莫怨蒼天變了心──森林土壤的哀歌(上) | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

莫怨蒼天變了心──森林土壤的哀歌(上)

地老情不荒──森林的敦厚情懷

建立於 2010/07/11
作者:邱志郁(中央研究院生物多樣性研究中心研究員)

台灣地質變動劇烈,再則地形陡峻,高山森林的立地條件脆弱,經不起干擾。

明知 註定要分離
縱使一切只能留待回憶
我珍惜記取 這份真誠
面對命運的境遇

輕柔漫步

即使不是堆滿落葉的深秋,走在森林裡,都可以感覺到從腳底下傳來的浪漫。走在不同的森林裡,腳底有著不同鬆軟的體驗,愉悅卻同樣地湧現心田。

高山森林,彈性最佳,腳掌落地,猶如踩在軟墊。

平地森林,彈性較小,步伐行進,踏實卻猶帶鬆軟。

仔細檢視土壤的組成材料,黏土、沙粒或偶或出現的碎石,本身都不具備彈性。較大的土壤團塊,和岩石石塊有著截然不同的性質──土壤團塊中佈滿著孔隙,構成了森林土壤疏鬆柔軟的觸感。土壤的孔隙,隨著不同的環境而變化。例如都市公園中的土壤,和近郊的森林土壤比較之下,本質上便有著相當大的差異。不僅是孔隙的數量有別,孔隙的形態也有相當大的不同。森林土壤具備大小不等的孔隙,公園土壤的孔隙則局限於單純細微。

多樣而性質分歧的土壤孔隙,編織著大地不同程度的輕柔體態:

饒富多樣生物活動的森林土壤,構築了大量而多樣的土壤孔隙。

人為活動頻繁的公園土壤,即使是在樹下,土壤孔隙仍屬貧乏,相對較為堅硬密實。

捧起森林土壤團塊,稍加震動,土塊會自然裂解。形成大小不一,模樣不同的團粒,集合這些團粒成為土壤構造。這些形狀分歧多樣的構造,並不會出現在所有的土壤中,而是根據當地的環境條件,建構不同的風貌。落葉供應、土壤動物活動、微生物作用、根群分布、乾溼條件,都影響到土壤構造和孔隙的形成。

土壤團粒──脆弱的集合

土壤是由砂粒、坋粒、黏粒,不同粒徑大小的土壤粒子所構成,這些土壤粒子集合形成團粒。

地面若未受到植物的保護,強烈的降雨狀態下,雨滴的能量會破壞土壤表層的團粒。

原本受到有機物和微生物菌絲所固定的土壤團粒,受到雨滴重力衝擊逐漸崩解,分散成為單粒狀的土壤粒子。雨後土壤再度乾燥時,大型的孔隙遭受破壞,或是孔隙內部被細緻的顆粒所埋填,形成單粒狀的構造。此等單粒狀構造的土壤乾燥時,容易在表層形成痂皮硬塊。

類似的情形,含黏粒成份較高的土壤,雨後受車輛等器物重力碾壓,土壤構造崩解,形成夯實的現象。

腐植質──土壤構造的靈魂

一般人印象中肥沃的土壤的要件,就是「深色疏鬆」。事實上這也正是腐植質的貢獻。

腐植質是動植物的遺體在土壤中分解,重新合成的產物。分子量約為數萬至數十萬,呈現暗色沒有特定形態的高分子有機物。

森林的枯枝落葉的成份當中,醣類、澱粉、纖維素等碳水化合物和蛋白質,可被小動物和微生物分解,但木質素則難以被分解而殘留下來。

再則,參與分解枯枝落葉的土壤動物和微生物死亡後,遺體分解的蛋白質、胺基酸,以及各類的微生物代謝產物、變質的木質素,可再重新結合形成新的高分子有機物,這也就形成了腐植質。腐植質不易被微生物分解,可安定存在土壤中。

腐植質的功能,在於糾結土壤粒子構成團粒、穩定供應養分、維持微生物生存。腐植質是糾結土壤粒子的黏著劑,是構成團粒所不可欠缺的成份。

地處亞熱帶的台灣,氣候溫暖,雨量充足,適宜植物生長。但也因為溫度高,微生物的分解作用旺盛,土壤中的有機物分解殆盡。腐植質偏低的土壤條件,不利於保持肥力,也不易維持疏鬆的土壤孔隙結構。

正因為台灣高山聳立,地形效應所造成溫度的改變,引發水氣的凝結效應,為台灣帶來充沛的雨量。隨著海拔高度提升,氣候帶及植被條件隨之改變,呈現亞熱帶常綠闊葉林、溫暖帶常綠闊葉林、涼溫帶混生林、冷溫帶針葉樹林、高山草原等不同的生態系。

隨著海拔爬升而遞減的氣溫,不僅造成植被林相的改變,也造成土壤性質的差異。低溫的條件下,枯枝落葉的分解緩慢,使得高山森林累積較高量的土壤有機物。堆積在土壤表面黑色鬆軟的腐植層,可厚達20公分。相對而言,平地和低海拔森林,除了落葉之外,幾乎無法觀察到明顯的腐植層。

台灣高海拔山區的森林和森林底部的深厚腐植層,可算是台灣珍貴的資產。腐植層所具備超強的吸水能力,彷彿是覆蓋在台灣背脊上,綿延不絕的超大型軟墊或厚實的地毯。配合著森林土壤所具備的大量孔隙。足以迅速吸納降雨,有效地挹注地下水層,緩衝暴雨引發山洪的危害,並緩和釋出水分,供應溪流水源。正因為森林透過枯枝落葉,不斷供應有機物到土壤中,維持了土壤的結構機能,讓土壤不至於劣化。

無形的綠色水庫,千年萬年前即已存在於台灣的高山上,滋養台灣的過去和現在。

母岩、氣候、植被、地形、時間,是構成土壤種類差異的主要因素。土壤的外觀,足以顯示當地的環境特質。猶如人類的面相,根據不同的基因和環境呈現不同的特性。高海拔的大禹嶺的森林土壤(左)具備深厚腐植層。蘭嶼的低海拔森林土壤(右)則受制於高溫,有機物分解殆盡,土壤表面並無明顯的腐植層。潮溼高溫條件下,土壤礦物受到強烈風化,各類鹽基被洗出,只殘留溶解度低的氧化鐵,形成典型的深紅色。即使熱帶土壤欠缺明顯的腐植層,土壤中的腐植質仍然扮演重要的功能。

縱然時時面臨挑戰
我歡喜 我的長相
因為這是我和母親
約定這輩子 最篤實的模樣

多情亦災情-雨水的雙重面相

雨水,潤澤生命的源頭,卻也是生存破滅的肇端。

森林覆蓋的地面,受到枝葉、根、落葉保護,當林木砍伐後,枯枝落葉層流失,表土開始侵蝕。尤其是岩盤劇烈風化的地區,雨水加速侵蝕作用,崩塌作用旺盛,表土不安定的地區,樹木難以著生。欠缺植物保護的表土,加速流失,更易造成禿山的現象。

山區土壤有時會呈現大規模的移動現象,對民眾的生活造成重大影響。

此種地滑、山崩的現象,多半是伴隨地震、侵蝕、雨水等因素,造成地形的改變。坡面上的土壤,具備往下移動的重力。至於土壤粒子之間糾結和摩擦力,則構成產生抗拒重力移動的支撐力。平常,土壤粒子間的支撐力,足以抗拒土壤下滑。但若是坡面傾斜角度過大,或是坡面上方的重量過重(諸如雨水負載),不堪負荷時,便形成土壤層沿著坡面下滑的現象。其中,引動危機平衡的重要因素便是地下水的作用。

若仔細觀察土壤層,在某個深度的土壤粒子間的空隙,有時會充滿地下水。土壤粒子堆疊會形成往下的重力,但在該深度的地下水的水壓也具備推開土壤粒子的力量。當大雨降臨,造成地下水急劇增加時,抵消了土壤粒子之間的糾結力量。也就是說,當山坡斜面移動的動能大於抗拒移動的力量時,將造成整個山坡斜面的土壤開始滑落。颱風季節山區降下豪大雨時,經常發生這種現象。

道路和道路沿線人為墾殖的邊坡,更進一步削弱了整座山坡面土石的穩定性。

(未完待續 1/3)

※圖文的部份內容摘自作者所著〈梨山哀歌〉、〈大地私語〉,原載《笠》詩刊269期(2009年)、 277期(2010年)。
※主要內容轉載自翰林自然科學天地第39期(2010年),經作者稍作修飾。