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1、第九章 土壤形成和发育(Formation and Development of Soil)第一节 土壤形成因素 (soil forming factor) 母质 (parent material)定义 母质是风化壳 (weathering crust) 的表层，是指原生基岩 (original bed rock) 经过风化、 搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松、最年轻的地质矿物质层，它是形成土 壤的物质根底，是土壤的前身。类型(按成因分)1 、残积母质 (residual parent material) ：指岩石风化后，根本上未经动力搬运而 残留在原地的风化物；2 、运积母质 (carr
2、ied parent material) ：指母质经外力，如水、风、冰川和地心引力 等作用而迁移到其它地区的物质。在土壤形成 (soil formation)中的作用母质影响土壤矿物质组成和性质母质堆积类型的影响：残积物(粗、薄、瘦) 坡积物(细、厚、肥)母质影响土壤养分岩浆岩 (magmatic rock) ：花岗岩形成的土壤富钾而 缺磷；玄武岩形成的土壤缺钾而富磷； 沉积岩 (sedimentary rock) ：砂岩形成的土壤盐基养分 较贫乏；页岩形成的土壤盐基养分较丰富。母质影响土壤矿物组成母 质 影 响 土 壤 发 育 (soil development) 和 形 态 特 征 (mo
3、rphological characteristic)总之， 成土过程进行得愈久， 母质与土壤的性质差异就愈大。 但母质的某些性 质却仍会顽强地保存在土壤中。 例如分布在我国华南的砖红壤是我国境内风化强度最深、 成 土时间最长的一类土壤，但母质对砖红壤的性质仍有深刻的影响 气候 ( 水热条件 )水分和热量直接影响成土过程中的物理、化学、生物作用，影响土壤中的物理、化 学、生物作用的强度和方向。气候对土壤形成的影响主要表达在两个方面 直接参与母质的风化，水热状况直接影响矿物质的分解与合成及物质积累和淋 失；控制植物生长和微生物的活动， 影响有机质的积累和分解， 决定养料物质循环的速度。湿度( h
4、umidity )因子对土壤形成的影响影响土壤中物质的迁移 (emigration) 根据土壤中水分收支情况对物质运移的影响， 可分以下几种土壤水分类型：淋溶型 (eluviation) 水分状况在降水量大于蒸发量的地区， 土壤表层每年水分的收入大于支出， 有多余的水补给地下 水。这种土壤常具有盐基饱和度低、酸性强等特点。非淋溶型 (non-eluviation) 水分状况 蒸发量略大于降水量，降水只能到达一定的深度，蒸发较强，土壤淋溶作用弱。这类 土壤常具有中性至微碱性反响、盐基饱和度高的特点，剖面中常有钙积层 上升水型水分状况蒸发、 蒸腾总量大大超过降水量， 其差额由地下水补充， 形成这种
5、水分状况的重要条 件是地下水接近地表，并能以毛管上升水的形式补给土壤。停滞型 (stagnation) 水分状况地表经常积水，沼泽化 (aludification) 土壤即属此类型影响土壤中物质的分解、合成和转化温度 (temperature) 对土壤形成的影响温度状况 (temperature regime) 将影响矿物和有机物质的风化与合成。一般来说， 每增加10C温度，反响速率可成倍增加。温度从0C增长到50C时，化合物的解离度可增加 7 倍。温度和湿度的共同影响 实际上水热两因子是共同作用着的，只有两者互相配合，才能促进土壤的形成发展。在热带地区 (tropic region), 只有
6、在充足的水分条件下 , 高温才能促进原生矿物的深度 风化，形成砖红壤，而在缺少水分的条件下，风化强度较弱，土壤向燥红土方向开展气候变化 (climatic variation) 与土壤形成 随着气候条件和土壤水热条件的变化，土壤中矿物质的迁移状况也有相应的变化 自西北向华北逐渐过渡，土壤中盐类的迁移能力也不断加强 许多土壤学家非常重视气候在土壤形成中的作用，并提出了土壤地带性(soil zonality) 的概念(1 )在温带，自西向东大气湿度递增，依次出现棕漠土、灰棕漠土、灰漠土、棕钙土(灰 钙土)、栗钙土、黑钙土和黑土。(2) 在东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依次为暗棕壤、棕壤(褐
7、土) 、黄棕壤、黄壤、红壤和砖红壤土壤是气候变化 (climatic variation) 的记录者 气候的变化往往在土壤性质中可以得到表达， 所以我们可以通过研究古土壤的 性质，来追朔过去的气候。生物因素 (biotic factor) 生物在土壤形成过程中起主导作用 (the leading effects) 生物因素：植物、土壤动物和土壤微生物。植物在成土过程 (soilforming process) 中的作用能量转化 (conversion of energy) 及有机质形成 : 利用太阳辐射能，合成有机质富集作用 enrichment 及有效化 effectuation: 把分散在
8、母质、 水体和大气中的营养元素 有选择地吸收起来，同时伴随着矿质营养元素的有效化。促进土壤形成及结构体的开展 : 植物根系可分泌有机酸，通过溶解和根系的挤压作用破坏矿 物晶格，改变矿物的性质，促进土壤的形成；并通过根系活动，促进土壤结构的开展。 自然植被和水热条件 natural vegetation and hydrothermal condition 的演变，引起土 壤类型的演变由东北往华南的森林植被和土壤的分布依次为：针叶林棕色针叶林土T针阔混交林暗棕壤T落叶阔叶林棕壤T落叶常绿阔叶林黄棕壤T常绿阔叶林红壤、黄壤、 赤红壤T雨林、季雨林砖红壤。土壤动物 soil animal 在成土过程
9、中的作用1、参与了土壤腐殖质的形成和养分的转化。2、动物的活动可疏松土壤，促进团聚结构的形成。3、土壤动物种类的组成和数量在一定程度上是土壤类型和土壤性质的标志，可作为土壤 肥力的指标。微生物 microorganism 在成土过程中的作用 1分解有机质，释放各种养分，为植物吸收利用； 2合成土壤腐殖质，开展土壤胶体性能；3固定大气中的氮素，增加土壤含氮量；4促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效度如硅酸盐细菌能促进土壤 中磷钾溶解移动 。地形 landform 地形主要是影响水热条件及母质的再分配，进而影响土壤的形成 地形与水热条件的关系地形支配着地表径流，影响水分的重新分配，很大程度
10、上决定着地下水的活动情况1在较高的地形部位，局部降水受径流的影响，从高处流向低处，局部水分补给地下水 源，土壤中的物质易遭淋失；2在地形低洼处 , 土壤获得额外的水量，物质不易淋溶，腐殖质较易积累 , 土壤剖面的形 态也有相应的变化。坡面的形态是光滑的还是粗糙的 , 是凹面还是凸面对水分状况影响很大1凸坡和光滑的坡面不易保存水分，而凹坡与粗糙坡面水分较充足。2 平原地区 flat country因地下水位较高，因此微地形的差异会引起土壤水分状况很 大的差异。地形的差异还可导致地形雨 orgoraphical rain 在热带、亚热带低山区，随着海拔升高，降水量也随之增加。此外，背风面的降水 量
11、与迎风面也有很大的差异。地形对水分状况的影响，在湿润地区尤为重要；而在干旱地区那么相对较小 地形也影响着地表温度不同的海拨高度、坡度和方位对太阳辐射能吸收和地面散射不同，例如南坡常 较北坡温度高。地形与母质的关系 地形对母质起着重新分配的作用，不同的地形部位常分布有不同的母质：1、山地上部或台地上，主要是残积母质residual material ；2、坡地和山麓地带的母质多为坡积物(slope wash) ；3、在山前平原的冲积扇地区，成土母质多为洪积物；4、河流阶地、泛滥地和冲积平原、湖泊周围、滨海附近地区，相应的母质为冲积物、湖积 物和海积物。地形 (landform) 与土壤发育的关系
12、 1、地形对土壤发育的影响，在山地表现尤为明显。山地地势高、坡度大，切割强烈，水热状况和植被变化在，因此山地土壤有垂直分 布的特点。如：四姑娘山 2、地形发育(地形受地质营力的作用也在不断发生变化)也对土壤发育带来深刻的影响 由于地壳的上升或下降， 影响土壤的侵蚀与堆积过程及气候和植被状况， 使土壤 形成过程、土壤和土被发生演变。随着河谷地形的演化，在不同地形部位上，可构成水成土 (aquatic soil)( 河漫滩 vflood Iand>)半水成土 (semi- aquatic soil)(低级阶地 <lower terrace) 地带性土 (zonal soil)( 高级阶
13、地 <higher terrace>) 的发生系列 成土时间 ( time factor )土壤是一个历史自然体，时间因素 (time factor) 对土壤形成没有直接的影 响，但时间因素可表达土壤的不断开展。成土时间长，受气候、生物作用时间长，与母质、母岩差异大；反之亦然。 土壤年龄 (soil age)土壤年龄是指土壤发生发育时间的长短， 通常把土壤年龄分为绝对年龄和相对 年龄。1、绝对年龄 (absolute age) ：指该土壤在当地新鲜风化层或新母质上开始发育时算起迄今 所经历的时间，通常用年表示；2、相对年龄 (relative age) ：指土壤的发育阶段或土壤的发
14、育程度。 土壤剖面发育明显，土壤厚度大，发育度高，相对年龄大；反之相对年龄小。通常说的土壤年龄是指土壤的发育程度， 而不是年数， 亦即通常所谓的相对年龄。土壤形成速率和所需的时间1 、母质和环境条件的差异会影响风化作用和土壤形成的速率2 、土壤发育速率与自然界许多过程一样，随时间的变化而变化一般当土壤处于幼年阶段时，土壤的特性随时间变化很快，但随着成土年龄 的增加，速率渐渐转慢，且不同的成土过程在时间上的变化强度也是不同的。3 、不同地区、类型的土壤，形成的时间有很大的差异 土壤形成的阶段性热带地区 (tropic region) 的土壤形可成分为 5 个阶段：初期 (early days)为
15、未风化的母质；青少年期 (adolescence) 风化已经开始，但许多母质物质仍保存在土壤中； 壮年期 (mature period)易风化的矿物大局部已分解，粘粒明显增加；老年期 (senility)矿物分解已处于最后阶段，只有少数强抗风化的原生矿物被保存；最后阶段 (final stage) 土壤发育已完成，原生矿物根本上彻底风化人类活动 (humans activity) 人类活动在土壤形成过程中具独特的作用，但它与其他五个因素有本质的区别 人类活动对土壤的影响是有意识、有目的、定向的。人类活动是社会性的， 它受着社会制度和社会生产力的影响， 在不同的社会制度和不同的生 产力水平下，人
16、类活动对土壤的影响及其效果有很大的差异。人类活动的影响可通过改变各自然因素而起作用，并可分为有利和有害两个方面 。 人类对土壤的影响也具有两重性， 利用合理， 有助于土壤肥力的提高； 利用不当会破坏土壤。 第二节 土壤形成过程(soil-forming process)一、土壤形成实质土壤形成是一个综合性的过程，它是物质的地质大循环与生物小循环矛盾统一的结果。 地质大循环 (macro-geological cycle)指地面岩石的风化、 风化产物的淋溶与搬运、 堆积，进而产生成岩作用，这是地 球外表恒定的周而复始的大循环。生物小循环 (micro-biological cycle)植物营养元
17、素在生物体与土壤之间的循环。地质大循环和生物小循环的特点时间短， 可促进植物养料元素的积累， 使土壤中有限的养分( 1)地质大循环涉及空间大，时间长，植物养分元素不积累； (2)生物小循环涉及空间小， 元素发挥作用。地质大循环和生物小循环的关系 macro-geological cycle micro-biological cycle soil(pedogenesis)学)三、主要的成土过程( soil-forming process )原始成土过程从岩石露出地表着生微生物和低等植物开始到高等植物定居之前形成的土壤过程。二、土壤发生中的根本成土作用( 自分为三个阶段：“岩漆、“地衣和“苔藓阶段
18、有机质积聚 (accumulation) 过程 在木本或草本植被下 , 有机质在土体上部积累的过程。粘化 (clayification) 过程土壤剖面中粘粒形成和积累的过程。 可分为残积粘化 (residual clayification) 和淀积粘 化 (illuvial clayification)。钙积 (calcification) 与脱钙 (decalcification) 过程 干旱、半干旱地区土壤钙的碳酸盐移动积累的过程。盐化 (salinization) 与脱盐 (desalinization) 过程 盐化过程是指地表水、地下水以及母质中含有的盐分，在强烈的蒸发作用下，通过 土
19、壤水的垂直和水平移动，逐渐向地表积聚 。脱盐过程是土壤中可溶性盐通过降水或人为灌溉洗盐、开沟排水， 降低地下水位， 迁移到下层或排出土体碱化 (solonization) 与脱碱 (solodization) 过程 碱化过程是交换性钠或交换性镁不断进入土壤吸收复合体的过程。 脱碱过程是指通过淋洗和化学改进， 使土壤碱化层中钠离子及易溶性盐类减少， 胶体的 钠饱和度降低。富铝化 (allitization) 过程(脱硅 (desilicification) 富铝化过程) 指在湿热气候条件下，土壤中矿物发生强烈化学风化，铝、硅、铁和盐基物质发 生别离，硅和盐基物质被大量淋失，铝和铁在土壤中发生相对
20、富积。潜育化 (gleyization) 和潴育化 (pseudogleyization) 过程 潜育化过程是土壤长期渍水， 受到有机质嫌气分解， 而铁锰强烈复原， 形成灰兰 灰绿色土体的过程。潴育化过程是土壤渍水带经常处于上下移动，土体中干湿交替比拟明显，使土壤 中氧化复原反复交替，结果在土体内出现锈纹、锈斑、铁锰结核和红色胶膜等物质。 熟化 (anthropogenic mellowing of soil)过程通过耕作、培肥与改进，促进水肥气热诸因素不断谐调，使土壤向有利于作物高产方 面转化的过程。退化 (degeneration) 过程 因自然环境不利因素和人为利用不当引起土壤肥力下降，
21、 植物生长条件恶化和土壤生产 力减退的过程。土壤物理退化(坚实硬化、铁质硬化、侵蚀、沙化) 、土壤化学退化(酸化、碱化、肥 力减退、化学污染) 、土壤生物退化(有机质减少、动植物区系减少) 。 第三节 土壤发育 (soil development) 土壤发育 (soil development) 是指地壳外表的岩石风化体及其再积体， 接受其所处的环境因 素的作用，而形成具有一定剖面形态和肥力特性的土壤。一、土壤的个体发育 (individual development of soil) 土壤的个体发育是指具体的土壤从岩石风化产物(weathering product) 或其它新的母质上开始发育
22、的时起， 直到目前状态真实土壤的具体历程。 它只涉及到土壤的个体 (即 具体的个别土壤) 二、土壤的系统发育(systematic development of soil) 土壤系统发育指土壤发生类型在漫长地质时期内的发生和开展过程。土壤既是一个独立的历史自然体，同时也是整个地表的一个自然要素。 它是独立的而不是孤立的，它与其它历史自然体一样，具有自已特殊的发生规律， 但这种开展不是孤立地进行的，而是与周围的外在环境条件相互发生作用，辩证地开展着。 1、土壤剖面 (soil profile) 土壤的主要形态特征 是从地面向下直到土壤母质的垂直切面，具有假设干个大体与地面平行的土层。 土壤剖面是
23、土壤内在性质的外部表现， 是成土因素长期作用的历史记录， 是认土、 用土、 改土的主要依据之一。三、土壤剖面和土体构型 2、土壤发生层(土层) (soil horizon) 土壤在成土过程中分化形成的层次 发生层的区分：主要根据颜色、质地、结构、松紧度、新生体、石灰性和酸碱性等形态 特征(一)自然土壤发生层 (natural soil horizon) 枯枝落叶层 (litter horizon)( A0)分解、半分解的有机物质积累的层次， 木本植被下的森林土壤最为明显。淋溶层 (eluvial horizon)( A)腐殖质层 (humus horizon)(A1) 由于腐殖质的累积，腐殖质
24、和矿质养料 含量丰富，且结合紧密，多呈良好的 团粒结构，土色较深。自然 淋溶层 (eluvial horizon) (A2)由于雨水的淋洗作用，土体中易溶性盐类及铁、铝水化物、腐殖质胶体受到淋 失，向下移动，使该层腐殖质及养分含量减少，土色较浅。淀积层 (illuvial horizon) (B)A 层淋溶下移物质淀积而成，矿质养分含量丰富。母质层 (parent material horizon)( C)位于淀积层之下， 是未受淋溶和淀积作用， 发育程度很低或未发育的岩石风化层。 母岩层 (parent rock)( D)(二) 旱地土壤发生层 (upland soil horizon) 耕作层 (surface soil layer)( A)受人为耕作、施肥、灌溉等影响，0M含量丰富，颜色较深，疏松多孔，结构良好。(20cm 左右) 犁底层 (plow sole layer)( P)耕作层之下，由于长期受耕犁、机械 挤压，粘粒下移，较紧实、粘重，起托水 托肥作用。( 68cm) 心土层 (subsoil layer)( B)犁底层之下，起保水保肥作用，对作物 后期生长有一定影响作用。 (2030cm) 底土层 (substratum) ( C)未受耕作影响，保持母质或自然土壤 淀积层原来面貌。旱地土壤发生层