Chapter 4 The Terrestrial
Environment
陸地的環境
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4.1 Life on Land Imposes
Unique Constraints
陸地上的生命承受獨特的限制
2
陸地環境對生命的限制
• 乾燥效應。（desiccation）
• 重力作用。(gravity)
• 環境因子的變動大小（例如：溫
度）。
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The giant kelp: Macrocystis pyrifera
4
A redwood wood: Sequoia sempervirens
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4.2 Plant Cover Influences the
Vertical Distribution of Light
植物的覆蓋影響光線的垂直分佈
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8
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11
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植物對光線的吸收及反射情形
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leaf area index (LAI)（葉面積指數）
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Leaf area index (LAI)
葉面積指數
• 定義: 葉的表面積除以植物在地表的
投影面積 (m2 leaf area/ m2 ground
area) .
• A leaf area index of 3 would mean that
there are 3 m2 of leaf area over 1 m2 of
ground area.
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「葉面積指數」高低
的意義何在？
16
葉片的生長方向影響其截留陽光的量
17
紅木森林在地表部分的可利用光線的變化情形 18
Levels of photosynthetically active radiation (PAR),
within and above a yellow-poplar stand over a year. 19
4.3 Soil Is the Foundation
Upon Which All Terrestrial
Life Depends
土壤是所有陸地生命依賴的基礎
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Soil definition（土壤的定義）
• Soil is a natural product formed and
synthesized by the weathering of
rocks and the action of living
organisms.
• （土壤是岩石的風化作用與生物
活動形成的天然產物）
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Soil definition （土壤的定義）
• Soil is a collection of natural bodies of
earth, composed of mineral and
organic matter and capable of
supporting plant growth.
• 土壤是地表聚積的自然體，由無機
物及有機物組成，能支持植物的生
長。
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4.4 The Formation of Soil
Begins with Weathering
土壤的形成開始於風化作用
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Weathering （風化作用）
• Mechanical weathering（物理風化作
用）: breaks down rock and minerals
into smaller particles.（透過物理作用
將岩石或礦物變成小顆粒）
• Chemical weathering（化學風化作
用）:
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4.5 Soil Formation Involves
Five Interrelated Factors
土壤的形成包含五個相關的因子
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土壤形成的五個因子
• Parental material （母岩）
• Climate （氣候）
• Biotic factors （生物因子）
• Topography （地形）
• Time （時間）
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4.6 Soils Have Certain
Distinguishing Physical
Characteristics
土壤具有某些可區分的物理性質
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Soil texture（土壤特徵（組成））
• Soil texture is the proportion of
different-sized soil particles.
•
•
•
•
Gravel（砂礫）: larger than 2.0 mm.
Sand（沙）: from 0.05 to 2.0 mm.
Silt（泥沙）: from 0.002 to 0.05 mm.
Clay（黏土）: less than 0.002 mm.
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Soil texture（土壤特徵）
• Gravel is not part of the fine fraction of
soil.
• A soil texture is the percentage (by weight)
of sand, silt, and clay.
• Clay controls the most important
properties of soils, including its water
holding capacity, and the exchange of ions
between soil particles and soil solution.
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A soil texture chart, which shows the
percentages of clay, silt, and sand in
the basic soil texture classes.
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4.7 The Soil Body Has
Horizontal Layers, or
Horizons
土壤有水平的層狀結構
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土壤的層狀結構
33
一般的土壤剖面
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土壤剖面圖
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4.8 Moisture-Holding
Capacity Is an Essential
Feature of Soils
水分保持能力是土壤的重要特徵
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Moisture-holding capacity of soil
• Saturated（飽和）: the amount of water
exceeds what the pore space of soil can hold.
• Field capacity（田間容量）: Water fills
all the pore spaces of soil and is hold there
by internal capillary forces.（水分以毛細
作用充滿土壤中所有的孔隙）
• Capillary water（毛細水）: Water held
between soil particles by capillary forces.
（水分以毛細作用為土壤所保留）
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Moisture-holding capacity of soil
• Wilting point (WP): The moisture
level of soil decreases to a point at
which plants can no longer extract
water.
• 枯萎點：土壤中的水分減少到植物
無法從中獲得水分，此土壤之含水
量稱為枯萎點。
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Moisture-holding capacity of soil
• Available water capacity (AWC): The
amount of water retained by the soil
between field capacity and wilting
point.
• 可利用的水容量：
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Water content of three different soils at wilting
point (WP), field capacity (FC), and saturation.
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4.9 Ion Exchange Capacity Is
Important to Soil Fertility
離子交換容量對土壤肥沃度很重要
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Ion（離子）
• Cation（陽離子）: with positive
charge(s)（帶正電荷的離子）
• Anion（陰離子）: with negative
charge(s)（帶負電荷的離子）
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Ion exchange（離子交換）
• Ion exchange capacity（離子交換容量）: The
total number of charged sites on soil particles
within a volume of soil.（一定體積土壤內的
帶電荷離子位置總數目）
• Colloids（膠狀體）：土壤中帶負電荷的離子
• Cation exchange capacity（陽離子交換容量）
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土壤中的陽離子交換過程
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Ion exchange
• The lyotropic series :
• Al3+ ＞ H+ ＞ Ca2+ ＞ Mg2+ ＞ K+ =
NH4+ ＞ Na+
• Hydrogen ions (H+ ) effect: Al3+
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Soil acidity
• Typically, soils range from pH 3
(extremely acid) to pH 9 (strongly
alkaline).（土壤的酸鹼值一般從pH
3-9）
• Soils just over pH 7 (neutral) are
considered basic, and those of pH 5.6
or below are acid.
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4.10 Basic Soil Formation
Processes Produce Different
Soils
基礎的土壤形成過程中產生不
同的土壤
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世界上主要土壤類型的剖面及基本描述
48
世界上主要土壤類型的剖面及基本描述
49
主要土壤類型在世界上的分佈
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五種主要土壤的形成過程
•
•
•
•
•
Laterization: 紅土化
Calcification： 石灰化
Salinization： 鹽化
Podzolization： 灰壤化
Gleization
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Laterization（紅土的形成過程）
• 炎熱、多雨的氣候迅速風化岩石，
大量雨水造成離子、養分的高淋蝕，
只留下鐵及鋁的氧化物。
• 鐵的氧化物是土壤紅色的原因。
• Ultisol
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Laterization （紅土的形成過程）
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Calcification（石灰化）
• 發生在植物的蒸散作用超過降雨量的情
況，使土壤中溶解性鹽類上升。
• 降雨又將鹽類往土壤深層帶。
• 在土壤B層形成礦物沈積，通常是
CaCO3 ，形成所謂鈣化層（Caliche）。
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Calcification（石灰化）
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Salinization（鹽化）
• 發生在乾燥地區，形成過程類似鈣
化作用。
• 鹽類沈積在地表或接近地表處。
• 發生在沙漠、海岸或灌溉的農業區。
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Salinization（鹽化）
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Podzolization（灰壤化）
• 發生在寒冷、潮濕的中緯度地區的針葉
林環境。
• 針葉樹的有機質形成強酸性物質，酸淋
洗掉土壤A層中的陽離子及鐵、鋁氧化
物，使A層下方成白色或灰色。
• Spodosol。
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Podzolization（灰壤化）
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Gleization
• 發生在高降雨量但排水不良之低窪
地區。
• 排水不良使的有機物質大量堆積，
形成的有機酸與土壤中鐵產生化學
作用，形成黑色或藍灰色土壤。
• Gelisol。
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Gleization
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農業與土壤鹽化
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Dry land salinization
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