土壤的形成发育过程

第五章土壤的形成发育过程SoilFormationandDevelopment第一节土壤形成因素及其在土壤发生中的作用一、土壤形成因素(soilformingfactor)又称成土因素,是影响土壤形成和发育的基本因素，它是一种物质、力、条件或关系或它们的组合，已经或即将对土壤形成发生影响。成土因素：母质、生物、气候、地形、时间、人为活动二、母质对土壤发生的作用（一）母质的概念母质(parentmaterial)指原生基岩经过风化、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基础，是土壤的前身。母质的基本特性（与岩石的本质差异）：初步具有肥力；疏松多孔；有一定的吸附性、透水性和蓄水性；可释放出少量矿质养分。母质按成因可分为残积母质和运积母质。残积母质(residualparentmaterial)是指岩石风化后，基本上未经动力搬运而残留在原地的风化物；运积母质(carriedparentmaterial)是指母质经外力，如水、风、冰川和地心引力等作用而迁移到其它地区的物质。（二）母质的类型(三)母质在土壤形成中的作用　1、母质对成土过程的速度、性质和方向有影响：与母质的矿物组成和性质有关。　　2、母质对土壤理化性质的影响　　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；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。　　3、母质对土壤矿物组成的影响：土壤母质深刻地影响着土壤矿物的组成。　　4、母质对土壤发育和形态特征的影响：与母质层次的不均一性质有关。　　总之，成土过程愈久，母质与土壤性质的差别就愈大。但母质的某些性质却仍会顽强地保留在土壤中。如华南地区的砖红壤是风化强度最深、成土时间最长的一类土壤，母质对其性质仍有深刻的影响。气候对土壤形成的影响主要有以下两方面：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，以及物质积累和淋失。控制植物生长和微生物的活动，影响有机质的积累和分解，决定养分物质循环的速度。　　气候对土壤形成的影响主要是水分和热量两个因素，其直接影响成土过程中的物理、化学和生物作用的强度和方向。三、气候与土壤发生的关系（一）湿度因子对土壤形成的影响1、土壤中物质的迁移土壤中物质的迁移主要以水为载体而进行的。土壤湿度不同，物质的运移也有很大的差别。因此，不同土壤水分类型对物质运移的影响也不一致：（1）淋溶型水分状况：降水量大于蒸发量，土壤中有多余的水补给地下水。形成的土壤具有盐基饱和度低、酸性强等特点。（2）非淋溶型水分状况：蒸发量略大于降水量，蒸发作用较强，土壤淋溶作用弱。形成的土壤盐基饱和度高且具有中性至微碱性反应等特点，剖面中常有钙积层。蒸发量降雨量淋溶型非淋溶型上升水型（3）上升水型水分状况：蒸发和蒸腾总量大大超过降水量，且地下水位接近地表，其差额由地下水补充，并以毛管上升水的形式补给土壤。形成的土壤性质与下水性质密切相关，如矿化度高，则会导致盐渍化。（4）停滞型水分状况：地表经常积水，易形成沼泽化土壤。2、土壤中物质的分解、合成和转化　　土壤中许多化学过程都必需有水的参与。因此，从西北到东南，我国土壤的物质组成具有明显的差异。（二）温度对土壤形成的影响温度变化将影响矿物的风化与合成，也会对有机物的合成与分解产生影响。　　据测定，温度每增加10℃，反应速率可成倍增加。化合物的温度从0℃增长到50℃时，其的解离度可增加7倍。因此，在热带地区矿物岩石风化速率和土壤形成速率、风化壳和土壤厚度等比温带和寒带地区都要大得多。（三）温度和湿度的共同影响在自然界，温度和湿度对土壤形成的影响往往是难以区分的。只有当共同作用且互相配合，才能促进土壤的形成发展。例如在热带地区，只有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，土壤向燥红土方向发展。（四）气候变化与土壤形成1、气候影响土壤中矿物质的迁移变化。从西北到华北，土壤中盐分的迁移能力不断加强。2、土壤地带性分布决定于气候地带性变化。（1）经度地带性。在我国温带地区，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）纬度地带性。在我国东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依次为暗棕壤、棕壤（褐土）、黄棕壤、黄壤、红壤和砖红壤。3、土壤是气候变化的 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者。气候的变化往往在土壤性质中可以得到体现，因此可以通过研究古土壤的性质，来追朔过去的气候变化。　　生物因素是促进土壤发生发展最活跃的因素。土壤形成的生物因素包括：植物、土壤动物和土壤微生物。　　四、生物因素在土壤发生中的作用（一）植物在成土过程中的作用　　1、能量转化及有机质形成：利用太阳辐射能，合成有机质。　　2、富集作用及有效化：把分散在母质、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。　　3、促进土壤形成及结构体的发育：植物根系可以通过分泌有机酸溶解和根系的挤压作用来破坏矿物晶格，改变矿物的性质，促进土壤的形成和土壤结构的发育。　　4、自然植被演变引起土壤类型的演变（由东北往华南的植被和土壤分布）依次为：针叶林(棕色针叶林土)→针阔混交林（暗棕壤）→落叶阔叶林（棕壤）→落叶常绿阔叶林（黄棕壤）→常绿阔叶林（红壤、黄壤、赤红壤）→雨林、季雨林（砖红壤）。（二）土壤动物在成土过程中的作用1、参与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。(三）土壤微生物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，增强土壤胶体性能；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（如铁细菌能促进土壤中铁溶解、移动）。　　地形影响土壤和环境之间的物质循环和能量交换，但它不提供任何新的物质。地形通过影响其它成土因素，特别是影响水热条件及母质的再分配，进而影响土壤的形成（间接影响）。五、地形与土壤发生的关系（一）地形与母质的关系地形对母质起着重新分配的作用，不同地形部位常分布着不同的母质：1、山体上部或台地上，主要是残积母质；2、山体中下部和山麓多为坡积物；3、山前平原地区多为洪积物；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。（二）地形与水热条件的关系　1、地形支配着地表径流，影响水分的重新分配，很大程度上决定着地下水的活动情况。　（1）在较高的地形部位，部分降水受径流的影响，从高处流向低处，部分水分补给地下水源，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。　2、坡面形态（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）平原地区因地下水位较高，因此微地形的差异会引起土壤水分状况的差别。　3、地形还可导致地形雨。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，背风面的降水量与迎风面也有很大的差异。　4、地形对不同地区水分状况的影响是不一致的。在湿润地区尤为重要，而在干旱地区则相对较小。　5、地形也影响着地表温度。不同的海拨高度、坡度和坡向等对太阳辐射能吸收和地面散射是不同的，例如南坡较北坡温度高。　地形对土壤水分状况的影响(三）地形与土壤发育的关系　　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大，因此山地土壤有垂直分布特点。如二郎山的土壤垂直分布。　　2、地形发育（受地质营力作用发生的变化）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。　　例如，随着河谷地形的演化，在不同地形部位上，可构成:水成土(河漫滩)→半水成土(低阶地)→地带性土(高阶地)的发生系列。土壤是一个历史自然体。时间因素对土壤形成没有直接影响，但可体现在土壤的不断发展中。成土时间越长，受气候、生物等成土因素的作用时间就越长，形成的土壤性质与母质、母岩差异就越大。反之，成土时间短，受气候、生物作用时间短，与母质、母岩差异小。六、成土时间对土壤发育的影响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、绝对年龄是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、相对年龄则是指土壤的发育阶段或土壤的发育程度。通常用土壤剖面发育程度来表示，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。（一）土壤年龄（二）土壤形成速率和所需的时间　　1、土壤形成速率受母质和环境条件差异的影响。在湿润气候条件下，石灰岩只需100年就风化，而砂岩则需要200年。　　2、土壤发育速率与时间变化有关。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。不同土壤达到稳定状态需要的时间(三)土壤形成的阶段性　　热带土壤形可成分为5个阶段：1、初期：为未风化的母质；2、青少年期：风化已经开始，但许多母质物质仍保留在土壤中；3、壮年期：易风化的矿物大部分已分解，粘粒明显增加；4、老年期：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；5、最后阶段：土壤发育已完成，原生矿物基本上彻底风化。土壤发育的阶段性人类活动在土壤形成过程中具独特的作用，与其他5个因素有本质的区别：七、人类活动对土壤发生演化的影响　　1、人类活动对土壤的影响是有意识、有目的和定向的。　　2、人类活动是社会性的，它受着社会 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和社会生产力的影响，在不同的社会制度和生产力水平下，人类活动对土壤的影响及其效果有很大的差别。　　3、人类活动可通过改变各种自然因素而起作用，这种作用可分为有利和有害两个方面（表5-6）。　　4、人类活动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一、土壤形成过程的大小循环　　土壤形成是一个综合性过程，它是物质的地质大循环与生物小循环矛盾统一的结果。　　1、地质大循环(macro-geologicalcycle)：是指地面岩石风化后，其风化产物经过淋溶、搬运与堆积并产生成岩作用的过程。它是地球表面一个恒定的、周而复始的大循环过程，是从岩石到岩石的一个过程。　　2、生物小循环(micro-biologicalcycle)：是植物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，然后又通过动植物残体回到土壤中，在微生物的作用下又转化为植物所需养分，并促进土壤肥力形成和发展的过程。是从土壤到土壤的一个过程。3、地质大循环和生物小循环的特点地质大循环涉及空间大，时间长，植物养分元素不积累，土壤中的养分元素流失；生物小循环涉及空间小，时间短，可促进土壤中的植物营养元素积累，使土壤中有限的养分元素发挥更大的作用。4、地质大循环和生物小循环的关系无地质大循环，生物小循环就不能进行。无生物小循环，仅地质大循环，土壤就难以形成。　在土壤形成过程中，两种循环过程相互渗透和不可分割地同时同地进行着。它们之间通过土壤相互连结在一起。地质大循环和生物小循环的共同作用是土壤发生的基础。母质岩石土壤生物体江海堆积物淋溶搬运流失风化养分释放分解二、土壤形成过程中的物质转化和迁移（P92-P95，自学）　(一)原生矿物的风化和粘粒矿物的形成。　(二)物质的迁移：溶迁作用、还原迁移作用、螯迁作用、悬迁作用和生物迁移作用。三、基本土壤成土过程（P95-P99，自学）原始成土过程；有机质积聚过程；粘化过程；钙积与脱钙过程；盐化与脱盐过程；碱化与脱碱过程；富铝化过程；灰化、隐灰化和漂灰化过程；潜育化和潴育化过程；白浆化过程。四、人为活动作用下的成土过程（P99-P100，自学）熟化过程；压实过程；人为的土壤扰动过程；堆积过程；人为“复钙”与酸化过程。第三节土壤发育土壤发育(soildevelopment)是指地壳表面岩石的风化体及其再积体，在其所处环境因素的作用，形成具有一定剖面形态和肥力特性土壤的过程。一、土壤的个体发育　土壤的个体发育(individualdevelopmentofsoil)是指具体的土壤从岩石风化产物或其它新的母质上开始发育时起，直到目前状态下的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　　土壤系统发育(systematicdevelopmentofsoil)指土壤的发生类型在漫长地质时期内的发生和发展过程。土壤在成土因素的作用下，产生了一系列的土壤属性，这些属性的内在综合表现为肥力，而其外在特征则反映于土壤剖面的形态、发生层或土体构型上，即土壤剖面、发生层和土体构型是土壤发育的具体表现。三、土壤剖面、发生层和土体构型土壤剖面（soilprofile）：一个具体土壤的垂直断面，其深度一般达到基岩或达到地表沉积体的相当深度为止。土壤发生层（soilhorizon）：土壤形成过程中所形成的具有特定性质和组成的、大致与地面平行的，并具有成土过程特性的层次。识别土壤发生层的形态特征一般包括颜色、质地、结构、新生体和紧实度等。土壤发生层分化越明显，即上下层之间的差别越大，表示土体非均一性越显著，土壤的发育度越高。土体构型（configurationofsoil）是各土壤发生层在垂直方向有规律的组合和有序的排列状况。不同的土壤类型有不同的土体构型，因此土体构型是识别土壤的最重要特证。一个发育完全的自然土壤剖面构型应为（从上至下）：淋溶层（A）、淀积层（B）和母质层（C）等三个最基本的发生层。农业土壤的土体构型自然土壤的土体构型1、自然土壤发生层（1）枯枝落叶层（A0）是分解、半分解有机物质积累的层次，木本植被下的森林土壤最为明显。（2）淋溶层（A）腐殖质层（A1）：由于腐殖质的累积，腐殖质和矿质养分含量丰富，且结合紧密，多呈良好的团粒结构，土色较深。淋溶层（A2）：由于雨水的淋洗作用，土体中易溶性盐类、铁和铝的水化物、腐殖质胶体等受到淋失，并向下移动，使该层腐殖质及养分含量减少，土色较浅。（3）淀积层（B）：由A层淋溶下移的物质淀积而成，矿质养分含量丰富。（4）母质层（C）：位于淀积层之下，未受淋溶和淀积作用影响，发育程度很低或未发育的岩石风化层。（5）母岩层（D）2、旱地土壤发生层（1）耕作层（A）：受人为耕作、施肥、灌溉等影响，OM含量丰富，颜色较深，疏松多孔，结构良好，厚度20cm左右。（2）犁底层（P）：耕作层之下，由于长期受耕作机械挤压，粘粒下移，土层较紧实、粘重，起托水托肥作用，厚度6-8cm。（3）心土层（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，厚度20-30cm)（4）底土层（C）：未受耕作影响，保持母质或自然土壤淀积层的原貌。（4）潴育层（W）(waterloggogenichorizon)：长期潴积水和地下水升降作用形成，多呈小棱柱状结构。含较多粘粒、有机物质、盐基和铁、锰等。（5）脱潜层（Gw）：沼泽或潜育型母土的潜育层经排水及实行水旱轮作后向潴育层的过度层，有铁、锰斑纹。（6）潜育层（G）：长期渍水形成的还原层，一般呈青灰色或蓝灰色。（7）母质层（C）四、反映土壤风化发育的指标（P103-104，自学）第四节土壤发生于诊断层的形成（P104-107，自学）