第二章-土壤的形成過程土壤學課件

第二章土壤的形成過程第一節(jié)土壤母質的形成1、什么是土壤母質：概念：土壤母質是地表裸巖在陽光、空氣、水等因素的作用下，所形成的疏松的但不能生長綠色植物的礦物質顆粒的堆積物。特點：與巖石相比較：巖石土壤母質整體狀大塊狀小塊顆粒狀緊實致密無通透性疏松多孔有通透性養(yǎng)分元素“凍結”態(tài)釋放少量養(yǎng)分巖石土壤母質2、土壤母質的來源：土壤母質→地表巖石→礦物→元素(1)地殼的元素構成：地殼重量的98％是由8種元素構成的：既：O：49％；Si：26％；Al：8％；Fe：5%；

Ca：3.2%;Na：3％；K；2.6%；Mg：2.3%。

其余的2％就由各種微量元素所構成，個體數(shù)量少，但種類多，幾乎包含了元素周期表中所有的元素。組成特點：

地殼的組成，主要是以O、Si為主，其中，O就幾乎占了一半；而植物生長所需的大量元素N、P、K，除K有較高含量外，N只有0.04%,P只有0.12%。

元素的存在方式：地殼中的元素，多以含氧酸的鹽類存在，如硅酸鹽、鋁硅酸鹽、碳酸鹽等。普通角閃石

Ca（Mg，F(xiàn)e）3Si4O12斜長石

Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8）

白云石

CaCO3·MgCO3元素的分布特點：地殼中的元素呈非均勻分布形態(tài)，某種元素在某地可能富積成礦，在其他地方則可能缺乏。露天鉀礦缺鉀土壤液相色譜儀元素分析（2）成土礦物：

概念：指自然產出的具有一定的化學組成和物理特性的單質或化合物。

種類：3000多種，常見的只有50～60種。礦物：正長石礦物：石英礦物特性舉例：石英：化學組成，SiO2，外觀無色或白色，透明或半透明，油脂光澤，無解理，比重2.5～2.8，硬度為7。石英成土特點：難以風化分解，在土壤中呈沙粒,是土壤沙粒的主要成分。

正長石：化學成分：K（AlSi3O8）外觀呈肉紅色，不透明，玻璃光澤，解理性良好，比重2.5～2.7，硬度為6。

正長石成土特點：易風化分解，風化后形成土壤粘粒，土壤粘性重，富含K素。角閃石：化學組成：CaNa(Mg.Fe)(Al.Fe){(Si.Al)8O22}(OH)2

（帶羥基的鋁硅酸Ca,Na,Mg,Fe鹽類）

黑色或棕色，不透明，玻璃光澤，解理性良好，比重3～3.5，硬度5.5～6。成土特點：易風化，風化后，在土壤呈粘粒，土壤粘性重，富含Ca,Mg,Fe等養(yǎng)分。角閃石方解石：化學組成：CaCO3,白色可染成其他顏色，不透明，玻璃光澤，解理性良好，比重2.8，硬度3。方解石成土特點：易風化，形成的土壤粘性重，富含碳酸鹽，土壤pH值高。（3）成土巖石：含義：由一種或多種礦物按一定的規(guī)律所形成的天然集合體。類型：按形成原因的不同，巖石主要有：巖漿巖沉積巖變質巖1）巖漿巖：含義：由巖漿冷凝所形成的巖石就稱為巖漿巖。分類：分類標準：

一個是按冷凝的深度來分類，按冷凝深度的不同,分為噴出巖、淺層侵入巖、和深層侵入巖三類。第二個是按巖石中SiO2的含量來分類的：SiO2％>65%：酸性巖，如花崗巖、流紋巖。成土特點：粘沙適中，K素豐富。SiO2％50～65％：中性巖，如安山巖、閃長巖。成土特點：粉沙質多，鹽基豐富。

SiO2%45～50％：基性巖，如輝長巖、玄武巖。成土特點：粘粒多，鹽基豐富。

SiO2%<45％：超基性巖，如橄欖巖、苦橄欖巖。成土特點：粘性重，土壤Fe、Mg含量高?；◢弾r輝長巖2）沉積巖：地殼中各種老成巖石（地殼中原有的沉積巖、巖漿巖、變質巖）經(jīng)風化剝蝕的破壞，通過各種搬運作用，在適宜的條件下沉積起來（海洋、湖盆），形成沉積物，該沉積物經(jīng)過各種地質作用又出露地表，再經(jīng)固結、膠結作用而形成的巖石。

風化、搬運、沉積

固結、膠結老成巖石沉積物新巖石類型：按沉積物顆粒直徑的大小來分類：直徑>2mm，礫巖：由巖石碎屑、礫石＋膠結物（Ca,Fe,Si），脫水而成。成土特點：形成的土壤含礫石、沙粒多，缺P,K養(yǎng)分。礫巖砂巖直徑0.5～2mm，砂巖：巖石顆粒＋膠結物，脫水而成。成土特點：土壤沙性重，缺乏各種礦質養(yǎng)分，尤其缺乏P,K養(yǎng)分。

直徑0.5～0.01mm，粉砂巖：粉沙粒＋膠結物，脫水而成。成土特點：土壤粉沙粒含量高，礦質養(yǎng)分較為缺乏。粘土巖頁巖直徑<0.01mm，粘土巖：各種泥質粘粒相互粘結后，脫水而成。成土特點：形成的土壤粘性重，富含各種礦質養(yǎng)分。

特殊的沉積巖：石灰?guī)r：直徑0.01~0.001mm，由水中的CaCO3脫水固化而成。石灰?guī)r形成的土壤粘性重，富含鹽基CaMg離子，土壤的pH值較高。3）變質巖：地殼中原有的各類巖石，在后來的地殼運動或巖漿活動的影響下，受到高溫、高壓、或化學反應劑的作用（H2O、CO2、F、Cl、S），使原巖石的結構、構造甚至于化學成分都發(fā)生劇烈變化而形成的新巖石。變質巖變質巖的分類：分類標準：原巖石的類型或新巖石的形態(tài)：片巖：各種巖石擠壓成片狀而成。片麻巖：特指花崗巖擠壓成片狀而成。千枚巖：粘土巖擠壓而成。石英巖：砂巖擠壓而成。大理巖：石灰?guī)r經(jīng)高溫、高壓，CaCO3重新結晶而成。片麻巖千枚巖大理巖3、土壤母質的形成過程—巖石的風化作用：風化作用：指地表裸露的、巨大堅硬的巖石，在各種外界因素的作用下逐漸分解和破壞的過程。地表裸巖的破壞、分解作用風化作用按其風化特點和風化因素的不同可分為：物理風化、化學風化、和生物風化三種類型。

（1）物理風化：指巖石在物理因素（溫度、水、風）的作用下發(fā)生的破碎分解過程。

a、溫度的作用：地球表面存在晝夜溫差和季節(jié)溫差?？蛇_20～30C，可達40～50C，可影響15cm厚的巖層?？捎绊?0cm厚的巖層。地表溫差，產生兩種破壞現(xiàn)象：

1是層狀剝落，球狀風化；

2是巖石顆粒顏色不一，吸熱不一，體積膨脹不一，最后使巖石碎裂。巖石的層狀剝落示意圖球狀風化

b、水的作用：冰的破壞作用流水的磨蝕作用冰川的刨蝕作用冰的破壞作用流水的磨蝕作用冰川的刨蝕作用c、風的作用：大風夾持的砂礫對巖石撞擊使之破壞沙塵暴風蝕地貌（2）化學風化：指巖石在水、CO2、O2等多種因素的作用下發(fā)生分解破壞，并且改變原來的化學成分，形成新物質的過程。地表巖石在水、CO2、O2作用下破壞化學風化主要有4種方式：a.水的溶解作用：即巖石、礦物為水所溶解而發(fā)生的分解和破壞。b.水化作用：自然界中,礦物與水接觸后，可吸收一定量的水到其分子組成中，形成新的含水礦物的作用。如：CaSO4+2H2OCaSO4.2H2O

硬石膏結晶石膏結果：礦物水化后，體積膨脹，硬度下降，呈疏松的破壞狀態(tài)。（發(fā)生了化學風化）c.氧化作用：巖石、礦物中，低價的氧化物和硫化物分子，在水的幫助下，可被空氣中的氧氣所氧化，氧化后的巖石變得疏松多孔，呈破壞狀態(tài)。如：2FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4

黃鐵礦硫酸亞鐵硫酸d.水解作用：水解離后產生的氫離子具有較高的活性，能將礦物分子中的堿金屬（K、Na）和堿土金屬（Ca、Mg）離子置換出來的過程。水解作用它是整個風化作用中最重要的方式，因為只有水解作用才能將巖石礦物徹底的分解破壞。1）作用進程具有階段性：水解作用是分階段進行的，以正長石為例：第一階段，礦物脫鹽基：2KAlSi3O8+2H+H2Al2Si6O16+2K+

第二階段，礦物脫硅：H2Al2Si6O16＋H+H2Al2Si2O8.H2O＋4SiO2第三階段，礦物富鋁化：H2Al2Si2O8.H2O＋H+Al2O3.nH2O＋

SiO2.mH2O

2）作用強度具有區(qū)域性：水的解離，隨溫度的增高解離率增大；隨水中CO2的含量增高解離率加大；隨環(huán)境中水數(shù)量增多解離的氫離子增多。

南方的溫度比北方高；并且南方的生物量比北方大，產生的CO2多；并且南方降雨量大，所以南方的水解作用遠遠的強于北方。南方溫度高、生物量北方溫度低、生物量小歸納：水解作用是風化作用中最重要的方式，只有水解作用才能使礦物徹底的分解破壞；其作用進程具有階段性，該階段性取決于水的數(shù)量，水溫的高低和水中CO2的數(shù)量。

低溫少雨的情況下，水解作用只能進行到第一個階段，即礦物脫鹽基。如我國北方。

而高溫多雨的條件下，水解作用可持續(xù)進行到脫硅和富鋁化階段，直到將礦物分解為簡單的氧化物為止。如我國南方。即：第一階段第二階段第三階段北南分化出一系列不同的土壤類型，形成我國南北土壤的差異此外：北方土：處于脫鹽基階段，土壤基礎肥力高。南方土：處于富鋁化階段，土壤基礎肥力低。北方黑鈣土南方紅壤（3）生物風化作用：生物在生長發(fā)育的過程中對巖石的分解和破壞作用。生物機械風化作用：植物根系的破壞作用：

人類活動的破壞作用：生物化學風化作用：生物的呼吸作用產生大量的CO2

，CO2溶于水形成碳酸，碳酸可解離出H＋

微生物分解動植物殘體時，要產生很多有機酸，有機酸亦可解離出H＋各種生物呼吸作用產生CO24、土壤母質的特性發(fā)育：巖石經(jīng)過風化作用后轉變成了土壤母質，而土壤母質就有了下列一系列特性：a.外觀和結構疏松多孔，有了一定的通氣性和透水性。b.內部產生了微細的粘粒和膠粒，粘粒之間可形成毛管孔隙，使之有了蓄水的能力；同時，粘粒表面電荷不平衡，常帶負電荷，可吸附保存陽離子，使之有了一定的保肥能力。風化后的碎屑物質

c.土壤母質中，釋放了一些水溶性化合物，如水溶性的K＋、H2PO4－、

HCO3－、Fe3＋等，這些水溶性離子，都可被植物吸收利用。但是，母質還不具備完善的土壤肥力，還不能生長綠色植物。原因：母質5、土壤母質的類型：殘積物流水：坡積物、洪積物、沖積物

土壤母質水湖水：湖積物運積物海水：海積物風沙丘黃土冰川冰磧物冰水沉積物（1）殘積物：巖石的風化物沒有經(jīng)過搬運，保留在原地而成的母質。特點：多分布于山區(qū)山體的頂部或丘陵區(qū)丘陵的頂部；沒有分選性，多為礫石－和沙粒的夾雜堆積物，礫石有明顯的棱角；形成的土壤一般土層較薄，礫石含量高，養(yǎng)分少，土質較貧瘠。細部特征沐川縣水土保持定位觀測站山頂（紫色土）殘積物上發(fā)育的紫色土（2）坡積物：在山區(qū)，巖石的風化物在水和重力的作用下，沿坡移動到平緩處堆積而成。特點：多為山體中、上部的物質堆積于坡腳處而成，一般分布在山體下部，形成坡積裙。有一定的分選性，但分選度不高，?？梢姸啻纹路e出現(xiàn)的層理。形成的土壤一般土層較厚，常夾小礫石，土質較肥沃。細部特征沐川縣水土保持定位觀測站坡下部（紫色土）坡積物上發(fā)育的紫色土（3）洪積物：在山區(qū)，巖石的風化物由暫時性洪水搬運，堆積于山谷出口處而成。特點：多分布于山區(qū)山谷的出口處，外觀呈扇形，又稱洪積扇。洪積物分選度高，一般扇柄處窄，沉積的顆粒粗，多為礫石和粗沙；扇緣處寬，沉積的顆粒細，多為細沙或粘粒。形成的土壤由扇柄到扇緣由粗到細，肥力逐漸提高。扇柄窄，粗扇緣寬，細洪積物（4）沖積物：巖石的風化物由河水搬運堆積于河流兩岸而成。特點：分布于河流兩岸，形成沖積平原或沖積壩。分選度高，具有成層性和成帶性的特點：成帶性：沖積物沿河呈帶狀分布，有上游粗、下游細；近河粗、遠河細的性質；成層性：沖積物中粗細顆粒明顯分層。此外，河流沖積物中礫石磨圓度高，成分復雜，養(yǎng)分類型豐富，土層深厚而肥沃。第二節(jié)自然土壤的形成1、什么是自然土壤：

指土壤母質在野生生物的作用下，具有了自動供肥和自動調節(jié)水、熱、氣、肥的功能，形成了完善的土壤肥力，但無人類投資的土壤。自然土壤自然土壤與土壤母質的主要差異：土壤母質自然土壤礦質膠體少礦質膠體豐富通透性弱，養(yǎng)分少通透性強，養(yǎng)分多不含氮素和腐殖質含氮素和腐殖質不能生長植物能生長植物土壤母質自然土壤2、自然土壤的形成過程――成土作用（生物的作用）1）微生物的作用：最先進入母質的是土壤微生物，其作用有兩個：其一：固氮微生物吸收空氣中的氮素固定在土壤中（每年每畝約5～10斤），在母質中出現(xiàn)并積累氮素。其二：微生物可作用于其它生物殘體，一方面使殘體有機物分解，供植物重新吸收；另一方面，使殘體腐質化，便于養(yǎng)分的保存。微生物進入母質：產生兩種作用2）低等植物的作用：第二步是低等植物土壤母質中生長，如：苔蘚、地衣、藻類進入母質，作用與微生物相同。3）高等綠色植物的作用：有三個方面：

a、養(yǎng)分選擇性富積：

b、使土壤氮素不斷的豐富：

c、與微生物共同作用形成腐殖質：高等植物：養(yǎng)分富積形成腐殖質

3、自然土壤形成過程的實質

――兩個循環(huán)矛盾的統(tǒng)一1）養(yǎng)分的地質大循環(huán)：指地表巖石的風化物經(jīng)河流流入海洋，在海洋中沉積下來形成沉積物，該沉積物經(jīng)各種地質作用出露地表，形成新的沉積巖，然后又風化又沉積的往復循環(huán)過程。特點：規(guī)模大，周期長養(yǎng)分的地質大循環(huán)2）養(yǎng)分的生物小循環(huán)：指綠色植物將吸收的養(yǎng)分轉變?yōu)橛袡C物，生物死亡后，有機體的有機物又經(jīng)微生物分解轉變?yōu)闊o機物，這種養(yǎng)分的“無機物－有機物－無機物”的循環(huán)往復過程就稱為養(yǎng)分的生物小循環(huán)。特點：規(guī)模小，周期短。綠色植物將吸收無機養(yǎng)分轉變?yōu)橛袡C物綠色植物死亡后經(jīng)微生物分解轉變?yōu)闊o機物養(yǎng)分的生物小循環(huán)3）兩循環(huán)的關系：對土壤而言，這兩個循環(huán)是同時、同地進行的，但對養(yǎng)分的作用方向相反：大循環(huán)使養(yǎng)分不斷地從巖石中釋放出來，但又不斷地將其淋失；小循環(huán)使養(yǎng)分不斷地富積在土壤中，阻止養(yǎng)分的淋失。當其大、小循環(huán)統(tǒng)一時，即養(yǎng)分淋失與富積平衡時，就是自然界中的土壤。對生產的啟示：生物小循環(huán)強烈地質大循環(huán)強烈4、成土因素：即影響土壤發(fā)生發(fā)展的因素。根據(jù)道庫恰耶夫土壤發(fā)生學說的觀點：土壤是受氣候、生物、地形、母質、時間這五個因素的綜合作用下，獨立發(fā)生發(fā)展的歷史自然體。這五個因素就稱為成土五因素。

1）氣候：氣候的構成要素是溫度和濕度這兩個因子。溫度：決定土壤物理、化學、生物風化作用的強度；決定植被類型，通過植被類型來影響所形成的土壤的差異。濕度：加強或減弱溫度對風化作用的影響。對土壤有獨特的淋溶作用。決定植被類型，通過植被類型影響土壤。溫度、降雨、植被差異導致土壤差異2）生物：生物在土壤形成過程中有成土作用，越強烈，形成的土壤越肥沃。生物小循環(huán)強烈生物小循環(huán)較弱不同的氣候帶下，生長發(fā)育著不同的植被類型、植被帶，產生不同的凋落物，在這兩者的共同作用下，發(fā)育了不同的土壤類型：我國從南到北的氣候－植被－土壤帶譜為：熱帶熱帶雨林磚紅壤南亞熱帶熱帶季雨林赤紅壤中亞熱帶常綠闊葉林紅壤、黃壤北亞熱帶常綠－落葉闊葉混交林黃棕壤暖溫帶落葉闊葉林棕壤溫帶針－落闊混交林暗棕壤寒溫帶針葉林灰化土

黃棕壤上的落－常綠闊葉混交林紅壤上的常綠常綠闊葉林3）土壤母質：土壤是在母質上發(fā)育形成的，母質的性狀可遺留給土壤，這種遺留表現(xiàn)在兩個方面：母質的顆粒大小和比例不同，影響土壤的通氣透水性和保水保肥性；母質的化學成分不同，影響土壤養(yǎng)分含量不同,化學性質不同。砂巖粘土巖4）地形：地形的不同，首先引起土壤母質的再分配，如坡積物、洪積物、沖積物等都是由于地形引起了母質的搬運和再分配，通過母質來影響所形成的土壤的不同。其次，地形的不同還可引起水熱條件的再分配，引起氣候變化來影響土壤形成的不同。這種影響主要表現(xiàn)在我們山區(qū)：在山區(qū)，隨著海拔的升高，溫度下降，濕度增加，一般海拔每升高100米，溫度下降0.5~0.6C，并且云線以下，濕度增加。形成了山區(qū)“一山分四季，十里不同天“的立體氣候景觀。既山區(qū)存在立體氣候帶－立體植被帶－立體土壤帶：山區(qū)存在立體土壤帶

4359m

寒帶亞高山草甸土

4100m

寒溫帶灰化土＋亞高山草甸土

3400m

溫帶落葉－針葉混交林暗棕壤

2900m

北亞熱帶常綠－落葉混交林黃棕壤

2500m

中亞熱帶常綠闊葉林紅壤

1040m

螺髻山東坡土壤垂直帶譜5）時間：時間的長短是事物發(fā)展深度的一個度量。對土壤來說，成土時間的長短是上述四因素作用深度的度量。顯然，成土時間不同，作用深度不同，所形成的土壤也就不同。1、

5、常見的自然界的成土過程：土壤學中特指：不同的成土因素的組合方式所產生的特定的土壤形成過程。成土因素的組合方式有很多，常見的有：土壤腐殖質積累過程；土壤鹽化與脫鹽化過程；土壤鈣化與脫鈣化過程；土壤沼澤化過程；土壤淋溶過程；土壤粘化過程；土壤脫硅富鋁化過程；土壤灰化過程。脫硅富鋁化過程：在熱帶高溫多雨的條件下，礦物強烈分解破壞，鹽基大量釋放并遭到淋失，且中性環(huán)境中，礦物分解產生的硅酸移動性高也遭到淋失；而鐵、鋁氧化物由于移動性低在土壤中積累起來的過程，就稱為脫硅富鋁化過程。脫硅富鋁化作用：形成紅壤土壤灰化過程：在寒帶、寒溫帶的氣候條件下，生長發(fā)育著針葉林，林下凋落物富含單寧、樹脂，經(jīng)微生物分解后，形成強酸性的富里酸，該酸使土壤礦物強烈分解，并將鐵、鋁酸性淋溶至土體下部淀積，而上層剩余灰白色的二氧化硅。

6、自然土壤的剖面形態(tài)特征及觀察：剖面，既土壤的垂直切面

風化作用、成土作用土壤母質土壤

物質運動、性狀改變表現(xiàn)在剖面中。所以，觀察剖面，可掌握土壤性狀。觀察剖面掌握土壤性狀剖面觀察的基本方法：在螺髻山上，海拔約4000米的針葉林下，挖一個土壤剖面，可觀察到：針葉林

A0：枯枝落葉層，由針葉林的枯枝落葉形成

A1：黑色層次，由枯枝落葉經(jīng)微生物分解形成的腐殖質與礦質顆粒混合而成，稱腐殖質層。

A2：白色層次，由A1層的富里酸使礦物強烈分解，并將該層