第4章-土壤的形成、分类与分布概况-(环境土壤学,张乃明)

第四章土壤的形成、类型与分布4.1土壤的形成4.2土壤分类4.3我国土壤资源分布概况成土因素(soil-formingfactor)母质(parentmaterial)土壤发生(soilgenesis)风化壳(weatheringcrust)土壤发育序列(soildevelopmentsequence)土壤地形序列(soiltoposequence)土壤年代序列(soilchronosequence)4.1土壤的形成关键词:成土因素/知识结构道库恰耶夫成土因素学说土壤形成的母质、气候、生物、地形因素土壤形成的时间因素土壤形成的人为因素认识土壤发生学说掌握土壤与生物、气候、土壤水运动特征及水热状况熟悉土壤时间发育序列及人类对土壤发育的影响道库恰耶夫，俄国自然地理学家和土壤学家，19世纪末在科学调查的基础上，指出土壤是在母质、气候、生物、地形和时间五种因素相互作用下，所形成的一个有发展历史的独立自然体。创立成土因素学说；提出土壤剖面研究法和土壤制图方法；建立土壤地带性学说，是土壤发生学派的主要创始人。道库恰耶夫成土因素学说道库恰耶夫(1881年)首次建立了П＝f(К,О,Г,Б)表示土壤与成土因素之间的发生关系。式中：П表示土壤；К,О,Г,Б分别表示气候、生物、母质和时间因素。道库恰耶夫认为地形只对“隐域土/非地带性土壤”有重要意义，故未将地形因子列入。美国土壤学家JennyH.对土壤与成土因素进行了深入研究，于1941年发表《FactorsofSoilFormation》，提出S=f(Cl,O,R,P,T,…)，简称‘clorpt’函数式，成为土壤形成的通用公式。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。土壤形成的母质因素母质在土壤形成中的作用不同母质因其矿物组成、理化性状的不同，在其它成土因素的制约下，直接影响着成土过程的速度、性质和方向；母质影响土壤理化性质；母质影响土壤物质组成。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，并决定着母岩风化与土壤形成过程的方向和速率。气候要素如气温、降水对土壤形成发育具有重要的影响。土壤形成的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)气候在土壤形成中的作用气候对土壤风化作用的影响；气候对土壤粘土矿物类型的影响；气候对土壤物质迁移的影响；气候对土壤有机质的影响。不同温度带风化壳分异图式(据GerrardJ,2000年资料改编)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)土壤剖面发育与气候湿润度的关系图不同地带土壤中苜蓿碎屑分解速率的实验模拟(据Jenny,1983)印度24℃等温沿线区表土有机碳含量与年降水量关系图(据Jenny,1983)土壤形成的生物因素包括植物、土壤动物和土壤微生物。生物的生命活动将太阳辐射能转变为化学能引入成土过程，并合成土壤腐殖质，使土壤具备肥力特征，推动土壤的形成和演化。土壤形成的生物因素生物量、有机质、腐植酸根系挤压作用及其分泌物中国东部由东北往华南的森林植被和土壤分布依次为：针叶林（棕色针叶林土）针阔混交林（暗棕壤）落叶阔叶林（棕壤）落叶常绿阔叶林（黄棕壤）常绿阔叶林（红壤、黄壤、赤红壤）雨林、季雨林（砖红壤）。植物在成土过程中的作用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)土壤动物在成土过程中的作用南极基岩表面地衣着生与土壤的发生景观土壤微生物在成土过程中的作用示意图地形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。土壤形成的地形因素土壤水量平衡图式(据GerrardJ,2000)地形对水分运动的影响(据GerrardJ，2000)土壤特性及其相互关系图式(据Furley，1968年资料改编)地形制约着地表物质和能量的再分配，地形的发育支配着土壤的演替，在不同的地形形态上，就形成不同土壤类型。河谷地形发育对土壤形成、演化的影响示意图祁连山、居延海间含盐风化壳盐分地球化学分异图(据熊毅，1986)气候、生物、母质、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、生物和地形等对成土过程的作用随着时间延续而加强。土壤形成时间因素的作用土壤年龄绝对年龄：母质→现今相对年龄：土壤剖面发育程度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人为活动对土壤的影响具有双向性，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。土壤形成的人为因素现代农业机器对土壤的影响(据USAD，2002)现代农业耕作土壤景观(据USAD，2002)中国传统农耕施用农家肥的土壤景观人类砍伐林木引起土壤侵蚀的景观人类过度放牧引起土壤风蚀的景观土壤形成过程是在以地质大循环与生物小循环为基础进行的土体与环境，以及土体内部物质和能量转化、交流等的一系列物理、化学和生物学综合作用的过程。成土过程土壤形成过程图母质岩石土壤江海堆积物生物体搬运淋溶养分释放风化成土地质大循环（106-108）时间长、范围广分解成岩生物小循环（100-102）时间短、范围小土壤形成的主要过程原始成土过程有机质积聚过程岩漆阶段地衣阶段苔藓阶段高山冻寒气候条件寒冻土粘化过程钙积与脱钙过程残积粘化湿润地区半湿润、半干旱地区淀积粘化盐化脱盐过程碱化与脱碱过程脱硅富铝化过程粘粒硅铝率与硅铝铁率降低粘粒矿物：2:11:1+铁铝氧化物土壤肥力降低热带亚热带高温高湿条件下：灰化、隐灰化和漂灰化过程（隐）灰化过程寒温带和寒带针叶林植被和湿润条件热带和亚热带山地凉湿气候条件漂灰化过程灰化过程图解P代表年均降水量；PE代表年均陆面蒸发量潜育化和潴育化过程潴育化/假潜育化白浆化过程熟化过程改造不利的自然成土阶段培肥熟化阶段高肥阶段土壤旱耕熟化过程图解中国黄土高原南部人为旱耕的土垫过程示意图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。退化过程土壤剖面土壤剖面形态包括土壤颗粒微形态、结构体形态、土层形态、土壤剖面形态、土被结构形态。其中土壤剖面形态、土层形态、土壤结构体形态的观察是土壤资源调查和土壤地理研究的基础性工作。土壤剖面构型的一般综合图式土壤层次A层：表层、淋溶层B层：亚表层、淀积层C层：母质层D层：岩石层2）淋溶层（A层）表层；生物活动强；腐殖质积累；色暗，结构好3）淀积层（B层）上部淋溶物的聚积沉淀；诊断层4）母质层（C层）岩石风化或地质沉积物1）覆盖层（Ao层）林地的枯枝落叶层库比纳在《欧洲土壤的鉴定和分类》(1953)强调土壤剖面的形态发育从(A)-C、往A-C、A-(B)-C发育为完全的A-B-C剖面。耕作土壤层次：耕作层犁底层心土层底土层土壤发生分类(soilgeneticclassification)土壤系统分类(Soiltaxonomy)土壤类别(soiltaxon)诊断层(diagnostichorizon)诊断特性(diagnosticcharacteristics)4.2土壤分类关键词:土壤是地球陆地表面连续存在的自然体即土壤圈。土壤圈及其组成的解析示意图Simonson先后提出了单个土体(pedon)与聚合土体(polypedon)的概念，并以此建立了土壤多级系统。土壤分类是在深入研究聚合土体发生发育、土壤系统发育与演替规律的基础上，根据土壤不同发育阶段所形成的性状和特征，对土壤圈中的各类聚合土体所做的科学区分。土壤分类的目标是按土壤发生学理论构建一有严密逻辑、多等级、谱系式的分类系统,根据聚合土体相似性和差异性进行归纳与划分；并按聚合土体的相似程度逐级区分，形成土壤分类的等级体系。19世纪末俄国道库恰耶夫创立了土壤地理发生分类，奠定了现代土壤分类的科学基础。20世纪中叶形成了地理发生、形态发生、历史发生三大学派；定量化土壤分类的研究兴起，以1975年发表的美国《土壤系统分类(soiltaxonomy)》为代表，在国际土壤科学界掀起了一场土壤分类的重大变革。中国地域辽阔，自然条件复杂，农业历史悠久，拥有种类繁多的土壤，在公元前二、三世纪的《禹贡》中按土色、质地和水文等，将九州土壤分为白壤、黑坟、赤埴、涂泥、青黎和黄壤等，且将土壤分类同地形、植被和土壤利用联系起来，是世界上土壤分类的最早尝试。中国土壤分类系统《中国土壤分类系统》(1992年)设立土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种和亚种7级分类单元，将中国土壤划分为12个土纲。土纲：分类的最高级单元，由若干成土特征相似的土类归纳而成。亚纲：同一土纲范围内，由水热条件差异所形成的土壤属性重大差异划分。各级划分的依据与原则土类：分类系统的基本单元。具有相同的生物气候条件和土壤水文条件；具特有的成土过程，或处于主要过程的同一发展阶段，或两个主要过程的交叉；具类同的内在属性与外部剖面形态；利用改良和提高土壤肥力的途径大体相同。亚类：是土类以下的续分单元。每一亚类具有一定的地方性生物气候特征或因地形引起的水热条件的变化；是主要的成土过程的典型产物，或主要的成土过程与附加过程的共同产物；剖面形态与性质基本一致，改良利用方向相同。土属：是承上启下的分类单元，反映成土过程中地方性特点。母质特征或地质剖面结构，包括古土壤形成过程的残留特征；水分补给情况，侵蚀和堆积等引起的土壤性质变异。土种：分类的基层单元，反映土壤的发育程度，土种间只有量上的差异，而无质上的区别。划分的依据常按表层的发育程度或熟化程度（耕地土壤），每一种具有相同的肥力水平。亚种：土种的辅助单元，反映土种范围内局部变异，划分的依据为土壤表层的质地或耕性等，这种特征极易为耕作措施所改变。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；土壤形成过程是土壤发育内部变化的依据；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。诊断层和诊断特性①诊断层用以识别土壤类型，在性质上有一系列定量规定的土层。②诊断特性用于分类依据的不是土层，而是具有定量规定的土壤的形态、物理、化学等性质。中国土壤系统分类是以诊断层(diagnostichorizons)和诊断特性(diagnosticcharacteristics)为基础的系统化、定量化土壤分类。中国土壤系统分类为多级分类制，即土纲、亚纲、土类、亚类、土族和土系6级。中国土壤系统分类中国土壤系统分类共分出33个诊断层和25个诊断特性。各级名称一律选用反映诊断层或诊断特性的名称，部分选有发生意义的性质名称或诊断现象名称。命名中，亚纲、土类和亚类一级中有代表性的类型（典型、中心概念），分别冠以正常、简育和普通以资区别，例如：普通简育正常铁铝土（普通赤红壤）土纲亚纲土类亚类中国土壤系统分类土纲划分依据美国土壤系统分类分土纲、亚纲、大土类、亚类、土族和土系等六级。美国土壤系统分类土纲单元简介美国土壤系统分类土纲与母岩风化、土壤发育相互关系图式Brady指出上述土纲加冻土，反应了母岩风化与土壤发育程度。1931年Prescott在引进吸收俄国土壤分类体系概念的基础上，提出了澳大利亚土壤分类体系；1968年澳大利亚引入了美国土壤学概念，并形成澳大利亚现代土壤分类系统。澳大利亚土壤分类系统结构图式国际土壤分类参比基础(IRB)是国际土壤学会下设组织，成立于1980年。其目的是在目前全世界尚无统一土壤分类的情况下，提供一个国际间可相互比较的土壤分类体系，并于1989年提出了初步土壤分类单元参比的方案。中国