第八章土壤第2节土壤的形成和发育

《自然地理学》第八章土壤主讲人：耿鹏旭校级精品资源共享课程一、形成土壤的两种基本作用土壤的本质特征是具有肥力和自净能力。从土壤发生学的观点认为，土壤形成过程有两大基本作用：风化作用与疏松土层的形成过程和生物作用对母质的改造过程。第二节土壤的形成与发育（一）风化作用于疏松土层的形成过程风化作用的类型：主要有物理风化和化学风化两种基本形式。物理风化促进岩石的机械崩解和破碎，化学风化则是原有岩石的蚀变过程。风化作用起着两方面的主要作用：一是致密岩石的破坏，形成母质；二是营养元素的释放。岩石的破坏形成了大小不同的颗粒物质，组成疏松的层次，水分和空气可自由地进出，营养元素释放成为有效的离子状态，植物才能吸收利用。岩石的风化作用是土壤形成与发育的先决条件。岩石风化作用形成的疏松层并不等于土壤。（二）生物作用对母质的改造有两方面的作用：1、有机质加入岩石风化初级阶段，一些低等的先锋植物就依靠岩石风化释放出来的少量养分而生存了。代代生物残体不断积累和分解，有些转化为腐殖质进入风化层（母质），并对其改造。腐殖质是一种胶体物质，具有比黏粒强得多的吸持养分和水分的能力；腐殖质胶体使矿物质颗粒组合成团聚体，改善了土壤的结构性，进而协调了水分和空气保蓄之间的矛盾。2、养分元素的富集化学风化作用释放出来的可溶性盐和阳离子极易随水流失，而植物根系却能有选择地吸收那些对植物生长有利的营养成分，储存在有机体内，并通过微生物对有机残落物的分解作用释放至土壤表层。植物像是“循环泵”的作用，经过长时间的生物循环，其它元素逐渐淋失，养分元素在土壤表层相对富集起来。土壤形成过程的实质是生物积累过程和地球化学过程的对立和统一。坚硬的母岩经过风化形成了初具营养条件、疏松多孔的母质。释放出的营养元素，在没有生物的参与下，可能被水淋失掉。植物对营养元素有选择性吸收，合成有机质，通过生物循环使养分如磷、钾、硫、钙、镁等在土壤表层不断地富集起来。氮素生物固定作用富集在土壤中。微生物在分解有机残体的同时合成腐殖质，并与黏粒相结合形成有机-无机复合体，使土壤形成团粒结构，改善了土壤的水、肥、气、热状况。有了生物积累才有了土壤肥力。可见，地球化学过程是生物积累过程的基础，生物积累过程是土壤形成的主导过程。两者在土壤的形成过程中是统一的。地质大循环使养分的损失过程，而生物小循环是养分的富集过程，两者在土壤形成过程中是对立的。二、成土因素对土壤形成的影响影响土壤形成的自然因素有五种：母质、生物、气候、地形和时间。五种因素从各自不同的侧面共同控制着土壤的发育和土壤特性的形成。（一）母质因素母质是土壤形成的物质基础，在生物气候作用下，母质表面逐渐转变成土壤。但母质并不仅是被改造的材料，母质对成土过程和土壤特性有一定作用，这种作用愈是在成土过程的初期愈较显著。1、母质的类型残积物、崩积物、湖积物、冲积物、海积物、风积物、冰碛物等。2、母质对土壤形成的影响（1）影响土壤质地状况残积物、冰积物：土壤中的石块较多。坡积物：土壤质地相对较粗。湖积物：土壤质地较细。洪积物：洪积扇上土壤质地扇上部粗，扇缘细。冲积物：冲积物的泥砂层又往往出现粗细不同的质地层次。（2）影响土壤养分土壤矿质养分来源于母质。土壤的矿质养分必然随母质的变化而发生变异。花岗岩——K2O、SiO2正长岩——K2O橄榄岩——MgO辉长岩、玄武岩——CaO、Fe2O3、MgO磷辉岩——P2O5微量元素（B、Cu、Zn、Fe、Mn）与母质中的含量关系密切。（3）影响土壤次生矿物的组成基性岩——三水铝矿；酸性岩——高岭石；黄土、冰碛物、页岩、河流冲积物——水云母；湖积物——蒙脱石；（4）对土壤发育速度的影响岩成土：在其它成土因素相同或类似的情况下，母质或母岩起主要作用形成的土壤。石灰土、紫色土等。土壤与大气之间经常进行水分和热量的交换。气候直接影响着土壤的水热状况、土壤中物质的迁移转化过程，决定着母岩风化与土壤形成过程的方向和强度。（二）气候因素土壤温度与大气温度的相关分析图式(据沃洛布耶夫，1958)不同地带土壤中苜蓿碎屑分解速率的实验模拟(据Jenny,1983)热带雨林波哥大草原内华达山地积雪一般情况下，土壤有机质和全N含量随大气湿度的增加而增加：气候湿润半湿润半干旱干旱极干旱黑土黑钙土栗钙土棕钙土漠土（%）6-155-81.5-4.5＜2＜1美国中部土壤碳酸钙层出现深度与年降水量关系图(据Jenny,1983)气候对土壤形成的影响：直接影响到土壤的水热状况影响到岩石矿物风化的强度影响土壤物质淋溶迁移的强度影响到次生矿物的形成影响到土壤有机质的积累和分解影响土壤微生物的数量和种类影响土壤的地带性分布规律我国自西北向华北逐渐过渡，土壤中的CaCO3、MgCO3、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2、CaSO4、MgSO4、Na2SO4、Na2C03、KC1、NaCl、MgCl2及CaCl2等盐类的迁移能力不断加强。它们在剖面中的分异也愈明显；在西北荒漠和荒漠草原地区，只有极易溶解的盐类，如NaCl、Na2SO4等有相当明显的淋溶。CaSO4淋溶较弱，在剖面不深处就可见到它，而CaCO3则未受到淋溶，所以剖面中往往没有明显的钙积层。内蒙古及华北的草原、森林草原地区，土壤中的碱金属盐类大部分淋失，碱土金属盐类在土壤中有明显的分异，大部分土壤都具有明显的钙积层。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；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。（三）生物因素生物是土壤形成过程中的最活跃的因素。生物小循环使得养分在土壤中保持与富集；生物小循环合成了土壤腐殖质，提高了土壤的结构性、保肥性、可耕性、缓冲性及净化功能，从而促使了土壤的发生与发展。不同植物作用下形成土壤的有机质垂直分布比较(据熊毅，1990)草地植被和森林植被下土壤有机质的区别：草地土壤的有机质向下逐渐减少，暗色腐殖质层非常深厚，森林土壤的有机质集中在表层，腐殖质层浅薄，向下急剧减少；草地土壤有机质含量高，森林土壤有机质含量较低。岩石圈表面形态即地形，它是土壤形成发育的空间条件，对成土过程的作用与母质、气候、生物等不同，它通过影响地表物质能量的再分配，从而间接影响成土过程。新构造运动及地形演变更是影响土壤发生发育的重要因素。（四）地形因素地形对水分运动的影响(据JohnGerrard，2000)（五）时间因素时间和空间是一切事物存在的基本形式。气候、生物、母质、水文和地形都是土壤形成的空间因素。时间作为成土因素则是阐明土壤形成发展的历史动态过程。母质、气候、生物、水文和地形等对成土过程的作用随着时间延续而加强。不同地带土壤剖面发育与成土年龄相关示意图(据Gerrard，2000)在稳定条件下土壤发育的时间序列示意图（六）人为因素人为活动对土壤的影响受社会制度和社会生产力水平的制约，而且这种影响具有双向性，即可通过合理利用，使土壤朝向良性循环方向发展，也可因不合理利用引起土壤退化。人类活动一是通过改变成土条件，二是通过改变土壤组成和性状来影响成土过程。中国传统农耕施用农家肥的土壤景观人类过度放牧引起土壤风蚀的景观在自然界中，土壤形成过程的基本规律是统一的，但是，由于成土条件的复杂性和多变性，决定了土壤形成过程总体的内容、性质及表现形式也是多种多样的。因此，根据土壤形成中的物质能量迁移、转化过程的特点，划分出以下基本成土过程。三、土壤形成的基本过程1、腐殖化过程各种动植物残体在微生物作用下，通过一系列生物化学和化学作用变为腐殖质，并且这些腐殖质在土体表层积累的过程。是土壤形成中最普遍的成土过程。使土体发生分化，在土体上部形成暗色的腐殖质层（A层）。2、灰化过程在强酸性淋溶作用下，土体表层发生的SiO2残留，R2O3和腐殖质淋溶与淀积的过程。主要表现为铁、铝的酸性淋溶。主要发生在寒冷湿润、针叶林植被下。土体分化：形成灰化层和灰化淀积层：灰化层富含SiO2而呈灰白色，质地较轻，呈强酸性反应；灰化淀积层呈棕色、暗棕色，富含腐殖质和游离铁、铝，且以络合态较多。3、黏化过程是土体中黏土矿物生成和积累过程。主要发生在温带和暖温带地区。土体分化：土体心部形成较黏重的黏化层（Bt）。4、富铁铝化过程是土体中脱硅、富铁铝氧化物的过程。主要发生在热带和亚热带高温多雨地区。土体分化：土体中形成较红色的铁铝层（Bs）。5、钙化过程碳酸盐在土体淋溶、淀积的过程。主要发生在半干旱或半湿润气候区。土体分化：土体中形成钙积层（Bk）。6、盐化过程是土体中易溶性盐随毛管上升水向地表移动与聚积的过程。主要发生在干旱或半干旱低洼地区、滨海地区。土体分化：土表形成盐积层。7、土壤熟化过程是人为培养土壤的过程。通过耕作、灌溉、施肥和改良等方法，在土壤上部形成人为表层(Ap)，并不断改变原有的土壤某些过程和性状，使土壤向有利于作物高产方面发育。土壤熟化可分为：①改造不利的自然成土条件阶段；②培肥熟化阶段；③高肥阶段。土壤旱耕熟化过程8、土壤退化过程是指因自然环境不利因素和人为开发利用不当而引起的土壤物质流失、土壤性状与土壤质量恶化以及土壤肥力下降，作物生长发育条件恶化和土壤生产力减退的过程。联合国粮农组织(FAO)将土壤退化分为侵蚀、盐碱、污染等10种类型。四、土壤剖面1、土壤剖面：2、土壤发生层：土壤在其发育过程中形成的若干大体与地表平行的性质均一的土层，称为土壤发生层，简称土层。发生层在颜色、质地、结构、紧实度、新生体、孔隙、微形态等方面表现出差别。例如腐殖质积累过程形成腐殖质层，黏化过程形成黏化层，富铝化过程形成铁铝聚积层，钙积过程形成钙积层，盐化过程形成盐积层等。土壤个体发育的一般图式总之，从土壤发生学观点看，成土因素是土壤形成的外部环境条件，土壤形成过程即土壤内部物质能量迁移转化过程是土壤发育内部变化的实质。外因通过内因起作用。土壤形态特征则是土壤形成过程的结果。土壤发生类型必然要和它们所处的环境相统一，与成土因素处于动态平衡。1.试述现土壤形成的两种基本作用。2.试述气候因素对土壤形成的影响。3.简述腐殖质化过程、灰化过程、黏化过程、富铁铝化过程、钙化过程、盐化过程、土壤熟化过程。4.自然土壤剖面土层有那些层次组成？5.分析成土因素、成土过程和土壤形态特征之间的关系。思考题