土壤结构的双重性：团聚体与孔隙的统一

土壤是一个分层的、自组织的和涌现的系统，它支持植物和微生物生长，实现碳固存，促进水分通量，并为微生物提供栖息地，所有这些都依赖于土壤结构。最近的争论通常将土壤功能归结为土壤固体和孔隙的几何形态及拓扑结构，并否认了土壤团聚体的存在和作用以及固体层级结构。在此，我们认为土壤结构具有双重性，其本质上归结为孔隙和固体在被称为团聚体的具有特定复杂性和动态特性的组群中的相互嵌锁。通过比较它们的构型、化学和能量参数，我们得出结论：团聚体比孔隙具有高得多的信息密度。因此，与单纯的孔隙相比，团聚体（作为固体和孔隙的统一体）发挥着广泛得多的功能，尤其是在长期尺度上。与土壤结构层级的每个级别相对应的一系列土壤功能取决于团聚体类型（大团聚体、水稳性团聚体、微团聚体和基本土壤颗粒），这由它们特定的结合能、动态变化和寿命所决定。本文引入的基于能量的概念证明了土壤结构层级的合理性，并且是土壤结构构建和碳稳定过程最普遍形式的基础。我们通过基于能量的方法来理解土壤结构：每个层级都对应着形成团聚体的矿物和有机颗粒的特定结合强度。团聚体的形成是一个自下而上的过程，因为结合基本土壤颗粒和微团聚体的能量比粘结大团聚体的能量高出数个数量级。土壤结构的双重性不仅体现在团聚体中孔隙与固体的关系上，还体现在使结构聚结和解聚的生物与非生物过程之间的相互作用和竞争中。将孔隙空间视为土壤生命相和植物根系的运输途径及栖息地，将固-孔界面视为物理化学和生物转化的场所，并将团聚体视为这些现象的结果，这一视角为土壤功能和健康的机制理解及基于过程的建模提供了背景框架。