Transcript 土壤地理学课件
土壤地理学 主讲： 盛建东 学历： 博 士 职 称： 教 授 §1.2 土壤的形成 母质 成土母质 生物 气候 地形 时间 人为 成土过程 土壤 土壤的形成 矿物 风化土壤 人为改造 岩石 风化 搬运 自然土壤 农业土壤 母质 风化 成土 风化成土 微生物 原始土壤 一、土壤形成过程 土壤形成过程是指在一定 的时、空条件下，母质与 生物、气候因素以及土体 内部所进行的物质与能量 的迁移和转化的总体。 分类 物质加入土体； 物质迁出土体； 物质土体内迁移； 物质土体内转化。 土壤形成中的大小循环 母质 风 养分 化 释放 成 土 A 土 壤 岩石 成岩 B 分 解 淋溶搬运 江海堆积物 流 失 生物体 地质大循环 地面岩石的风化作用、风化产物的淋溶、 搬运与堆积作用，以及堆积物的再成岩作 用，构成了地球表面恒定的、周而复始的 大循环。 岩石 风化 搬运 养分释放 成岩 海洋 岩石 – 地质大循环涉及空间大，时间长，植物养料元 素不积累。 地质大循环（示意图） 疏松物质 (含养分) 风 用化 作 作淋 用溶 江海 岩石 沉淀作用 地质大循环中的元素运动 6 植物中的含量 5 岩石中的含量 4 3 2 1 0 N P S K Ca Mg Fe 地质大循环在土壤形成中的作用 地质大循环过程中的岩石风化作用 是土壤形成过程的第一步，生物所 需的营养元素由矿物晶格态转变为 离子态，微生物和低等植物可以利 用这些养分，使得以生物作用为中 心的成土过程有了起点。 地质大循环在土壤形成中的作用 岩石风化过程中形成的次生 矿物，使母质开始具有保水、 保肥、缓冲等高等植物生长 所必不可少的土壤性质，在 此基础上土壤逐渐具有了肥 力. 生物小循环 营养元素在生物体与土壤之间的循环，即植物 从土壤中吸收养分，形成植物体，植物体供动 物生长，而动、植物残体又回到土壤中，在微 生物的作用下转化为植物需要的养分的过程。 离子 涉及空间小，时间短，植物养料元素积累，使土壤中 有限的养分元素发挥作用。 活植物体 死植物体 分解 离子 生物小循环（示意图） 有机体 微生物 分解 绿色植 物合成 疏松物质(含养分) 生物小循环在土壤形成中的作用 生物小循环使从岩石风化作用中释放 出来的离子态养分从地质大循环中脱 离出来，保存累积在成土母质中，为 原始生物长期生存提供了物质条件， 在此基础上形成的原始肥力，为绿色 植物在成土母质上成功生存的创造了 条件。 随着生物小循环的不断螺旋式上升， 土壤肥力不断发展、提高。 生物小循环在土壤形成中的作用 生物小循环使成土母质中出现了 有机质和N素并不断积累，最终 使母质发生了质的变化而成为土 壤。土壤有机质和N素的来源是 生物小循环的结果，是土壤区别 于母质最重要的标志。 土壤形成与大小循环的关系 土壤形成过程不可能发生在岩石 风化之前，也不可能发生于其后。 没有地质大循环，也就没有生物 的小循环。 土壤形成过程中的大小循环 生物体 成土母质 成土作用 风化 岩石 搬运 成岩 江海堆积物 淋溶 土壤 土壤形成的实质是地质大循环 和生物小循环的矛盾与统一。 有机体 微生物 分解 绿色植物 合成 养料元素土壤体 风化 作用 淋溶 作用 岩石 江海 沉淀作用 土壤形成过程的要素 母质与生物之间的物质交换是土 壤形成过程的主导过程。 母质与气候之间的交换是土壤形 成的基本动力。 土体内部物质、能量的迁移、转 化是土壤形成的实质内容 生物在土壤形成中的作用 生物小循环是土壤发育的主导力 量，是土壤肥力形成的重要动力。 生物是母质与气候间进行物质、 能量交换的重要媒体。 二、主要成土过程 1．原始成土过程 在低等植物如藻类、地衣、苔 藓等与微生物共同作用下，缓 慢分解岩石中砂质成分，同时 释放出矿物质养分和形成次生 粘土矿物，并开始积累氮素和 有机物质，这是土壤形成的初 始阶段，如青藏高原西部雪线 以下海拔5200~5600米，在高 寒干旱条件下形成的寒漠土。 始成土 始成土发育极低的表层 火山灰上发育的始成土 2．钙积化过程 我国干旱、半干旱地区土壤碳 酸盐发生移动和积累的过程。 在季节性淋溶的水分条件下， 土壤表层残积的钙离子与植物 残体分解时产生的碳酸结合形 成重碳酸钙，在雨季向下移动 并淀积在剖面中下部，形成钙 积层，其碳酸钙含量一般在 10~20% 之间，因土类和地区 不同，碳酸钙淀积的形态有粉 末状、假菌丝状、结核状等。 钙积层 3．富铝化过程 我国热带、亚热带地区，由于矿物的水 解作用，可溶盐、碱金属和碱土金属盐 基及硅酸的大量流失，而造成铁、铝在 土体内相对富集的过程。 因母质性质的不同，砖红壤与红壤中的 SiO2、CaO、MgO、K2O和Na2O等的运 移强度差异很大，在富铝化土壤上生长 的植物，通常灰分含量很低，锰的含量 略高一些，而铝的含量特别高，植物对 铝的富集反过来又影响富铝化过程。 富铁铝层 在热带、亚热带 地区，土壤中原 生矿物强烈分解， 盐基淋失，二氧 化硅部分淋溶， 铁、铝氧化物富 集的土层。 4．白浆化过程 在季节性还原条件下，土壤表 层的铁、锰与粘粒随水流失或 向下移动，在腐殖质（或耕层） 下，形成粉砂量高，铁、锰贫 乏的白色淋溶层。在剖面中下 部则形成铁、锰和粘粒富集的 淀积层。在溢出的土壤地下水 中含有一定量类似白浆的乳白 色悬浮物而得名。 白浆层 土体中出现的还原性 脱铁、脱铝作用而使 土壤基色变白。 形成：在有机质参与 的还原条件下，由于 土壤水的移动而带走 还原性的铁、锰离子， 使土壤变白。 白浆土景观 主要分布在我国东 北松辽平原、江苏 淮北岗地等。 5．黏化过程 粘化过程系指土壤剖面中 粘粒形成和积累过程。一 般分为残积粘化和淀积粘 化两种形式。 残积粘化是指土内风化作 用所形成的粘土矿物，因 缺乏稳定的降水流未向较 深土层移动而就地累积， 形成一个明显粘土化或铁 质化的土层。多发生在漠 境和半漠境土壤中 5．黏化过程 淀积粘化是风化和成土 作用所形成的粘土矿物。 其特点是自上向下淋溶 和淀积，形成淀积粘化 土层。该层铁、铝氧化 物显著增加，但胶体组 成无明显变化，仍处于 开始脱钾阶段，多发生 在暖温带和北亚热带湿 润地区的土壤中。 三、土壤形成因素 19世纪末，俄罗斯的土壤学家道库恰耶夫 创立了土壤形成因素学说，奠定了土壤发 生学理论基础。 2 0 世 纪 4 0 年 代 ， 美 国 土 壤 学 家 詹 尼 （ H. Jenny）根据成土因素学说提出成土因素的 数学公式，即： S = f (Cl, O, R, P, T, ……) 式中S为土壤；Cl为气候；O为生物；R为地形；P 为母质；T为时间；……代表未确定因素。 母质对土壤形成过程的影响 母质是指固结状态的岩体（母岩） 或岩石矿物的风化产物。它是构 成土体的基本材料，是土壤的 “骨架”部分，也是植物矿质营 养元素的最初来源。 差异风化 母质对土壤形成过程的影响 1．土壤的物理性状和化学组成 石英含量丰富的花岗岩：由于抗风化强的石英砂、 砾多，使土体疏松、透水性强，但盐基成分少， 在强烈淋溶条件下，盐基易淋失使土壤呈酸性 反应。 富含盐基成分多的玄武岩、辉绿石等基性岩：不 含石英砂砾，粘粒含量高，盐基成分亦较丰富， 抗淋溶作用强，一般土质粘重且通透性不良， 土壤盐基代换量高、矿质养料多，土壤呈中性 或碱性反应。 花岗岩球状风化 安山玢岩及土壤 安山质火山岩及土壤 母质对土壤形成过程的影响 2．土壤的化学性状 铁、锰：不同的氧还产物表现颜色不同； 钾、钠：使土壤粘粒分散，易使土壤粘闭，影 响其通透性，钠盐富集可使土壤盐碱化； 钙、镁：促进粘粒凝聚，形成良好的团粒结构 体， 硫：以FeS、FeS2形态存在，可被氧化成硫酸 而使土壤酸化。硫酸钠盐在还原条件下生成硫 化钠，与碳酸钙进行置换反应生成碳酸钠又可 使土壤碱化。 母质对土壤形成过程的影响 3．土壤的成土过程 粗质地：如山坡堆积物。水分自上而下迅速穿 过，难以引起母质中的化学风化作用，故成土 作用进行缓慢，土壤剖面发育不明显； 细质地：如湖积体等。由于土体渗透性极差， 水分常滞留于土壤中，容易引起土壤潜育化的 发展； 壤性：通透性适中，有利于各成土因素的共同 作用，使土壤在一定的地带呈有规律的定向发 育。 母质对土壤形成过程的影响 4．母质的层次性影响土壤的剖面构造 河流冲积形成的母质（冲积体），由于 江河冲积物具有明显的质地层次性，所 发育的土壤剖面，都带有原沉积层土体 构型的特征。 母质对土壤形成过程的影响 5．母质的化学组成影响土壤腐殖质特性 石灰母质土壤：腐殖质组成中富含CaO， 火山灰母质土壤：腐殖质中含有较多的 P2O5和K2O。 生物 organism 微生物 1）分解有机质，释放各种养料，为植物 吸收利用 2）合成土壤腐殖质，发展土壤胶体性能 3）固定大气中的N素，增加土壤含N量 4）促进土壤物质的溶解和迁移 ， 增加矿 质养分的有效性 Soil Bacteria土壤细菌 Soil Fungi土壤真菌 生物 (2) 植物 （1）土壤有机质的积累 （2）对矿物质吸收的影响 （3）有机质性质 （4）根系 （5）土壤类型的演变 植物是有机物质的生产工厂 植物生物量的数量和成份不同 生物 (3) 动物 (1) 食物链的一环 Food web食物链 生产者 一级消费者 植食性 脊椎动物 （鼠类、小鸟） 二级消费者 三级消费者 肉食性 脊椎动物 （蛇、鸟、鼬） 肉食性大型 脊椎动物 （雕、鹰） 草本植物 地上残体 植食性无 脊椎动物 （膜翅类、蝇类、蝶） 肉食性 无脊椎动物 （螳螂、蜻蜓、蜘蛛） 土壤 植食性 无脊椎动物 （蚯蚓、螨） 肉食性 无脊椎动物 （蜘蛛、蜈蚣） 肉食性 脊椎动物 （鼹、鼠） Soil animal土壤动物 (2)有机质的另一来源 Soil animal土壤动物 (3) 翻动土壤，混合土壤 Snail & sowbug Earthworm蚯蚓 气候 climate 气候在土壤形成的外在因素中决 定着成土过程的水、热条件，并 控制植物生长和微生物活动，影 响有机质的分解与积累，影响营 养物质的生物小循环的速度和范 围。 Global energy distribution 全 球 的 能 量 分 配 Global energy balance 全球的能量平衡 气候对植被的影响—温度 气候对植被的影响—降雨 Vegetation — climates — 植 物 气 候 湿度 humidity （1）湿度影响土壤有机质和氮素的含量 •（2）湿度对土壤矿物质组成的影响 湿润区和干旱区土壤酸溶性矿物组成的比较 8 干旱带 湿润带 6 4 2 0 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O （3）湿度影响土壤矿物质的风化度 湿润多雨地带土壤风化作用强烈， 尤其是化学风化作用的强度增大， 矿物质和有机质分解速度加快且彻 底。而干旱地带则矿物质风化度较 弱 温度 temperature （1）温度影响硅酸盐类的水解过程 不同温度带化学风化强度有着极大的差 异。在赤道高温带，土壤的风化强度几 乎为温带土壤的4倍，是极地寒冷带土壤 的9倍。 温度（2） （2） 温度影响土壤母质和风化层的厚度 土层厚度随土温升高而加厚。在湿热气候 区，花岗岩风化壳的厚度可达30多米以上。 如在云贵高原可见到数米厚的山地黄壤和 母岩风化体；在干旱寒冷的西北高山区， 岩石风化壳很薄，母质风化度低，形成粗 骨性土壤。 风化温度对土层厚度的影响 温度（3） （3）温度影响土壤颜色 寒温带-------灰色 暖热半湿带-----棕色~褐色 湿热带-----赤色、棕红色或黄色 在土温高、土体排水通畅的情况下，土壤中的 Fe、Mn的氧化或水化作用强烈，土壤呈红、 黄色，反之，土壤则呈青灰色。 不同的土壤颜色 温度 （4） （4）温度影响土壤有机质、全氮的含量 气候条件对土壤形成过程的影响 营养元素富集 生 物 小循环 有机残体数量 有机残体分解 腐殖质合成 N素固定 气 候 (水热) N 腐殖质 质地 矿质养分 地 质 大循环 粘土矿物合成 岩石风化 营养元素淋溶迁移 地形 relief 地形对母质或土壤物质的再分配 不同地形所处的土壤接受光、热的差别 以及降水在地表的再分配 坡 重力 度 滑坡、重力移动 母质再分配 坡面逆流 水分再分配 地 形 土壤湿度 土内逆流 坡 向 太阳能 再分配 地面搬运 土壤 温度 盐分再分配 土壤 湿度 植被类型 成土过程 地形对土壤母质、水、热的灾分配作用 山地阴阳坡的植被差异 1750m 1500m 山地草甸土 山地棕攘 1130m 920m 淋溶褐土 碳酸盐褐土 垂直分布 时间 time 土壤的发生、发育是在成土因素长时间 综合作用下进行的。时间是土壤发育的 函数，即土壤形成的相对年龄愈长，土 体层次分化愈明显，反之，则分化较弱。 人为活动因素 同自然成土因素相比，人类活动给于土壤 形成、演化的影响十分明显。 不同于自然因素。人类在认识土壤发生规 律的前提下，根据需要有目的地去改造自 然土壤，不仅针对性强，而且措施也多种 多样，给土壤以深刻广泛的影响，使土壤 发生某种质变的速度远远超过自然演化过 程。 果园对洪积扇地形的利用 开发北大荒 石坎梯田（山东沂水） 烟草田（浏阳） 紫色土轮作（四川仁寿） 城市建设（北京海淀六郎庄） 人工建筑对洪积扇地形的改造 工农业对土壤的改造 水稻田 樵伐树根造成土壤侵蚀 盐碱地改良 西藏自然草皮 人类活动在土壤形成过程中具独特的作用 1、人类活动对土壤的影响是有意识、有 目的的、定向的。在农业生产实践中， 在逐渐认识土壤发生发展客观规律的基 础上，利用和改造土壤、培肥土壤，它 的影响可以是较快的。 2、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，人类活动 对土壤的影响及其效果有很大的差别。 3、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 4、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，如我国不同地区的土 壤退化主要是由于人类不合理地利用土 壤引起的。 人类影响成土因素的作用（据E.M.Bridges,1982） 有 利 效 果＊ 有 害 效 果＊ 1.母质 a.增加矿质肥料，b.增积贝壳和骨骼，c. 局部增积灰分，d.迁移过量物质如盐分 ，e.施用泥灰，f.施用淤积物 a.动植物养分通过收获取走多于 回收，b.施用对动植物有毒的 物质，c.改变土壤组成足以抑制 植物生长 2.地形 a.通过增加表层粗糙度，建造土地和创 造结构以控制侵蚀，b.增积物质以提高 土地高度，c.平整土地 a.湿地开沟和开矿促其下降 ，b.加速侵蚀，c.采掘 a.因灌溉而增加水分，b.人工降雨，c.工业上经营者释 放CO2到大气中并可能使气候转暖,d.近地面空气加热 ,e.用电气或用热气管使亚表层土壤增温,f.改变表层土 壤的颜色,以改变反射率,g.排水迁移水分,h.风的转向 a.土壤受到过分曝晒,扩大冰冻, 迎风和紧实化等危害,b.土地形 成中改变外观,c.制作烟雾,d.清 除和烧毁有机覆被 4.有机 体 a.引进和控制动植物的数量，b.运用有机体直 接或间接增加土壤中的有机质，包括人粪尿， c.通过翻犁疏松土壤以取得更多氧气，d.休闲 ，e.控制熏烧消灭致病有机体 a.移走动植物，b.通过燃烧、耕犁， 过度放牧、收获、加速氧化作用、 淋溶作用减少有机质含量，c.增加或 繁生致病有机体，d.增加放射性物质 5.时间 a.因增添新母质或因土壤侵蚀而局部母 质裸露，从而使土壤更新，b.排水开垦 土地 a.养分从土壤和植被中加速 迁移，以致土壤退化，b.土 壤居于固体填充物和水下 3.气候 小结： 母质是形成土壤的物质基础； 气候中的热量要素是能量的基本来源； 生物通过自己的生命活动将无机物转变成有机 物，把太阳能转化为化学能，并以无限循环的 形式把它们保存下来，使母质转变成土壤。 地形只是间接的影响因素，对土壤形成不起直 接作用。 时间因素是土壤形成过程的一个条件，任何一 个空间因素或它们综合作用的效果都随时间的 增长而加强。 小结： 各成土因素在成土过程中既有差别，而 又是同等重要、彼此不可代替的。 每一个成土因素都不是孤立地起作用， 它们之间有着发生上的联系，彼此相互 作用、相互制约共同作用于土壤。 各成土因素及土壤本身是在不断发展变 化的。 本次授课结束！