土壤有多少種顏色

《火星救援》中種植土豆的場(chǎng)景。NASA稱(chēng)，火星土壤確實(shí)含有植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

電影《火星救援》中，主人公馬克·沃特尼在執(zhí)行任務(wù)時(shí)被誤認(rèn)為無(wú)法生還而被遺留火星，成了太空魯濱遜。幸運(yùn)的是，馬克是植物學(xué)家，他依靠自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和偶然間發(fā)現(xiàn)的幾顆土豆，在火星上種植出了屬于自己的一塊“莊稼”，從而成功地熬到了隊(duì)友的到來(lái)，并被救回地球。

地球土壤多彩不遜于彩虹

在很多人看來(lái)，土壤無(wú)非就是我們常說(shuō)的泥土或者塵埃，它是大自然里一種理所當(dāng)然的存在。在中文語(yǔ)境中“土”是廉價(jià)和落后的代名詞，所以形容奢侈是“揮金如土”，形容落后是“土得掉渣”；在西方也是如此，soil就是dirt的同義詞。不過(guò)，土壤同時(shí)也是我們稱(chēng)贊的對(duì)象，“萬(wàn)物土中生”一語(yǔ)道破土之重要，古今中外也有無(wú)數(shù)詩(shī)人墨客毫不吝嗇地歌頌“大地母親”。

土壤作為陳鋪在地球表面的一層松散物質(zhì)，就像皮膚一樣維持著陸地生命的存續(xù)。我們可曾想過(guò)，腳下的土壤實(shí)際上也有著不遜于彩虹的多彩顏色？

北京天安門(mén)西側(cè)的中山公園，槐柏合抱，古木虬枝，花繁葉茂，園內(nèi)有個(gè)社稷壇引得游人駐足觀望。社稷壇為明清兩代祭祀社、稷神祇的祭壇，因壇中陳鋪青、紅、白、黑、黃的五色土壤，故而又名“五色土”。據(jù)記載，明朝時(shí)，五色土自全國(guó)各地納貢而來(lái)，寓意“普天之下，莫非王土”。

那么，五色土的陳設(shè)布局又有什么講究呢？

原來(lái)，東青、南紅、西白、北黑、中黃的空間格局大體反映了我國(guó)土壤在這五個(gè)方位上的真實(shí)情況。我國(guó)東臨大海，又是很多江河的入?？?，因此土壤長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)之下，其中的氧化鐵被還原成氧化亞鐵而呈灰綠色，是為青土。南方悶熱潮濕而多雨，大量易溶于水的土壤物質(zhì)受雨水沖刷而流失，最終剩下氧化鐵和氧化鋁，因而呈現(xiàn)紅色。西部氣候干旱，土壤以鹽土和堿土為主，這類(lèi)土壤中富含碳酸鈣、石膏等白色礦物質(zhì)，加上可溶性鹽在土壤表層聚集，所以變成了白色。東北地區(qū)氣候濕潤(rùn)而寒冷，黑色的腐殖質(zhì)在土壤中大量積累，且降解緩慢，長(zhǎng)年累月黑色不斷加深，因此稱(chēng)作黑土。黃土則主要分布于我國(guó)的黃土高原，黃土顆粒細(xì)膩，適宜耕作，其所在的黃河流域是中華文明的發(fā)祥地。

實(shí)際上，土壤有著“五色”之外更為豐富的顏色變化。近年來(lái)，傳感器技術(shù)的發(fā)展讓我們看見(jiàn)更多的土壤信息。形態(tài)各異的土壤光譜曲線，就如同土壤獨(dú)一無(wú)二的“指紋”信息，蘊(yùn)藏了土壤屬性的多重密碼。

人類(lèi)95%的食物產(chǎn)自土壤

平均而言，一厘米土壤的形成需要數(shù)百年到數(shù)千年。土壤形成的主要因素有：氣候、地形、母質(zhì)、時(shí)間和生物因素（植物、動(dòng)物、微生物和人類(lèi)）。不同的組合和成土因素的強(qiáng)度導(dǎo)致產(chǎn)生不同的土壤類(lèi)型。

據(jù)估計(jì)，95%的食物直接和間接產(chǎn)自土壤。因此，食物的可供性取決于土壤。只有健康的土壤才能生產(chǎn)出健康優(yōu)質(zhì)的食物。健康的活性土壤是糧食安全和營(yíng)養(yǎng)的重要保障。

土壤是自然界最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)之一：它包含無(wú)數(shù)種不同的生物，其相互作用促進(jìn)全球循環(huán)，維持所有的生命。土壤蘊(yùn)藏著地球四分之一的生物多樣性，而生物多樣性對(duì)糧食安全和營(yíng)養(yǎng)至關(guān)重要。一克健康的土壤中含有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的生物，其中包括脊椎動(dòng)物、蚯蚓、線蟲(chóng)、20-30種螨、50-100種昆蟲(chóng)、數(shù)百種真菌和數(shù)千種細(xì)菌及放線菌。據(jù)估計(jì)，由于水土流失、鹽堿化、板結(jié)、酸化、化學(xué)污染和養(yǎng)分枯竭，全球33%的土壤處于中度到高度退化。

聯(lián)合國(guó)大會(huì)將2015年確定為“國(guó)際土壤年”，國(guó)際土壤科學(xué)聯(lián)合會(huì)自2002年起將每年的12月5日確定為“世界土壤日”，世界各地會(huì)舉行各種活動(dòng)宣傳土壤的重要性，提醒人們愛(ài)護(hù)腳下的土壤。

仰望恒河沙數(shù)的星空，有無(wú)數(shù)像火星這樣的地外星體表面也覆蓋著土壤，但目前只有地球土壤是已知唯一富含生命的。事實(shí)上，火星土壤只有400多種礦物，而地球土壤的礦物類(lèi)型多達(dá)4000多種，遠(yuǎn)比火星復(fù)雜。

火星土壤種出的食物更健康?

荷蘭瓦赫寧恩大學(xué)的生態(tài)學(xué)家正在檢查利用模擬火星土壤種植的農(nóng)作物

盡管在利用模擬月球土壤種植農(nóng)作物時(shí)遇到了很多困難，但模擬火星土壤的種植效果卻幾乎跟地球土壤一樣好。

英媒稱(chēng)，殖民火星的希望向前邁進(jìn)了一步，科學(xué)家首次證實(shí)在火星土壤中是有可能種出可食用作物。

荷蘭研究人員一直在試圖模擬月球和火星的土壤條件，進(jìn)行農(nóng)作物栽培實(shí)驗(yàn)。

瓦赫寧恩大學(xué)與研究中心的科學(xué)家擔(dān)心，即便種出了農(nóng)作物，其重金屬含量也可能會(huì)過(guò)高，從而對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生有害影響。但事實(shí)證明，實(shí)驗(yàn)中種出的西紅柿、豌豆、小紅蘿卜和黑麥不僅安全，而且有可能比在地球土壤中種出的更健康。

施維格·瓦梅林克博士說(shuō)：“我們對(duì)小紅蘿卜、豌豆、黑麥和西紅柿進(jìn)行了初步分析，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果充滿了希望。我們可以食用它們。”

美國(guó)航空航天局表示，希望在本世紀(jì)30年代在火星建立殖民地。歐洲航天局希望更快重返月球。如果要實(shí)現(xiàn)這些計(jì)劃，宇航員需學(xué)會(huì)自己種農(nóng)作物。

研究顯示，只有小紅蘿卜的鋁、鐵和鎳含量過(guò)高。小紅蘿卜在月球土壤中的長(zhǎng)勢(shì)也更糟糕。不過(guò)，科學(xué)家們認(rèn)為，問(wèn)題可能只出現(xiàn)在小紅蘿卜的表面，洗掉外層的土可能就足以使重金屬含量降低，并可安全食用。

現(xiàn)在不知道的是，重金屬的占比在火星和月球這些重力較低的環(huán)境中是否還和在地球上一樣。只有“實(shí)地”實(shí)驗(yàn)才能得出結(jié)論。

研究人員現(xiàn)在打算對(duì)青豆、芝麻菜、菠菜和土豆進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)作物中的維生素、類(lèi)黃酮和生物堿進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。該項(xiàng)目目前正在進(jìn)行眾籌。

火星土壤與夏威夷相似

電影《火星救援》留下了一個(gè)問(wèn)題：從理論上來(lái)說(shuō)，火星的土壤到底有沒(méi)有可能種出莊稼？這就得從火星的土壤成分說(shuō)起。而至于火星不同類(lèi)別的土壤具體成分到底有哪些？其實(shí)，已經(jīng)有很多研究人員根據(jù)各種資料進(jìn)行了一些初步的判斷。

美國(guó)宇航局之所以將“隔絕實(shí)驗(yàn)”設(shè)在夏威夷，是根據(jù)登上火星的探測(cè)器“好奇”號(hào)的探測(cè)結(jié)果，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)火星上的土壤與美國(guó)夏威夷島上的海灘成分驚人地相似！

據(jù)介紹，“好奇”號(hào)火星探測(cè)器是利用x射線成像儀探測(cè)出的火星土壤晶體的原子結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，x射線成像儀在此之前一直是用作地球土壤的分析器。這一技術(shù)設(shè)備給出的火星土壤樣本分析結(jié)果精度將比以往進(jìn)行的任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果都要高。根據(jù)好奇號(hào)傳回的數(shù)據(jù)顯示，火星沙礫的晶體與夏威夷的火山區(qū)域近似。

月球土壤中究竟含有多少種元素？

俄羅斯專(zhuān)家曾經(jīng)利用獨(dú)特的方法對(duì)月球的土壤樣本進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了多種礦物質(zhì)成分，這些成分雖然很少，然而卻達(dá)20多種。

這些月球的土壤樣本是很多年前從月球帶回地面的，至今仍保存完好。研究人員將其磨碎之后撒在很薄的碳質(zhì)透明膠帶上，然后利用分辨率達(dá)100納米的掃描顯微鏡和分光計(jì)進(jìn)行觀察測(cè)試，其結(jié)果使得研究人員喜出望外，月球土壤中居然存在天然的鐵、金、銀、鉛等礦物顆粒、含有金和鋅的銅礦顆粒、含有少量錫和銅雜質(zhì)的銻礦顆粒和少量銖等礦物顆粒。

研究者在月球土壤中還發(fā)現(xiàn)了純的輝鉬礦，這也就說(shuō)明月球上本來(lái)就存在輝鉬礦，而不是以前認(rèn)為的輝鉬礦是由航天器結(jié)構(gòu)材料及潤(rùn)滑油帶到月球上的。俄羅斯研究人員首次在月球土壤中發(fā)現(xiàn)了由鎘、鋅、鐵、錳和硫結(jié)合而成的硫鎘礦。他們?cè)谠虑蛲寥乐羞€發(fā)現(xiàn)了含有銅雜質(zhì)的硫化金和地球上所沒(méi)有的碘化銠，但是他們?cè)谠虑蛲寥乐胁](méi)有發(fā)現(xiàn)之前提到過(guò)的鉑和鈀。

據(jù)研究人員猜測(cè)，月球土壤中存在的含有金和鋅的銅礦是在月球玄武巖形成的早期階段產(chǎn)生的，月球火山噴發(fā)時(shí)將這些銅礦帶到月球表面。月球土壤中的天然銀以及與之包含在一起的金、鉛、錫和銻等也是火山活動(dòng)的產(chǎn)物，錸也是月球自身所有的，而不是隕星撞擊月球帶來(lái)的。月球上的硫鎘礦和輝銅礦可能是在月球巖石縫中由氣態(tài)低溫沉積造成的。

這些礦物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，還只是目前的科技水平所能夠達(dá)到的研究結(jié)果。月球土壤中究竟含有多少種元素，還有待人類(lèi)的進(jìn)一步探究。