第二章-土壤的形成

第二章土壤的形成和發(fā)育第一節(jié)土壤形成因素

土壤形成因素又稱成土因素,是影響土壤形成和發(fā)育的基本因素，它是一種物質(zhì)、力、條件或關(guān)系或它們的組合，其已經(jīng)對土壤形成發(fā)生影響或?qū)⒂绊懲寥赖男纬伞?.成土因素──土壤形成過程的各種外在條件。一、土壤形成因素

土壤是多因素影響下變化的客體。早在十九世紀(jì)末，俄國土壤學(xué)家B.B道庫恰耶夫（Dokuchaev）根據(jù)他在歐亞大陸大范圍勘察工作中的發(fā)現(xiàn)，就正確地指出：土壤既是地理景觀的一部分，又是地理景觀的一面鏡子，他提出母質(zhì)、氣候、生物、地形和時間是土壤形成的主要因素，從而創(chuàng)立了土壤形成因素學(xué)說，奠定了土壤發(fā)生學(xué)理論基礎(chǔ)。土壤發(fā)生學(xué)說認(rèn)為土壤是在各種自然和人為因素的影響下由巖石風(fēng)化成母質(zhì)，再由母質(zhì)演化成土壤的。五大成土因素:

氣候-climate

母質(zhì)-parentmaterial

生物-biology

地形-topographty

時間-time2.土壤是多種成土因素綜合作用的產(chǎn)物：

（1）各成土因素互相不能代替，同等重要，都參與成土過程。（2）不同條件下各要素對土壤形成作用可能不同。（3）成土因素變化制約著土壤的形成和演化。3.現(xiàn)代土壤發(fā)生學(xué)二、氣候與土壤發(fā)生的關(guān)系

氣候?qū)ν寥佬纬傻挠绊懼饕w現(xiàn)在兩個方面：

一是直接參與母質(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；二是控制植物生長和微生物的活動，影響有機質(zhì)的積累和分解，決定養(yǎng)料物質(zhì)循環(huán)的速度。1.溫度對土壤形成的影響

溫度升高，水的解離度加大，水的解離度越大，對巖石的溶解作用越強，巖石就越容易風(fēng)化。在相同條件下，弱（北）風(fēng)化作用強（南）一般來說，每增加10℃溫度，反應(yīng)速率可成倍增加。

溫度會影響巖石的風(fēng)化速度和風(fēng)化殼的厚度?；◢弾r風(fēng)化殼在廣東可厚達30～40米，浙江一般在5～6米，而青海高原常不足1米。影響土壤中物質(zhì)的分解、合成和轉(zhuǎn)化

表土有機質(zhì)含量常隨大氣濕度的增加而增加濕潤地區(qū)的土壤風(fēng)化度較高，而在干旱地區(qū)則較弱。隨著濕度增加，土壤中赤鐵礦含量趨向減小，針鐵礦含量則增加，土壤顏色也由紅轉(zhuǎn)黃。2.降水對成土過程的作用氣候變化與土壤形成

由于氣候帶、植被和土壤之間存在明顯的關(guān)系，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的概念。

在中國溫帶，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。

在中國溫帶東部濕潤區(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。

氣候因素對土壤形成的影響廣泛而深刻，對土壤的形成起著宏觀控制的作用，不同的氣候類型可形成不同的地帶性土類。

土壤是氣候變化的記錄者，氣候的變化往往在土壤性質(zhì)中可以得到體現(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。三、生物與土壤：土壤形成的生物因素包括植物、土壤動物和土壤微生物。生物積累和創(chuàng)新作用

生物積累作用：指植物根系把風(fēng)化物中分散的礦質(zhì)養(yǎng)分集中到地表的過程。

生物創(chuàng)新作用：通過植被的作用，使巖石風(fēng)化物中積累了原來沒有的養(yǎng)分。如N素的積累。1.植物在成土過程中的作用特定地理環(huán)境，生長一定的植被，分化形成一定的土壤類型。明亮針葉林：灰化土針、闊混交林：暗綜壤落葉闊葉林：棕壤常綠闊葉、落葉闊葉林：黃棕壤常綠闊葉：偏干形成紅壤；偏濕形成黃壤南亞熱帶常綠闊葉、季雨林：赤紅壤熱帶雨林：磚紅壤

圖 植被類型和土壤類型的關(guān)系

(據(jù)Bridges:WorldSoils)綠色植物在土壤形成中作用的差異性：

木本植物的特點樹冠高大，根系深、廣、發(fā)達和有機質(zhì)積累量大。生長量:熱帶雨林＞季雨林＞常綠闊葉林＞落葉闊葉林＞針葉林

有機質(zhì)的積累形式:

地下根系死亡少，主要靠凋落物，如枯枝、落葉形成的地表覆蓋層。

有機質(zhì)剖面分布：

表層有機質(zhì)含量高、厚度大，向下有機質(zhì)含量急劇減少。

凋落物組成特點：

多含木質(zhì)素、單寧、樹脂和富有彈性。草本植物的特點按生長年限：分為一年生和多年生；按喜濕程度：分為草甸植被（濕草原）和草原植被

（干草原）其中：①草甸植被多為中生性草本植物，適應(yīng)較濕的生態(tài)環(huán)境，生長量大，分解少，有機質(zhì)積累多。②草原植被多為旱生性草本植物，干旱條件，生長量小，疏松通氣，微生物活動強，有機質(zhì)積累少。生長量：遠(yuǎn)低于木本植物。地上和地下部分同時積累有機質(zhì)。成土作用：

①草本植物灰分含量＞＞木本植物,

且灰分中鹽基(Ca、Mg、K、Na)含量高;

②木質(zhì)素、單寧、樹脂含量較少，纖維素含量較多；③中性、微酸性環(huán)境有利于細(xì)菌活動；④形成的有機酸和酸性腐殖質(zhì)（FA）少，而

HA相對較多:⑤土壤不容易發(fā)生灰化作用，容易形成良好土壤結(jié)構(gòu)。不同植被形成的土壤性質(zhì)不同：

森林植被草原植被形成枯枝落葉層，腐殖質(zhì)層較薄腐殖質(zhì)層深厚，含量高富里酸為主，淋溶型（水多）胡敏酸為主，非淋溶型飽和度低，酸性飽和度高，堿性結(jié)構(gòu)性差，肥力較低結(jié)構(gòu)好，肥沃2.動物在成土過程中的作用

非洲象牙海岸的白蟻可筑起直徑15米，高2～6米的堅固豎立土墩！肥沃土壤中蚯蚓的糞便可達30噸/公頃！3.微生物在成土過程中的作用

微生物作為地球上最古老的生物體，已存在達數(shù)十億年，它是最古老的造土者。

微生物對土壤形成的作用可概括為：（1）分解有機質(zhì)，釋放各種養(yǎng)料，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（如鐵細(xì)菌能促進土壤中鐵溶解移動）。母巖：形成母質(zhì)的巖石。母質(zhì)或成土母質(zhì)：是指形成土壤的巖石風(fēng)化物，母質(zhì)是土壤形成的基礎(chǔ)。四、成土母質(zhì)：巖石風(fēng)化過程母質(zhì)生物積累等成土過程土壤母質(zhì)特點：疏松、透氣、透水，含粘土礦物，對養(yǎng)分保持力弱，肥力低或不具肥力，缺乏氮素。母巖、母質(zhì)、土壤三者在發(fā)生學(xué)上有密切聯(lián)系：母質(zhì)在土壤形成中的作用首先，母質(zhì)對土壤理化性質(zhì)有很大的影響。其次，非均質(zhì)的母質(zhì)對土壤形成的影響較均質(zhì)母質(zhì)更為復(fù)雜。第三，直接影響著成土過程的速度、性質(zhì)和方向。

土壤養(yǎng)分土壤礦質(zhì)養(yǎng)分來源于母質(zhì)。土壤的礦質(zhì)養(yǎng)分必然隨母質(zhì)的變化而發(fā)生變異?；◢弾r——K2O、SiO2

正長巖——K2O

橄欖巖——MgO

輝長巖、玄武巖——CaO、Fe2O3、MgO

磷輝巖——P2O5

微量元素（B、Cu、Zn、Fe、Mn）與

母質(zhì)中的含量關(guān)系密切

中國境內(nèi)的成土母質(zhì)的主要類型：

①碎屑風(fēng)化殼——青藏高原、高大山區(qū)頂部等高寒氣候。物質(zhì)發(fā)生機械破碎，即物理風(fēng)化。②含鹽風(fēng)化殼——干旱荒漠地區(qū)。Na2SO4、NaCl易溶鹽殘留。③碳酸鹽風(fēng)化殼——干旱、半干旱冷涼氣候。Cl、S淋溶，K、Na、Ca、Mg仍保留于風(fēng)化殼中。

④硅鋁風(fēng)化殼——長江以北溫暖濕潤區(qū)。K、Na、

Ca、Mg基本淋失。⑤富鋁風(fēng)化殼——鹽基淋溶，并發(fā)生脫硅酸，相對富鐵鋁。一般地說，成土過程進行得愈久，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)卻仍會頑強地保留在土壤中。同一母質(zhì)類型在不同生物氣候條件下可發(fā)育成不同的土壤類型。同樣的生物、氣候條件下，在不同類型的成土母質(zhì)上，發(fā)育形成的土壤也有著不同程度的差別。五、地形與土壤發(fā)生的關(guān)系地形不直接參與土壤形成的物質(zhì)和能量交換，而是通過對地表水熱條件和物質(zhì)的重新分配，間接地影響其物質(zhì)和能量的交換過程。造成土壤發(fā)育和類型發(fā)生分異。1.地形決定土壤水熱狀況與物質(zhì)分異單斜丘陵構(gòu)造坡（順傾坡）長而緩，水分條件較好，坡面土壤淋溶強，土壤多酸性；坡腳水分匯聚形成爛泥田。侵蝕坡(逆傾坡）

一般短而陡，水土流失強，水分條件較差，多形成弱風(fēng)化淋溶的粗骨性上。圖7.4地形對土壤水分狀況的影響地形與母質(zhì)變異正地形：物質(zhì)分散；負(fù)地形：物質(zhì)聚集物質(zhì)分散物質(zhì)分散和聚集物質(zhì)聚集

海拔高度的影響

溫度：溫度遞減。

濕度：海拔的升高，水分蒸發(fā)減弱，并在一定高度范圍內(nèi)降水量逐漸增加，因而濕度逐漸增大。

結(jié)果：溫度和濕度的變化引起自然植被隨之變化，從而在不同的高度范圍內(nèi)形成不同的土壤類型，出現(xiàn)土壤的垂直分異現(xiàn)象。

坡向的影響：

陰坡和陽坡：在北半球的南坡即陽坡，接受太陽輻

射的時間較長，溫度較高，水分蒸發(fā)量大，濕度較??；北坡則為溫度低于南坡和相對濕潤的陰坡。（西藏）

迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡：迎風(fēng)坡暖濕氣流抬升形成地形雨相對低溫的濕潤坡；背風(fēng)坡雨影區(qū)，為相對高溫的干燥坡。結(jié)果：明顯土壤類型坡向分異。二郎山東坡（迎風(fēng)坡

）：多為灰?guī)r，但土壤多酸性二郎山西坡（背風(fēng)坡

）：多花崗巖，但土壤多微酸性

2.地形發(fā)育與土壤的關(guān)系

例如，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。六、成土?xí)r間對土壤發(fā)育的影響土壤年齡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。絕對年齡是指該土壤在當(dāng)?shù)匦迈r風(fēng)化層或新母質(zhì)上開始發(fā)育時算起迄今所經(jīng)歷的時間，通常用年表示；相對年齡則是指土壤的發(fā)育階段或土壤的發(fā)育程度。一般用土壤剖面的分異程度來確定。相對年齡：土壤剖面構(gòu)型A-C＜A-B-C＜

A-Bt-C

通常所謂的“土壤年齡”是指土壤的發(fā)育程度，而不是指年數(shù)，也就是相對年齡。成熟土──發(fā)生層分化明顯，土層深厚。幼年土─剖面分層不明顯，土層薄。七、人類活動對土壤發(fā)生演化的影響

1、人類活動對土壤的影響是有意識、有目的的、定向的。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，在逐漸認(rèn)識土壤發(fā)生發(fā)展客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用和改造土壤、培肥土壤，它的影響可以是較快的。

2、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。

3、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（表7.6）。

4、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，如我國不同地區(qū)的土壤退化主要是由于人類不合理地利用土壤引起的。表7.6人類影響成土因素的作用（據(jù)E.M.Bridges,1982）

有利效果＊有害效果＊

1.母質(zhì)a.增加礦質(zhì)肥料，b.增積貝殼和骨骼，c.局部增積灰分，d.遷移過量物質(zhì)如鹽分，e.施用泥灰，f.施用淤積物a.動植物養(yǎng)分通過收獲取走多于回收，b.施用對動植物有毒的物質(zhì)，c.改變土壤組成足以抑制植物生長

2.地形a.通過增加表層粗糙度，建造土地和創(chuàng)造結(jié)構(gòu)以控制侵蝕，b.增積物質(zhì)以提高土地高度，c.平整土地a.濕地開溝和開礦促其下降，b.加速侵蝕，c.采掘

3.氣候

a.因灌溉而增加水分，b.人工降雨，c.工業(yè)上經(jīng)營者釋放CO2到大氣中并可能使氣候轉(zhuǎn)暖,d.近地面空氣加熱,e.用電氣或用熱氣管使亞表層土壤增溫,f.改變表層土壤的顏色,以改變反射率,g.排水遷移水分,h.風(fēng)的轉(zhuǎn)向a.土壤受到過分曝曬,擴大冰凍,迎風(fēng)和緊實化等危害,b.土地形成中改變外觀,c.制作煙霧,d.清除和燒毀有機覆被4.有機體a.引進和控制動植物的數(shù)量，b.運用有機體直接或間接增加土壤中的有機質(zhì)，包括人糞尿，c.通過翻犁疏松土壤以取得更多氧氣，d.休閑，e.控制熏燒消滅致病有機體a.移走動植物，b.通過燃燒、耕犁，過度放牧、收獲、加速氧化作用、淋溶作用減少有機質(zhì)含量，c.增加或繁生致病有機體，d.增加放射性物質(zhì)5.時間a.因增添新母質(zhì)或因土壤侵蝕而局部母質(zhì)裸露，從而使土壤更新，b.排水開墾土地a.養(yǎng)分從土壤和植被中加速遷移，以致土壤退化，b.土壤居于固體填充物和水下第二節(jié)土壤形成過程

一、土壤形成過程中的大小循環(huán)

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.生物小循環(huán)是植物營養(yǎng)元素在生物體與土壤之間的循環(huán)：植物從土壤中吸收養(yǎng)分，形成植物體，后者供動物生長，而動植物殘體歸還到土壤中，在微生物的作用下分解轉(zhuǎn)化為植物需要的養(yǎng)分，促進土壤肥力的形成和發(fā)展。原始土壤形成發(fā)育過程：巖石風(fēng)化→母質(zhì)→微生物→低等植物→原始土壤二、主要的成土過程成土過程環(huán)境條件特點土類腐殖質(zhì)化多數(shù)土壤都土壤中腐殖質(zhì)生成積累過程，各類土壤過程存在，草原土最強形成土壤上部暗色腐殖質(zhì)層都存在泥炭化過程過濕、沼澤條件植物有機殘體以半分解或微泥炭土分解形態(tài)積累的過程。（有機土）灰化過程寒溫帶針葉林強酸性（富里酸）條件下，灰化土各種元素淋失，土層中留下(漂灰土)白色的灰化層（含SiO2）粘化過程溫帶濕潤地區(qū)土壤上層礦物分解，粘土礦森林土物形成，心土層形成較粘重的粘化層成土過程環(huán)境條件特點土類富鋁化過程熱帶亞熱帶原生礦物徹底分解，高嶺石占富鋁土濕潤地區(qū)優(yōu)勢，Al2O3、Fe2O3富集，紅色鈣化過程干旱半干旱淋溶作用弱，CaCO3、CaSO4在草原土氣候剖面中淀積成鈣積層（白色堅硬）荒漠土鹽化過程干旱半干旱氣候可溶鹽在地表聚積鹽漬土洼地或地下水淺地區(qū)

堿化過程干旱半干旱氣候土壤中強堿弱酸鹽碳酸鈉或者碳酸氫鈉相對富集鹽堿土潛育化過程土壤長期漬水處于還原環(huán)境，有機質(zhì)及Fe、Mn水稻土還原成藍灰色或青灰色的潛育層草甸土潴育化過程土中干濕交替氧化還原作用交替，形成銹斑、水稻土銹紋稱潴育層草甸土腐殖質(zhì)層灰化層黃棕壤粘膜粘化過程脫硅富鋁化過程黑鈣土鈣積層白堿土聚鐵網(wǎng)紋（富鋁化過程）潴育化水稻土潛育化三、土壤的剖面形態(tài)特征（一）土壤剖面形態(tài)的形成過程（土體分異的原因）：土壤剖面形態(tài)，即土壤剖面的外部形態(tài)特征及其表現(xiàn)的土壤性狀，它是土壤形成過程的產(chǎn)物。首先，在土壤形成過程的總體中，各個具體的成土過程，都相應(yīng)地形成一個模式土層，這時導(dǎo)致土體分異的最基本原因。其次，各具體的成土過程所形成的模式土層，都與上、下土層有著特定的發(fā)生上的層位聯(lián)系。第三，就某一具體土壤而論，它往往是由兩種或兩種以上的具體成土過程綜合作用下形成的，從而使得土體分異更加復(fù)雜化。（二）土壤剖面、發(fā)生層和土體構(gòu)型

土壤剖面：指自地面向下直到土壤母質(zhì)的垂直切面。其深度一般達到基巖或達到地表沉積體的相當(dāng)深度為止。一個完整的土壤剖面應(yīng)包括土壤形成過程中所產(chǎn)生的發(fā)生學(xué)層次（發(fā)生層）和母質(zhì)層。土壤發(fā)生層：是指土壤形成過程中所形成的具有特定性質(zhì)和組成的、大致與地面相平行的，并具有成土過程特性的層次。作為一個土壤發(fā)生層，至少應(yīng)能被眼識別，其不同于相鄰的土壤發(fā)生層。識別土壤發(fā)生層的形態(tài)特征一般包括顏色、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、新生體和緊實度等土體構(gòu)型：是各土壤發(fā)生層在垂直方向有規(guī)律的組合和有序的排列狀況。不同的土壤類型有不同的土體構(gòu)型，因此土體構(gòu)型是識別土壤的最重要的特證。最基本的三個發(fā)生層組成

1、淋溶層（A層）eluvialhorizon：處于土體最上部，故又稱為表土層，它包括有機質(zhì)的積聚層和物質(zhì)的淋溶層。本層中生物活動最為強烈，進行著有機質(zhì)的積聚或分解的轉(zhuǎn)化過程。在較濕潤的地區(qū)，該層內(nèi)發(fā)生著物質(zhì)的淋溶，故稱為淋溶層。它是土壤剖面中最為重要的發(fā)生學(xué)土層，任何土壤都具有這一土層。

2、淀積層（B層）illuvialhorizon：它處于A層的下面，是物質(zhì)淀積作用造成的。淀積的物質(zhì)可以來自土體的上部，也可來自下部地下水的上升，可以是粘粒也可以是鈣鐵錳鋁等，淀積的部位可以是土體的中部也可以是土體的下部。一個發(fā)育完全的土壤剖面必須具備這一個重要的土層。

3、母質(zhì)層（C層）parentmaterialhorizon:處于土體最下部,沒有產(chǎn)生明顯的成土作用的土層,其組成物就是前面所述的母質(zhì)。土壤剖面發(fā)育土體：母質(zhì)以上的部分稱為土體。耕作土土層名稱凋落物層粗腐殖質(zhì)層

腐殖質(zhì)層泥炭層淋溶層淀積層母質(zhì)層母巖AOOAOA1,AhHA2BCD耕作層（A）犁底層(APPb)心土層國際代號O1O2AEBCR土體基本層次中國代號國際代號①枯枝落葉層：森林特有，草地沒有A0O②腐殖質(zhì)層：顏色深暗、肥力最高A1A③淋溶層(灰化層)：物質(zhì)淋失的土層，色較淺，砂較多A2E④淀積層：較粘重，上層淋溶物質(zhì)積聚BB⑤母質(zhì)層：巖石風(fēng)化殘積物或運積物，未受成土作用影響CC⑥母巖：未風(fēng)化巖石DR玄武巖發(fā)育的磚紅壤表7.8土壤剖面發(fā)生層與層次