土壤的形成和發(fā)育.doc

1、第九章 土壤形成和發(fā)育 (Formation and Development of Soil) 第一節(jié) 土壤形成因素 (soil forming factor)母質(zhì)(parent material) 定義 母質(zhì)是風(fēng)化殼(weathering crust)的表層，是指原生基巖(original bed rock)經(jīng)過風(fēng)化、搬運(yùn)、堆積等過程于地表形成的一層疏松、最年輕的地質(zhì)礦物質(zhì)層，它是形成土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，是土壤的前身。類型（按成因分） 1、殘積母質(zhì)(residual parent material)：指巖石風(fēng)化后，基本上未經(jīng)動力搬運(yùn)而殘留在原地的風(fēng)化物； 2、運(yùn)積母質(zhì)(carried paren

2、t material)：指母質(zhì)經(jīng)外力，如水、風(fēng)、冰川和地心引力等作用而遷移到其它地區(qū)的物質(zhì)。 在土壤形成(soil formation)中的作用 母質(zhì)影響土壤礦物質(zhì)組成和性質(zhì) 母質(zhì)堆積類型的影響：殘積物（粗、薄、瘦） 坡積物（細(xì)、厚、肥） 母質(zhì)影響土壤養(yǎng)分 巖漿巖(magmatic rock)：花崗巖形成的土壤富鉀而 缺磷；玄武巖形成的土壤缺鉀而富磷； 沉積巖(sedimentary rock)：砂巖形成的土壤鹽基養(yǎng)分 較貧乏；頁巖形成的土壤鹽基養(yǎng)分較豐富。 母質(zhì)影響土壤礦物組成 母質(zhì)影響土壤發(fā)育(soil development)和形態(tài)特征(morphological characteris

3、tic) 總之，成土過程進(jìn)行得愈久，母質(zhì)與土壤的性質(zhì)差別就愈大。但母質(zhì)的某些性質(zhì)卻仍會頑強(qiáng)地保留在土壤中。例如分布在我國華南的磚紅壤是我國境內(nèi)風(fēng)化強(qiáng)度最深、成土?xí)r間最長的一類土壤，但母質(zhì)對磚紅壤的性質(zhì)仍有深刻的影響氣候 (水熱條件) 水分和熱量直接影響成土過程中的物理、化學(xué)、生物作用，影響土壤中的物理、化學(xué)、生物作用的強(qiáng)度和方向。 氣候?qū)ν寥佬纬傻挠绊懼饕w現(xiàn)在兩個(gè)方面 直接參與母質(zhì)的風(fēng)化，水熱狀況直接影響礦物質(zhì)的分解與合成及物質(zhì)積累和淋失； 控制植物生長和微生物的活動，影響有機(jī)質(zhì)的積累和分解，決定養(yǎng)料物質(zhì)循環(huán)的速度。 濕度（humidity）因子對土壤形成的影響 影響土壤中物質(zhì)的遷移(emi

4、gration) 根據(jù)土壤中水分收支情況對物質(zhì)運(yùn)移的影響，可分以下幾種土壤水分類型： 淋溶型(eluviation)水分狀況 在降水量大于蒸發(fā)量的地區(qū)，土壤表層每年水分的收入大于支出，有多余的水補(bǔ)給地下水。這種土壤常具有鹽基飽和度低、酸性強(qiáng)等特點(diǎn)。 非淋溶型(non-eluviation)水分狀況 蒸發(fā)量略大于降水量，降水只能到達(dá)一定的深度，蒸發(fā)較強(qiáng)，土壤淋溶作用弱。這類土壤常具有中性至微堿性反應(yīng)、鹽基飽和度高的特點(diǎn)，剖面中常有鈣積層上升水型水分狀況 蒸發(fā)、蒸騰總量大大超過降水量，其差額由地下水補(bǔ)充，形成這種水分狀況的重要條件是地下水接近地表，并能以毛管上升水的形式補(bǔ)給土壤。 停滯型(stag

5、nation)水分狀況 地表經(jīng)常積水，沼澤化(aludification)土壤即屬此類型 影響土壤中物質(zhì)的分解、合成和轉(zhuǎn)化 溫度(temperature)對土壤形成的影響 溫度狀況(temperature regime)將影響礦物和有機(jī)物質(zhì)的風(fēng)化與合成。一般來說，每增加10溫度，反應(yīng)速率可成倍增加。溫度從0增長到50時(shí)，化合物的解離度可增加7倍。溫度和濕度的共同影響 實(shí)際上水熱兩因子是共同作用著的，只有兩者互相配合，才能促進(jìn)土壤的形成發(fā)展。 在熱帶地區(qū)(tropic region),只有在充足的水分條件下,高溫才能促進(jìn)原生礦物的深度風(fēng)化，形成磚紅壤，而在缺少水分的條件下，風(fēng)化強(qiáng)度較弱，土壤向燥

6、紅土方向發(fā)展 氣候變化(climatic variation)與土壤形成 隨著氣候條件和土壤水熱條件的變化，土壤中礦物質(zhì)的遷移狀況也有相應(yīng)的變化 自西北向華北逐漸過渡，土壤中鹽類的遷移能力也不斷加強(qiáng)許多土壤學(xué)家非常重視氣候在土壤形成中的作用，并提出了土壤地帶性(soil zonality)的概念 （1）在溫帶，自西向東大氣濕度遞增，依次出現(xiàn)棕漠土、灰棕漠土、灰漠土、棕鈣土（灰鈣土）、栗鈣土、黑鈣土和黑土。（2）在東部濕潤區(qū)，由北而南熱量遞增，土壤分布依次為暗棕壤、棕壤(褐土)、黃棕壤、黃壤、紅壤和磚紅壤土壤是氣候變化(climatic variation)的記錄者 氣候的變化往往在土壤性質(zhì)中可

7、以得到體現(xiàn)，所以我們可以通過研究古土壤的性質(zhì)，來追朔過去的氣候。 生物因素(biotic factor) 生物在土壤形成過程中起主導(dǎo)作用(the leading effects) 生物因素：植物、土壤動物和土壤微生物。 植物在成土過程(soilforming process)中的作用 能量轉(zhuǎn)化(conversion of energy)及有機(jī)質(zhì)形成:利用太陽輻射能，合成有機(jī)質(zhì) 富集作用(enrichment)及有效化(effectuation):把分散在母質(zhì)、水體和大氣中的營養(yǎng)元素有選擇地吸收起來，同時(shí)伴隨著礦質(zhì)營養(yǎng)元素的有效化。促進(jìn)土壤形成及結(jié)構(gòu)體的發(fā)展:植物根系可分泌有機(jī)酸，通過溶解和根系

8、的擠壓作用破壞礦物晶格，改變礦物的性質(zhì)，促進(jìn)土壤的形成；并通過根系活動，促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的發(fā)展。自然植被和水熱條件(natural vegetation and hydrothermal condition)的演變，引起土壤類型的演變 由東北往華南的森林植被和土壤的分布依次為：針葉林(棕色針葉林土)針闊混交林(暗棕壤)落葉闊葉林(棕壤)落葉常綠闊葉林(黃棕壤)常綠闊葉林(紅壤、黃壤、赤紅壤)雨林、季雨林(磚紅壤)。 土壤動物(soil animal)在成土過程中的作用1、參與了土壤腐殖質(zhì)的形成和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。2、動物的活動可疏松土壤，促進(jìn)團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的形成。3、土壤動物種類的組成和數(shù)量在一定程度上是土壤

9、類型和土壤性質(zhì)的標(biāo)志，可作為土壤肥力的指標(biāo)。 微生物(microorganism)在成土過程中的作用 （1）分解有機(jī)質(zhì)，釋放各種養(yǎng)分，為植物吸收利用；（2）合成土壤腐殖質(zhì)，發(fā)展土壤膠體性能； （3）固定大氣中的氮素，增加土壤含氮量； （4）促進(jìn)土壤物質(zhì)的溶解和遷移，增加礦質(zhì)養(yǎng)分的有效度（如硅酸鹽細(xì)菌能促進(jìn)土壤中磷鉀溶解移動）。 地形 （ landform ） 地形主要是影響水熱條件及母質(zhì)的再分配，進(jìn)而影響土壤的形成 地形與水熱條件的關(guān)系地形支配著地表徑流，影響水分的重新分配，很大程度上決定著地下水的活動情況 （1）在較高的地形部位，部分降水受徑流的影響，從高處流向低處，部分水分補(bǔ)給地下水源，土

10、壤中的物質(zhì)易遭淋失；（2）在地形低洼處,土壤獲得額外的水量，物質(zhì)不易淋溶，腐殖質(zhì)較易積累,土壤剖面的形態(tài)也有相應(yīng)的變化。坡面的形態(tài)（是光滑的還是粗糙的,是凹面還是凸面）對水分狀況影響很大 （1）凸坡和光滑的坡面不易保存水分，而凹坡與粗糙坡面水分較充足。（2）平原地區(qū)(flat country)因地下水位較高，因此微地形的差異會引起土壤水分狀況很大的差別。 地形的差別還可導(dǎo)致地形雨(orgoraphical rain) 在熱帶、亞熱帶低山區(qū)，隨著海拔升高，降水量也隨之增加。此外，背風(fēng)面的降水量與迎風(fēng)面也有很大的差異。 地形對水分狀況的影響，在濕潤地區(qū)尤為重要；而在干旱地區(qū)則相對較小 地形也影響著

11、地表溫度 不同的海撥高度、坡度和方位對太陽輻射能吸收和地面散射不同，例如南坡常較北坡溫度高。 地形與母質(zhì)的關(guān)系 地形對母質(zhì)起著重新分配的作用，不同的地形部位常分布有不同的母質(zhì)：1、山地上部或臺地上，主要是殘積母質(zhì)(residual material)；2、坡地和山麓地帶的母質(zhì)多為坡積物(slope wash)；3、在山前平原的沖積扇地區(qū)，成土母質(zhì)多為洪積物；4、河流階地、泛濫地和沖積平原、湖泊周圍、濱海附近地區(qū)，相應(yīng)的母質(zhì)為沖積物、湖積物和海積物。地形(landform)與土壤發(fā)育的關(guān)系1、地形對土壤發(fā)育的影響，在山地表現(xiàn)尤為明顯。 山地地勢高、坡度大，切割強(qiáng)烈，水熱狀況和植被變化在，因此山地

12、土壤有垂直分布的特點(diǎn)。如：四姑娘山2、地形發(fā)育（地形受地質(zhì)營力的作用也在不斷發(fā)生變化）也對土壤發(fā)育帶來深刻的影響 由于地殼的上升或下降，影響土壤的侵蝕與堆積過程及氣候和植被狀況，使土壤形成過程、土壤和土被發(fā)生演變。 隨著河谷地形的演化，在不同地形部位上，可構(gòu)成水成土(aquatic soil)(河漫灘) 半水成土(semi- aquatic soil)(低級階地lower terrace) 地帶性土(zonal soil)(高級階地)的發(fā)生系列成土?xí)r間 （ time factor ） 土壤是一個(gè)歷史自然體，時(shí)間因素(time factor)對土壤形成沒有直接的影響，但時(shí)間因素可體現(xiàn)土壤的不斷發(fā)

13、展。 成土?xí)r間長，受氣候、生物作用時(shí)間長，與母質(zhì)、母巖差異大；反之亦然。 土壤年齡(soil age) 土壤年齡是指土壤發(fā)生發(fā)育時(shí)間的長短，通常把土壤年齡分為絕對年齡和相對年齡。1、絕對年齡(absolute age)：指該土壤在當(dāng)?shù)匦迈r風(fēng)化層或新母質(zhì)上開始發(fā)育時(shí)算起迄今所經(jīng)歷的時(shí)間，通常用年表示；2、相對年齡(relative age)：指土壤的發(fā)育階段或土壤的發(fā)育程度。土壤剖面發(fā)育明顯，土壤厚度大，發(fā)育度高，相對年齡大；反之相對年齡小。 通常說的土壤年齡是指土壤的發(fā)育程度，而不是年數(shù)，亦即通常所謂的相對年齡。 土壤形成速率和所需的時(shí)間 1、母質(zhì)和環(huán)境條件的差異會影響風(fēng)化作用和土壤形成的速率

14、 2、土壤發(fā)育速率與自然界許多過程一樣，隨時(shí)間的變化而變化 一般當(dāng)土壤處于幼年階段時(shí)，土壤的特性隨時(shí)間變化很快，但隨著成土年齡的增加，速率漸漸轉(zhuǎn)慢，且不同的成土過程在時(shí)間上的變化強(qiáng)度也是不同的。 3、不同地區(qū)、類型的土壤，形成的時(shí)間有很大的差異 土壤形成的階段性 熱帶地區(qū)(tropic region)的土壤形可成分為5個(gè)階段： 初期(early days) 為未風(fēng)化的母質(zhì)； 青少年期(adolescence) 風(fēng)化已經(jīng)開始，但許多母質(zhì)物質(zhì)仍保留在土壤中； 壯年期(mature period) 易風(fēng)化的礦物大部分已分解，粘粒明顯增加； 老年期(senility) 礦物分解已處于最后階段，只有少數(shù)

15、強(qiáng)抗風(fēng)化的 原生礦物被保存； 最后階段(final stage) 土壤發(fā)育已完成，原生礦物基本上徹底風(fēng)化人類活動(humans activity) 人類活動在土壤形成過程中具獨(dú)特的作用，但它與其他五個(gè)因素有本質(zhì)的區(qū)別 ： 人類活動對土壤的影響是有意識、有目的、定向的。人類活動是社會性的，它受著社會制度和社會生產(chǎn)力的影響，在不同的社會制度和不同的生產(chǎn)力水平下，人類活動對土壤的影響及其效果有很大的差別。人類活動的影響可通過改變各自然因素而起作用，并可分為有利和有害兩個(gè)方面 。人類對土壤的影響也具有兩重性，利用合理，有助于土壤肥力的提高；利用不當(dāng)會破壞土壤。第二節(jié) 土壤形成過程(soil-formi

16、ng process)一、土壤形成實(shí)質(zhì)土壤形成是一個(gè)綜合性的過程，它是物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán)矛盾統(tǒng)一的結(jié)果。 地質(zhì)大循環(huán)(macro-geological cycle) 指地面巖石的風(fēng)化、風(fēng)化產(chǎn)物的淋溶與搬運(yùn)、堆積，進(jìn)而產(chǎn)生成巖作用，這是地球表面恒定的周而復(fù)始的大循環(huán)。 生物小循環(huán)(micro-biological cycle) 植物營養(yǎng)元素在生物體與土壤之間的循環(huán)。地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)的特點(diǎn) （1）地質(zhì)大循環(huán)涉及空間大，時(shí)間長，植物養(yǎng)分元素不積累； （2）生物小循環(huán)涉及空間小，時(shí)間短，可促進(jìn)植物養(yǎng)料元素的積累，使土壤中有限的養(yǎng)分元素發(fā)揮作用。地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)的關(guān)系macro-g

17、eological cyclemicro-biological cyclesoil二、土壤發(fā)生中的基本成土作用(pedogenesis) (自 學(xué))三、主要的成土過程（soil-forming process） 原始成土過程從巖石露出地表著生微生物和低等植物開始到高等植物定居之前形成的土壤過程。分為三個(gè)階段：“巖漆”、“地衣”和“苔蘚”階段 有機(jī)質(zhì)積聚(accumulation)過程 在木本或草本植被下,有機(jī)質(zhì)在土體上部積累的過程。 粘化 (clayification)過程土壤剖面中粘粒形成和積累的過程?？煞譃闅埛e粘化(residual clayification)和淀積粘化(illuvial

18、 clayification) 。鈣積(calcification)與脫鈣(decalcification)過程 干旱、半干旱地區(qū)土壤鈣的碳酸鹽移動積累的過程。鹽化(salinization)與脫鹽(desalinization)過程 鹽化過程是指地表水、地下水以及母質(zhì)中含有的鹽分，在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，通過土壤水的垂直和水平移動，逐漸向地表積聚 。脫鹽過程是土壤中可溶性鹽通過降水或人為灌溉洗鹽、開溝排水，降低地下水位，遷移到下層或排出土體 堿化(solonization)與脫堿(solodization)過程堿化過程是交換性鈉或交換性鎂不斷進(jìn)入土壤吸收復(fù)合體的過程。脫堿過程是指通過淋洗和化學(xué)改

19、良，使土壤堿化層中鈉離子及易溶性鹽類減少，膠體的鈉飽和度降低。富鋁化(allitization)過程（脫硅(desilicification)富鋁化過程） 指在濕熱氣候條件下，土壤中礦物發(fā)生強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化，鋁、硅、鐵和鹽基物質(zhì)發(fā)生分離，硅和鹽基物質(zhì)被大量淋失，鋁和鐵在土壤中發(fā)生相對富積。 潛育化(gleyization)和潴育化(pseudogleyization)過程 潛育化過程是土壤長期漬水，受到有機(jī)質(zhì)嫌氣分解，而鐵錳強(qiáng)烈還原，形成灰蘭灰綠色土體的過程。 潴育化過程是土壤漬水帶經(jīng)常處于上下移動，土體中干濕交替比較明顯，使土壤中氧化還原反復(fù)交替，結(jié)果在土體內(nèi)出現(xiàn)銹紋、銹斑、鐵錳結(jié)核和紅色膠膜等

20、物質(zhì)。熟化(anthropogenic mellowing of soil)過程 通過耕作、培肥與改良，促進(jìn)水肥氣熱諸因素不斷諧調(diào)，使土壤向有利于作物高產(chǎn)方面轉(zhuǎn)化的過程。 退化(degeneration)過程 因自然環(huán)境不利因素和人為利用不當(dāng)引起土壤肥力下降，植物生長條件惡化和土壤生產(chǎn)力減退的過程。 土壤物理退化（堅(jiān)實(shí)硬化、鐵質(zhì)硬化、侵蝕、沙化）、土壤化學(xué)退化（酸化、堿化、肥力減退、化學(xué)污染）、土壤生物退化（有機(jī)質(zhì)減少、動植物區(qū)系減少）。 第三節(jié)土壤發(fā)育(soil development)土壤發(fā)育(soil development)是指地殼表面的巖石風(fēng)化體及其再積體，接受其所處的環(huán)境因素的作用

21、，而形成具有一定剖面形態(tài)和肥力特性的土壤。 一、土壤的個(gè)體發(fā)育(individual development of soil) 土壤的個(gè)體發(fā)育是指具體的土壤從巖石風(fēng)化產(chǎn)物(weathering product)或其它新的母質(zhì)上開始發(fā)育的時(shí)起，直到目前狀態(tài)真實(shí)土壤的具體歷程。它只涉及到土壤的個(gè)體（即具體的個(gè)別土壤） 二、土壤的系統(tǒng)發(fā)育 (systematic development of soil) 土壤系統(tǒng)發(fā)育指土壤發(fā)生類型在漫長地質(zhì)時(shí)期內(nèi)的發(fā)生和發(fā)展過程。 土壤既是一個(gè)獨(dú)立的歷史自然體，同時(shí)也是整個(gè)地表的一個(gè)自然要素。 它是獨(dú)立的而不是孤立的，它與其它歷史自然體一樣，具有自已特殊的發(fā)生規(guī)律，但這種發(fā)展不是孤立地進(jìn)行的，而是與周圍的外在環(huán)境條件相互發(fā)生作用，辯證地發(fā)展著。1、土壤剖面(soil profile)土壤的主要形態(tài)特征 是從地面向下直到土壤母質(zhì)的垂直切面，具有若干個(gè)大體與地面平行的土層。 土壤剖面是土壤內(nèi)在性質(zhì)的外部表現(xiàn)，是成土因素長期作用的歷史記錄，是認(rèn)土、用土、改土的主要依據(jù)之一。三、土壤剖面和土體構(gòu)型2、土壤發(fā)生層（土層）(soil horizon)土壤在成土過程中分化形成的層次 發(fā)生層的區(qū)分：主要