第二節(jié) 土壤形成與地理環(huán)境間的關系

1、第二節(jié) 土壤形成與地理環(huán)境間的關系一、成土因素學說（一）道庫恰耶夫的土壤形成因素學說1、道庫恰耶夫：19世紀末俄國土壤學家，首先認定土壤同成土條件之間的密切關系。 函數(shù)關系方程 =f (,) 為土壤；為土壤； 為為氣候；氣候； O為為生物生物 ; 為為巖石；巖石； P為地形；為地形； T為時間；為時間； 2、學說觀點（1）土壤是氣候、生物、母質、地形、時間五大自然因素綜合作用的產物。（2）所有的成土因素始終同時存在，同等重要，互不可替代的參與了土壤形成過程。（3）土壤永遠受制于成土因素的發(fā)展變化而不斷的形成和演化，土壤是一個運動著的、有生有滅、有進有退的自然體。（4）土壤形成因素存在著地理分布

2、規(guī)律，研究土壤時一定要注意土壤的地理分布規(guī)律。（二）格林卡：認為土壤形成的主導因素是氣候。（三）涅烏斯特魯耶夫：強調土壤是巖石的淋溶物，是地質淋溶過程。（四）威廉斯1、創(chuàng)立了土壤形成的生物學路線2、認為（1）土壤的形成主要是生物學過程。（2）提出肥力學說,認為土壤肥力，就是土壤滿足植物水分與營養(yǎng)的能力，（3）土壤肥力的進化是以土壤與植物的進化為基礎，而肥力的創(chuàng)造是生命活動的結果。3、擬定了草田輪作制，來提高土壤肥力。（五）柯夫達 提出土壤深部的地質現(xiàn)象，對土壤形成過程也產生影響，如，受火山作用的土壤自然肥力高。地震帶土層往往較混亂。地下水位急劇升降易引起土壤沼澤化和鹽漬化。新構造運動的強烈上升

3、區(qū)，土壤侵蝕和淋溶過程增強；下沉區(qū)物質積累可改變原有土壤的形成過程。（六）詹尼 美國土壤學家，提出提出與道庫恰耶夫相似的函數(shù)關系式。S=f(cl,p,o,r,t.)不同地區(qū)、不同類型的土壤往往有某一因素占優(yōu)勢S=f(cl,p,o,r,t.)S=f(p,cl,o,r,t.)S=f(o,cl,p,r,t.)S=f(r,cl,p,o,t.)S=f(t.cl,p,o,r,.)climate氣候、parent母質、organisms生物、relief地形、time時間二、成土因素對土壤形成的作用 母質parent、 氣候climate、 生物organisms、 地形relief、 時間time（一）母

4、質因素1、概念：巖石風化產物，是土壤形成的物質基礎。2、母質特性影響土壤屬性：（1）酸性巖母質：含石英、正長石、白云母等抗風化強的淺色礦物較多，往往形成酸性粗質土。（2）基性巖母質：含角閃石、輝石、黑云母等抗風化弱的深色礦物較多，一般形成土層較厚的粘質土。母質類型殘積類型殘積母質el運積類型水成流水沉積沖積母質al坡積母質dl洪積母質pl湖積母質l海積母質m風成黃土母質eol砂丘冰川成因冰磧母質gl地心引力成因重力堆積母質殘積物el沖積物al 坡積物dl 洪積物pl 湖積物l 海積物m風積物eol冰磧物gl 冰水沉積物fgl 化學ch 有機h。母巖:與土壤形成有關的塊狀巖石3、影響土壤次生礦物

5、（1）斜長石和基性巖母質發(fā)育的土壤，含有較多的三水鋁礦；酸性巖的鉀長石發(fā)育的土壤，以高嶺石為多。（2）冰磧物和黃土中含水云母和綠泥石較多，（3）頁巖和河流沖積物含水云母，（4）紫色頁巖、湖積物和淤積物，多蒙脫石和水云母。4、影響土壤養(yǎng)分（1）鉀長石風化后形成的土壤，有較多的鉀。（2）斜長石風化后形成的土壤，有較多的鈣。（3）輝石、角閃石風化后形成的土壤，有較多的鐵、鎂、鈣等元素。（4）含磷較多的石灰?guī)r母質在成土過程中，石灰質淋失，磷在土壤中含量高。5、影響土壤質地（1）殘積物上發(fā)育的土壤含石塊較多。（2）黃土母質上發(fā)育的土壤，質地多為粉壤土。（3）在石灰?guī)r母質上發(fā)育為石灰土。（4）在第三系紅色

6、頁巖上發(fā)育紫色土。6、影響土壤形成過程 如，熱帶、亞熱帶石灰?guī)r母質上，因含大量碳酸鈣，阻滯和延緩了富鋁化作用，發(fā)育為石灰土；（而非磚紅壤、紅壤，） 在第三系紫色頁巖上發(fā)育紫色土。（二）氣候因素1、氣候影響次生粘土礦物的形成2、影響巖石礦物風化程度3、對土壤有機質的積累和分解起重要作用4、影響土壤微生物的數(shù)量和種類5、影響物質淋溶過程1、氣候影響次生粘土礦物的形成（1）降水量增加、氣溫升高，礦物風化作用增強，土壤粘粒含量增多。（2）不同氣候帶具有不同的次生粘土礦物干冷地區(qū)的土壤，多含水云母，只有微弱的脫鉀作用。溫濕地區(qū)，出現(xiàn)蒙脫石類次生粘土礦物。濕熱地區(qū)，除脫鉀作用外，還有脫硅作用，多形成高嶺土

7、類次生粘土礦物。高溫高濕地區(qū)，強烈脫硅，含較多鐵、鋁氧化物。2、 影響巖石礦物風化程度 礦物的物理風化和化學風化速度，與氣溫有關。 溫度增加10時，化學反應速度平均增長23倍 溫度從0增加到5時，土壤水中化合物的離解度增加7倍。 熱帶風化強度比寒帶高10倍，比溫帶高3倍，所以熱帶地區(qū)風化殼和土壤層厚度大。熱帶地區(qū)風化殼和土壤層厚度大3、對土壤有機質的積累和分解起重要作用（1）潮濕積水和長期冰凍地區(qū)，有利于有機質積累；（2）高溫、干旱、微生物活躍地區(qū)有機質礦化速度快，積累少。 黑土分布區(qū)，氣候冷濕，有機質積累量高，腐殖質以胡敏酸為主，胡敏酸/富里酸=2/1 栗鈣土分布地區(qū)，氣候半干旱，有機質含量

8、低，胡敏酸含量降低。4、影響土壤微生物的數(shù)量和種類（1）影響微生物數(shù)量黑鈣土中，每克土壤含微生物個數(shù)千萬個。栗鈣土、棕鈣土、灰鈣土中，每克土壤含微生物個百萬千萬個之間。（2）影響微生物種類細菌：濕潤地區(qū)有機質含量多的中性、微堿性土壤中最多。放線菌：干旱地區(qū)的中性到偏堿性土壤中含量高。真菌：酸性森林土壤中含量高。5、氣候影響物質淋溶過程 在濕潤地區(qū)（如灰化土地區(qū)），土壤中游離的鹽基遭到強烈的淋洗； 在半干旱氣候條件下（如黑鈣土地區(qū)），土壤中易溶性鹽分受到淋洗，而碳酸鹽則在主體中相對聚積； 在干旱地區(qū)（如棕鈣土地區(qū)），易溶鹽分僅在土壤上層遭到淋洗。（三） 生物因素1、植物對土壤形成的影響（1）植物

9、推動土壤形成和演化光合作用制造有機質；綠色植物對分散在母質、水體、大氣中的營養(yǎng)元素有選擇的吸收，利用太陽能，合成有機質。有機質轉化為土壤肥力：有機質經(jīng)微生物分解、合成、轉化，產生肥力。（2）不同植被類型產生的有機殘體數(shù)量、質量不同有機殘體數(shù)量 常綠闊葉林夏綠闊葉林寒帶針葉林 草甸植物草原植物荒漠植物。 木本植物枯枝落葉堆積于土壤表面，腐殖質自表層向下急劇減少。 草本植物枯殘根系進入土壤上部，腐殖質自表層向下逐漸減少。質量不同 草本植物，灰分含量較高， 灰分是指植物體經(jīng)過灼燒后殘留的無機物。 為各種礦物元素的氧化物。 主要元素有Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、I等， 此外，尚有微

10、量元素，總數(shù)不少于60余種。 在較干旱的氣候條件下，殘體分解后形成中性或微堿性環(huán)境，鈣質豐富，有利于腐殖質形成和積累， 腐殖質以胡敏酸為主，膠結作用使土壤形成團粒結構。胡敏酸humilicacid 又稱褐腐酸。土壤中只溶于稀堿而不溶于稀酸的棕至暗褐色的腐殖酸。 其穩(wěn)定性很強，平均停留時間可達803000年。 主要由碳、氫、氧、氮等元素構成，碳、氫比值高。 胡敏酸分子的邊緣有官能團如羧基、酚羥基、甲氧基、酰氨基等。這些官能團決定胡敏酸的酸度、吸收容量及與無機物形成有機無機復合物的能力。木本植物， 灰分含量比草本低， 針葉林枯枝落葉形成的腐殖質以富里酸為主，呈酸性或強酸性，土壤產生強烈酸性淋溶；

11、闊葉林灰分含量比針葉林多，枯枝落葉形成的腐殖質以胡敏酸為主，酸度較低，淋溶較弱，鹽基飽和度高。富里酸 土壤腐殖質的組成成分之一。 顏色較淺，多呈黃色。 主要由碳、氫、氧和氮等元素構成，碳氫比值較低。 官能團中酚羥基和甲氧基的數(shù)目比較多。 溶解能力強，移動性大，對某些土壤的淋溶和淀積起很大的作用。（3）不同植物帶，發(fā)育不同土壤類型寒溫帶針葉林灰化土闊葉林淋溶土高草原黑鈣土溫帶干草原栗鈣土半荒漠灰色荒漠土2、微生物對土壤形成的影響： 分解有機殘體、釋放能量和養(yǎng)分；參與腐殖質合成。3、動物對土壤形成的影響：（1）原生動物、土棲昆蟲、蚯蚓、鼠類。（2）殘體為土壤有機質來源。（3）破壞、翻動、攪拌、疏松

12、、搬運土壤。（四）地形因素1、影響溫度：高度不同、植被不同、土壤不同。2、支配地表徑流：平原地形濕度穩(wěn)定，崗丘地形洼地過濕。3、影響母質分配：山地、臺地上部為殘疾母質，山前為洪積沖積物；從高低到洼地土壤質地由粗變細。4、影響土壤發(fā)育過程：地殼升降引起侵蝕與堆積變化，進而影響土壤發(fā)育。地形山頂崗地沖溝洼地土壤多礫石粗骨土、石質土地帶性土壤半水成土潮土草甸土水成土沼澤土（五） 時間因素土壤的年齡 土壤發(fā)生發(fā)育時間的長短，稱為土壤的年齡。 通常把土壤年齡分為絕對年齡和相對年齡。1、土壤絕對年齡：土壤在新風化殼上開始發(fā)育到目前所經(jīng)歷的時間。土壤絕對年齡的測定 14C同位素測年法，測定土壤含碳物質的放射

13、性14C和穩(wěn)定性12C的比值，來確定土壤絕對年齡。 孢粉分析法， 提取成土過程中存留于土壤中的植物花粉和孢子，鑒別植物建群種，推斷當時土壤環(huán)境距今的年代。 以南京地區(qū)土壤的孢粉分析和14C測定為例 在近3300年以來的植被為松一櫟一蒿一蕨為主的暖溫帶一亞熱帶森林草地，土壤為黃棕壤； 880014600年前為櫟一松一蒿占優(yōu)勢的針闊混交林，應屬棕壤； 1400018700年前為松一雜草一蒿類，溫帶一暖溫帶干冷氣候的森林草原，可能發(fā)生褐土型土壤。熱釋光測年齡技術， 利用土壤中石英結晶體的熱釋光特征與放射性核素的衰變特征測定土壤絕對年齡。 石英晶體的絕對年齡= 石英結晶體積存的熱釋光量/各類輻射在結晶

14、體中每年產生熱釋光量之和 沉積物及土壤的碎塊石英結晶體晶格中的貯能電子可貯存晶體所接受的輻射能，一經(jīng)熱刺激，即能放出光子，成為晶體熱釋光，石英的高溫區(qū)熱釋光峰具有測年意義，可測定數(shù)百萬年的年齡，此法適用于有機質及碳酸鹽少的土壤，樣品應保存于暗處。地層學斷代法， 鑒別埋藏土、殘余土壤及散布在整個土壤剖面的殘遺特征，對判斷古地理環(huán)境和土壤形成歷史有一定依據(jù)。 這些殘遺特征包括動植物化石、粘土礦藏、冰川遺跡、水成特征（粘盤層)、古代文化殘遺物等。 黃土高原的午城黃土中有早更新世的長鼻三趾馬和中國貉化石； 離石黃土中有中更新世早期的大角鹿、裴氏轉角羚羊、丁氏鼢鼠等化石、晚期的方氏鼢鼠和短尾兔等化石；

15、馬蘭黃土有晚更新世的鴕鳥蛋碎片化石。古地磁年代測定， 用無定向磁力儀測定土壤或古土壤的磁化率和天然剩余磁化強度， 根據(jù)土壤中磁性礦物含量、天然剩余磁性和化學剩余磁性的強度，反映土壤形成的風化強度，并結合土壤的粘化程度和硅鋁率等化學風化特征，判斷土壤的年齡。2、土壤相對年齡： 土壤發(fā)育階段或程度。 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，土壤的發(fā)生土層分異越明顯，相對年齡越大。 如從A-C剖面構型到A-B-C剖面構型，相對年齡的次序越來越大。3、最年輕的土壤沖積土4、最古老的土壤第三紀已經(jīng)存在，絕對年齡數(shù)千萬年5、西北地區(qū)的黑鈣土、栗鈣土、灰鈣土、黑壚土等，多分布在黃土沉積區(qū)，厚

16、度23米，成土年齡可達1.2萬年，其下部的古土壤成土年齡可達數(shù)十萬年。（六）人類活動對土壤形成和演變的影響 人類生產活動對土壤形成和性質的影響是有意識有目的的， 是在認識土壤客觀性質的基礎上對土壤進行利用改造定向施肥，創(chuàng)造不同熟化程度的耕作土壤 。人為活動的影響有兩重性 可以產生正效應（高度熟化）， 也可能產生破壞性的負效應（剝削地力、加速侵蝕、沙化、污染）。*加速演化：自然土壤-耕作土壤*改變方向：荒漠土壤-綠洲土壤*改變肥力：褐土-(土婁)土*消除障礙層：粘盤層、流沙層、鐵盤層、白土層三、土壤形成的基本規(guī)律 自然土壤形成的基本規(guī)律是物質的地質大循環(huán)與生物小循環(huán)過程矛盾的統(tǒng)一。1、地質大循環(huán)

17、： 指營養(yǎng)元素在陸地與海洋之間循環(huán)的過程。使營養(yǎng)元素從封閉不溶態(tài)變成可溶態(tài)，實現(xiàn)了營養(yǎng)元素的釋放。 結晶巖石礦物在外力作用下發(fā)生風化-細碎而可溶的物質，被流水搬運遷移到海洋-經(jīng)過漫長的地質年代變成沉積巖-當?shù)貧ど仙?，沉積巖又露出海面成為陸地-再次受到風化淋溶。2、生物小循環(huán) 指營養(yǎng)元素在生物體和土壤之間循環(huán)變化的過程。 植物吸收利用大循環(huán)釋放出的可溶性養(yǎng)分-通過生理活動制造成植物的活有機體-當植物有機體死亡之后在微生物的分解作用下，又重新變?yōu)榭杀恢参镂绽玫目扇苄缘V質養(yǎng)料。3、地質大循環(huán)使巖石風化為成土母質，是植物養(yǎng)分的釋放、淋失的過程。4、生物小循環(huán)是植物養(yǎng)分元素的積累過程，由于有機質的積

18、累、分解和腐殖質的形成，發(fā)生和發(fā)展了土壤肥力，形成土壤。營養(yǎng)元素：土壤中含有的元素很多，元素周期表中的元素幾乎都能在土壤中發(fā)現(xiàn)，但主要的只有20幾種生物體中含有90多種元素，但植物必須營養(yǎng)元素只有17種：C、H、O；N、P、K；（大量元素：占植物體干重的千分之幾）Ca、Mg、S；（中量元素）Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Ni、B、Cl（微量元素）四、主要成土過程 土壤形成過程就是在土壤形成因素綜合影響下，形成土壤肥力特征和剖面形態(tài)的持續(xù)過程, 也是物質和能量的轉化過程。（一）原始成土過程 從巖石露出地表而有微生物著生開始到高等植物定居之前的過程，稱為原始成土過程。原始成土過程基本可分三個階段1

19、. “巖漆”階段-自養(yǎng)型微生物出現(xiàn)首先是出現(xiàn)自養(yǎng)型微生物的“巖漆”階段；2. “地衣階段”-異養(yǎng)型微生物著生各種異養(yǎng)型微生物，如細菌、粘液菌、真菌、地衣共同組成的原始植物群落，著生于巖石表面與細小孔隙中，通過生命活動使礦物進一步分解，使細土和有機質不斷增加，即所謂“地衣階段”3. 苔蘚階段-生物風化與成土過程的速度大大加快，為高等綠色植物的生長準備了肥沃的基質。（二）灰化過程1、概念：在冷濕的針葉林生物氣候條件下產生酸性淋溶的一系列過程。 土體亞表層SiO2殘留，氧化物及腐殖質淋溶淀積。2、形成條件：寒溫帶針葉林植被下3、灰化過程（1）較厚的枯枝落葉層在真菌分解下，產生強有機酸富里酸。（2）有

20、機酸溶液在下滲過程中，與土體上部的堿金屬、堿土金屬絡合淋失。（3）土壤礦物中的硅、鋁、鐵發(fā)生分離，鐵鋁膠體遭到淋溶，并淀積于土體下部。（4）SiO2殘留在土體上部，形成一個灰白色淋溶層。堿金屬（alkalimetal） 指的是元素周期表A族元素中所有的金屬元素， 目前共計鋰（Li）、鈉（Na）、鉀（K）、銣（Rb）、銫（Cs）、鈁（Fr）六種， 前五種存在于自然界，鈁只能由核反應產生。堿土金屬 指A族的所有元素， 共計鈹（Be）、鎂（Mg）、鈣（Ca）、鍶（Sr）、鋇（Ba）、鐳（Ra）六種， 堿土金屬在自然界均有存在， 前五種含量相對較多， 鐳為放射性元素，由瑪麗居里（M.Curie）和皮埃

21、爾居里（P.Curie）在瀝青礦中發(fā)現(xiàn)。（三） 粘化過程1、定義：土體中粘土礦物的生成和聚集過程。 粘化過程的類型主要有殘積粘化和移積粘化（即粘粒淋移淀積）兩種。 殘積粘化過程 形成條件：溫暖的半濕潤氣候 過程：原生礦物進行土內風化形成粘粒并聚集B層，形成粘化層Bt層的過程。移積粘化（粘粒淋移淀積） 形成條件：濕潤和半濕潤的溫暖地帶， 過程：土體上層風化的粘粒隨滲漏水活動而在土體內遷移，一般也稱為懸遷作用或粘粒的機械淋洗。 這種粘粒移動到一定土體深度，由于物理（如土壤質地較細的阻滯層）或化學（如Ca2+的絮凝作用）作用而淀積。（四）富鋁化過程1、定義：土體脫硅富鋁鐵的過程。2、形成條件：熱帶、

22、亞熱帶濕熱氣候條件下。3、富鋁過程（1）原生礦物徹底分解，硅酸鹽風化后釋放出鹽基離子、硅酸根離子、高齡石、鐵鋁氧化物等。（2）在弱酸性條件下，鹽基離子、硅酸根離子淋失。（3）鐵鋁氧化物不受淋洗（PH小于4.5時才移動），相對富集。（4）土體呈紅色，甚至出現(xiàn)大量鐵結核或鐵磐層。（五）鈣化過程1、定義：碳酸鹽在土體中的淋溶、淀積過程。2、形成條件：干旱半干旱氣候條件下。3、鈣化過程（1）季節(jié)性淋溶，使礦物風化過程中釋放的易溶鹽類大部分淋失。（2）硅、鐵、鋁氧化物在土體中基本不動。（3）鈣、鎂元素在土體中發(fā)生淋溶、淀積，在土體下部形成鈣積層。（六）鹽漬化過程1、定義：土體上部易溶性鹽類的聚集過程。2

23、、形成條件：干旱半干旱地區(qū)3、鹽漬化形成過程 地下水中的易溶性鹽類，通過毛管蒸發(fā)而在土壤表層和土體上部進行積累的過程（七） 堿化過程（鈉質化過程）1、定義：是指土壤吸收性復合體為鈉離子飽和的過程。2、土壤吸收性復合體上，交換性鈉，達到陽離子交換量的30%以上， 土壤pH大于9，呈堿性反應， 土壤粘粒被高度分散，造成濕時泥濘，干時堅硬，土體內閉結，少大空隙，土壤物理性質惡化。 種類：Na2CO3(食用堿)、NaHCO3（小蘇打） 往往和鹽化過程相伴而生。（八） 潛育化過程1、定義：低洼積水地區(qū)土體發(fā)生的還原過程。2、形成條件：土層長期被水浸潤，空氣缺乏，處于脫氧狀態(tài)。3、潛育化過程（1）有機質分解過程中，產生較多還原物質。（2）高價鐵錳轉化為亞鐵錳，產生菱鐵礦(FeCO3)等次生礦物，從而使土體染成灰藍色或青灰色，形成潛育層。 出現(xiàn)于沼澤化土壤、質地粘重的草甸白漿土和部分排水不良的水稻土中。（九）潴育化過程（假潛育過程）1、定義：土壤形成中的氧化-還原過程。2、形成條件：漬水經(jīng)常處于變動狀況下，土體中干濕變化、氧化還原交替比較明顯， 可發(fā)生在直接受地下水浸潤的土層，地下水雨季升高、旱季下降，土層干濕交替。3、潴育化過程（1）土層漬水時，鐵、錳被還原遷移；（2）土體水位下降時，鐵錳