土壤的本质特征是具有肥力和自净能力。因而，从土壤发生学角度来看土壤形成过程实质是

生物累计过程和地球化学过程的对立和统一。母质与生物之间的物质交换，规定和影响着土壤中有机质累积过程的强度和性质；母质与气候(水分、热量)之间的物质交换，决定了土壤地球化学过程的进程。它们在成土过程中是对立与统一的，这就构成了推动土壤发生和发展的基本矛盾。土壤形成有两个重要标志：其一是含腐殖质的结构层次的出现；其二是土体中的有机_无机复合体的形成。正是由于这两个特征的出现，才决定了土壤具有活力的机能——肥力和自净能力。由此可见，在整个土壤形成过程之中，母质与生物之间的物质交换所引起的土壤有机质累积乃是上述基本矛盾的主导方面。

母质与气候之间物质与能量交换的结果，首先，使坚硬的块状母岩逐渐地被转变成为初具营养条件、疏松多孔的母质，与此同时，母质中的矿质黏粒已具有胶体性质，它对分散于母质中的无机营养元素已具有一定的吸收保蓄作用，但这种吸收保蓄作用是非选择性的和暂时性的。被吸收的营养元素可能在被淋失，而且，无机黏粒的吸收作用，并不能将分散的营养元素集中到土壤表层，使养分丰富起来。只有通过植物，特别是高等植物对这些营养元素的选择性吸收，合成有机质，并累积于土壤表层，才能使养分在土壤表层不断地富集起来。
土壤微生物在分解有机残体的同时合成腐殖质，并与无机黏粒相结合形成有机—无机复合体具有类似生物胶体的功能，即它能随着温度变化进行有规律地吸收和释放养分，以保证植物生物生长发育对养分的需要；它还具有交接的作用，使土壤形成团粒结构，从而改善了生长土壤中的水、肥、气、热状况。

由此可见，物质的生物迁移、转化，亦即有机质的形成累积与转化过程，便是土壤及其肥力得以发生发展的主导过程。当然，土壤有机质的形成、累积与转化过程，是依赖并建立在母质和土壤元素的地球化学过程基础上的，但两者的总方向由是相反的。自从地球上出现生物以后，土壤的有机质累积和地球化学两个过程就同时并存，相互联系，并以不同的强度相互作用并协同演化着。他们的对立统一，很大程度上决定土体内部的物质能量迁移，规定着土壤组成和性状，特别是它的肥力状况。

土壤形成过程

土壤的本质是肥力，因此，土壤的形成过程主要是土壤肥力发生与发展的过程。结合上节对成上因素的分析，本节从动态的角度来考察土壤形成的一般规律和具体成土过程。

（1）土壤形成的一般规律

从地球系统物质循环的观点来看，土壤肥力的发生与发展是自然界物质的地质大循环与生物小循环相互作用的结果。地质大循环是指矿物质养分在陆地和海洋之间循环变化的过程。陆地上的岩石经风化作用产生的风化产物，通过各种外力作用的淋溶、剥蚀、搬运，最终沉积在低洼的湖泊和海洋中，并经过固结成岩作用形成各种沉积岩；经过漫长的地质年代，这些湖泊、海洋底层的沉积岩随着地壳运动重新隆起成为陆地岩石，再次经受风化作用。这种物质循环的周期大约在106～108年。其中以岩石的风化过程和风化产物的淋溶过程与土壤形成的关系最为密切。风化过程在土壤形成中的作用主要表现为原生矿物的分解和次生粘土矿物的合成。前者使矿物分解为较简单的组分，并产生可溶性物质，释放出养分元素，为绿色植物的出现准备了条件；后者使风化壳中增加了活跃的新组分，从而具有一定的养分和水分的吸收保蓄能力，为土壤的形成奠定了无机物质的基础。可见，风化过程对土壤来说，是一种物质输入过程。淋溶过程使有效养分向土壤下层和土体以外移动，而不是集中在表层，具有促进土壤物质更新和土壤剖面发育的作用。对于土壤来说，它是一种物质转移和输出过程。

生物小循环又称为养分循环，指营养元素在生物体和土壤之间循环变化的过程。植物从母质和土壤中选择吸收所需的可溶性养分，通过光合作用合成有机体；植物被动物食用后变成动物有机体；植物、动物有机体死亡后归还土壤，经微生物分解与合成转化为植物可以吸收的可溶性养分和腐殖质，腐殖质经过缓慢的矿质化，也为植物提供养分。这种物质循环的周期较短，一般为1～102年。其中有机质的累积、分解和腐殖质的合成促进了植物营养元素在土壤表层的集中和积累，成为土壤肥力形成与发展的关键。

从地http://www.rixia.cc球发展史来看，生物的出现较晚，因此，生物小循环是在地质大循环基础上发展起来的，是叠加在地质大循环上的较小时间尺度的次级物质循环。从对于土壤形成的作用上看，地质大循环的总趋势是陆地物质的流失，造成土壤系统养分的淋溶分散，而生物小循环的总趋势是使流失中的物质保存和集中在地表，并不断在土壤与生物之间循环利用。一般来说，如果风化作用和有机质的累积、分解与腐殖质合成作用较强，而淋溶作用较弱，土壤中养分保存多，肥力水平将逐渐提高；如果风化作用和有机质的累积、分解与腐殖质合成作用较弱，而淋溶作用较强，土壤中养分保存少，肥力水平将逐渐降低；当两种作用势均力敌时，土壤肥力的发展处于动态平衡状态。此外，人类的各种生产活动如砍伐森林、耕垦草原、围湖围海造田、开采矿产、城市建设等都会对地质大循环和生物小循环产生干扰，从而影响一个地方土壤肥力的发展方向与平衡。

（2）土壤形成的主要过程

土壤形成的一般规律适用于各种土壤，然而，由于地球表面成土条件的多种多样，不同土壤类型的形成又有其特殊的成土过程，现结合我国的具体情况，选择几种主要的成土过程予以介绍。

原始土壤形成过程 是从裸露岩石表面及其风化物上低等植物着生到高等植物定居之前形成土壤的过程。包括着生蓝藻、绿藻、甲藻、硅藻等岩生微生物的“岩漆”阶段，地衣阶段和苔藓阶段。在这三个阶段的发展中，细土和有机质不断增多，为高等植物的生长准备了肥沃的基质。这一成土过程主要发生在高山区。

盐渍化形成过程 由地表季节性的积盐和脱盐两个方向相反的过程构成，主要发生在干旱、半干旱地区和滨海地区，可分为盐化和碱化两种过程。盐化过程指地表水、地下水和母质中的易溶性盐分，在强烈的蒸发作用下，通过土体中毛管水的垂直和水平移动，逐渐向地表积聚的过程；碱化过程是交换性钠不断进入土壤胶体的过程，其前提是土壤溶液中钠离子的浓度较高，它使土壤呈强碱性反应，并形成碱化层。

钙积过程 是干旱、半干旱地区土壤碳酸盐发生移动和积累的过程。在季节性淋溶条件下，降水将易溶性盐类从土体中淋失，而钙、镁只部分淋失，部分仍残留在土壤中。因此，土壤胶体表面和土壤溶液中被钙或镁所饱和，在雨季向下移动的钙淀积在剖面的中部或下部，形成钙积层。

粘化过程 是土壤剖面中粘粒形成和积累的过程，主要发生在温暖、湿润的暖温带和北亚热带气候条件下。由于那里化学风化作用盛行，使原生矿物强烈分解，次生粘土矿物大量形成，表层的粘土矿物向下淋溶和淀积，形成淀积粘化土层。

白浆化过程 是在季节性还原淋溶条件下，粘粒与铁、锰淋溶淀积的过程，主要发生在冷湿的气候条件下。在地下水季节性浸润的土壤表层，铁、锰与粘粒随水流失或向下移动，在腐殖质层（或耕层）下形成粉砂量高，而铁、锰贫乏的白色淋溶层；在剖面中、下部则形成铁、锰和粘粒富集的淀积层。

富铝化过程 是土体中脱硅、富铝铁的过程。在热带、亚热带高温多雨的气候条件下，风化产物和土体中的硅酸盐类矿物被强烈水解，释放出盐基物质，产生弱碱性条件，可溶性盐类、碱金属（周期表第Ⅰ族的主族元素，如钠、钾，它们的氢氧化物易溶于水，呈强碱性）和碱土金属（周期表第Ⅱ族的主族元素，如镁、钙，它们的氧化物都呈碱性）盐基及硅酸大量流失，而铁、铝等元素却在碱性溶液中沉淀，形成土体中铁、铝氧化物的富集，使土体呈红色。

有机质积累过程 是在木本或草本植被覆盖下，土体上部进行的有机质积累过程。它是自然土壤形成中最为普遍的一个成土过程。根据地表植被类型的不同，包括漠土有机质积累过程、草原土有机质积累过程、草甸土有机质积累过程、林下有机质积累过程、高寒草甸有机质积累过程和湿生植被的泥炭积累过程等。

潜育化过程 是土体中发生的还原过程。在长期渍水的条件下，空气缺乏。有机质在嫌气分解过程中产生还原物质，高价铁、锰转化为亚铁和亚锰，形成一个蓝灰色或青灰色的还原层次，称为潜育层。

灰化过程 是土体表层SiO2残留，Al2O3和Fe2O3淋溶、淀积的过程。在寒带或寒温带针叶林植被下，由于凋落物富含单宁和树脂类物质，在真菌作用下生成有机酸，它使原生矿物和次生矿物强烈分解。伴随着有机酸溶液的下渗，土体上部的碱金属和碱土金属淋失，难溶的Al2O3和Fe2O3也从表层下移，淀积于下部，只有极耐酸的SiO2残留在土体上部，形成一个强酸性的灰白色淋溶层，称为灰化层。

土壤熟化过程 是在耕作条件下，通过耕耘、培肥和改良，促进水、肥、气、热诸因素不断谐调，使土壤向有利于作物高产方面转化的过程。通常把种日夏养花网植旱作条件下的定向培肥土壤过程称为旱耕熟化过程；把淹水耕作，在氧化还原交替条件下的定向培肥土壤过程称为水耕熟化过程。

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生物多样性减少与生态系统土壤保持功能间存在相关关系。
植物多样性-土壤保持功能相关群落结构因子及树冠截留效应-生态系统土壤保持功能”的耦合关系表明了植物多样性通过植物群落结构削弱了降雨动能,减少了地表径流,减轻了土壤及营养元素的流失,以间接方式调控生态系统土壤保持功能,维持系统营养的持续性,在不同尺度上实现生态系统生产力。物种多样性的提高,促进了生态系统土壤保持功能的稳定性。植物多样性-生态系统土壤保持过程的研究可能是生态系统稳定性研究的好方法。用植物叶吸附水测定可评价群落树冠截留效应。由于植物多样性与生态系统土壤保持功能间存在相关关系,基于植物多样性对生态系统土壤保持功能作用模式,可增进对生命系统和地球系统界面间相互作用关系的了解。

一、生命是环境的产物

地球形成早期，表面笼罩着原始的还原性大气，没有氧气、臭氧层，紫外线强烈地照射着地面，地球上没有任何生命，只有浅海、岩石和笼罩其上的薄层气体。

生命的起源经历了漫长的化学演化过程。一般认为生命的化学演化经历了4个阶段：从无机小分子到有机小分子、从有机小分子到大分子、从大分子到多分子体系、从多分子体系到原始生命。有关生命化学演化的认识主要源于间接证据和理论推断。这里仅列举两个相关证据。

1）1953年，芝加哥大学学者米勒（Stanley Miller）在实验条件下模拟40亿年前地球表面的原始大气，并在其中通过火花放电成功地用无机物（如氨、甲烷、氢等）合成了多种类型的小分子有机物，其中含有11种氨基酸。米勒实验证明了生命进化的化学过程（从无机小分子到有机小分子阶段）可能在四十几亿年前就已经存在了。现在，天然蛋白质中所含有的20余种氨基酸，都可以在类似的实验条件下合成。

2）中国科学院化学所的赵玉芬院士研究发现了N－磷酰氨基酸的自催化作用（N－磷酰氨基酸可以自组装生成多肽，并将核苷磷酰化合成核苷酸，因此，N－磷酰氨基酸在一个反应过程中就可以同时生成肽库、核酸库，或肽－核酸复合库）。赵玉芬据此提出了核酸—蛋白质共同起源假说。同时她认为：磷酰氨基酸既可同时生成核酸和蛋白质，又可生成LB－膜及脂质体，因此，它是生命进化的最小系统。[2]

经历了漫长的化学演化过程，大约在距今35~38亿年间地球上出现了原始的生命——单细胞原核生物蓝绿藻（Cyanophyta）。地球上原始生命的出现标志着生命演化进入了一个新阶段——生物演化阶段。原始的生命在遗传、变异和自然选择的长期作用下，经历了由低级到高级、由简单到复杂的演化过程，形成了现存的多样性的生物类群。据估计，目前地球上至少有1000万种生物。

二、生命在进化与发展过程中对环境产生重大影响

生命的出现是地球历史上的重大事件。生命的演化对地球环境产生了巨大的影响。下面以大气层的变化、土壤的形成、绿色植物登陆等为例具体说明。

2.1 生物在进化对大气的影响

地球形成于大约距今46亿年前。那时地球上的温度很低，外面围绕着以氢和氦为主的大量气体，这是地球上的第一代大气。后来，地球在继续旋转和聚集的过程中，由于本身的凝聚收缩和放射性物质的蜕变生热，使原始地球不断升温，内部达到炽热的程度。由于重力的关系，密度大的物质沉向地球的内部，形成地核和地幔；较轻的物质则分布在地球的表面，形成地壳。最初形成的地壳比较薄，而地球内部的温度又很高，因此，火山频繁活动，从火山喷出许多气体形成第二代大气，又叫原始大气。原始大气的成分大致包括甲烷、氨、水蒸气、氢等，没有氧属于还原性大气。正是这种还原性大气，在一定条件下形成了各种无机物和有机物，为地球上原始生命的起源创造了条件。

原始地球表面的还原性大气（没有氧气，也没有臭氧层，紫外线直接照射地球表面）、强烈的紫外线照射（紫外线具有表面消毒的作用，在微生物技术中通常作为表面消毒杀菌的手段）和较大的昼夜温差都不利于生物的生存。所以，原始地球表面不具备生命普遍存在的自然条件。但是由于水所具有的特殊性质，它可以有效地反射、吸收紫外辐射。在水体的一定深度，紫外辐射可以衰减到对生物没有损害的水平。而水较大的比热容和特殊的温度—密度效应，为生物的生存提供了条件。所以，原始生命起源于海洋一点也不意外。而且原始生命在产生以后相当长的一段时间里，海洋依然是其最主要或者唯一的生活环境。

原始的生命在海洋中繁殖、蔓延，消耗CO2，释放O2。加上大气层中的水分也在不断的光解产生游离氧，大气中游离氧逐步增加，还原性的大气逐渐转变成氧化性大气；并逐渐形成了臭氧层，减轻了地球表面紫外线辐射的强度；随着大气层的逐渐加厚，地球表面的昼夜温差也逐步缩小等等。由于原始生命的起源和演化，对地球环境产生了有利于生物在地球上普遍存在的影响。当然，原始生命的生命活动对地球环境产生的影响主要停留在定性改变的水平。

如前所述，臭氧层犹如地球生物的保护伞，它的形成减轻了地球表面的紫外辐射，为地球生物的生存创造了必要的条件。而恰恰是这个为地球生物早期发展和长期生存创造必要条件的保护伞，由于人类的活动正在面临灭顶之灾。从这个意义上讲，地球环境正在发生不利于生物生存的逆向演化。

2.2生物因素是土壤形成的关键因素

土壤是地球表面具有一定肥力且能生长植物的疏松层。土壤的形成经历了漫长的过程，是岩石圈表面经过漫长的物理风化，化学风化和生物作用的产物。物理风化的本质是借助物理作用将地表整块岩石分解成大量小碎块的过程。化学风化则改变了岩石的化学组成，其中地表（地下）水和大气中O2、CO2的作用最为重要，化学作用使成土矿物分解，形成以粘土矿物为主的松散物质，即通常所说的风化壳。生物在土壤形成过程中的作用最为关键。生物作用是通过生物的新陈代谢和生物死亡后的生物降解作用实现的。生物腐烂形成腐殖质，改善了土壤的结构、增加了土壤中的N、P、K和碳水化合物等营养成分，使风化壳最终形成土壤。土壤的形成为陆生生物的生活提供了基质，为陆生生物的登陆创造了条件。

土壤资源属于可更新资源，就全球而言，土壤的自然形成过程一直在继续，只是其速度非常缓慢。据估计，在现实条件下，每形成1cm的土壤大约需要100~400年的时间。也就是，形成30cm的耕作层大约需要3000~12000年。迄今为止，人类所需食品的大部分和95％以上的蛋白质都直接、间接地来源于土壤。土壤是人（或动物）与自然联系的纽带，“大地母亲”的称谓在多种文化中都有体现。这也是土壤之于人类关系的重要见证。

正是这种对于人类生存至关重要的土壤资源，也正在由于人类不合理的利用和破坏，正在失去生命的活力。这意味着人类赖以与自然联系的纽带正在断裂，大地母亲正在走向衰弱。

工业化、城市无节制的扩张以及交通的现代化正在大规模地吞噬着土地的精华——耕地。不合理的耕作制度和大规模的植被破坏，导致土壤侵蚀的速度远远高于土壤再生的速度（即使是在水土保持工作较先进的美国，耕地土壤遭受侵蚀的速度每年平均约为13t/ha，比土壤自然形成的速度还要快上10倍。而世界其他地区每年土壤侵蚀平均速度是美国10vVMBmwKKXX倍多，约为土壤自然生成速度的100多倍。[3]），导致土壤肥力下降，地表水、地下水和海水富营养化，水生生态系统健康受到严重威胁。以我国为例，黄河流域最高侵蚀规模达到350t/ha，整个黄河流域水土流失总量为16108t/年；长江流域土壤侵蚀规模为150-450t/ha，整个长江流域水土流失总量为22-25108t /年。全国每年有100多亿吨的沃土付诸东流，相当于1000万亩耕地30厘米厚的耕作层，其流失的氮、磷、钾等养分大于全国化肥施用量，而有机质的损失永远也难以弥补。[4] 土壤流失大于土壤自然生成的速度，不能得到有效的补充，造成的直接后果是土壤贫瘠化，土地生产力下降，甚至沙漠化或石漠化（完全失去土壤）。沃尔特•洛德米尔克在描述叙利亚北部古文明遗址时这样写到：此处的土壤侵蚀最为严重……如果土壤留下了，即使城市被毁掉也能重建，人民流散了也会重聚，由于土壤走了，一切便都不在。[5] 要使土壤流失的速度小于土壤生成速度，实现土壤存量的增长，就必须大量恢复天然植被、改变现行的农作方式（从化石农业到有机农业或生态农业、从深耕细作到少耕，甚至免耕；从连续种植，到轮休轮作等），实现向环境友好型农业生产方式的转型。

2.3 绿色植物登陆对地球环境的影响

绿色植物登陆是地球生态系统进化史上的重大历史事件。迄今为止，发现的地球上最早的陆生植物化石，出现在距今4亿年前的晚志留纪至早泥盆纪的陆相沉积物中。这表明，绿色植物的登陆发生在距今4亿年前。绿色植物的登陆，改变了以往大陆一片荒漠的景观，使大陆逐渐披上绿装而表现出勃勃生机。不仅如此，陆生植物的登陆、进化与发展，完善了全球生态体系。与单细胞的海生藻类相比，陆生植物不仅具有更加强大的生产能力，而且其光合作用过程中大量吸收大气中的CO2，排放游离O2，从而大幅度改变了大气圈成分的比例。如果说原始生命改变了大气的性质（从还原性大气到氧化性大气），毫无疑问绿色植物的登陆为提高大气中游离O2的含量做出了重大贡献，最终形成了现存的大气。因此，4亿年前的植物登陆成功是地球发展史上的一个重大事件，甚至可以说，如果没有绿色植物登陆的成功，就不会有今天的地球生态系统。

土壤生物与土壤团粒结构形成 ，土壤的有机质,土壤结构和土壤肥力密切相关