的紅色土壤。它們富含紅色氧化鐵和風化的白色粘土，如高嶺石。與紅壤一樣，由於熱帶氣候的頻繁降雨和溫暖的氣溫，它們也被大量淋溶了其他許多離子。它們往往是貧有機質土壤，O 層和 A 層很薄。這種土壤中發現的紅色粘土被稱為紅土，在印度等受季風降雨影響的地區，它被開採作為鋁的來源。
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腐殖土 -
黑鈣土 -
紅壤 -
氧化土
荒漠土 – 是一種在沙漠地區發現的乾燥土壤，降雨量有限。它們幾乎沒有有機質，形成薄弱的 O 層和 A 層。它們的特點是廣泛的 C 層，有厚厚的碳酸鈣沉積物，包括一些地區的白色鈣質沉積物。紅色 B 層的厚度與該地區的當地氣候歷史有關，可能相當厚。寒冷氣候的土壤
冰沼土 – 是一種在永久凍土中形成的永久凍土土壤，存在於地球兩極附近的凍土地區，冰在這些土壤的形成中起著重要作用。沉積物的移動是由於凍融迴圈的風化作用，以及有限的有機質和降雨量造成的。
灰化土 – 存在於北半球的寒帶森林中。它們是相當酸性的土壤，含有鐵和鋁淋溶層，在 A 層下方或內部形成白色帶。這種獨特的層位被稱為 E 層（Eluvium），這是由於該區域內礦物質的淋溶造成的，留下了一層白色粘土。這是由於降雨和降雪的降水量超過蒸發量造成的，在土壤剖面的上部留下了白色帶。這些土壤通常僅限於寒冷氣候下的針葉林和落葉林。
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荒漠土 -
冰沼土 -
灰化土
始成土 – 是一種年輕的未成熟土壤，在地表下土壤剖面層位形成很少，淋溶或風化程度很低。它們往往含有相當多的岩石碎片，形成於陡峭的地形，靠近未被掩蓋的母巖，或在經常發生地面干擾的地區。
新成土 – 是一種沙質土壤，缺乏明顯的土壤層位，通常形成於風積沉積物，有機質投入量很少。它們往往不具有灌木地的特徵，並且難以分類，因為它們的剖面很均勻。它們存在於海灘沉積物、湖岸沉積物或沙丘中，沉積物的輸入量超過了有機質的輸入量，從而形成了更均勻的顏色。它們是地球上最常見的土壤型別之一。
黑土 – 是一種在火山灰上形成的土壤。這些土壤肥沃，因為它們還沒有淋溶掉許多養分，並且隨著時間的推移往往會產生大量的植物生長。根據火山活動的歷史，這些土壤會形成有機質豐富的深色層和紅色層的條帶，在土壤剖面中經常有火山灰帶。
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始成土 -
新成土 -
黑土
黑鈣土 – 是一種在草原和一些闊葉林中發現的深黑色、富含有機質的土壤，由於其在農業中的重要性而備受追捧。這些土壤具有厚厚的 A 層（表土），富含有機質和其他養分。黑鈣土形成於草原上，在那裡，草的每年死亡和再生都會積累有機質，為厚厚的 A 層增加新的有機物質。這些重要的土壤僅佔世界土壤的 7%。
灰化土 – 是一種通常在溼潤的半溼潤地區，在落葉闊葉林下形成的土壤。它們表現出明顯的粘土礦物積累，鋁和鐵的淋溶量很少，留下相當肥沃的土壤，存在於許多溫帶森林和農業用地中。它們不像黑鈣土那樣富含有機質。
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黑鈣土 -
灰化土
政府經常進行土壤調查，以更好地瞭解土地對不同型別作物的可用性。土壤型別通常是決定什麼可以在土壤中生長的重要因素。在美國，地質學家作為土壤保護局的一部分對土地進行調查，目前稱為自然資源保護局，以繪製出某個感興趣區域的各種土壤型別。土壤會隨著土地利用、氣候條件和土地干擾程度而發生變化。土壤隨著時間的推移會增加其有機質含量，但這些有機質中的大部分（O 層和 A 層）會因持續耕作、土壤侵蝕和氣候變化而流失。肥料的增加使用是這些土壤養分流失的結果，肥料會向土壤中新增氮、磷和鉀（鉀肥）。這些是植物生長所必需的，它們通常透過黑暗的有機質豐富的土壤中腐爛的有機物獲得。當這些物質缺失或被侵蝕時，就會向土壤中新增人造氮、磷和鉀（鉀肥），以提高作物產量。這導致土壤中存在高水平的氮、磷和鉀化學物質，而每次作物收穫後進入土壤的有機質含量很低。隨著時間的推移，土壤變得貧瘠，因為很少有有機質輸入土壤，土壤在每次耕作時都會被翻轉。繪製土壤圖已成為跟蹤土壤剖面隨時間變化的主要方法，並用於評估景觀對農業實踐的健康狀況。
帕爾默乾旱指數是由韋恩·帕爾默在 1960 年代開發的，用於利用天氣資料來評估不斷變化的土壤溼度水平，以預測特定月份或周內某個地區的土壤溼度量。土壤溼度對作物的整體健康和工業農業至關重要。這些指數能夠識別出異常乾旱的地區，並評估乾旱的嚴重程度。帕爾默指數土壤溼度圖考慮了乾旱條件的持續時間以及土壤中保留的植物可利用水分量。作為短期評估，它們可用於確定乾旱何時何地發生，以及與前幾年相比干旱的嚴重程度。
地球表面的大多數可耕地都受到從種植到收穫，從耕作到播種的作物輪作的影響。每年，農田以這種方式利用，都會存在土壤侵蝕的風險，這是暴露的泥土和土壤因暴露於雨水和風而運輸的結果。這種土壤侵蝕對農業產業特別危險，因為它會清除土壤中為植物和農作物提供養分的光的有機質。輪作或休耕以及作物輪作有助於保持土壤，並再生新的有機質，但通常這會因為在生長季中讓一塊田地不產作物而導致經濟成本。種植或不種植之間的這種權衡可能會導致更多的貧瘠耕地，或更長期的作物回報。鑑於每年種植和收穫的經濟激勵措施，瞭解土地及其土壤的整體健康狀況尤其具有挑戰性。隨著乾旱和其他天氣變化的風險，即使在最好的情況下，這些農業也可能是一項冒險的行業。保護土壤侵蝕對於維護長期可用的作物產量和防止糧食價格上漲至關重要。土壤是一種可再生資源，但土壤需要時間才能達到生產高產所需的最佳有機質水平，這通常可以透過使用肥料來規避。由於缺乏有機質，土壤更容易發生乾旱，因為蒸發量增加，以及風和水造成的侵蝕。
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