土壤的形成

土壤的形成第一节土壤形成因素土壤是多因素影响下变化的客体。土壤既是地理景观的一部分，又是地理景观的一面镜子，这面镜子清晰地反映出水分、热量、空气、动植物对于母质长时间综合作用的结果。母质、气候、生物、地形和时间是土壤形成的主要因素，在上述五大成土因素之外，人为因素具有特别重要的作用和意义。一、母质因素母质或成土母质是指形成土壤的岩石风化物，对应的岩石称为母岩。母质既是成土过程中被改造的“原料”，又深刻地影响成士过程。土壤往往继承了母质的某些性质，幼年土壤的继承性尤为明显。（一）母质类型母质按其搬运沉积情况，可分为残积物和运积物两大类。1．残积物残积物是指岩石风化后基本上不经搬运而残留在原地的物质。残积物可根据母岩的岩性进一步细分为花岗岩、玄武岩、石灰岩、砂岩、页岩等的风化残积物。2．运积物运积物指岩石风化后，经水、风、冰川等外力搬运而沉积在其它地区的物质。运积物又根据其搬运动力而分为不同的类型：（1）水积物水积物又分为流水沉积物（包括坡积物、洪积物和冲积物）、湖积物和海积物.坡积物一般与对应坡面残积物的母岩相同，岩性相对单一。洪积物和冲积物可从其中砾石的成分来大致判别母岩的来源，但来源一般较复杂。湖积物和海积物的起源物质一般难以辨别。（2）风积物风积物包括风积黄土和沙丘。（3）冰川沉积物冰川沉积物包括冰债物和冰水沉积物。（4）重力堆积物。（二）母质对土壤形成的影响1．土壤矿物质组成对母质的依赖性土壤矿物质的机械或颗粒组成、化学组成和矿物组成，都对母质表现出不同程度的依赖性或继承性。表x.1.1就以江西母质发育红壤的颗粒组成为例。表x.1.1江西不同母质发育红壤的颗粒组成母质深度土壤颗粒组成(mm，％)质地名称地点或母岩（cm）1-0.050.05-0.010.01-0.001〈0.001〈0.01进贤第四纪红色粘土0—1019.620.120.240.160.3轻粘土倍丰红砂砾岩0—1543.624.113.818.532.3中壤土颜县千枚岩2—1335.433.016.814.831.6中壤土赣县花岗岩4—2056.415.213.215.228.4轻壤土母质对土壤化学组成的影响，可以从两方面来说明：一是矿物中的钙、镁、钾、钠等盐基元素，它们易于风化淋失；二是难移失和较难移失的硅、铝、钒、钛、磷等元素，不论土壤的风化淋溶程度如何，它们都表现出对母质的明显继承性。母质对土壤的矿物组成也有一定的影响，尤其是幼年性土壤如四川紫色上，无论粘粒或粗粒矿物成分，均与母岩（R）无明显的不同（表x．1．2）。即使一些发育成熟土壤的矿物成分，也显示出母质的影响。例如我国黄棕壤的指示粘粒矿物为水云母、蛭石、高岭石，但下蜀母质发育者尚有一些蒙脱石；花岗岩、辉长岩和石灰岩发育者，粘粒中高岭石增加，水云母有所减少；而紫色了砂岩、页岩发育者，粘粒中水云母最多，高岭石次之。表x.1.2四川紫色土及其母质不同粒级的矿物组成土壤层＜0.001mm粘粒矿物0.01-0.1mm粒级矿物次主要次要少量轻矿物重矿物酸性A蛭石、伊利石高岭石赤铁矿石英；长石(次)锆石；赤铁矿(次)紫色土AB蛭石伊利石赤铁矿、针石英；长石(少)锆石R蛭石伊利石铁矿、石英石英；长石(次)锆石；金红石(少)中性A蛭石、蒙脱石伊利石、高岭石赤铁矿石英；长石(少)赤铁矿(少)紫色土C蛭石伊利石高岭石、赤铁矿石英；长石(少)锆石；赤铁矿(少)R蛭石伊利石高岭石、赤铁石英；长石锆石；赤铁矿(少)石灰性A伊利石一赤铁矿石英；长石(次)锆石紫色土C伊利石一赤铁矿石英；长石(少)一R伊利石一赤铁矿、石英石英；长石(次)一2。母质对土壤发育进程的影响不同母质上的土壤，其发育进程或速度有所差别。（1）一些碎屑类和粘土类的沉积岩，如我国西南地区广泛分布的紫色砂岩和页（泥）岩抗风化、冲蚀的能力弱，它们主要通过物理风化形成土壤物质,一方面在地表侵蚀过程中不断地流失,另一方面又被母岩风化物较快地补充.这种地表物质频繁更新的过程，阻碍了土壤中的化学风化淋溶和生物积累作用，使土壤长久地停留在幼年发育阶段，形成初育性的紫色土。(2）母质岩性对土壤化学风化淋溶进程有明显的影响。概言之，土壤形成过程是以母质为起点，而不同的母质主要通过对矿物化学风化淋溶的影响,或加快或延缓土壤的形成和发育进程.二、生物因素生物是土壤发生、发展中最活跃的成土因素,由于它的创新作用，才使母质产生肥力而转变成为土壤。生物因素包括植物、动物和微生物。植物是有机质的生产者，通过有机合成过程把太阳辐射能转变为有机质中的化学潜能，同时把母质中分散存在的矿质养分集中于有机质中，纳入物质生物循环的轨道。土壤微生物是有机质的分解者，它在分解有机质的过程中，不断矿化释放其中的养分以供植物合成有机质再度利用，同时，还合成腐殖质，并将大气中的分子氮转化为化合氮而积累于土壤中，不断扩大植物性生产的规模。但生物因素又具有从属性的一面，因不同气候、地形等条件而改变，而不像其它成上因素那样具有一定的持久性。植物吸收无机养分而合成有机质，用以建造自身机体。当其死亡后，有机质被微生物分解，其中的养分又矿化为无机形态,为下一代植物再度吸收利用。这是以植物养分为中心,经历时间短而空间范围小的循环过程，也是通过有机质包括腐殖质的合成和分解而实现的循环过程，称为物质或植物养分的生物小循环。不同植被吸收和归还土壤养分的情况不同。由表x．1．3可见，森林植被中阔叶林与针叶林的灰分含量和组成，虽然其树干和根系之间的差异不大，但作为主要凋落物的叶片之间的差异却甚大。阔叶的灰分含量高于针叶。阔叶的灰分组成以钙、钾盐基为主，CaO、K2O、MgO合计占48-77％，次为SiO2，占20％，P205占15-20％；针叶的灰分组成以SiO2占优势，高达30-40％，而CaO、K2O、表x.1.3木本植物灰分组成的一般特点项目灰分(g／kg)灰分中氧化物含量(％)顺序针叶30-60-70SiO2CaOP2O5MgOK2O30-4515-25≈8≈5≈5阔叶90-100CaOK2O≈SiO2MgO≈P2O5Al2O3≈Na2O20-50≈20≈208-1715-20≈1≈1阔叶树干10-20CaOK2OP2O5Al2O3SiO2SO350-7515-255-15≈52-37-17针叶树干10-20CaOK2OP2O5MgOSiO240-60≈20≈10≈52-3针、阔叶树的根20-65CaOAl2O3K2OSO3P2O5MgOSiO228-3711-244-205-114.5-113-103.5-5表x.1.4草本植被（地上部分）灰分组成的一般特点植被类型灰粉（g/kg）灰分含量系列草甸20~40CaO＞K2O＞SO3＞MgO＞SiO2＞R2O3草甸草原50~120SiO2＞K2O≥CaO＞SO3＞P2O5＞MgO≥Al2O3＞R2O3干草原120~200Ma2O≈Cl≈K2O≈CaO≈SO3＞SiO2＞P2O5＞MgO干旱半荒漠的猪毛菜200~300Na2O＞Cl＞SO3＞其他元素灰分含量半荒漠和荒漠的肉质猪毛菜400~550Na2O＞Cl＞SO3＞其他元素灰分含量三、气候因素气候因素决定成土过程的水热条件。气候通过对母质和土壤水热状况的直接影响，强烈地制约以矿物质风化、淋溶为中心的地质大循环和以有机质合成、分解为中心的生物小循环。因此，气候是影响土壤形成方向和强度，以及土壤类型分化和地理分布的一个基本因素。（一）气候的水热因素水热因素是影响土壤发生、发展的主要气候因素。在讨论其成土作用之前，先对与此有关的气候带和气候干湿类型作一简略介绍。1．气候带热量或温度条件是气候带形成的主要因素，并随地理纬度不同而变化。因此，气候带环绕地球纬度而分布，是气候地带性的主要表现。（见表x．1．5）.2．气候干湿类型气候的水分因素即干湿度，同时取决于降水和水分蒸发，后者又与温度有关。气候区划（1959）根据干燥指数（K）划分为湿润、半湿润、半干旱和干旱等气候类型（表x．1．6），以此作为气候带以下一级区划的指标。表x.1.5中国气候区划中气候带的划分指标（《中国自然地理》，1984年）气候带＞10℃天数＞10℃积温．1月平均气温备注Ⅰ寒温带＜100天1600℃＜-30℃Ⅱ中温带100～171天1600℃至3200℃～3400℃-30℃至-12～-6℃Ⅲ暖温带171～218天3200～3400℃至4500～4800℃-12～-6℃至0℃Ⅳ北亚热带218～239天4500～4800℃至5100～5300℃0℃至4℃3500℃至400℃3℃至5～6℃云南地区Ⅴ中亚热带239～285天5100～5300℃至6400～6500℃4℃至10℃4000℃至5000℃5～6℃至9～10℃云南地区Ⅵ南亚热带285～365天6400～6500℃至8000℃10℃至15℃5000℃至7560℃9～10℃至13～15℃云南地区Ⅶ边缘热带365天8000℃至9000℃15℃至20℃7500℃至8000℃＞13～15℃云南地区Ⅷ中热带365天9000℃至10000℃29℃至26℃Ⅸ赤道热带365天＞10000℃＞26℃表X.1.6中国科学院中国气候区划干湿度与植被及水文情况干燥指数干温情况天然植被水文情况≤0.49很湿森林排水0.50～0.99湿润1.00～1.49或半湿润森林草原防水不足1.00～1.191.50～1.99半干旱草甸、草原、干草原需要灌溉荒漠草原1.20～1.992.00～3.99≥4.00干旱荒漠（二）气候对土壤风化发育的影响1.气候影响岩石矿物风化强度。矿物的风化有物理作用和化学作用，其速度和温度有关。一般说，温度增加10℃，化学反应速度平均增长之2-3倍。土壤热状况，取决于土壤的地理位置。不同的纬度地带，土壤热状况不同。同一纬度地带，从沿海向内陆，土壤温度的年变幅和日变幅相应增加。土壤热状况可分三个类型。(1)受热型(2)冷却型(3)热平均分配型2.气候对物质淋溶作用的影响一般说，土壤中物质的迁移是随着水分和热量的增加而增加的。从华北向东北过渡，除钾、钠、钙、镁等盐基淋失外，铁、铝也自土壤表层下移。再向华南过渡，不但盐基物质淋失，硅也遭到淋溶，而铁、铝等在土壤中相对积累.3.气候对土壤有机质的积累和分解起着重要作用过度湿润和长期冰冻有利于有机质的积累，而干旱和高温，好气微生物比较活跃,有机质易于矿化，不利于有机质积累。4．气候对土壤中微生物的数量和种类的影响草甸土中微生物数量最多，黑土中微生物数量每克土可达数千万个。干旱和半干旱地区的栗钙土、棕钙土、灰钙土中，微生物数量在数百万到数千万个之间。湿润地区的红壤，砖红壤中，微生物数量较少，但某些砖红壤中也可达两千万个左右。5．气候对土壤分布规律的影响气候影响土壤分布规律，尤其是地带性分布规律。不同气候带分布着不同的地带性土壤类型，如寒温带分布着灰化土，温带分布着暗棕壤，暖温带分布着棕壤，亚热带和热带分布着红壤、砖红壤等。四、地形因素地形不同于母质、生物和气候因素，它不直接参与土壤形成的物质和能量交换，而是通过对地表水热条件和物质的重新分配，间接地影响其物质和能量的交换过程。造成土壤发育和类型发生分异。（一）地形对地表水热条件的再分配这种地形影响主要表现在地势高度和坡向等的差异导致地表水热条件的变化。1．水热条件的高度变化。在高原山地，随着海拔的升高，温度递减，水分蒸发减弱，并在一定高度范围内降水量逐渐增加，因而湿度逐渐增大，温度和湿度的变化引起自然植被随之变化，从而在不同的高度范围内形成不同的土壤类型，出现土壤的垂直分异现象。2。水热条件的坡向变化在丘陵山地，水热条件因坡向而变化，可有以下几种情况:(1)阴、阳坡的变化。（2）迎风坡和背风坡的变化。（3）构造地形的坡向变化(二）地形对地表物质的再分配地形可分为正、负地形。高地为正地形，是物质和能量的分散地；低地为负地形，是物质和能量的聚积地。因此，在一定地区内，高地与低地之间存在着物质和能量分配的某种共轭关系，而在其间形成有发生联系的分异系列。地形对地表物质的再分配主要通过水