核心概念
土壤侵蝕
生態學
地質學
引言
也許你嘗試節約用水。也許你已經做到減少使用、重複利用和回收。但你有沒有考慮過保護土壤呢？也許你沒有，但土壤侵蝕——水、風和其他自然力量對土壤的磨損——可能是一個主要的生態問題。當大雨襲擊農田時，富含營養的表土被沖走，肥沃的農田可能會消失。當殺蟲劑和化肥被衝入水道時，水道可能會受到汙染。當土壤侵蝕引起泥石流和山體滑坡時，甚至人類的生命和財產也會受到威脅。據估計，僅在美國，土壤侵蝕造成的經濟損失每年就達數十億美元。這是一個嚴重的問題；你能幫助解決它嗎？做這個活動，學習如何僅用幾株植物來幫助拯救土壤！
背景
土壤侵蝕部分是由雨水徑流沖走土壤引起的。“徑流”指的是流過土壤表面的水。當土壤飽和或無法吸收更多水分時，就會發生徑流。
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一種幫助對抗土壤侵蝕的方法是利用植物，植物擁有廣泛的根系，可以幫助“抓住”土壤並使其結塊。當您將雜草或蔬菜等植物從地裡拔出來時，您可能已經看到一團土壤附著在其根部。植物還有助於吸收土壤中的一些水分。這些作用使得水更難沖走土壤。植物還在其他方面幫助減少侵蝕，例如阻擋可能吹走乾燥表土的風。
既然您已經更多地瞭解了土壤侵蝕，那麼讓我們看看雨水如何導致水土流失。
材料
剪刀或鋒利的刀（使用這些工具時，請成人幫忙。）
乾淨的空一加侖容器，帶蓋子（例如塑膠牛奶罐）
水
兩個鋁製麵包盤（或者，您可以使用兩個尺寸相似的堅固鞋盒。確保它們至少有七釐米深。）
泥土（盆栽土效果很好）
兩個鋁製、9x13 英寸的烤盤（或者，您可以使用淺塑膠容器，大約三釐米深，寬度足以讓麵包盤或鞋盒的短邊放在容器中。）
12 到 14 個塑膠叉子
兩個木塊、淺塑膠容器或其他物體，可用於將麵包盤的一邊墊高至大約三到五釐米的高度（確保兩個物體高度相同，並且這些物體可以沾水。避免使用不應沾水的物體，例如書本。）
室外測試區域，地面平坦、水平，易於清理灑出的水和土壤（在此活動中，您可能會灑出水和土壤。務必保護您的表面，或使用不會因潮溼和髒汙而損壞的表面。
小型園藝鏟、蛋糕鏟或刮刀（可選）
準備工作
請成人使用剪刀或刀在加侖容器的手柄上方戳一個孔。這個孔可以讓空氣進入噴壺，以便液體倒出。孔可以相當大，二分之一到一釐米效果很好。（注意：如果您有一個帶有雨水噴嘴的噴壺，可以噴灑許多細小的雨水狀水流，您可以跳過這些步驟，並使用噴壺來模擬雨水。）
請成人在罐子頂部手柄的另一側戳孔，讓“雨水”（水）流出。三排，每排五個孔效果很好。這些孔需要小一點，大約兩毫米直徑效果很好。如果孔的大小不完全相同或排列不整齊，請不要擔心。您可以測試它如何模擬雨水，並在需要時進行調整。您認為孔的數量和/或大小會改變您創造的雨水的型別嗎？
為了測試您的噴壺，將它裝滿一半的水並蓋上蓋子。在水槽上方或可以弄溼的室外區域，傾斜罐子，使水從小孔中流出。它能很好地模擬雨水嗎？調整您傾斜容器的角度。如果水沿著容器側面流下來，則將其傾斜更多。如果雨水從小孔和大孔中都流出來，則說明您傾斜容器的角度太大了。您得到哪種型別的雨水：暴雨、穩定雨、毛毛雨？如果需要，對孔進行調整。目標是模擬穩定、大雨。
將兩個麵包盤裝滿土壤。這樣做時，將任何土壤結塊打散。在頂部留出一點空間，以免土壤徑流溢位邊緣。土壤層應至少六釐米深。
理想情況下，您會在一個盤子裡種植植物。這需要時間！為了更快地完成這個專案，您將使用塑膠叉子來模擬植物。叉子的尖齒和彎曲區域將模擬根系。
在一個盒子裡“種植”叉子。將叉子均勻分佈，使該區域均勻覆蓋。將叉子深深地插入土壤中，使叉子尖齒（尖頭部分）的彎曲區域在土壤中，只有手柄伸出。現在，移除每個麵包盤一側短邊上半部分。為此，使用小型園藝鏟、蛋糕鏟、刮刀或您的手，在麵包盤短邊與長邊交匯處進行兩次垂直切割，然後向下摺疊或移除該短邊略多於一半的部分，以露出土壤。當您進行侵蝕測試時，這將允許土壤從麵包盤中流出。對另一個麵包盤重複此步驟。
在平坦的工作表面上，將高度為三到五釐米的木塊（或可以沾水的物體）放在一個空烤盤旁邊。（烤盤將收集被侵蝕的土壤。）
將麵包盤的“切口端”放入烤盤中，然後向後推木塊，直到麵包盤的另一端擱在木塊上。土壤表面將呈一定角度。這使您可以模擬一個小斜坡，例如小山坡的斜坡。您是否認為與平坦表面相比，山坡上的徑流問題會更嚴重？
對另一個烤盤、木塊和麵包盤重複上一步，這樣您就有兩個相同的設定：一個土壤中含有叉子（植物替代品），另一個是裸露的土壤。在兩個設定之間留出一些空間，以免一個設定中灑出的水和土壤干擾另一個設定。
步驟
將您的噴水容器裝滿四分之三的水。
使用您的噴水容器模擬一個麵包盤或鞋盒上的雨水。將噴水容器舉得足夠高，使雨水一次落在麵包盤的整個寬度上。但是，如果您無法一次覆蓋面包盤的整個長度，請專注於其上半部分。做好準備——水會流到盤子的側面，土壤可能會濺出盤子，這就是為什麼您需要保護您的工作表面的原因。當雨水落在土壤上時進行觀察。首先發生什麼？您看到土壤表面發生變化嗎？您看到土壤飛濺嗎？徑流（水流過土壤表面）會立即發生嗎？過一會兒您會看到突然的變化嗎？您認為為什麼會發生這種變化？給土壤澆水，直到噴水容器空了。
再次將您的噴水罐裝滿四分之三，並以類似的方式將其用於模擬另一個麵包盤或鞋盒上的雨水。確保您將噴水容器填充到類似的水平，以類似的方式傾斜容器並將其保持在類似的高度。您認為這為什麼重要？改變這些變數會大大模擬出不同強度的雨水嗎？您認為雨水強度會影響其造成的侵蝕破壞的型別和程度嗎？
給第二個麵包盤或鞋盒澆水，直到容器空了。這次您觀察到了什麼？您在兩個實驗之間看到任何差異嗎？
根據土壤型別和麵包盤或鞋盒的大小，您可能在第一次暴雨後看不到明顯的侵蝕發生。如果是這種情況，請將您的噴水罐裝滿一半，並在您的麵包盤或鞋盒上模擬另一次暴雨，一次一個。如果需要，重複操作，直到您在至少一個麵包盤或鞋盒中觀察到明顯的侵蝕發生。對於兩種設定，侵蝕發生在相同的雨量之後嗎？
要檢視烤盤中被侵蝕的土壤量，稍微傾斜烤盤（一次一個）以排出水分。一些懸浮在水中的土壤會隨之排出，但大部分被侵蝕的土壤會沉澱到底部並留在盤中。
比較兩個實驗收集到的被侵蝕土壤量。您發現被侵蝕的土壤量更多、更少還是相等？
您認為叉子與小植物有何相似之處？您認為它們有何不同？您認為在麵包盤或鞋盒中種植小植物會有助於進一步減少侵蝕嗎？
您認為現實世界的情況與您的測試有何相似或不同之處？
額外：用不同的土壤型別進行此實驗。有些土壤比其他土壤更容易受到侵蝕嗎？
額外：在麵包盤中種植蘿蔔芽或其他快速生長的植物。重新進行測試，現在將裸露的土壤與覆蓋著芽苗的土壤進行比較。務必為此使用麵包盤；紙板鞋盒在長時間裝滿溼潤的土壤時會變軟。在此測試中使用的植物芽苗可以很好地替代現實情況下的全尺寸植物或樹木嗎？您期望哪種物質最能保持土壤，叉子、芽苗還是完全長成的植物？
額外：查詢有關不同型別水土流失的更多詳細資訊。片蝕、細溝侵蝕、沖溝侵蝕和飛濺侵蝕是一些例子。在您的實驗中，您觀察到哪種型別的侵蝕？
額外：下次您去自然漫步時，環顧四周。您能找到水蝕或風蝕的跡象嗎？提示：嘗試觀察陡峭的山坡和/或溪流或小溪床。您認為為什麼這些區域容易發生侵蝕？
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觀察和結果
您是否發現從裝滿裸露土壤的麵包盤或鞋盒中沖走的土壤更多？最初，您可能已經看到，落在土壤上的大雨滴的衝擊力會導致土壤碎片脫落，留下小凹坑。也許您觀察到土壤因此飛濺開來。
在開始時，土壤可能能夠吸收大部分雨水。它就像海綿一樣， удерживая 水。但是，如果持續傾盆大雨，土壤並不總能足夠快地吸收水分，您可能會觀察到多餘的水開始在土壤表面流動。遲早您應該觀察到多餘的水向下流動，因為土壤變得飽和並且無法吸收更多的水。
在土壤表面流動的水稱為徑流。當它流動時，它會帶走鬆散的土壤。土壤的輸送量取決於流動水的速度和體積，以及土壤的型別和坡度。雖然叉子不能像植物那樣牢固地抓住土壤，但它們確實有助於將土壤固定在一起並防止大層土壤滑落。因此，您可能從落在裸露土壤上的雨水中收集到更多被侵蝕的土壤。
清理
您可以重複使用此活動中的土壤來種植盆栽植物、開始育苗或（經允許）新增到室外植物的土壤中。土壤可能太溼而無法立即使用；如果是這種情況，請嘗試將其晾乾一天或更長時間後再重複使用。如果您的住所可以回收自制噴壺，請不要忘記回收它——或者繼續使用它來澆灌您自己的植物！
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