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來自大地的訊息 世界土壤的博物館—台灣

文.鄧慧純 圖.林格立

常聽到形容人「窮到吃土」,在英文裡也有「dirt poor」的說法;但土壤可一點都不「窮」,抓一把土,裡面的微生物數量高達百億種;而且你可知,台灣的土壤種類多元,依據美國的土壤分類系統共有12個土綱,在狹長不超過400公里,東西寬不過100公里的台灣島上,包羅了有機質土、淋澱土、灰燼土、氧化物土、膨轉土、旱境土、黑沃土、極育土、淋溶土、弱育土、新成土等11類。這多元的土壤,訴說著什麼訊息呢?

台大土壤博物館收藏了台灣各地的土壤標本,許正一解釋土地的成因。
台大土壤博物館收藏了台灣各地的土壤標本,許正一解釋土地的成因。

土壤是重要的資源

1969年史上第一次的登月任務,太空人阿姆斯壯採集了土壤樣本,何以在諸多對未知的探索中,土壤採集是至為重要的任務,台灣大學農業化學系教授兼系主任、台大土壤博物館主持人許正一說:「因為土壤是生命的起源。」

出身農家,因為聯考分發而踏上研究土壤的許正一,被稱為最接地氣的人,他「蹲下來」研究土壤快30年了,但是他說:「到今日人類對土壤的認識還是有限」;我們以為土壤是植物的事,非也非也,「人類攝取的養分,你我身上的營養元素,80%來自土壤。」

土壤最為人所熟知的功能,是作為植物生長的介質,「目前人類生存所需的18種必要營養元素知識,均來自土壤的研究。」再者,提供生物的棲地,像蟬蛹(蟬的幼蟲)是在地下生長數年,才破土而出;蚯蚓、白蟻、螞蟻會築窩在土裡,還有上千萬肉眼看不見的微生物,醫學史上第一個發現的抗生素「盤尼西林」,就是從土壤微生物分離出來的。

涵養水源、淨化水質是土壤的另一功能,台灣南北部有硬水、軟水之分,乃因水庫區的土壤質地。高雄的澄清湖水庫,周遭以石灰質居多,雨水會把岩石與土壤中的鈣鎂淋溶出來,匯集到水庫的水,硬度就偏高。供應大台北地區的翡翠水庫,集水區以砂岩為主,鈣鎂濃度低,水的硬度低,水質佳。

其四是建築土方,比如容易因水分條件而膨脹收縮的膨轉土就不適合作為工程土方利用。最後,在生態系裡面,土壤參與了地球元素的循環,舉例來說,大氣中的氮是由土壤中的固氮菌固定後,才可被植物吸收利用,土壤是支持整個生態系循環的推手。

No soil, no life

研究土壤生態的中央研究院生物多樣性中心研究員邱志郁,從古文明的興衰說起土壤的重要性。美索不達米亞平原是兩河文明的起源地,原初居民生活在兩河流域的河谷地帶,穩定的水源和肥沃的土壤,支持著農業生產,文明興盛。但隨著人口增長,居民轉與自然爭奪空間,砍伐河川上游的森林;失去了森林,下游土地也失去了森林能提供的有機質,至使土地缺少養分,長期導致糧食生產不足,造成社會動盪而走向衰敗,土壤是推倒文明的眾多因素之一。

華僑的遷徙歷史亦與土壤有關,中國東南沿海的土質地力低落,人民無以謀生,只能往東南亞、台灣,甚至更遠的美洲去尋找新生活。邱志郁說起邱姓祖先就是這樣渡海到了桃園落腳,在台灣開枝散葉繼續家族的故事。原來腳下的每一方土壤,都說著一段故事。

許正一信手拈來都是土壤的案例,舉凡小時候抓蚯蚓、灌蟋蟀、焢土窯的童年記憶,保養美容的火山泥、生活中的陶器、甚至是考古遺址都與土壤相關,因此,許正一歸結地說:「No soil, no life.」(沒有土壤,就沒有生命。)

玩泥巴是人與自然最容易的接觸。
玩泥巴是人與自然最容易的接觸。

土壤生成:五元一次方程式

生成土壤的五大元素,是母質、氣候、地形、生物、時間。「你要看哪些條件權重比較大,影響的因素就比較大,所以我上課都解釋,土壤是五元一次方程式的結果。」許正一說。

母質就像是遺傳的基因,土壤原初是由何種岩石化育而成,土壤年輕的時候自然反映母岩的特質。而在高溫多雨的環境下,會加速土壤的化育,雨量愈多,土壤中的養分如鉀、鈣、鎂被強力淋洗流失,土壤酸鹼值(pH)越酸;反而在溫帶地區,土壤的養分較能保留得住。也因此在熱帶地區較容易看到紅土,是因為裡頭的養分被淋洗剩下氧化鐵,氧化鐵把土壤染紅了,隨著時間推演,越老的土壤就越酸、越紅。說到這兒,才發現許正一悄悄地把時間的概念帶入。

土壤的化育又受生物活動的影響,常見的如蚯蚓翻攪土壤,微生物分解提供養分。邱志郁舉了不同竹種對土壤生態的影響;孟宗竹生長在中海拔山區,人們對其的利用重在採集竹筍和取其竹材,但頻繁的翻動土壤,易造成土壤有機質加速分解而減損,長期而言,孟宗竹林無法像森林持續累積耐分解的腐植質,導致地力退化。但在台南左鎮、龍崎、高雄田寮一帶,被稱為惡土的月世界,當地是泥岩形成的土壤,高鹽鹼性,不適合植物生長。在日治時期開始種植刺竹,刺竹貢獻的有機物,可改善土壤物理化學性質,包括提升土壤保水性、通氣性,也因為增添了土壤孔隙,有助於排水和洗去土壤中的鹽鹼成分,長遠而論,刺竹林造林是有效改良惡地土壤的經營策略。

了解了土壤的生成因素,就不難理解何以台灣的土壤有如此多元的樣貌。因歐亞板塊跟菲律賓板塊碰撞而隆起的台灣島,土壤的母質來源豐富,「再加上台灣位處北迴歸線上,這條線上多數是大陸,台灣是only one的島嶼,所以在很多自然科學的探討中,是非常獨特的地方;海拔落差又造成不同的氣候帶。」多元的因子排列組合,造就台灣的土壤的多樣性,「土壤是生物的棲息地,土壤多樣,生物多樣性也就因應而生。」許正一解釋。

「一方水土,養一方人」,人們用土來燒磚、製陶,已有久遠的歷史。
「一方水土,養一方人」,人們用土來燒磚、製陶,已有久遠的歷史。

懂土壤,就了解風土

「生物亦是影響土壤生成的因素之一」,許正一說。在台灣這座島嶼上,除了土壤多樣性外,匯集了至少四個民族在此生活,各民族對土壤的利用方式都不一樣,如漢人帶來水田的農作方式,又如桃園的埤塘文化等。

「風土是一個地方的土地氣候所孕育出來的文化跟習性。」台灣島內最年長的土壤推估是林口台地,形成時間差不多在80萬年前。因為年代久遠,土壤中的養分多淋洗流失,只剩下紅色的氧化鐵,把土壤染紅,土質也偏酸,「這土壤也是把台灣推向世界的因素之一」,許正一語帶神秘地說,台灣茶聞名世界,與土壤大有關係。他細數台灣著名紅土台地,從林口到桃園新竹,昔日都是茶產區,八卦台地有松柏長青茶,東部的舞鶴有阿薩姆紅茶,鹿野高台從日治時期就是茶的生產基地。「因為茶樹喜歡酸性的土壤,台地地勢較高,雲霧帶適合茶葉生長,這是茶葉跟土壤連結,很具代表性的台灣文化案例。」

「了解土壤,就能知道地方的風土文化。」許正一舉台中大甲有名的藺草編織,當地的土壤屬鹽鹼性的旱地,利於藺草生長,先民取來編織,形成了大甲的風土,還曾是台灣特產品出口的第三位。今日人稱嘉南平原是台灣的穀倉,但昔日這地區的土壤被稱為「看天田」土壤,雖然有豐富的礦物質,但是天然水源不足,土地難以翻動,只能期待上天落雨,著實是「看天吃飯」的區域。這旱地條件只有需水量低的牧草長得好,因此台南的新營、柳營、林鳳營是台灣酪農業最密集的區域,當地所產的鮮奶「林鳳營」是昔日高價的品牌亦是如此得名。

直到日本技師八田與一設計開鑿了「嘉南大圳」,提供了豐沛的灌溉水源,改變了當地土壤的性質,才讓嘉南平原成為台灣的穀倉,「八田與一其實想改善的是當地特殊的土壤。」許正一說。

不同的土壤成就不同的人文風景。台灣文學史上,蕭麗虹的小說《千江有水千江月》寫的是嘉義布袋的故事,當地的土質鹽化,屬旱境土,先民引來海水,砌成鹽田,書中主角貞觀和大信談戀愛的場所就在鹽田,月亮投影在那一格格的鹽田上,而有了「千江有水千江月」的美麗形容。

從土壤學者的角度看世界,不時有物外之趣。許正一看法國網球公開賽,不論球技,他反倒思考,在少有紅土的溫帶地區,要蓋設紅土球場,那一定所費不貲;舉一反三,日本群島屬火山岩地形,大家記憶深刻,台灣的Kano曾經登上的甲子園球場,火山灰的黑土剛好適地適所。若是觀看美國職棒,如果轉播點在佛羅里達,地屬亞熱帶氣候,球場就是紅色的,若往北到西雅圖,由於西雅圖是火山地帶,球場也都是黑色的。許正一為我們連結了土壤、文化與生活,知其所以然,才恍然土壤與我們的距離從來不遠。

台江國家公園內的四草濕地,除了生物多樣的保育功能外,亦是觀光遊憩的景點。
台江國家公園內的四草濕地,除了生物多樣的保育功能外,亦是觀光遊憩的景點。

對待土壤,慎之、重之

「研究土壤讓我了解為何葡萄牙人看到台灣,會驚呼其為『福爾摩沙美麗之島』的原因。」許正一說。「不以貌取人」也是他從中領悟的道理,因為研究土壤總要向下挖開更深的土層,才能了解形成土壤的來龍去脈。

再從全球視野來談土壤議題,二次大戰後遽增的人口,糧食不足的危機仍存在,聯合國的永續發展目標SDGs 17項指標,土壤與八項相關,其中「消除貧窮和終止飢餓」更揭示土壤是至為重要的關鍵。近年被熱絡討論的「淨零碳排」議題,土壤亦在當中扮演重要角色,「植樹減碳,土壤有碳吸存的能力,過程中60%的效益是土壤貢獻的。」

許多國際間的空氣汙染問題,如千島之國印尼,其國土多數是泥炭土,當地盛行火耕,泥炭悶燒的狀態產生煙灰,造成空氣汙染,讓當地與鄰近馬來西亞等國深受其害。而台日韓等國冬季常遭遇的沙塵暴,有學者研究了沙塵暴的風砂是來自蒙古高原,因當地森林被過度開發,造成沙漠化,來自北方的風系吹拂,周邊國家均受影響。

「一方水土,養一方人」,土壤孕育了文化的多元樣貌;「一方水土」亦可牽動世界局勢,在自然資源的分類中,土壤被劃歸為不可逆的資源,是全球重要的永續議題,「慎之、重之」的對待與認識,是世界公民的責任。

台灣地形多變,造就豐富生態,以蝴蝶為例,特有種佔台灣蝴蝶種類約八分之一,比例相當高。 (莊坤儒攝)
台灣地形多變,造就豐富生態,以蝴蝶為例,特有種佔台灣蝴蝶種類約八分之一,比例相當高。 (莊坤儒攝)

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