外甥女问我：“什么是土？” -优快云博客

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土是什么？外甥女这样一问，一时懵逼不知道怎么回答，“土”这个东西太常见了，觉得就和我们“看见山就说石头”一样😁，要弄明白它是什么，在哲学上就需要先对它有个清晰的定义。

一、土的定义

我们通常所说的土，应该主要是我们在田地或城市绿化带里所见到的“土”，可以简单直观地做如下定义：

a.它不是人工合成的，天然状态下长期存在的特性比较稳定的东西；

b.干燥状态下是一种大小不一的细细的沙质粉末状的东西，抓在手上观察会发现有一颗颗小颗粒粉末；

c.它可以吸收水，之后会变的黏糊糊，水多了会黏结在一起，用手抓会黏在手上；

d. 如果加入很多水，会发现部分溶于水或悬浮水中，使水变浑浊，静置一段时间后大部分会沉淀下来，水会变清澈；

e.吸水后水分可以蒸发掉，并且水分蒸发干后会呈黏结在一起的块状，将“块状物”敲碎后仍然可恢复成原有的沙质粉末状，然后可以重复c,d,e过程，不像水泥一样吸水后，无法复原；

d.可以在上面种植多种植物，但地域不同适合种植的植物不同，比如北方多种小麦，南方多种水稻。

e.有黄色，褐色和黑色等不同颜色，如东北为黑土地，而南方多为红土。

上面这些特征应该就是我们大多数人包括小朋友所理解的“土”的概念吧，在不知道“土”谓具体何物时，我们用上面几个特征基本可以简要描述，这就是“土”。但是最重要我们现在想要清楚“土”到底是什么？希望用现代化学概念理解“土”是什么物质。（P.S.如果有时间看分析过程可以接着阅读，如果时间紧张可以直接跳到第三、四节）

二、从特征推测

我们不妨先从上述特征猜测下土的组成：
1.天然状态下稳定存在且干燥状态下呈颗粒粉末状

说明它具有以下特征之一：低黏结性，抗凝聚性及稳定结构。天然沙质粉末状物质，要么自然生成，要么后期物理或化学风化形成。这些粉末状物质是否会是土壤一部分呢？下面简要分析下：

（一）天然生成的路径

a.生物沉积，如硅藻土、珊瑚粉等：这种途径形成需要特定的环境和数百万年的地质作用，不具备土壤分布的普遍性；在“土”中含有量应该很少；

b.生物代谢，如花粉、孢子、动植物残骸分解物等物质：花粉和狍子不能长期稳定存在，在土壤中分布应该很少；而动植物残骸分解物是植物死亡后的代谢产物，可能是“土”中包含的。

c.蒸发结晶：集中于盐类：大家应该听过盐碱地，这种方式可以使土中有一定的量，但不会很多，我们常见的多为可耕种“土”。

d.火山喷发：火山喷发时岩浆碎裂冷却的火山灰颗粒，灰黑色或灰白色粉末，含丰富矿物质（如硅、铁、钙）。在某些火山活跃地区，应该比较多，可能是土壤成分的一部分。

（二）风化而成的路径：物理风化和化学风化

a.物理风化:岩石经过风/水/冰蚀等路径，将大块岩石风化为颗粒状，进而风化为粉末状，主要为含石英，长石和云母类矿石，如：花岗岩，伟晶岩等矿物，因为这些物质性质稳定，不溶于水，经过长期风化，可风化为粉末状，很可能称为“土”的一部分成分。

b.化学风化：自然界中的物质经过水解或氧化分解后形成，主要包括:

（1）硅酸盐类矿物

形成机制：由长石/云母等遇水后水解，分解为高岭石，蒙脱石及伊利石等物质，以及二氧化硅残留物，这些是可能存在于“土”的成分中的。

（2）铁氧化物类

形成机制：含铁矿物的氧化水解:赤铁矿和针铁矿，可风化为粉末状，因为铁元素的分布广泛性，很可能成为“土”的一部分。

（3）铝氧化物类

铝氧化物：三水铝石，由硅酸盐矿物分解形成，在主热带雨林、高降雨量地区分布广泛，可能成为“土”的一部分。

（4）石灰岩风化残留物

碳酸钙溶解于酸性水后，之后重新结晶析出，在石灰岩富集地区土壤中应该比较含量较丰富。

2.可以吸收水，但不溶于水，并且干燥后又恢复粉末颗粒状

由于吸水前后“土”粉末的特性并无明显改变，化学反应应该不是主导作用，那么应该主要是物理反应吸水，而能物理吸收水的物质主要依靠其物理结构中的多孔性、层状间隙或化学结构中的亲水基团（如羟基、羧基等）吸水，符合这些的天然物质有：

（一）植物来源：纤维素和淀粉

纤维素：主要源于植物细胞壁，如棉花、木材、竹纤维、苔藓、树皮等，由于纤维分子含大量羟基，通过氢键与水结合；同时，纤维间的毛细作用也增强了其储水能力（如棉花的吸水率达自身重量8倍以上）。因为土壤上面生长的各种植物，这些物质的残骸应该会存留下来一部分在土壤中。

淀粉：小麦、玉米、马铃薯、木薯。淀粉分子链展开后通过羟基锁水。可以吸水，但是淀粉非常容易被微生物分解，在天然状态下通常无法长期存在。

（二）动物来源

蛋白质类：羊毛、蚕丝等，主要通过蛋白质链上的氨基、羧基等极性基团与水分子形成氢键，但在“土”中应该仅仅含有少量动物残骸，占有量很少。

（三）无机矿物

a.硅藻土，天然沸石

硅藻土：其多孔结构通过毛细作用吸附水；上节讲到其形成需要特定的环境，在土中应该含量较少。

天然沸石：晶体内部均匀微孔，吸附水分子。需要火山形成环境，在土中应该含量不高，在火山附近可能会有一定含量，不具有普遍性。

b.硅酸盐矿物经过化学风化作用形成的次生矿物，如高岭石、蒙脱石、绿泥石、伊利石等矿物

这些矿石具有层状结构和表面电荷，可吸引水分子，均表现出吸水性。在土壤中可能会存在。

3. 吸水后黏糊糊的，并且干燥后又恢复粉末颗粒状

干燥时粉末，吸水后变的黏糊糊，干燥又恢复，原因是由于亲水性基团通过氢键结合水分子，同时颗粒溶胀后形成连续的水分子桥或胶体网络，当外力作用时，这些“水桥”或胶体网络会产生黏滞阻力，宏观就感觉黏糊糊的。符合这种特性的天然物质有哪些呢？

（一）无机类物质

主要是层状硅酸盐黏土矿物，它们的片层结构在吸水后会膨胀，层间阳离子水化形成水膜，这些水膜颗粒间产生毛细管力和范德华力，把颗粒连接起来，形成三维网状凝胶结构，宏观上表现出黏性，主要包括黏土矿物：高岭石、蒙脱石，绿泥石，伊利石等矿石。

（二）有机类物质

植物多糖类，比如魔芋粉、淀粉等，分子相互缠绕，形成连续的三维网络，包裹水分和未破裂的颗粒，颗粒表面吸水后局部溶胀，通过氢键粘连成团颗粒，就像煮粥变稠那样产生黏性；壳聚糖类—NH₂基团在酸性环境中质子化为—NH₃⁺，通过静电吸引和氢键结合水分子；分子链溶胀形成凝胶网络，但是这些物质很容易被微生物分解，在土壤中不能长时间存在。

同时，还有植物残骸分解产物胡敏酸等物质吸水后也会产生黏性，在土壤中应该存在部分。

4.可以生长多种植物

植物生长的关键在于“土”需提供其生长所必须的物理支撑、水分、养分和根系透气的环境。这就需要有植物生长所必需氧气、水分及矿物质。

因为土壤是疏松的，所以空气里的氧气可以渗透到植物根系；

土壤吸收和保持水分，可以供给植物生长；

植物生长所必须的矿物质包括氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锌和硼等元素，单一矿物很难具备所有可用元素，土壤应是由多种矿物的组合，共同组成植物生长所需成分。同时，其各组分密度又不能过高，否则很容易出现“烧苗”现象，故其组分应该是微量溶于水，或与水缓慢发生化合反应释放相关微量元素。而硅酸盐类矿物，符合这种特性，虽然不溶于水，但可以通过水解逐步释放镁、铁、锌、锰、铜等微量元素，可能是土壤的一部分。而钾长石、磷灰石等矿物则可提供钾和磷等元素，可能均为土壤的一部分。