熱帶林生態系 永續社林雨莊編譯
熱帶林生態系 永續社林雨莊編譯
前言 什麼是熱帶森林？
第一章 熱帶森林地理
第二章 熱帶森林地質
大陸漂移與板塊構造
韋格納與大陸漂移
山是怎樣升起和磨損的
熱帶土壤
紅土
土壤如何老化
土壤如何分類
水在熱帶土壤中的運動
孔隙度和滲透率
第三章 熱帶森林氣候
第四章 熱帶森林類型
第五章 熱帶森林的生物
第六章 熱帶森林生態
第七章 熱帶森林民族
第八章 熱帶森林生物多樣性
第九章 對熱帶森林的威脅
第十章 熱帶森林經營
第二章 熱帶森林地質學
大陸漂移與板塊構造
許多最珍貴的熱帶木材來自於屬於龍腦香科的樹木。有些樹很小，但其他一些樹，包括屬於龍腦松屬和松柏屬的樹木都是巨大術，通常樹幹筆直，圓柱形，長達30米長，直徑4米。和木材一樣，他們生產用於製造清漆的樹脂。
如圖所示，龍腦香主要分佈在亞洲熱帶地區，那裡有廣闊的森林，幾乎完全由一兩種龍腦香組成。其他的杓鯉出現在非洲，那裡也有不再生長在那裡的杓鯉樹化石，還有一種物種生長在南美洲的山區。
如果所有這些相關的樹木都生長在一個特定的地區，然後又多樣化為今天存在的16屬530種，它們是如何跨越亞洲和非洲之間的印度洋的？他們是如何到達南美洲的？這些是熱帶物種，如果沒有全年持續不斷的溫暖和降雨，它們就無法生存。它們不能穿越喜馬拉雅山，然後穿越敘利亞、阿拉伯和撒哈拉沙漠，以便在非洲和亞洲之間進行陸地遷徙，它們的種子不可能被帶到很遠的地方，更不可能跨越浩瀚的海洋到達南美洲。
龍腦香並不是唯一具有這種特殊分佈的植物。許多其他的植物科，溫帶和熱帶，都提出了同樣的問題，更不用說岩石了。植物種子可以傳播，植物也可以遷移，但岩石不會移動。那麼，為什麼蘇格蘭高地的岩石與加拿大東部的岩石非常相似呢？為什麼非洲西海岸的岩石與南美洲東海岸的岩石如此相似，以至於看起來它們好像是破碎了然後又被拉開的？
這些問題長期困擾著科學家，他們對世界的發現越多，問題就越多。以這種方式分佈的植物化石和動物化石比現存物種還要多，而含有化石的岩石也有這種不連續分佈。煤主要在熱帶沼澤中形成，但它遍佈世界各地。英格蘭南部德文郡的部分地區有砂岩，它們只能在炎熱乾燥的沙漠中形成。
有很多人試圖解開這個謎團，其中一些是基於月球是從地球上撕裂下來的岩石構成的。根據這一解釋，這一暴力事件可能會留下一個充滿水的深窪地，形成太平洋，而太平洋兩邊的大陸可能彼此移動以縮小差距。由此產生的壓力可能會撕裂其他大陸，打開大西洋，解釋非洲和南美洲之間的契合。
1912年，德國氣象學家阿爾弗雷德·韋格納(見專題欄)對所有這些觀測結果提出了最徹底的解釋。他認為，大陸在地球上移動，有一段時間，它們被連接成一個單一的“超級大陸”，他稱之為泛大陸，源於希臘語“泛大陸”，而通用名稱稱之為“地球”。這個想法後來被稱為大陸漂移理論。
根據韋格納的說法，大陸一直在移動，它們今天也在移動。然而，直到韋格納死後很久，他的想法才被接受。
地質學家認為大陸不可能移動，因為他們認為地表下，地幔中的岩石是固體的。後來人們發現，地幔的岩石非常熱，承受著巨大的壓力，表現得像一種非常厚的液體。它們上面的岩石又冷又硬，形成了一個被稱為板塊的地殼。流經地幔的洋流把這些板塊拖來拖去。當板塊分開時，地幔物質沿著板塊之間的裂縫上升到地表並凝固。在板塊碰撞的地方，一個板塊可能會滑到另一個板塊的下方，回到地幔中；大陸碰撞的地方，岩石就會皺縮形成山脈。在其他地方，板塊互相滑動。這就是大陸漂移的方式，它們經常在這樣做的時候旋轉。
這三張地圖中的第一張顯示了大約1.35億年前的世界，也就是第一批開花植物出現的時候。中間的地圖顯示的是6500萬年前的世界，當時北大西洋剛剛開始開放，南美洲和北美還沒有連接起來，印度已經到達赤道。第三張地圖顯示了今天的世界。數百萬年後，北美將與亞洲相撞，英國將越過北極圈，澳洲將到達赤道。
大陸漂移理論現在已成為板塊構造理論。構造過程是與地殼的變形或由這種變形產生的結構有關的過程。有七個主要板塊：非洲板塊、歐亞板塊、太平洋板塊、北美板塊、南美板塊、南極板塊和澳洲板塊。還有幾個較小的板塊：可哥(Cocos)、加勒比海、納斯卡(Nazca)、阿拉伯、印度、菲律賓和斯科舍(Scotia)板塊。此外，還有一些小板塊，如胡安-德富卡(Juan de Fuca)板塊、微板塊和前板塊的碎片已經破裂。這張地圖顯示了主要板塊和次要板塊的當前位置。
圖2-1 龍腦香植物分布證明大陸板塊漂移的理論
圖2-2 大陸板塊漂移的歷史過程
山是怎樣升起和磨損的
生長在熱帶山脈兩側的森林-山地森林在性質上與低地的森林大不相同。然而，數百萬年後的某一天，如果熱帶森林得以生存，低地森林將取代那些山地森林。這會發生，因為最終山脈會消失。巨大、雄偉、堅固，沒有一座山或山脈是永恆的。山巒升起，然後逐漸消失。
當兩個地殼板塊碰撞時，山脈就形成了。大陸地殼的一部分可能與承載洋盆的板塊相撞，或者一塊大陸可能撞上另一塊大陸。大陸是由比海底岩石體積大、密度低的岩石構成的。因此，大陸之下的地殼比海洋之下的地殼要厚。當海洋地殼和較緻密的大陸板塊碰撞時，海洋地殼就會滑下。這個過程的技術術語是俯衝。
當海洋地殼移動到大陸地殼之下時，來自地幔的熱岩石會上升，產生火山，為大陸地殼增添岩石。同時，先進的大陸地殼將沉積岩從洋殼的表面刮走。這種物質是海洋沉積物、大陸地殼和新添加的火山岩的混合物，向上卷起形成高山。圖的第一部分說明了發生了什麼。
南美洲的安第斯山脈就是這樣形成的。納斯卡板塊正在向東移動，並在南美洲板塊下方向西移動。這場碰撞大概始於5000萬年前，在過去的1000萬年裡，它已經加速了。這兩個板塊仍在相互移動，安第斯山脈仍在向更高的方向發展。
大約5000萬年前，印度沿著印度板塊向北行駛，撞上了歐亞板塊的南緣。當大陸碰撞時，一個板塊不可能俯衝到另一個板塊之下，因為兩個板塊的浮力相等。相反，大陸地殼的兩部分向上皺縮，通常一個板塊壓在另一個板塊之上。這產生了非常高的山脈。印度和歐亞大陸的碰撞抬高了喜馬拉雅山，而且碰撞還沒有結束。印度仍在以每年4-5釐米的速度向北移動，而崩塌使印度板塊縮短了約1000公里。因此，喜馬拉雅山和安第斯山脈一樣，仍在不斷地增高。
幾條證據使地質學家相信這就是山脈形成的方式，但最有說服力的線索來自於在山岩中發現的化石。路易士·阿加西(Louis Agassiz，1807-73)是一位瑞士裔美國科學家，他證明了冰川曾經覆蓋了歐洲和北美的大部分地區，他的職業生涯始於他在家鄉瑞士阿爾卑斯山脈岩石中發現的魚類化石。
同樣，在喜馬拉雅山脈的岩石中也有海貝化石，安第斯山脈的一些岩石曾經躺在海底或海岸附近。
一旦岩石被抬升起來形成山脈，它們就暴露在風雨之中，在冬天暴露在嚴寒中，暴露在夏天熾熱的陽光下。水滲入裂縫，然後凍結，隨著它的膨脹，裂縫擴大，直到岩石碎片掙脫出來。雨水帶走了其中一些碎片，把它們滾下山坡，在那裡它們撞擊其他岩石上的顆粒，並自行失去顆粒。風把這些粒子中的一部分扔到岩石上，把它們粉碎成越來越小的碎片，把裸露的岩石表面磨掉。
雨水是微酸的，酸會慢慢侵蝕岩石，釋放出可溶化合物，使岩石留下疤痕和弱化。
這種對岩石的侵蝕稱為風化作用，隨著時間的推移，它們會完全磨損。參差不齊的山逐漸變得更圓，越來越低，直到它們變成平緩的小山，覆蓋著植被。構成山脈的岩石被磨成微小的顆粒並被帶走。一些岩石顆粒落在陸地上變成土壤。河流把大部分的岩石運回海洋，在那裡沉積在海床上，最終形成沉積岩，有朝一日可能會因板塊間的新碰撞而再次升空。
當然，這需要很長的時間，但地球是古老的，看似漫長的時間不過是漫長歷史中的短暫插曲。地質學家把地球的歷史分為不同的時期，稱為“千禧年”。世代分為時代，而時代又分為次時代、時期和時代。我們現在生活在更新世的更新世時期，第四紀的亞時代，新生代的，顯生宙的。這張表列出了從地球形成到現在的完整地質時間尺度。
圖2-3 地殼擠壓與地幔剖面
熱帶土壤
當歐洲探險家第一次看到熱帶雨林時，他們的感官肯定幾乎被豐富的植物所淹沒。雖然他們對家鄉的森林很熟悉，但當他們到達熱帶美洲、非洲和亞洲時，他們看到的森林裡樹木種類繁多，比歐洲的樹木還要高，到處都是攀援植物和附生植物。在他們看來，熱帶森林就像是歐洲森林的廣闊、茂盛和高產的版本。
不久，征服者跟隨探險者，一旦他們以自己國家的名義佔領了領土，殖民者就開始來到這裡。殖民者計畫在新界永久居住，他們需要這樣做來保證他們的食物供應。他們開始清理土地，以便種植莊稼和飼養牲畜，而且他們這樣做是出於對提高產量的信心。
這是一個完全合理的結果。溫帶森林生長在肥沃的土壤上。歐洲最好的農田是用森林土壤建造的。當樹木和灌木叢被清除，土地被耕種，土壤將收穫豐收。殖民者認為熱帶森林更加茂盛，是由比歐洲更肥沃的土壤維持的。這樣的蘆葦生長意味著全年溫暖的氣溫、高降雨量和肥沃的土壤。毫無疑問，他們可以自己感受到溫暖的溫度和高降雨量，也沒有明顯的理由懷疑土壤的肥力。
農民們清理森林，播種莊稼，看著茁壯成長。幾個月後，他們獲得了豐收。然而，一兩年後，農作物產量開始下降。這種下降沒有明顯的原因，但每年都在持續，直到農民發現自己根本無法種植任何作物，除非他們使用大量的動物糞便和堆肥作物廢料作為肥料和土壤改良劑。在一片鬱鬱蔥蔥的土地的包圍下，這片農田正在變成一片沙漠。
農民們沒有意識到的是，熱帶森林與溫帶森林有很大的不同，這種差異是由氣候造成的。溫暖的溫度和高降雨量使植物生長迅速，也為昆蟲、真菌、細菌和所有以它們為食的動物提供了理想的環境。定居者可能已經發現了一些線索。在溫帶森林中，有一層相當深的葉子、樹枝和其他植物材料覆蓋著地面。在熱帶森林裡，這一層要薄得多。農民們可能已經注意到，他們砍伐的樹木的根比溫帶樹木的根淺得多，而且常常像一塊生長在地表以下的稠密墊子一樣向側面擴散。農民可能也注意到，當他們的動物排泄時，糞便不會像溫帶地區那樣在地面上躺上好幾天。不出幾分鐘，它就被昆蟲覆蓋了，幾小時之內就消失了。事實上，任何掉在地上的死動植物都會立刻腐爛。
定居者很難不注意到落在他們臉上的蝴蝶和可以覆蓋任何裸露皮膚的汗蜂(屬於海狸科的蜜蜂，會被汗水吸引)。他們一定看到過成群的螞蟻在路上吞食任何動物。殖民者很快意識到森林的甘美與腐朽有著密切的聯繫，但他們沒有意識到這意味著什麼。
在溫帶森林中，植物和動物糞便的腐爛殘餘物融入土壤中。溫帶土壤的肥力是通過這種不斷的補充來維持的。在熱帶地區分解得太快了。分解釋放出的營養物質立即被植物的根吸收。這就是為什麼這些樹的根很淺：它們從地表以下獲取養分。這也意味著很少的養分進入土壤；許多熱帶土壤基本上是貧瘠的。
溫帶森林中大約三分之二的植物養分存在於土壤中，三分之一存在於植物本身。在熱帶森林中，大約一半的養分存在於土壤中，一半存在於植被中。這種差別聽起來很小，但卻是非常顯著的。移民們早年享受的豐富的草皮耗盡了土壤中儲存的養分。當他們清理森林為他們的田地騰出空間時，農民們清除了植被中儲存的大量養分。每次收穫時，他們都會移走更多的營養物質。因此，他們的作物產量在幾年後開始下降是很難估計的。鄰近的森林繼續繁茂，因為當植物和動物的屍體掉到地上時，儲存在植被中的養分會迅速回收。
熱帶土壤通常是紅色的，因為它們含有高濃度的氧化鐵銹。不久，鐵和明礬一起形成了紅土，許多地方的土壤變得和混凝土一樣堅硬。
圖2-4 南美熱帶森林山谷
土壤如何老化
熱帶土壤是所有土壤中最古老的，它們最初儲存的大部分養分早已消失，使它們嚴重枯竭。它們是古老的，這就是為什麼它們比溫帶土壤更不肥沃。
維持植物生長的營養物質來源於構成土壤的礦物質顆粒，但隨著土壤變老，它們逐漸失去養分。熱帶土壤通常很深，所以下面的岩石比在溫帶土壤中要深得多。它們的深度使土壤易於耕作，但這是它們年齡的標誌，並不意味著它們是肥沃的。許多熱帶土壤酸性很強，含有很少的礦質養分，很容易流失有機質。有些植物喜歡酸性土壤，但許多植物不喜歡，土壤酸性越強，能維持的植物種類就越少。農作物，如玉米、小麥、水果和蔬菜，如果土壤變得非常酸，就會枯萎。
當天氣的作用使堅硬的岩石表面產生裂縫，並使堆積在裂縫中的細小碎屑脫落時，土壤開始形成。雨水溶解了岩石中的化學物質，植物能夠在這些微粒中自我錨定，並從溶解的化合物中獲得營養。當植物死亡時，它們的殘骸會吸引真菌和細菌，它們一起提供與礦物顆粒混合的有機物質。在這個發展階段的土壤只有一兩英寸深。這是一塊年輕的土地。
隨著更多植物的生長和岩石的風化作用的繼續，土壤層逐漸變深，並開始獲得一個確定的結構。垂直挖掘它暴露出一個稱為土壤剖面的剖面，有不同的層，稱為水平面。土壤科學家給這些層位貼上“O”、“A”、“B”、“C”和“R”的標籤，記錄每一層的幾個細分區域。插圖顯示了主要的視界，給出了每個視界包含的概要。母材包括來自下方基岩的部分風化岩石碎片。
溶解的化合物，包括植物的養分，在土壤中不斷移動。它們從O層和A層向下流入B層，在那裡積累。它們也從C向上移動到B層，再從那裡進入A層。化合物也會完全離開土壤，被雨水帶走，最終進入河流，從那裡進入湖泊和海洋。這種營養物質的運動稱為淋溶。
多年來，養分的淋溶改變了土壤的特性，導致土壤老化。圖中的土壤是一種理想的土壤，典型的珍貴的農田土壤，最初是在溫帶森林下生長的。這是一塊成熟的土壤。除非氣候有利於植物生長，否則土壤不會以這種方式發展。沙漠土壤不能積累有機質，因此它們無法形成清晰的層位。由於生長季節太短，亞北極和北極的土壤發育非常緩慢。它們比溫帶土壤保持年輕的時間要長得多。
隨著老化的繼續，淋洗會從A層區去除大部分營養物質，因此A層和B層之間的對比變得極端。那時土壤就老了。它只支援少數幾種植物，即那些能夠抓住土壤提供的養分的植物。
風化作用繼續在C層區釋放養分。它們被向上拉，最終到達地平線，然後它們也會被淋濾掉。最終，C層區區完全風化，A層區非常薄，土壤幾乎完全由B層區組成，但其中可溶性養分已經流失。土壤被歸類為“老化”
土壤不再提供足夠的養分來維持侵略性植物的大量需求，而且它們會失敗和消失。需求量較小的植物開始茁壯成長，植被變得更加多樣化。不過，它主要由淺根植物組成，它們從表面分解的有機物中吸收營養物質。這是土壤發育的最後階段，也是許多熱帶土壤形成的階段。
顯然，土壤變化很大。正如任何一個農民都會告訴你的那樣，一塊地裡的土壤可能與同一塊地的另一塊地的土壤大不相同。然而，被稱為土壤學家的土壤科學家已經設計出了土壤分類系統。專題欄概述了土壤分類的歷史。
圖2-5 土壤的演化剖面圖
水在熱帶土壤中的運動
赤道地區的降雨頻繁且通常很強，但在森林地面上卻不是這樣的感覺。下面的空氣很潮濕，很難讓任何東西保持乾燥，但是雨並沒有打下來，因為樹葉的樹冠就像一把傘。雨落在葉子上，從葉子上滴到下面的葉子上。一些雨水從樹幹和匍匐植物上滴下，最後滴到地面上。在下降過程中，足夠多的水分蒸發，使空氣保持永久濕潤。
輕輕地到達地面的水可以通過垂直向下浸入土壤而流失。大雨以不同的方式排出，猛烈地撞擊地表，使小塊的土壤破碎成微小的顆粒。當暴風雨把一條平靜的河流變成洶湧的激流時，這些顆粒會使水變成褐色。就在土壤表面之下，這些顆粒從水中沉澱出來，填滿了土塊之間的所有空隙，形成了一層水無法穿透的層。雨水不再垂直排放，而是填滿自然的凹坑，流經地表，將一些表土沖入最近的河流。這是山坡上被砍伐樹木的土壤侵蝕的主要原因。
當植物掩蔽著地面時，水向下排。專題欄解釋了是什麼使土壤多孔，以及為什麼多孔土壤不一定是滲透性的。水穿過土壤，直到遇到一層它無法穿透的硬粘土或岩石。由於無法進一步下降，水在不透水層上方積聚，填滿了土壤顆粒之間的所有微小空間，直到土壤完全浸透。如果你在這土壤裡挖一個洞，洞的底部就會充滿水，你就會挖一口井。這種水，位於地下，但不能下降到一定的水準以下，稱為地下水，它繼續向下流動，但非常緩慢，因為它是通過土壤流動的。圖中顯示了飽和層中的地下水。箭頭指示水的運動方向。
飽和層的上邊緣稱為地下水位。這不是一個平滑的、水準的表面，就像池塘的表面一樣，因為它位於土壤中，在飽和層和非飽和層之間有一個毛細管邊緣，水在其中向兩個方向流動。
水通過毛細邊緣上升，然後由於毛細吸力(也稱為毛細作用)向上穿過不飽和層。毛細現象的發生是因為水分子相互吸引，也被固體表面的摩爾庫侖所吸引。它們的相互吸引將水分子拉成球形，使它們盡可能地靠近。這就是為什麼一滴水是球狀的，為什麼當水被放在一個狹窄的管子裡時，它的表面會向上隆起。
如第一張圖(1)所示，水分子和管子側面分子之間的吸引力使其自身恢復凸起(2)，使其盡可能接近球形。水的中心現在上升了，所以兩側的水向上爬了一點。(3)水會以這種方式繼續上升，直到水柱的重量等於向上拉動水柱的吸引力。
毛細血管只發生在非常窄的管子裡，因為水的重量很快就超過了毛細血管的吸引力。土壤孔隙是相連的，它們形成穿過土壤的通道，這些通道足夠窄，允許水通過毛細作用移動。因此，水在重力作用下垂直向下通過土壤，然後通過毛細邊緣上升，從那裡流到地表。
圖2-6 土壤毛細管作用
阿爾弗雷德與大陸漂移
自從16世紀第一幅真實的世界地圖出版以來，許多地理學家對大西洋兩岸的大陸看起來似乎可以結合在一起這一事實感到困惑。有人認為這只是巧合，但也有人提出，一個單一的大陸可能分裂成兩個部分，然後分開。
德國氣象學家阿爾弗雷德·洛薩·韋格納(Alfred Lothar Wegener，1880-1930)更進一步。韋格納收集了大量的證據來支持他所謂的“大陸位移”。這種現象後來被稱為大陸漂移。為了描述大西洋兩岸相似的岩石，他研究了科學文獻。他發現了分佈有限的植物，這些植物被廣闊的海洋隔開，而化石生物也以這種方式分佈。
最後他提出，大約2.8億年前，在上古生代亞時代，所有大陸都連接在一起，形成了一個單一的“超級大陸”，他稱之為泛大陸，周圍環繞著一個叫Panthalassa的超大海洋。他推測，泛大陸分裂，獨立的碎片漂移到它們現在的位置；大陸仍然在漂移。
1912年，韋格納出版了一本簡短的書，概述了他的理論，《大陸和海洋的起源》。1914年第一次世界大戰開始時，他應徵入伍，但幾乎立刻就受傷了。在醫院康復期間，他進一步發展了自己的想法，並於1915年出版了一本長得多的書(直到1924年才譯成英文)。
他的想法沒有得到多少支持。當時的地質學家認為地幔(地殼下的物質)是固態的，他們無法想像地殼的任何運動方式。他們還發現韋格納對連續位移率的一些計算是不正確的。
但是，對韋格納的想法的支持在20世紀40年代開始增長，那時科學界第一次能夠研究海底的岩石。這些研究表明，海洋從中央山脊向外擴展，在那裡水下火山噴發，形成新的岩石，海洋變得越來越寬。韋格納的理論在20世紀60年代末被普遍接受，但到那時阿爾弗雷德·韋格納已經去世。1930年，他在第三次考察格陵蘭冰原氣候時去世。
圖2-7 大陸板塊分布與推移方向
紅土(Laterite)
熱帶土壤通常是紅色或黃色的，這是由於氧化物和氫氧化物的存在，主要是鐵和鋁。這些化合物有時會形成堅硬的塊狀或連續的岩石層，稱為紅土。這個名字來自後來，拉丁語中磚塊的意思
在粘土質和紅土中。表面為深棕色或紅色，但如果紅土破碎，內部則為淺紅色、黃色或棕色。紅土在土壤中時是相當軟的，但暴露在空氣中會變硬。它被開採成鐵和鎳的來源。鋁土礦是最重要的鋁土礦，與鐵白雲石非常相似。在一些紅土中，鋁與二氧化矽結合形成礦物高嶺土，也被稱為瓷土，用於製造精細瓷器，並用作紙張、塗料、藥品和許多其他產品的增白劑或填料。
在潮濕的熱帶條件下，在排水良好的土壤中形成紅土。高溫和充足的水分加速了分解岩石的化學反應，即所謂的化學風化過程，這些反應的許多溶解產物從土壤中排出並流失。剩下的化合物由於除去了其他化合物而被濃縮了。在強紅壤性土壤中，氧化鐵和氫氧化物約占土壤重量的一半，鋁氧化物和氫氧化物約占30%。許多土壤中最常見的礦物二氧化矽含量可能少於10%。
紅土分佈於印度、馬來西亞、印尼、中國、澳洲、古巴、夏威夷以及赤道非洲和南美洲。美國也有類似的土壤，但這些不是真正的紅土。
圖2-8 紅土的剖面
土壤如何分類
農民們一直知道土壤的變化。有好的土壤和貧瘠的土壤，含有大量粘土的重土，迅速乾涸的砂質土壤，以及保持水分和養分的輕壤土。壤土是不同大小的沙子、淤泥和粘土礦物顆粒的混合物。19世紀後半葉，俄國科學家率先嘗試對土壤進行分類。他們認為，土壤之間的差異是由於母質、下伏岩石和氣候的性質造成的。他們把土壤分為三大類。土壤呈帶狀分佈，對氣候的依賴性較小。亞熱帶土壤包括風沙土和河流在漫灘上沉積的淤泥。個別土壤類型被劃分在這些大類中的一種或另一種。這一系統一直沿用到1950年代，一些俄羅斯土壤名稱仍被廣泛使用，如黑鈣土、倫齊納、梭倫沙克和波佐爾。
美國土壤科學家也在研究這個問題，到了20世紀40年代，他們的工作比他們的俄羅斯同事更先進。到1975年，美國農業部的科學家們已經設計出一種叫做“土壤分類學”的分類法，它將土壤分為10個主要的類群，即目。該目分為47個亞目，亞目又分為群、亞群、科和土系，每個系列有6個“相”。這種分類是基於不同水準或水準的物理和化學性質，這些水準或水準構成穿過土壤的垂直橫截面或剖面。這些被稱為“診斷視野”
國家分類通常非常有效地描述其邊界內的土壤，但需要國際分類。1961年，來自聯合國糧食及農業組織(糧農組織)、聯合國教育、科學及文化組織(教科文組織)和國際土壤科學學會(ISS)的代表開會討論如何準備一份。該項目於1974年完成，被稱為糧農組織-聯合國教科文組織分類。就像土壤分類學一樣，它是基於診斷層。它將土壤分為26個主要類群，再細分為106個土壤單元。該分類法於1988年更新，此後多次修訂。它現在包括30個參考土壤組和170個可能的亞基。聯合國糧農組織還製作了一個世界參考庫(WRB)，允許科學工作者解釋國家分類方案。
圖2-9 土壤成分三角配比
孔隙度和滲透率
當土壤顆粒堆積在一起時，它們不規則的形狀意味著它們之間有很小的空間。這些空間被稱為土壤孔隙，在一定體積的土壤中，它們佔據孔隙空間的總百分比被稱為土壤的孔隙度。
土壤顆粒的大小和形狀決定了土壤孔隙的大小，但不一定影響孔隙的總量。沙粒相對較大，形狀通常很有棱角。它們不能整齊地結合在一起，因此砂土和砂土具有大孔隙。另一方面，粘土是由顯微鏡下細小的扁平顆粒組成的，這些顆粒呈片狀，一層一層堆積在另一層上，其間有非常小的孔隙。但顆粒大小的差異意味著兩種土壤的總孔隙空間可能相似。在這種情況下，兩種土壤的多孔性相同。
然而，它們的透水性並不相同。滲透性是衡量水或空氣通過土壤的速度。空氣不會粘附在土壤顆粒上，因此土壤的透氣性只取決於總孔隙空間。然而，水確實會附著在土壤顆粒上，在每個顆粒上覆蓋一層大約一個分子厚的薄膜，它緊緊地附著在土壤表面。如果土壤孔隙很小，粘附在顆粒上的水可能會進一步減小其尺寸，從而減緩水在土壤中的運動，從而降低土壤的滲透性。滲透性是根據水通過土壤的速率來分類的。下表給出了通常的分類。
圖2-10 土壤孔隙示意圖
圖2-11 土壤毛細作用 水被放在一個狹窄的管子裏。1水分子和管內分子之間的吸引力使水爬到管的兩側。2中心上升以恢復最經濟的形狀。三。現在水漲得更高了。