土壤的形成過程

關(guān)于土壤的形成過程2024/4/2412024/4/242

第八章土壤形成和土壤分布

第一節(jié)土壤的形成過程（成土過程）一、土壤形成因素學(xué)說它是研究外在環(huán)境對土壤發(fā)生過程和土壤性質(zhì)影響的學(xué)說。俄羅斯土壤學(xué)家道庫恰耶夫和美國土壤學(xué)者赫格德是世界公認的土壤科學(xué)的奠基者。它們最先認識到，土壤性質(zhì)是某些物理作用和化學(xué)作用的產(chǎn)物，而這些作用不僅受母質(zhì)的影響，同時也受生物、氣侯、地形和時間的影響。第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/243土壤是獨立的歷史自然體，它的發(fā)生發(fā)展與自然界的各個成土因素都有聯(lián)系，即它是母質(zhì)、生物、氣侯、地形和時間等五種成土因素共同作用的產(chǎn)物。美國的土壤學(xué)者詹尼（H·Jenny）在20世紀四十年代提出土壤形成因素基本公式，用以表示土壤性狀與成土因素之間的函數(shù)關(guān)系，其公式如下：

S=f(cl·o,r,p,t,·······

)(1)式中S代表土壤性狀，cl代表氣侯，o代表生物，r代表地形，p代表母質(zhì)，t代表時間；點號代表尚末確定的其它因素，f是函數(shù)。第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/244這個公式明確地表示了土壤性狀是與成土因素緊密聯(lián)系的。在了解某一成土因素對土壤性狀的作用時，有必要使所有其它成土因素保持不變，對此，詹尼提出下列各公式：

S=fcl(氣侯)o,r,p,t,···(2)S=fo(生物)cl,r,p,t,···(3)S=fr(地形)cl,o,p,t,···(4)S=fp(母質(zhì))cl,o,r,t,···(5)S=ft(時間)cl,o,r,p,···(6)運用這些公式，不僅可以檢查成土過程中各種成土因素的特殊作用，還可以進行土壤分類。此外，還可以根據(jù)已知的成土條件，來預(yù)測土壤性質(zhì)及其可能的變化速度和趨勢。第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/245

土壤形成過程指的是在一定的時空條件下，母質(zhì)與生物、氣候因素以及土體內(nèi)部所進行的物質(zhì)與能量的遷移和轉(zhuǎn)化過程的總體。這一過程的總體可用圖9.1、圖9.2予以說明。二、土壤形成過程的一般概念第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天圖8.1土壤形成中物質(zhì)遷移和轉(zhuǎn)化示意圖第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天圖8.2土壤能量轉(zhuǎn)換示意圖第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/248三、土壤形成的實質(zhì)(一)物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)

是指地面巖石的風(fēng)化、風(fēng)化產(chǎn)物的淋溶與搬運、堆積，進而產(chǎn)生成巖作用，這是地球表面恒定的周而復(fù)始的地質(zhì)大循環(huán)。(圖1)(二)植物營養(yǎng)元素的生物小循環(huán)

是指土壤中的生物，在其風(fēng)化產(chǎn)物的基礎(chǔ)上進行植物營養(yǎng)元素的富集、保蓄，使部分營養(yǎng)元素暫時脫離地質(zhì)大循環(huán)的軌道，稱之為植物營養(yǎng)元素的生物小循環(huán)。第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/249圖7.7土壤形成過程中大小循環(huán)的關(guān)系簡圖第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2410(三)地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán)的關(guān)系(1)生物小循環(huán)是在地質(zhì)大循環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，沒有地質(zhì)大循環(huán)就不可能有生物小循環(huán)。沒有生物小循環(huán)也就沒有土壤。(2)地質(zhì)大循環(huán)過程總的趨勢是植物養(yǎng)分元素的釋放、淋失過程，而生物小循環(huán)則是植物養(yǎng)分元素的積累過程，它使有限營養(yǎng)元素納入無窮利用的途徑。(3)在土壤形成過程中，這兩個循環(huán)過程是同時同地并存，互相聯(lián)系，相互作用著，推動土壤不停地運動和發(fā)展。地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán)的矛盾的對立統(tǒng)一就形成了土壤。第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2411

四土壤形成的因素（一）母質(zhì)(parentmaterial)

是指原生基巖(originalbedrock)經(jīng)過風(fēng)化、搬運、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.

1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、厚、肥）第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2412

2母質(zhì)影響土壤礦質(zhì)養(yǎng)分巖漿巖: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：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。

3母質(zhì)影響土壤發(fā)育和形態(tài)特征例如，花崗巖風(fēng)化體中→石英沙礫于土壤中→使土體疏松而易滲水→土壤不易發(fā)育；其風(fēng)化鹽基成分較少→在強淋溶下完全淋失，使土壤呈酸性反應(yīng)?；詭r上形成的土壤則相反第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2413

4母質(zhì)的化學(xué)組成影響土壤腐殖質(zhì)特性石灰?guī)r母質(zhì)→土壤腐殖質(zhì)富含CaO，

火山灰?guī)r母質(zhì)→土壤腐殖質(zhì)含有較多的P2O5、K2O（二）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.

1影響土壤中物質(zhì)的遷移(emigration)

在熱帶、亞熱帶條件下，土壤中鉀、鈉、鈣可全部淋出土體；而在半干旱、半濕潤地區(qū)在一定土體中淀積；在干旱地區(qū)，碳酸鈣基本上未移動，在土壤表層聚積。第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2414

2對土壤風(fēng)化作用的影響一般情況下，溫度從0℃增長到50℃時，化合物的解離度增加7倍，從而隨著溫度的增高，硅酸鹽類礦物的水解過程大大增強，母巖和土壤的風(fēng)化作用亦即大大增強。德國土壤學(xué)家拉曼（Ramann）提出的“風(fēng)化因子”概念是：

風(fēng)化因子=風(fēng)化天數(shù)×水解離度風(fēng)化天數(shù)指日均溫在0℃以上的天數(shù)。赤道高溫帶的風(fēng)化強度約比溫帶強3倍，比極地寒冷帶強9～10倍，因而熱帶和寒帶的成土速率差異極大.第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2415

3對土壤有機質(zhì)的影響

當溫度一定時，有機質(zhì)含量隨著降水量增加而增加。當濕度一定時，有機質(zhì)含量隨著溫度的升高而減少。一般是草原氣侯條件下，其C/N比與H/F比均高，向濕熱、濕冷和干燥過渡，其C/N比與H/F比均會下降。第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2416

4對土壤礦物形成的影響

①在干冷地區(qū)，土壤風(fēng)化程度低，處于脫鹽基的初級階段，只有微弱的脫鉀作用，形成伊利石；

②在濕潤半濕潤地區(qū)，脫鹽基作用增強，多形成蒙脫石和蛭石；

③在濕熱（亞熱帶）地區(qū)，除脫鉀作用外，還有脫硅作用，形成高嶺類；

④在高度濕熱（熱帶）地區(qū)，土壤因強烈脫硅作用而形成鐵、鋁氧化物。第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2417

5氣侯對土壤陽離子交換量、土壤鹽基飽和度、酸堿度的影響

在溫帶，隨著降雨量增加,（CEC）呈增加的趨勢。在降雨量不多的地區(qū)，土壤淋溶作用弱，只有部分離子被淋溶，絕大多數(shù)鹽基離子在土壤中，所以鹽基飽和度高，pH值較高；

在熱帶地區(qū)由于粘土礦物是以三、二氧化物為主，（CEC）并不高，加上淋溶作用強鹽基飽和度和pH值也低。第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2418

（三）生物因素(bioticfactor)

生物因素：植物、土壤動物和土壤微生物。

1植物在成土過程(soilformingprocess)中的作用

(1)進行能量轉(zhuǎn)化(conversionofenergy)及有機質(zhì)形成

利用太陽輻射能，合成有機質(zhì)

（2）植被類型影響土壤有機質(zhì)的數(shù)量和分布

a

木本植物的組成凋落物堆積于土壤表層→

形成粗有機質(zhì)層,疏松、多孔→真菌微生物生長；堆積物中含單寧、樹脂等酸性物質(zhì)較多。有機質(zhì)分布在表層，腐殖質(zhì)以富里酸為主，品質(zhì)較差，且含量低于草本植物。第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2419

b草本植物堆積物緊密、柔軟、少彈性,主要是細菌微生物活動；堆積物含有大量的纖維素、半纖維素容易分解，而單寧、樹脂較少不會產(chǎn)生酸性物質(zhì)；有機質(zhì)分布在整個剖面，其含量隨著深度增加而逐漸減少，品質(zhì)較好，含胡敏酸含量高。

(3)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，同時伴隨著礦質(zhì)營養(yǎng)元素的有效化。第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2420

(4)促進土壤形成自然植被和水熱條件的演變，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)第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2421

圖8-5 植被類型和土壤類型的關(guān)系(據(jù)Bridges:WorldSoils)第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2422

2土壤動物(soilanimal)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，促進團粒結(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類型和土壤性質(zhì)的標志，可作為土壤肥力的指標。第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/24233微生物(microorganism)在成土過程中的作用（1）分解有機質(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（如硅酸鹽細菌能促進土壤中磷鉀溶解移動）。第23頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2424

（四）地形（landform）地形主要是影響水熱條件及母質(zhì)的再分配，進而影響土壤的形成.1地形支配著地表徑流，影響水分的重新分配.在較高的地形部位，土壤中水分不易保持；在地形低洼地形部位,土壤易積水.第24頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2425圖8.4地形對土壤水分狀況的影響第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2426沖積物坡積物洪積物殘積物2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)第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/24273地形(landform)與土壤發(fā)育的關(guān)系隨著河谷地形的演化，在不同地形部位上，可構(gòu)成水成土(河漫灘)→

半水成土(低級階地)→地帶性土(高級階地的發(fā)生系列4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。第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2428（五）成土?xí)r間（timefactor）成土?xí)r間長，受氣候、生物作用時間長，與母質(zhì)、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年齡。

1、絕對年齡(absoluteage)：指該土壤在當?shù)匦迈r風(fēng)化層或新母質(zhì)上開始發(fā)育時算起迄今所經(jīng)歷的時間，通常用年表示.

第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2429

2相對年齡(relativeage)：指土壤的發(fā)育階段或土壤的發(fā)育程度。一般用剖面分異程度加以確定，無具體年份。在一定區(qū)域內(nèi)，土壤的發(fā)生層分異越明顯，相對年齡越長。北半球所存在的土壤多系在第四紀冰川退卻后開始發(fā)育的，高緯度地區(qū)冰磧物上土壤的絕對年齡一般不超過一萬年。中緯度地區(qū)末遭第四紀冰川侵襲，土壤年齡較長。低緯度末受冰川作用地區(qū)的土壤年齡可能達到數(shù)十萬年，乃至數(shù)百萬年，其起源可追溯到第三紀。第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2430（六）人為活動對土壤形成演變的影響

（1）人為影響是多方面的，它的影響是快速的，并隨著人類社會的生產(chǎn)力和技術(shù)水平的提高，其影響的速度、強度都將加快，而且會出現(xiàn)更多的熟化土壤。

（2）人為影響是在各自然因素仍在發(fā)生作用的基礎(chǔ)上進行的.（3）人為活動的影響有兩重性，可以產(chǎn)生正效應(yīng)（高度熟化），也可能產(chǎn)生破壞性的負效應(yīng)（剝削地力、加速侵蝕、沙化、污染）。第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2431五.土壤主要的成土過程1原始成土過程（formationofprimordialsoil）

在裸露的巖石表面或薄層的巖石風(fēng)化物上著生低等植物，如地衣、苔蘚及真菌、細菌等微生物，在低等植物和微生物的作用下，開始累積有機質(zhì)，并為高等植物的生長發(fā)育創(chuàng)造了條件。2.有機質(zhì)聚積過程在各種植被下，在土體中，特別是土體表層進行的有機質(zhì)的聚積過程。

第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天一般說來，有機質(zhì)聚積有以下表現(xiàn)形式：（1）腐殖化

主要見于草本植被下，植物殘體被轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)，聚積在土體的上部而形成暗色的腐殖層（黑土層）。腐殖化過程的結(jié)果，使土體發(fā)生分化，往往在土體上部形成一個暗色的腐殖質(zhì)層。圖9.3由土壤的腐殖化過程所形成的模式土層示意圖第32頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2433黑土景觀及土壤剖面第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2434（2）斑氈化

森林植被下，由于環(huán)境涼濕，植物殘體分解不徹底，形成腐殖化程度低的粗腐殖質(zhì)，呈斑氈狀。

（3）泥炭化

在低溫或過高濕度條件下，植物殘體呈半分解狀態(tài)，大多僅有顏色的改變，植物組織仍保持原狀。在低洼過濕條件下形成泥炭層，在高寒條件下形成氈狀草皮層。第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2435泥炭土景觀及剖面黑龍江三江平原第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天圖8.4由土壤粘化過程所形成的模式土層示意圖3.粘化過程在半干旱、半濕潤地區(qū)，土體中粘土礦物（粘粒）的形成和聚積過程。

第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2437黃棕壤粘膜粘化過程第37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2438

粘化過程的類型

★殘積粘化粘粒未經(jīng)移動，原地發(fā)生的粘化（殘積母質(zhì)）.

★淋淀粘化上部形成的粘粒經(jīng)機械淋洗聚積在下部土層。請注意：由粘化過程形成的粘化層，是一些土類（棕壤，褐土，黃棕壤）的重要診斷層，在土壤發(fā)生分類中具有重要的意義。

4.鈣化過程

指在干旱、半干旱的氣候條件下，碳酸鹽在土壤表層聚積或表層淋溶脫鈣以及在土體中的淀積過程。第38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2439脫鈣－積鈣脫鈣積鈣

CaCO3(淀積)＋CO2+H2O＝Ca(HCO3)2

Ca(HCO3)2形成引起脫鈣，CaCO3形成導(dǎo)致積鈣。黑鈣土鈣積層第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天圖8.6由土壤的鈣化過程所形成的模式土層示意圖第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2441（1）潛育化過程

在指土壤長期受水浸漬，在土體內(nèi)所發(fā)生的還原過程，并在土體中形成藍灰色或青灰色潛育層。5.潛育化、潴育化過程

這二種過程都是由于土體滯積水引起的成土過程。第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2442潴育化水稻土（2）潴育化

是指土體處于季節(jié)性積水，在土體中交替發(fā)生的氧化還原過程，并在土體中形成黃棕色的鐵質(zhì)銹斑或黑色錳斑的潴育層。第42頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/24436鹽化過程是指土體上部易溶性鹽類的聚積過程。在干旱區(qū)成土母質(zhì)中易溶性鹽類隨水搬運至排水不暢的低平地區(qū)，在蒸發(fā)作用下，使鹽分向土體表層聚積，形成鹽化層(z)。7堿化過程是指土壤膠體中有較多的交換性鈉，使土壤呈強堿性反應(yīng)，并形成土壤物理性質(zhì)惡化的堿化層(n)的過程。8沼澤化過程包括表層的泥炭聚積或腐殖質(zhì)聚積過程和下部土層的潛育過程。第43頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/24449草甸化過程包括土壤表層的草甸腐殖質(zhì)聚積過程和受地下水直接影響的下部潴育化過程的重疊過程，在底層還有潛育化過程。10熟化過程在人類合理利用和定向培育下，土壤向著肥力提高的方向發(fā)展的過程.在三個方面與自然土壤不同：（1）土體構(gòu)型的改造；（2）影響作物生長發(fā)育障礙因子的消除；（3）水、肥、氣、熱的調(diào)節(jié)與補充。第44頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2445

11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(chǎn)力減退的過程。

土壤物理退化（堅實硬化、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（有機質(zhì)減少、動植物區(qū)系減少）。第45頁,共52頁，2024年2月25日，