土壤的形成和發(fā)育

1、第九章土壤形成和發(fā)育(FormationandDevelopmentofSoil)第一節(jié)土壤形成因素(soilformingfactor)母質(parentmaterial)定義母質是風化殼(weatheringcrust)的表層，是指原生基巖(originalbedrock)經過風化、搬運、堆積等過程于地表形成的一層疏松、最年輕的地質礦物質層，它是形成土壤的物質基礎，是土壤的前身。類型(按成因分)1、殘積母質(residualparentmaterial)：指巖石風化后，基本上未經動力搬運而殘留在原地的風化物；2、運積母質(carriedparentmaterial):指母質經外力，如水、風

2、、冰川和地心引力等作用而遷移到其它地區(qū)的物質。在土壤形成(soilformation)中的作用母質影響土壤礦物質組成和性質母質堆積類型的影響：殘積物(粗、薄、瘦)坡積物(細、厚、肥)母質影響土壤養(yǎng)分巖漿巖(magmaticrock):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(sedimentaryrock):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。母質影響土壤礦物組成母質影響土壤發(fā)育(soildevelopment)和形態(tài)特征(morphologicalcharacteristic)總之，成土過程進行得愈久，母質與土壤的性質差別就愈大。但母質的某些性質

3、卻仍會頑強地保留在土壤中。例如分布在我國華南的穆紅壤是我國境內風化強度最深、成土時間最長的一類土壤，但母質對醇紅壤的性質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、生物作用，影響土壤中的物理、化學、生物作用的強度和方向。氣候對土壤形成的影響主要體現(xiàn)在兩個方面直接參與母質的風化，水熱狀況直接影響礦物質的分解與合成及物質積累和淋失；控制植物生長和微生物的活動，影響有機質的積累和分解，決定養(yǎng)料物質循環(huán)的速度。濕度(humidity)因子對土壤形成的影響影響土壤中物質的遷移(emigration)根據土壤中水分收支情況對物質運移的影響，可分以下幾種土壤水分類型:淋溶型(el

4、uviation)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，有多余的水補給地下水。這種土壤常具有鹽基飽和度低、酸性強等特點。非淋溶型(non-eluviation)水分狀況蒸發(fā)量略大于降水量，降水只能到達一定的深度，蒸發(fā)較強，土壤淋溶作用弱。這類土壤常具有中性至微堿性反應、鹽基飽和度高的特點，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給土壤。停滯型(stagnation)水分狀況地表經常積水，沼澤化(aludification)土壤即屬此類型影響土壤中物質的分解、

5、合成和轉化溫度(temperature)對土壤形成的影響溫度狀況(temperatureregime)將影響礦物和有機物質的風化與合成。一般來說，每增加10c溫度，反應速率可成倍增加。溫度從0c增長到50c時，化合物的解離度可增加7倍。溫度和濕度的共同影響實際上水熱兩因子是共同作用著的，只有兩者互相配合，才能促進土壤的形成發(fā)展。在熱帶地區(qū)(tropicregion),只有在充足的水分條件下，高溫才能促進原生礦物的深度風化，形成醇紅壤，而在缺少水分的條件下，風化強度較弱，土壤向燥紅土方向發(fā)展氣候變化(climaticvariation)與土壤形成隨著氣候條件和土壤水熱條件的變化，土壤中礦物質的遷

6、移狀況也有相應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許多土壤學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(soilzonality)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、紅壤和醇紅壤土壤是氣候變化(climaticvariation)的記錄者氣候的變化往往在土壤性質中可以得到體現(xiàn)，所以我們可以通過研究古土壤的性質，來追朔過去的氣候。生物因素(bioticfactor)生物在土壤形成過程中起主導作用(t

7、heleadingeffects)生物因素：植物、土壤動物和土壤微生物。植物在成土過程(soilformingprocess)中的作用能量轉化(conversionofenergy)及有機質形成：利用太陽輻射能，合成有機質富集作用(enrichment)及有效化(effectuation):把分散在母質、水體和大氣中的營養(yǎng)元素有選擇地吸收起來，同時伴隨著礦質營養(yǎng)元素的有效化。促進土壤形成及結構體的發(fā)展：植物根系可分泌有機酸，通過溶解和根系的擠壓作用破壞礦物晶格，改變礦物的性質，促進土壤的形成；并通過根系活動，促進土壤結構的發(fā)展。自然植被和水熱條件(naturalvegetationandhyd

8、rothermalcondition)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(醇紅壤)。土壤動物(soilanimal)在成土過程中的作用1、參與了土壤腐殖質的形成和養(yǎng)分的轉化。2、動物的活動可疏松土壤，促進團聚結構的形成。3、土壤動物種類的組成和數量在一定程度上是土壤類型和土壤性質的標志，可作為土壤肥力的指標。微生物(microorganism)在成土過程中的作用(1)分解有機質，釋放各種養(yǎng)分，為植物吸收利用；(2)合成土壤腐殖

9、質，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)促進土壤物質的溶解和遷移，增加礦質養(yǎng)分的有效度(如硅酸鹽細菌能促進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的再分配，進而影響土壤的形成地形與水熱條件的關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，部分水分補給地下水源，土壤中的物質易遭淋失；(2)在地形低洼處，土壤獲得額外的水量，物質不易淋溶，腐殖質較易積累，土壤剖面的形態(tài)也有相應的變化。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

10、(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)(flatcountry)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。地形的差別還可導致地形雨(orgoraphicalrain)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，背風面的降水量與迎風面也有很大的差異。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。地形與母質的關系地形對母質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：1、山地上部或臺地上，主要是殘

11、積母質(residualmaterial);2、坡地和山麓地帶的母質多為坡積物(slopewash);3、在山前平原的沖積扇地區(qū)，成土母質多為洪積物；4、河流階地、泛濫地和沖積平原、湖泊周圍、濱海附近地區(qū)，相應的母質為沖積物、湖積物和海積物。地形(landform)與土壤發(fā)育的關系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，切割強烈，水熱狀況和植被變化在，因此山地土壤有垂直分布的特點。如：四姑娘山2、地形發(fā)育(地形受地質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。

12、隨著河谷地形的演化，在不同地形部位上，可構成水成土(aquaticsoil)(河漫灘<floodland)-半水成土(semi-aquaticsoil)(低級階地<lowerterrace)地帶性土(zonalsoil)(高級階地<higherterrace>)的發(fā)生系列成土時間(timefactor)土壤是一個歷史自然體，時間因素(timefactor)對土壤形成沒有直接的影響，但時間因素可體現(xiàn)土壤的不斷發(fā)展。成土時間長，受氣候、生物作用時間長，與母質、母巖差異大；反之亦然。土壤年齡(soilage)土壤年齡是指土壤發(fā)生發(fā)育時間的長短，通常把土壤年齡分為絕對年齡和相對

13、年齡。1、絕對年齡(absoluteage)：指該土壤在當地新鮮風化層或新母質上開始發(fā)育時算起迄今所經歷的時間，通常用年表示；2、相對年齡(relativeage)：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，亦即通常所謂的相對年齡。土壤形成速率和所需的時間1、母質和環(huán)境條件的差異會影響風化作用和土壤形成的速率2、土壤發(fā)育速率與自然界許多過程一樣，隨時間的變化而變化一般當土壤處于幼年階段時，土壤的特性隨時間變化很快，但隨著成土年齡的增加，速率漸漸轉慢，且不同的成土過程在時間上的變化強度也是

14、不同的。3、不同地區(qū)、類型的土壤，形成的時間有很大的差異土壤形成的階段性熱帶地區(qū)(tropicregion)的土壤形可成分為5個階段：初期(earlydays)為未風化的母質；青少年期(adolescence)風化已經開始，但許多母質物質仍保留在土壤中；壯年期(matureperiod)易風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，只有少數強抗風化的原生礦物被保存；最后階段(finalstage)土壤發(fā)育已完成，原生礦物基本上徹底風化人類活動(humansactivity)人類活動在土壤形成過程中具獨特的作用，但它與其他五個因素有本質的區(qū)別人類活動對

15、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力的影響，在不同的社會制度和不同的生產力水平下，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；利用不當會破壞土壤。第二節(jié)土壤形成過程(soil-formingprocess)一、土壤形成實質土壤形成是一個綜合性的過程，它是物質的地質大循環(huán)與生物小循環(huán)矛盾統(tǒng)一的結果。地質大循環(huán)(macro-geologicalcycle)指地面巖石的風化、風化產物的淋溶與搬運、堆積，進而產生成巖作用，這是

16、地球表面恒定的周而復始的大循環(huán)。生物小循環(huán)(micro-biologicalcycle)植物營養(yǎng)元素在生物體與土壤之間的循環(huán)。地質大循環(huán)和生物小循環(huán)的特點(1)地質大循環(huán)涉及空間大，時間長，植物養(yǎng)分元素不積累；(2)生物小循環(huán)涉及空間小，時間短，可促進植物養(yǎng)料元素的積累，使土壤中有限的養(yǎng)分元素發(fā)揮作用。地質大循環(huán)和生物小循環(huán)的關系macro-geologicalcyclemicro-biologicalcyclesoil二、土壤發(fā)生中的基本成土作用(pedogenesis)(自學)三、主要的成土過程(soil-formingprocess)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

17、等植物定居之前形成的土壤過程。分為三個階段：“巖漆”、“地衣”和“苔葬”階段有機質積聚(accumulation)過程在木本或草本植被下，有機質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(residualclayification)和淀積粘化(illuvialclayification)。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、地下水以及母質中含有的鹽分，

18、在強烈的蒸發(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入土壤吸收復合體的過程。脫堿過程是指通過淋洗和化學改良，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)生強烈化學風化，鋁、硅、鐵和鹽基物質發(fā)生分離，硅和鹽基物質被大量淋失，鋁和鐵在土壤中發(fā)生相對富積。潛育

19、化(gleyization)和潴育化(pseudogleyization)過程潛育化過程是土壤長期漬水，受到有機質嫌氣分解，而鐵鎰強烈還原，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交替，結果在土體內出現(xiàn)銹紋、銹斑、鐵鎰結核和紅色膠膜等物質。熟化(anthropogenicmellowingofsoil)過程通過耕作、培肥與改良，促進水肥氣熱諸因素不斷諧調，使土壤向有利于作物高產方面轉化的過程。退化(degeneration)過程因自然環(huán)境不利因素和人為利用不當引起土壤肥力下降，植物生長條件惡化和土壤生產力減退的過程。土壤物

20、理退化(堅實硬化、鐵質硬化、侵蝕、沙化)、土壤化學退化(酸化、堿化、肥力減退、化學污染)、土壤生物退化(有機質減少、動植物區(qū)系減少)。第三節(jié)土壤發(fā)育(soildevelopment)土壤發(fā)育(soildevelopment)是指地殼表面的巖石風化體及其再積體，接受其所處的環(huán)境因素的作用，而形成具有一定剖面形態(tài)和肥力特性的土壤。一、土壤的個體發(fā)育(individualdevelopmentofsoil)土壤的個體發(fā)育是指具體的土壤從巖石風化產物(weatheringproduct)或其它新的母質上開始發(fā)育的時起，直到目前狀態(tài)真實土壤的具體歷程。它只涉及到土壤的個體(即具體的個別土壤)二、土壤的系

21、統(tǒng)發(fā)育(systematicdevelopmentofsoil)土壤系統(tǒng)發(fā)育指土壤發(fā)生類型在漫長地質時期內的發(fā)生和發(fā)展過程。土壤既是一個獨立的歷史自然體，同時也是整個地表的一個自然要素。它是獨立的而不是孤立的，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(soilprofile)土壤的主要形態(tài)特征是從地面向下直到土壤母質的垂直切面，具有若干個大體與地面平行的土層。土壤剖面是土壤內在性質的外部表現(xiàn)，是成土因素長期作用的歷史記錄，是認土、用土、改土的主要依據之一。三、土壤剖面和土體構型2、土壤發(fā)生層(土層)(soilhorizon)土壤在成土過程中分