生命脉动：达尔文的蚯蚓

如果你对我们推广的“益恩木系统应用技术”不陌生的话，一定会熟悉“蚯蚓”和“益恩木地龙有机肥”，今天我们就说说神奇的蚯蚓和土壤的关系，我们从大名鼎鼎的达尔文说起！

1881年，已经出版了《物种起源》的查尔斯•达尔文已经名闻天下了，在他的晚年时光，他把他的目光投向了毫不起眼的蚯蚓，他在《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》一书中写到：“我们很难找到其他的生灵像它们一样，虽看似卑微，却在世界历史的进程中起到了如此重要的作用。”达尔文的最后一本书，鲜为人知且未受争议。这本书写的是蚯蚓如何将灰尘和腐烂的树叶变成土壤，并于1882年,也就是达尔文去世的前一年出版与达尔文一生的成就相比，他的最后一部著作似乎记录了一项微不足道的观察；或者，他其实发现了一个关乎我们这个世界存亡的重大事实—一个他认为在生命的最后时日必须传递给子孙后代的信息?这本关于蚯蚓的书，被一些评论家视为是达尔文在老年时期的退化思维所产生的好奇心驱使下而作；它探讨了我们脚下的土壤是如何经过蚯蚓的身体得以循环，以及蚯蚓是如何塑造了英国的乡村景观。

 

达尔文自家的田地让他有机会探索蚯蚓在地质过程中所起到的重要作用。在环球旅行结束后不久，达尔文回到了自己在英国的家。这位著名的乡村士绅发现，每隔一段时间就被拱到地表的物质，与几年前被一层散落田间的灰渣所覆盖的细土极其相似。由于那几年田里既没有养牲畜又没有种粮食，这片田应该毫无变化。那之前散落田间的那层灰渣是怎么在他的眼前“下沉”的？

而唯一可能的解释听起来很荒谬—是蚯蚓年复一年地将小堆粪土翻到地表之上。难道蚯蚓真的一直在给他犁地吗？出于好奇，达尔文开始探究是不是蚯蚓在慢慢地构建起一层新的土壤。与他同时代的人则认为他疯了一他成了一个认为蚯蚓那微小的行为能够积累产生巨变的傻瓜。

达尔文开始坚定地收集并称量蚯蚓粪，以估测蚯蚓究竟翻动了多少英国乡村的土壤。他的儿子则帮助他测算那些古代遗迹“下沉”的速度。最令达尔文的朋友好奇的是,他将蚯蚓养在客厅的罐子中，尝试不同的蚯蚓喂食方式，并测量它们究竟能够多快地将地表的叶片和灰土转变为土壤。达尔文最终得出结论：“全英国的菜地已经多次经过蚯蚓的肠道，并将继续一遍遍地被蚯蚓吃进再排出。”从好奇蚯蚓是如何翻动自家田地，到证明蚯蚓不断吃进并消化全英国的土壤，这的确是巨大的飞跃。到底是什么推动达尔文沿着这种异乎寻常的思路探究下去的呢？

 

在达尔文的诸多观察中，有一个例子格外引人注目。1841年,当达尔文的小儿子跑下山坡时，散布于这片坡田的石块被踢得叮当作响—那一年是达尔文最后一次在这片坡田上耕作。在三十年后的1871年，这片久未耕作的坡田已经找不到石块的痕迹—马匹可以在这片休耕多年的坡地上奔跑而提不到一块石头。那些曾被踢得叮当响的石头究竟去哪里了？

出于好奇，达尔文挖了一条横跨这片荒田的沟槽。他发现，那些曾经散布在地表层的石块，如今已被两英寸半的细土所覆盖。这些石块所经历的过程，正如同几十年前散落田地表层的那些煤渣。达尔文猜测，在无数蚯蚓的努力下，新的表层土壤正以每个世纪几英寸的速度慢慢累积。

由于不确定这是否仅仅是发生在自家田地的特殊情况，达尔文让已经长大的儿子们去考察,那些废弃了数百年的建筑物的楼层和地基，究竟是以多快的速度被新土层掩埋的。达尔文部署的这些“侦查员”向达尔文汇报，萨里郡的工人在地下两英寸半的深处发现了典型的罗马式别墅的小红瓦。来自公元2—4世纪的硬币进一步证实，这座罗马式别墅已经废弃了一千年以上。堆积在该处遗迹的地板上的土层有六到七英寸厚，也就是说，新土层累积的速度大约是每个世纪半英寸到一英寸。达尔文在自家田地里观察到的现象并非特例。

对其他一系列古代遗迹的观察，让达尔文进一步坚信了蚯蚓在英国乡村间“犁地”的事实。1872年，达尔文的大儿子威廉.达尔文发现，在亨利八世反正统天主教战争期间被摧毁的博利厄修道院中殿的步道，如今被埋在六到十二英寸的土层下，在格洛斯特郡，一栋隐藏于丛林的，与世隔绝几个世纪的大型罗马式别墅的遗迹，被一个猎场看守在挖同猎兔的过程中偶然发现，当时它英尺的土层覆盖；而位于什罗普郡的尤里康尼亚姆废城的混凝土步道，在荒废几百年后，也被厚达一英尺的土层覆盖。可是，真的是蚯蚓完成了这些巨大的工程。

 

通过收集并称里不同地区的蚯蚓粪便，达尔文发现蚯蚓每年可为每公顷土地带来十到二十吨的新土。也就是说，蚯蚓每年的活动可以在地表形成一层厚度约为十分之一英寸到四分之一英寸的，平铺其上的新土层。这足以解释古罗马遗迹被土层掩埋的现象，也与达尔文所推断的，在被他的儿子们称为石场的自家荒地上的新土壤的形成速度非常接近。通过观察和整理自家的田地，挖掘古代建筑遗址，以及直接称量蚯蚓的粪便。达尔文发现，蚯蚓的确在表土层的形成过程中起到了至关重要的作用。

 

但是，它们究竟是怎么办到怕的呢？达尔文开始观察摆在自家客厅的玻璃容器中的蚯蚓的活动，试图了解他们是怎样将有机物质“注入”土壤的，达尔文对自己这些新宠物拖进地下洞穴的树叶的巨大数量进行了计算。他观察到，蚯蚓将树叶撕成小块并部分地消化了它们，然后又将这些有机物质与之前摄取的细土混合了起来。

达尔文注意到，蚯蚓除了能够磨碎叶片，还能够将小石块分解为矿质土壤。达尔文在解剖蚯蚓时，总是在其消化系统中发现小石头和沙粒。达尔文发现，蚯蚓的胃酸与土壤中的腐殖酸成分相匹配，并对比了蚯蚓的消化能力与植物根系缓慢分解最坚硬岩石的能力。达尔文发现：通过缓慢的翻土、分解、再加工，以及将岩石与有机物质混合的一系列过程，蚯蚓能够制造新的土壤。

达尔文还发现，蚯蚓不仅“制造土壤，还促成了土壤的移动。他不停徘徊在被雨水浸透的自家田地，并观察到在雨水冲刷下，蚯蚓造就的这层土，即使沿着最平缓的坡度也能扩散开来。达尔文精心收集、称量并比较了不同位置的蚯蚓洞穴中涌出的粪便量，发现下坡侧的粪便里是上坡侧的两倍。被蚯蚓拱到地表的物质向下坡方向平均移动了两英寸。仅仅通过挖洞，蚯蚓就使得土壤不断向下坡方向缓慢移动。

基于他的观察与测里，达尔文计算出，在一片长约十码的典型的英国坡地上，每年约有一磅重的土壤向下坡方向移动。据此，他得出进一步的结论：英国全境的表土层就如同一块泥土的毡垫，通过这支看不见的蚯蚓大军的挖掘与消化作用，在被草皮覆盖的山坡上慢慢下移，蚯蚓毎年移动了英格兰和苏格兰墳内几乎五亿吨重的土壤。达尔文认为，蚯蚓是能够在数百万年的时间尺度上重塑土地的主要地质力量。

 

 

虽然达尔文对蚯蚓展开的研究极具创新与突破性，但他那时对土壤侵蚀的了解还不全面。比如，他通过测量密西西比河所带动的泥沙含量，计算出在地质上升作用的情况下，阿巴拉契亚山脉会在四百五十万年内被侵蚀为平缓的平原。对于不存在地质上升，已经进入地质死亡期的山脉而言，自恐龙存在时期便开始的自然侵蚀并未将其化为平地。也就是说，达尔文过分高估了山脉被侵蚀的速度。他的计算与实际情况的差距为何会如此之大？

达尔文和与他同时代的人都还不知道地壳均衡这一现象，即由侵蚀引发的地球深处的岩石层的上升过程。这一理论直到达尔文去世几十年之后才成为主流地质假说。如今，地壳均衡理论已经被广泛接受-—“侵蚀″并非削减材料的单项过程，它也是使岩石层向上移动以达到地表海拔的动态平衡。

尽管地壳均衡理论所描述的现象与“侵蚀削减地表”这一常识性认识相左，但这一理论在更深层次上是符合常识性逻辑的。大陆实际上是漂浮在地球深层致密的地幔之上，由相对较轻的岩石所构成的。大陆如同海上漂浮的冰山，或是杯中漂浮的冰块，当水面之上的部分消融，冰块就会微微上升并继续漂浮。同样，大陆的基底部分实际上向地球深处延伸了五十多英里后才觔及致密的地幔。侵蚀过程所造成的地表景观的质里削减，通过被地球深层力里上推的新岩石得到了补偿。地表一英尺厚的岩石层的削减，只会造成地表下降两英寸，因为会有十英寸厚度的新岩石上移以补充质里损失。地壳均衡过程所带来的新的岩石亦是形成土壤的原材料。

在达尔文看来，地表土壤有着一种动态平衡，即在自然侵蚀与深层岩石分解补充这两者之间维持着稳定状态。达尔文认为，表土层持续地变化着，却能够保持稳定状态。通过观察蚯蚓，他发现了地球表面这层薄薄的土壤的动态特性。在他写下的人生最后一章中，达尔文开启了“土壤是地球表皮”的这一现代认知。

达尔文认识到了蚯蚓在土壤制造过程中的重要作用，并将其视为大自然的园丁。当我们注视着那青草覆盖的广阔田野，我们要把它那平整的美记在心底。这平整，是大地的缤纷美丽赖以存在的基础；这平整，得益于蚯蚓慢慢将一切崎岖化作平齐。对人类而言，这必是惊人的认知：眼前这般宽广的地球表层泥土，从古至今，以数年一次的周期进出着蚯蚓的身体。对人类而言，犁具是我们最古老而珍贵的发明之一；我们更要感叹，蚯蚓对土地的规律性耕犁的历史，始于人类出现之前，并将继续下去。是否还会有许多其他动物，能够像这些构造简单的生物一样，在世界历史中扮演如此重要的角色？关于这一点，也许还存在疑问。

近年来对苏格兰东南部地区以及设德兰群岛土攘细部纹理的观察，再次证实了达尔文的推断。荒废了几个世纪的田野的表土层，几乎全部由混杂了岩石颗粒的蚯蚓粪便组成。正如达尔文猜测的那样，蚯蚓仅需要几个世纪就可以把表土层彻底“耕犁一遍”。

达尔文对土壤作为一种介于岩石与生命之间的动态界面的认知，进一步引发了他对土壤层厚度与当地环境条件之间关系的思考。达尔文指出，厚的土壤层使得仅在地面之下几英尺范圉內活动的蚯蚓不会去触及更深处的岩石。同时达尔文注意到，蚯蚓排入土壤中的腐殖物在渗进地下更深处之前就已分解。达尔文因此推断，厚土层是介于岩石与外界环境之间的隔离层，它使岩石较少受到极端温度变化或是霜东和结冰的剧烈作用的影向。土壤层会不断加厚，直到表土层受侵蚀的速度与深层岩石转化为土攘的速度形成动态平衡。

达尔文的推断是正确的，土壤的确是一个会响应环境变化的动态系统。如果新土攘的形缄里大于受侵蚀的消耗量，那么土壤层就会加厚。正如达尔文所描述的那样，当土壤层达到一定的厚度时，就会将岩石与能够使其转化为新土壤的物理化学过程相隔离。相反，地表景观的土壤的过度侵蚀与消耗，则会加剧作用于裸露岩石的环墳侵蚀。这既可以在一定程度上加快土攘的生成速度，也有可能使新土壤的形完全停滞一这要取决于植物是否能够成功在此地扎根生长。

从较长的一段时间来看，动态的土壤系统将逐渐趋于一种侵蚀消耗与风化重生之间的平衡。这种规律使得土壤厚度与某一特定景观的环境特征相匹配。虽然大量土壤受到地表侵蚀，并由深层岩石风化作用所产生的新泥土所补充，土壤、景观以及整个植物群落，始终是作为一个整体在不断演进，因为它们都是在土壤的消耗与重生这一动态平衡中相互依存。

从土地本身的形式来看，这种相互作用也是显而易见的。光秃且棱角分明的山坡常岀现在干旱地区，那里的夏季雷雨对土壤的剥蚀速度长期超过土壤的生成速度；而气候显润的地区情况则不同，这些地方的土壤生成速度能够赶上土壤侵蚀速度，所以能反映土壤性质的是由较厚土层覆盖而成的圆开山丘，而不是土壤层之下深层岩石的形态。因此，土壤形成较慢的干旱景观以棱角分明的山坡为主，而湿润的热带地区则充满了起伏的园形山丘。

土壤不仅塑造了土地的形态，而且提供了植物生存所需的最基本条件。土壤为植物提供营养，并能够持续提供氧气与水分。好的土壤就如同催化剂，使得植物能够吸收太阳光，并将太阳能以及二氧化碳转化为碳水化合物，从而维系陆地生物食物链。

植物的生长需要氮、钾、磁以及其他诸多营养元素。有一些元素，比如钙或钠，其供应通常充足，不会因稀缺而限制植物生长；而另一些元素(比如钴)非常稀少，但对植物生长至关重要。新土壤的生成过程亦包含营养物质在生态系统中的循环，因此它也间接地使土地变得适于动植物生存。进一步来说，土壤的肥力决定陆地生态系统的生产力。海洋之外的整个生命系统，事实上依赖于土壤中产生与保存的营养物质。它们通过生态循环过程从土壤进入动植物，然后再次进入土壤。

生命的历史与土壤的历史紧密相关。在地球历史早期，大地被裸露的岩石覆盖。雨水落到寸草不生的地面，侵蚀地表岩石，并携带浸出的矿质元素慢慢下渗，岩石形态的地表矿物最终被风化为黏土。水分慢慢下渗的过程使得新生成的黏士得以被重新分布，这时便形成了地球早期的土壤—原始矿质土壤。世界上最古老的化石土壤年龄超过三十亿岁，几乎与最古老的沉积岩相当一化石士壤甚至可能与大地自身岀现在同一时期。早期形成的土壤以黏土为主，最早的化石土壤含有异常丰富的钾，因为此时地球上还没有植物吸收黏土中的营养。

一些科学家认为，黏土矿物甚至在地球生命进化过程中起到过关键作用。在早期地质历史中，黏士自身高度的反应性使其成为简单有机分子向生物体转变的理想场所，海洋沉积物中发现的早期生命化石与最古老的土壤年龄相仿。鸟嘌吟和胞嘧啶(它们是組成DNA的四种含氮碱基中的两种）形成于黏土质含量极高的溶液中，这或许并非偶然。不管岩石变为黏土的过程是否启动了生命的演化机制，最早期的土攘演变，的确是使地球向一个能够承载复杂生命形式的可居之地转变的关键动因。

四十亿年前，地球表面的温度接近沸点。最早的细菌是那些至今仍覆盖在黄石公园的杜观温泉池中的嗜热细菌的近亲。幸运的是,这些古老的嗜热细菌的生长与扩展，加快了岩石表面的侵蚀速度，使其能够将那些在这层“细菌垫”保护下的岩石转变为原始土壤。这些古老细菌对大气中的二氧化碳的消耗，使得地球的温度下降了30°到40°C—一种逆温室效应。若没有这些生产土壤的细菌，地球大概永远无法成为可居之地。

土壤的演变最终创造了使植物得以在地球上大里繁衍的条件。大约三亿五千万年前，原始的植物从河口三角洲一直向沿海河谷蔓延。这里堆积着大量被河流从光秃高地冲刷下来的泥沙所形成的淤泥。一旦这些向内陆进军的植物来到山脚下，它们的根系就会将岩石碎屑与泥土紧紧抓牢。原始士壤促进了岩石的进一步分解，从而形成更多土壤。土攘中植物根系与土壤生物群的呼吸作用将地下的二氧化碳浓度提升到了大气中水平的十倍到一百倍，使土壤中的水分转变成了弱碳酸。因此，那些被生长着植物的泥土所覆盖的岩石，比裸露在地表的岩石分解得快得多。植物的进化加快了土壤形成的速度，而逐渐增加的土壤则能够支持更多植物的生长。

一旦有机物质使土壤变得肥沃，使其能够支持更多植物的生长，便形成了一个自我强化的良性机制：更加肥浜的土壤能够支持更多植物的生长。至此，植物群落得以在富含有机物质的表土层生长，并最终以有机物质的形式再次回归土攘。更大更繁茂的植物能够通过化为腐烂的有机物质，令土壤更加肥沃；繁茂的植物也能为更多的动物提供食物，这些动物死后也将营养物质归还给士壤。尽官在地球历史上偶尔会出现生物大灭绝的现象，但生命与土壤始终共生发展，并在气候变化和大陆板块移动的共同作用下不断多样化。

土壤完成了生命的循环过程一它将有机物质分解、循环，并恢复自身支持植物生长的肥力，它便成了一个能够净化动植物尸体并将其转化为支持新生命的营养“过滤器”。也就是说，土壤是一种交界面，它的一边是组成这个星球的岩石，另一边是依靠阳光和从岩石中渗出的营养元素而生的动植物。植物直接从空中获得二氧化碳，从土壤中获得水分，但就如同工厂的运作一样，关键营养元素的缺失将限制土壤的生产力。三种元素—氮、钾和磷——常常是限制植物生长，并决定整个生态系统生命力的关键所在。从更宏观的角度来看这一过程，我们可以发现，土壤实际上控制着地球内部的元素向地表外侧环境的转移。生命的延续实际上需要使土壤得以不断更新的“侵蚀”过程得存在—只要这侵蚀过程不要太快，以至于土壤被一扫而空。

从最基本的层面上来说，陆地生命需要土壤；反过来，生命与泥土又进一步制造土攘。据达尔文估算，英国每一英亩优良土壤中差不多生活着四百磅重的蚯蚓，优良的表土层中还蕴含着能够协助植物从有机质和矿质土壤中获得养分的微生物。一捧土壤中的微生物数量可达数十亿，而一磅肥沃泥土中的微生物数量则比地球上的全部人口还要多。然而从很多方面来看，我们生活的现实却是依赖于这些生活在土壤中的数量庞大的微生物群，它们能够加快营养物质的释放，以及有机物质的分解。它们使土地适于植物生存，进而适于人类生存。

如果你对我们推广的“益恩木系统应用技术”不陌生的话，一定会熟悉“蚯蚓”和“益恩木地龙有机肥”，今天我们就说说神奇的蚯蚓和土壤的关系，我们从大名鼎鼎的达尔文说起！

 

 

1881年，已经出版了《物种起源》的查尔斯•达尔文已经名闻天下了，在他的晚年时光，他把他的目光投向了毫不起眼的蚯蚓，他在《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》一书中写到：“我们很难找到其他的生灵像它们一样，虽看似卑微，却在世界历史的进程中起到了如此重要的作用。”达尔文的最后一本书，鲜为人知且未受争议。这本书写的是蚯蚓如何将灰尘和腐烂的树叶变成土壤，并于1882年,也就是达尔文去世的前一年出版与达尔文一生的成就相比，他的最后一部著作似乎记录了一项微不足道的观察；或者，他其实发现了一个关乎我们这个世界存亡的重大事实—一个他认为在生命的最后时日必须传递给子孙后代的信息?这本关于蚯蚓的书，被一些评论家视为是达尔文在老年时期的退化思维所产生的好奇心驱使下而作；它探讨了我们脚下的土壤是如何经过蚯蚓的身体得以循环，以及蚯蚓是如何塑造了英国的乡村景观。

 

 

 

达尔文自家的田地让他有机会探索蚯蚓在地质过程中所起到的重要作用。在环球旅行结束后不久，达尔文回到了自己在英国的家。这位著名的乡村士绅发现，每隔一段时间就被拱到地表的物质，与几年前被一层散落田间的灰渣所覆盖的细土极其相似。由于那几年田里既没有养牲畜又没有种粮食，这片田应该毫无变化。那之前散落田间的那层灰渣是怎么在他的眼前“下沉”的？

而唯一可能的解释听起来很荒谬—是蚯蚓年复一年地将小堆粪土翻到地表之上。难道蚯蚓真的一直在给他犁地吗？出于好奇，达尔文开始探究是不是蚯蚓在慢慢地构建起一层新的土壤。与他同时代的人则认为他疯了一他成了一个认为蚯蚓那微小的行为能够积累产生巨变的傻瓜。

 

 

 

 

达尔文开始坚定地收集并称量蚯蚓粪，以估测蚯蚓究竟翻动了多少英国乡村的土壤。他的儿子则帮助他测算那些古代遗迹“下沉”的速度。最令达尔文的朋友好奇的是,他将蚯蚓养在客厅的罐子中，尝试不同的蚯蚓喂食方式，并测量它们究竟能够多快地将地表的叶片和灰土转变为土壤。达尔文最终得出结论：“全英国的菜地已经多次经过蚯蚓的肠道，并将继续一遍遍地被蚯蚓吃进再排出。”从好奇蚯蚓是如何翻动自家田地，到证明蚯蚓不断吃进并消化全英国的土壤，这的确是巨大的飞跃。到底是什么推动达尔文沿着这种异乎寻常的思路探究下去的呢？

 

 

 

 

在达尔文的诸多观察中，有一个例子格外引人注目。1841年,当达尔文的小儿子跑下山坡时，散布于这片坡田的石块被踢得叮当作响—那一年是达尔文最后一次在这片坡田上耕作。在三十年后的1871年，这片久未耕作的坡田已经找不到石块的痕迹—马匹可以在这片休耕多年的坡地上奔跑而提不到一块石头。那些曾被踢得叮当响的石头究竟去哪里了？

出于好奇，达尔文挖了一条横跨这片荒田的沟槽。他发现，那些曾经散布在地表层的石块，如今已被两英寸半的细土所覆盖。这些石块所经历的过程，正如同几十年前散落田地表层的那些煤渣。达尔文猜测，在无数蚯蚓的努力下，新的表层土壤正以每个世纪几英寸的速度慢慢累积。

由于不确定这是否仅仅是发生在自家田地的特殊情况，达尔文让已经长大的儿子们去考察,那些废弃了数百年的建筑物的楼层和地基，究竟是以多快的速度被新土层掩埋的。达尔文部署的这些“侦查员”向达尔文汇报，萨里郡的工人在地下两英寸半的深处发现了典型的罗马式别墅的小红瓦。来自公元2—4世纪的硬币进一步证实，这座罗马式别墅已经废弃了一千年以上。堆积在该处遗迹的地板上的土层有六到七英寸厚，也就是说，新土层累积的速度大约是每个世纪半英寸到一英寸。达尔文在自家田地里观察到的现象并非特例。

对其他一系列古代遗迹的观察，让达尔文进一步坚信了蚯蚓在英国乡村间“犁地”的事实。1872年，达尔文的大儿子威廉.达尔文发现，在亨利八世反正统天主教战争期间被摧毁的博利厄修道院中殿的步道，如今被埋在六到十二英寸的土层下，在格洛斯特郡，一栋隐藏于丛林的，与世隔绝几个世纪的大型罗马式别墅的遗迹，被一个猎场看守在挖同猎兔的过程中偶然发现，当时它英尺的土层覆盖；而位于什罗普郡的尤里康尼亚姆废城的混凝土步道，在荒废几百年后，也被厚达一英尺的土层覆盖。可是，真的是蚯蚓完成了这些巨大的工程。

 

 

 

通过收集并称里不同地区的蚯蚓粪便，达尔文发现蚯蚓每年可为每公顷土地带来十到二十吨的新土。也就是说，蚯蚓每年的活动可以在地表形成一层厚度约为十分之一英寸到四分之一英寸的，平铺其上的新土层。这足以解释古罗马遗迹被土层掩埋的现象，也与达尔文所推断的，在被他的儿子们称为石场的自家荒地上的新土壤的形成速度非常接近。通过观察和整理自家的田地，挖掘古代建筑遗址，以及直接称量蚯蚓的粪便。达尔文发现，蚯蚓的确在表土层的形成过程中起到了至关重要的作用。

 

 

 

但是，它们究竟是怎么办到怕的呢？达尔文开始观察摆在自家客厅的玻璃容器中的蚯蚓的活动，试图了解他们是怎样将有机物质“注入”土壤的，达尔文对自己这些新宠物拖进地下洞穴的树叶的巨大数量进行了计算。他观察到，蚯蚓将树叶撕成小块并部分地消化了它们，然后又将这些有机物质与之前摄取的细土混合了起来。

达尔文注意到，蚯蚓除了能够磨碎叶片，还能够将小石块分解为矿质土壤。达尔文在解剖蚯蚓时，总是在其消化系统中发现小石头和沙粒。达尔文发现，蚯蚓的胃酸与土壤中的腐殖酸成分相匹配，并对比了蚯蚓的消化能力与植物根系缓慢分解最坚硬岩石的能力。达尔文发现：通过缓慢的翻土、分解、再加工，以及将岩石与有机物质混合的一系列过程，蚯蚓能够制造新的土壤。

达尔文还发现，蚯蚓不仅“制造土壤，还促成了土壤的移动。他不停徘徊在被雨水浸透的自家田地，并观察到在雨水冲刷下，蚯蚓造就的这层土，即使沿着最平缓的坡度也能扩散开来。达尔文精心收集、称量并比较了不同位置的蚯蚓洞穴中涌出的粪便量，发现下坡侧的粪便里是上坡侧的两倍。被蚯蚓拱到地表的物质向下坡方向平均移动了两英寸。仅仅通过挖洞，蚯蚓就使得土壤不断向下坡方向缓慢移动。

基于他的观察与测里，达尔文计算出，在一片长约十码的典型的英国坡地上，每年约有一磅重的土壤向下坡方向移动。据此，他得出进一步的结论：英国全境的表土层就如同一块泥土的毡垫，通过这支看不见的蚯蚓大军的挖掘与消化作用，在被草皮覆盖的山坡上慢慢下移，蚯蚓毎年移动了英格兰和苏格兰墳内几乎五亿吨重的土壤。达尔文认为，蚯蚓是能够在数百万年的时间尺度上重塑土地的主要地质力量。

 

 

 

 

 

虽然达尔文对蚯蚓展开的研究极具创新与突破性，但他那时对土壤侵蚀的了解还不全面。比如，他通过测量密西西比河所带动的泥沙含量，计算出在地质上升作用的情况下，阿巴拉契亚山脉会在四百五十万年内被侵蚀为平缓的平原。对于不存在地质上升，已经进入地质死亡期的山脉而言，自恐龙存在时期便开始的自然侵蚀并未将其化为平地。也就是说，达尔文过分高估了山脉被侵蚀的速度。他的计算与实际情况的差距为何会如此之大？

达尔文和与他同时代的人都还不知道地壳均衡这一现象，即由侵蚀引发的地球深处的岩石层的上升过程。这一理论直到达尔文去世几十年之后才成为主流地质假说。如今，地壳均衡理论已经被广泛接受-—“侵蚀″并非削减材料的单项过程，它也是使岩石层向上移动以达到地表海拔的动态平衡。

尽管地壳均衡理论所描述的现象与“侵蚀削减地表”这一常识性认识相左，但这一理论在更深层次上是符合常识性逻辑的。大陆实际上是漂浮在地球深层致密的地幔之上，由相对较轻的岩石所构成的。大陆如同海上漂浮的冰山，或是杯中漂浮的冰块，当水面之上的部分消融，冰块就会微微上升并继续漂浮。同样，大陆的基底部分实际上向地球深处延伸了五十多英里后才觔及致密的地幔。侵蚀过程所造成的地表景观的质里削减，通过被地球深层力里上推的新岩石得到了补偿。地表一英尺厚的岩石层的削减，只会造成地表下降两英寸，因为会有十英寸厚度的新岩石上移以补充质里损失。地壳均衡过程所带来的新的岩石亦是形成土壤的原材料。

在达尔文看来，地表土壤有着一种动态平衡，即在自然侵蚀与深层岩石分解补充这两者之间维持着稳定状态。达尔文认为，表土层持续地变化着，却能够保持稳定状态。通过观察蚯蚓，他发现了地球表面这层薄薄的土壤的动态特性。在他写下的人生最后一章中，达尔文开启了“土壤是地球表皮”的这一现代认知。

 

 

 

 

 

达尔文认识到了蚯蚓在土壤制造过程中的重要作用，并将其视为大自然的园丁。当我们注视着那青草覆盖的广阔田野，我们要把它那平整的美记在心底。这平整，是大地的缤纷美丽赖以存在的基础；这平整，得益于蚯蚓慢慢将一切崎岖化作平齐。对人类而言，这必是惊人的认知：眼前这般宽广的地球表层泥土，从古至今，以数年一次的周期进出着蚯蚓的身体。对人类而言，犁具是我们最古老而珍贵的发明之一；我们更要感叹，蚯蚓对土地的规律性耕犁的历史，始于人类出现之前，并将继续下去。是否还会有许多其他动物，能够像这些构造简单的生物一样，在世界历史中扮演如此重要的角色？关于这一点，也许还存在疑问。

近年来对苏格兰东南部地区以及设德兰群岛土攘细部纹理的观察，再次证实了达尔文的推断。荒废了几个世纪的田野的表土层，几乎全部由混杂了岩石颗粒的蚯蚓粪便组成。正如达尔文猜测的那样，蚯蚓仅需要几个世纪就可以把表土层彻底“耕犁一遍”。

达尔文对土壤作为一种介于岩石与生命之间的动态界面的认知，进一步引发了他对土壤层厚度与当地环境条件之间关系的思考。达尔文指出，厚的土壤层使得仅在地面之下几英尺范圉內活动的蚯蚓不会去触及更深处的岩石。同时达尔文注意到，蚯蚓排入土壤中的腐殖物在渗进地下更深处之前就已分解。达尔文因此推断，厚土层是介于岩石与外界环境之间的隔离层，它使岩石较少受到极端温度变化或是霜东和结冰的剧烈作用的影向。土壤层会不断加厚，直到表土层受侵蚀的速度与深层岩石转化为土攘的速度形成动态平衡。

 

 

 

 

达尔文的推断是正确的，土壤的确是一个会响应环境变化的动态系统。如果新土攘的形缄里大于受侵蚀的消耗量，那么土壤层就会加厚。正如达尔文所描述的那样，当土壤层达到一定的厚度时，就会将岩石与能够使其转化为新土壤的物理化学过程相隔离。相反，地表景观的土壤的过度侵蚀与消耗，则会加剧作用于裸露岩石的环墳侵蚀。这既可以在一定程度上加快土攘的生成速度，也有可能使新土壤的形完全停滞一这要取决于植物是否能够成功在此地扎根生长。

从较长的一段时间来看，动态的土壤系统将逐渐趋于一种侵蚀消耗与风化重生之间的平衡。这种规律使得土壤厚度与某一特定景观的环境特征相匹配。虽然大量土壤受到地表侵蚀，并由深层岩石风化作用所产生的新泥土所补充，土壤、景观以及整个植物群落，始终是作为一个整体在不断演进，因为它们都是在土壤的消耗与重生这一动态平衡中相互依存。

从土地本身的形式来看，这种相互作用也是显而易见的。光秃且棱角分明的山坡常岀现在干旱地区，那里的夏季雷雨对土壤的剥蚀速度长期超过土壤的生成速度；而气候显润的地区情况则不同，这些地方的土壤生成速度能够赶上土壤侵蚀速度，所以能反映土壤性质的是由较厚土层覆盖而成的圆开山丘，而不是土壤层之下深层岩石的形态。因此，土壤形成较慢的干旱景观以棱角分明的山坡为主，而湿润的热带地区则充满了起伏的园形山丘。

 

 

 

土壤不仅塑造了土地的形态，而且提供了植物生存所需的最基本条件。土壤为植物提供营养，并能够持续提供氧气与水分。好的土壤就如同催化剂，使得植物能够吸收太阳光，并将太阳能以及二氧化碳转化为碳水化合物，从而维系陆地生物食物链。

植物的生长需要氮、钾、磁以及其他诸多营养元素。有一些元素，比如钙或钠，其供应通常充足，不会因稀缺而限制植物生长；而另一些元素(比如钴)非常稀少，但对植物生长至关重要。新土壤的生成过程亦包含营养物质在生态系统中的循环，因此它也间接地使土地变得适于动植物生存。进一步来说，土壤的肥力决定陆地生态系统的生产力。海洋之外的整个生命系统，事实上依赖于土壤中产生与保存的营养物质。它们通过生态循环过程从土壤进入动植物，然后再次进入土壤。

 

 

 

生命的历史与土壤的历史紧密相关。在地球历史早期，大地被裸露的岩石覆盖。雨水落到寸草不生的地面，侵蚀地表岩石，并携带浸出的矿质元素慢慢下渗，岩石形态的地表矿物最终被风化为黏土。水分慢慢下渗的过程使得新生成的黏士得以被重新分布，这时便形成了地球早期的土壤—原始矿质土壤。世界上最古老的化石土壤年龄超过三十亿岁，几乎与最古老的沉积岩相当一化石士壤甚至可能与大地自身岀现在同一时期。早期形成的土壤以黏土为主，最早的化石土壤含有异常丰富的钾，因为此时地球上还没有植物吸收黏土中的营养。

一些科学家认为，黏土矿物甚至在地球生命进化过程中起到过关键作用。在早期地质历史中，黏士自身高度的反应性使其成为简单有机分子向生物体转变的理想场所，海洋沉积物中发现的早期生命化石与最古老的土壤年龄相仿。鸟嘌吟和胞嘧啶(它们是組成DNA的四种含氮碱基中的两种）形成于黏土质含量极高的溶液中，这或许并非偶然。不管岩石变为黏土的过程是否启动了生命的演化机制，最早期的土攘演变，的确是使地球向一个能够承载复杂生命形式的可居之地转变的关键动因。

四十亿年前，地球表面的温度接近沸点。最早的细菌是那些至今仍覆盖在黄石公园的杜观温泉池中的嗜热细菌的近亲。幸运的是,这些古老的嗜热细菌的生长与扩展，加快了岩石表面的侵蚀速度，使其能够将那些在这层“细菌垫”保护下的岩石转变为原始土壤。这些古老细菌对大气中的二氧化碳的消耗，使得地球的温度下降了30°到40°C—一种逆温室效应。若没有这些生产土壤的细菌，地球大概永远无法成为可居之地。

土壤的演变最终创造了使植物得以在地球上大里繁衍的条件。大约三亿五千万年前，原始的植物从河口三角洲一直向沿海河谷蔓延。这里堆积着大量被河流从光秃高地冲刷下来的泥沙所形成的淤泥。一旦这些向内陆进军的植物来到山脚下，它们的根系就会将岩石碎屑与泥土紧紧抓牢。原始士壤促进了岩石的进一步分解，从而形成更多土壤。土攘中植物根系与土壤生物群的呼吸作用将地下的二氧化碳浓度提升到了大气中水平的十倍到一百倍，使土壤中的水分转变成了弱碳酸。因此，那些被生长着植物的泥土所覆盖的岩石，比裸露在地表的岩石分解得快得多。植物的进化加快了土壤形成的速度，而逐渐增加的土壤则能够支持更多植物的生长。

一旦有机物质使土壤变得肥沃，使其能够支持更多植物的生长，便形成了一个自我强化的良性机制：更加肥浜的土壤能够支持更多植物的生长。至此，植物群落得以在富含有机物质的表土层生长，并最终以有机物质的形式再次回归土攘。更大更繁茂的植物能够通过化为腐烂的有机物质，令土壤更加肥沃；繁茂的植物也能为更多的动物提供食物，这些动物死后也将营养物质归还给士壤。尽官在地球历史上偶尔会出现生物大灭绝的现象，但生命与土壤始终共生发展，并在气候变化和大陆板块移动的共同作用下不断多样化。

 

 

 

土壤完成了生命的循环过程一它将有机物质分解、循环，并恢复自身支持植物生长的肥力，它便成了一个能够净化动植物尸体并将其转化为支持新生命的营养“过滤器”。也就是说，土壤是一种交界面，它的一边是组成这个星球的岩石，另一边是依靠阳光和从岩石中渗出的营养元素而生的动植物。植物直接从空中获得二氧化碳，从土壤中获得水分，但就如同工厂的运作一样，关键营养元素的缺失将限制土壤的生产力。三种元素—氮、钾和磷——常常是限制植物生长，并决定整个生态系统生命力的关键所在。从更宏观的角度来看这一过程，我们可以发现，土壤实际上控制着地球内部的元素向地表外侧环境的转移。生命的延续实际上需要使土壤得以不断更新的“侵蚀”过程得存在—只要这侵蚀过程不要太快，以至于土壤被一扫而空。