地球星球/7h. 土壤：活的泥土
地球是唯一拥有土壤的星球。真正意义上的土壤是指地球浅层地表下存在的生态生物群落，包括活的和死的生物，以及维持地球浅层陆地表层下生物群落的自然矿物和岩石资源。土壤对于依赖其养分、水分和基质的陆地生物至关重要，这些生物通过其广泛的根系和在这个狭窄的地球表面以下的水平面上的分布，为植物、真菌和细菌提供了附着点。被侵蚀的岩石和矿物，缺乏其他星球上发现的有机物，被称为风化层。风化层是覆盖行星深层基岩的未固结粉尘、碎石和各种矿物的覆盖层，存在于火星和月球上。另一方面，地球特有的土壤含有丰富的有机物质，包括活的和死的有机物质，例如腐烂的树叶、有机堆肥、细菌、无脊椎动物（如环节动物）、复杂的根系、真菌霉菌和动物的洞穴。因此，土壤是地球生物群落的一部分。
所有土壤都表现出一组层位，这些层位是由雨水或融雪进入土壤地下并携带溶解的离子更深，以及持续的有机死亡植被（树叶和其他植物凋落物）和运输的沉积物进入地表的综合作用来识别的。通过这些自然过程，土壤形成了一个特征性的层位组。这些土壤层位是由俄罗斯土壤学家瓦西里·多库恰耶夫制定的。19世纪90年代，瓦西里·多库恰耶夫受命研究俄罗斯城市下诺夫哥罗德周围的土壤。该城市位于奥卡河和伏尔加河的交汇处，位于伏尔加河水系的农业中心，如今仍然为世界提供大量的小麦。土壤及其研究对于继续预测该地区的作物至关重要，瓦西里·多库恰耶夫将土壤层位编纂成四个主要层位。
O层- O层是有机质丰富的层位，位于大气-地球界面，介于地球的气体填充部分和固体内部之间。之所以称为O层，是因为它含有大量有机物。大多数有机物是活的和死的植物，但也包括活的和死的细菌、真菌和动物物质。O层的厚度变化很大，有时在某些生物群落中，例如沙漠和苔原环境中，它不存在或很少。在其他环境中，O层可以很厚，尤其是在有机物质供应充足的情况下，例如温带落叶林生物群落，树木在冬季会落叶，温带草原，在冬季会休眠，这些都会将有机物质添加到土壤表面，随着时间的推移而被埋藏。该层富含营养，并且往往具有强烈的腐殖质化，具有保水性。
A层- A层是一个混合层，由来自上方的有机物质积累和风化过程，以及风吹尘土的输入，形成有机质和富含粘土的区域。A层受到生物扰动，这是挖掘和根系生长的过程，会导致地下生物活动的结果而混合或改变地下。这通常包括地下动物在沉积物中的挖掘、摄食和排泄，以及植物为适应根系和组织生长而对土壤的生长和移动。A层最容易通过其深棕色或灰色来识别，这是由于富含碳基分子的有机含量，这些分子呈现深棕色至黑色。
B层- B层的特征是红色，这源于氧化过程，特别是含铁矿物的氧化。当水流经土壤时，它会将溶解的离子运输到更深的层位。B层是铁矿物与富氧水发生氧化的地方，导致沉积红色氧化铁，包括赤铁矿和褐铁矿。一些氧化过程可能是由细菌介导的。B层也受到生物扰动的影响，一些植物的根系延伸到这层土壤中，虽然不如上层的A层多。独特的红色使识别B层相当容易，因为它在挖掘的洞穴中通常很突出。有趣的是，B层往往会保存随后的土壤沉积，因为古土壤（化石土壤）往往缺乏A层，但通常是交替出现的B层和C层，在红色沉积物（B层）和更低的白色沉积物（C层）之间交替出现。
C层- C层的特征是白色。土壤剖面最下面部分的这层白色带包含碳酸钙 (CaCO3) 沉积物，这是一种白色矿物。碳酸钙是一种白色粉状矿物，由 Ca+2 离子与碳酸根离子 (CO3-2) 形成，碳酸根离子是由二氧化碳（通常来自上层 A 层的有机物质分解）在水中溶解形成的。在潮湿的环境中，C 层形成不良，因为水不会干涸，从而留下白色碳酸钙沉积物，但在干旱的沙漠中，当水在地下蒸发时，会沉淀出大量的碳酸钙，形成厚厚的沉积物，称为钙质层。钙质层是一种白色矿物沉积物，充当水泥或粘合剂，将砾石、沙子、粘土和淤泥等其他材料粘合在一起，形成类似混凝土的坚硬基质。它在犹他州东部等干旱环境中很常见，那里的地表附近岩石和其他岩石可能被白色的碳酸钙外壳覆盖。C 层是土壤层位中最低的层位。
基岩 – 在 C 层下方是基岩，或母岩层。这些层通过水在土壤层位中的运输过程（化学风化），以及生物活动的作用来分解或破碎地下岩石而风化。一个地区的隆起和沉降的程度可以决定每个土壤层位的厚度。隆起和侵蚀活跃的区域将具有浅层土壤层位，而沉降和沉积活跃的区域将具有较厚的土壤层位，并且通常具有多个不同土壤层位的带，因为较旧的土壤层位被较新的土壤层位掩埋。
其他土壤层位 – 还有其他层位，以及对 O、A、B 和 C 层进行细分的几种方法，但地球上几乎所有的土壤都将包含这四个土壤层位的一些组合。
土壤可以根据五个主要因素来分类，1）气候（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动物，4）基岩中的岩石和矿物，以及被运输到该地区的沉积物。最后第五个主要影响因素是地表扰动之间的时间间隔，即土壤成熟度。
美国农业部根据五个主要因素定义了十二种主要土壤类型，每种类型都以后缀 -sol 结尾。
腐殖土 – 有机土壤，存在于排水不良的湿沼泽和沼泽地中，有时被称为泥炭土，这些土壤的特征是潮湿的深黑色土壤，在还原氧环境中，地下保存着厚厚的富含碳的分子沉积物。
黑钙土 – 富含粘土的潮湿深色土壤，会定期干涸，由于粘土材料的膨胀而留下深层裂缝和滑移面，并在泥土中形成垂直滑移痕迹。这些土壤通常出现在湖泊、池塘和经常被洪水淹没的湿盆地中心附近，例如沿洪泛区。它们富含有机质，具有大量的生物扰动。
红壤 – 这种土壤存在于湿热热带和亚热带地区，由于强降雨，钙、镁和钾离子被大量淋溶，但存在于排水良好的地形中。它们因雨水流经这些土壤的短暂性质而受到严重风化。它们高度风化，形成厚厚的 B 层，土壤呈深红色。
氧化土 – 是一种在热带雨林中发现的高度风化的红色土壤。它们富含红色氧化铁和风化的白色粘土，如高岭石。与红壤一样，由于热带气候的频繁降雨和温暖的气温，它们也被大量淋溶了其他许多离子。它们往往是贫有机质土壤，O 层和 A 层很薄。这种土壤中发现的红色粘土被称为红土，在印度等受季风降雨影响的地区，它被开采作为铝的来源。
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腐殖土 -
黑钙土 -
红壤 -
氧化土
荒漠土 – 是一种在沙漠地区发现的干燥土壤，降雨量有限。它们几乎没有有机质，形成薄弱的 O 层和 A 层。它们的特点是广泛的 C 层，有厚厚的碳酸钙沉积物，包括一些地区的白色钙质沉积物。红色 B 层的厚度与该地区的当地气候历史有关，可能相当厚。寒冷气候的土壤
冰沼土 – 是一种在永久冻土中形成的永久冻土土壤，存在于地球两极附近的冻土地区，冰在这些土壤的形成中起着重要作用。沉积物的移动是由于冻融循环的风化作用，以及有限的有机质和降雨量造成的。
灰化土 – 存在于北半球的寒带森林中。它们是相当酸性的土壤，含有铁和铝淋溶层，在 A 层下方或内部形成白色带。这种独特的层位被称为 E 层（Eluvium），这是由于该区域内矿物质的淋溶造成的，留下了一层白色粘土。这是由于降雨和降雪的降水量超过蒸发量造成的，在土壤剖面的上部留下了白色带。这些土壤通常仅限于寒冷气候下的针叶林和落叶林。
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荒漠土 -
冰沼土 -
灰化土
始成土 – 是一种年轻的未成熟土壤，在地表下土壤剖面层位形成很少，淋溶或风化程度很低。它们往往含有相当多的岩石碎片，形成于陡峭的地形，靠近未被掩盖的母岩，或在经常发生地面干扰的地区。
新成土 – 是一种沙质土壤，缺乏明显的土壤层位，通常形成于风积沉积物，有机质投入量很少。它们往往不具有灌木地的特征，并且难以分类，因为它们的剖面很均匀。它们存在于海滩沉积物、湖岸沉积物或沙丘中，沉积物的输入量超过了有机质的输入量，从而形成了更均匀的颜色。它们是地球上最常见的土壤类型之一。
黑土 – 是一种在火山灰上形成的土壤。这些土壤肥沃，因为它们还没有淋溶掉许多养分，并且随着时间的推移往往会产生大量的植物生长。根据火山活动的历史，这些土壤会形成有机质丰富的深色层和红色层的条带，在土壤剖面中经常有火山灰带。
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始成土 -
新成土 -
黑土
黑钙土 – 是一种在草原和一些阔叶林中发现的深黑色、富含有机质的土壤，由于其在农业中的重要性而备受追捧。这些土壤具有厚厚的 A 层（表土），富含有机质和其他养分。黑钙土形成于草原上，在那里，草的每年死亡和再生都会积累有机质，为厚厚的 A 层增加新的有机物质。这些重要的土壤仅占世界土壤的 7%。
灰化土 – 是一种通常在湿润的半湿润地区，在落叶阔叶林下形成的土壤。它们表现出明显的粘土矿物积累，铝和铁的淋溶量很少，留下相当肥沃的土壤，存在于许多温带森林和农业用地中。它们不像黑钙土那样富含有机质。
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黑钙土 -
灰化土
政府经常进行土壤调查，以更好地了解土地对不同类型作物的可用性。土壤类型通常是决定什么可以在土壤中生长的重要因素。在美国，地质学家作为土壤保护局的一部分对土地进行调查，目前称为自然资源保护局，以绘制出某个感兴趣区域的各种土壤类型。土壤会随着土地利用、气候条件和土地干扰程度而发生变化。土壤随着时间的推移会增加其有机质含量，但这些有机质中的大部分（O 层和 A 层）会因持续耕作、土壤侵蚀和气候变化而流失。肥料的增加使用是这些土壤养分流失的结果，肥料会向土壤中添加氮、磷和钾（钾肥）。这些是植物生长所必需的，它们通常通过黑暗的有机质丰富的土壤中腐烂的有机物获得。当这些物质缺失或被侵蚀时，就会向土壤中添加人造氮、磷和钾（钾肥），以提高作物产量。这导致土壤中存在高水平的氮、磷和钾化学物质，而每次作物收获后进入土壤的有机质含量很低。随着时间的推移，土壤变得贫瘠，因为很少有有机质输入土壤，土壤在每次耕作时都会被翻转。绘制土壤图已成为跟踪土壤剖面随时间变化的主要方法，并用于评估景观对农业实践的健康状况。
帕尔默干旱指数是由韦恩·帕尔默在 1960 年代开发的，用于利用天气数据来评估不断变化的土壤湿度水平，以预测特定月份或周内某个地区的土壤湿度量。土壤湿度对作物的整体健康和工业农业至关重要。这些指数能够识别出异常干旱的地区，并评估干旱的严重程度。帕尔默指数土壤湿度图考虑了干旱条件的持续时间以及土壤中保留的植物可利用水分量。作为短期评估，它们可用于确定干旱何时何地发生，以及与前几年相比干旱的严重程度。
地球表面的大多数可耕地都受到从种植到收获，从耕作到播种的作物轮作的影响。每年，农田以这种方式利用，都会存在土壤侵蚀的风险，这是暴露的泥土和土壤因暴露于雨水和风而运输的结果。这种土壤侵蚀对农业产业特别危险，因为它会清除土壤中为植物和农作物提供养分的光的有机质。轮作或休耕以及作物轮作有助于保持土壤，并再生新的有机质，但通常这会因为在生长季中让一块田地不产作物而导致经济成本。种植或不种植之间的这种权衡可能会导致更多的贫瘠耕地，或更长期的作物回报。鉴于每年种植和收获的经济激励措施，了解土地及其土壤的整体健康状况尤其具有挑战性。随着干旱和其他天气变化的风险，即使在最好的情况下，这些农业也可能是一项冒险的行业。保护土壤侵蚀对于维护长期可用的作物产量和防止粮食价格上涨至关重要。土壤是一种可再生资源，但土壤需要时间才能达到生产高产所需的最佳有机质水平，这通常可以通过使用肥料来规避。由于缺乏有机质，土壤更容易发生干旱，因为蒸发量增加，以及风和水造成的侵蚀。
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