大學土壤學課件風化與土壤形成

第二章

巖石風化和土壤形成主要內(nèi)容礦物和巖石風化土壤母質(zhì)類型土壤形成土壤剖面及其形態(tài)特征

掌握風化作用的類型、風化產(chǎn)物的母質(zhì)類型理解土壤的形成過程和實質(zhì)。2021/10/10星期日1風化類型(weathering)

物理、化學及生物風化物理風化：機械崩解作用，由溫度變化、水分凍結、碎石劈裂以及風力、流水、冰川的摩擦力等物理因素的作用引起，使巖石由大塊變成碎塊，再逐漸變成細粒，其形狀、大小改變(增大接觸面)，為化學風化創(chuàng)造條件，但成分發(fā)生的變化很小。2021/10/10星期日2化學風化：化學分解作用，由水、二氧化碳和氧氣等參與下進行的各種過程，包括溶解水化－礦物與水化合水解－由于水的H+從硅酸鹽礦物中，部分取代了堿金屬和堿土金屬的鹽基離子，生成可溶性鹽類氧化－濕潤條件下，含鐵、硫的礦物，實質(zhì)為強酸化過程。2021/10/10星期日3生物風化：生活在巖石表面和土壤中的各種生物的生命活動，可直接參與巖石礦物的分解破壞，且加強了物理和化學風化的作用。

含鉀豐富的黑云母和長石易受到分解，是與細菌、真菌和藻類從中吸取鉀素分不開的。2021/10/10星期日4巖石風化的產(chǎn)物可溶性鹽：硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氯化物等。合成次生礦物：如伊利石、蒙脫石、高嶺石等粘土礦物，以及鐵鋁的氧化物和氫氧化物。殘余的碎屑：難風化的礦物和各種巖屑。

2021/10/10星期日5礦物風化的難易

影響因素：外界環(huán)境條件礦物的成分和結構在外界風化環(huán)境條件大致相同的情況下，常見的各種礦物抵抗風化的相對穩(wěn)定性：

橄欖石(孤立的硅氧四面體通過鹽基離子相互結合)<輝石(硅氧四面體單鏈)<角閃石(硅氧四面體雙/復鏈)<黑云母<鈣斜長石<鈣鈉斜長石<鈉斜長石<鉀長石<白云母<石英2021/10/10星期日6硅酸鹽的基本構造硅氧四面體(tetrahedra)

四個半徑1.32?的氧離子和一個位于它們中間的半徑0.39?的硅離子構成鋁水八面體(octahedra)

半徑0.57?的一個鋁離子和六個氧和氫氧離子構成2021/10/10星期日7硅酸鹽層

層狀硅酸鹽粘土礦物的基本單位，由鋁水八面體的兩個面上通過共用氧離子和硅氧四面體片結合。硅酸鹽礦物抵抗風化的穩(wěn)定性，從硅氧四面體和鋁水八面體結晶來看，取決于中央陽離子的大小對基本構造單位中央空間的適合程度。

2021/10/10星期日8同晶代換(isomorphoussubstitution)陽離子間的取代作用。只在原生礦物及次生礦物成礦時產(chǎn)生，其代替條件是價荷、半徑差異較小，將造成構造不穩(wěn)，價荷剩余。

2021/10/10星期日9影響風化的主要因子礦物風化構造：孤立<單鏈<雙鏈<層狀<架狀電荷平衡同晶代換量大小鹽基離子種類和數(shù)量能量狀態(tài)巖石風化礦物的組成、結構和構造形成時的熱力條件與目前所處環(huán)境的差異巖石的節(jié)理和裂隙發(fā)育狀況2021/10/10星期日10風化產(chǎn)物的類型一、生態(tài)類型

硅質(zhì)、長石質(zhì)、鐵鎂質(zhì)、鈣質(zhì)風化物和未成巖類物質(zhì)巖石種類、礦物組成、化學成分風化物的厚度、通氣透水性、養(yǎng)分、酸堿度等2021/10/10星期日11二、地球化學類型

地球表面疏松的風化層，是形成土壤的母質(zhì)。風化層的物質(zhì)組成、化學成分及進一步風化的速率，決定于風化物的種類及其特性，也決定于風化環(huán)境的生物氣候條件。

遷移速率：Na>K>Mg>Ca>Al,Fe；

Cl-/SO42->CO32-2021/10/10星期日12在一定的生物氣候條件下出現(xiàn)的風化產(chǎn)物，可分為幾種地球化學類型。

母巖→碎屑類型(物理風化，干旱、半干旱、寒冷地區(qū)或山地；風化物的化學成分和礦物組成與原巖基本相同)→鈣化類型(化學風化，干旱和半濕潤條件；K,Na,Ca,Mg/Cl-/SO42-淋溶流失，CaCO3相對富集；淺層地下水中常含可溶性鹽分，礦化度較高；形成內(nèi)陸鹽土分布區(qū))→硅鋁化類型(溫帶或暖溫帶雨量適中的條件；Cl-/SO42-強烈淋失，甚至溶解度較小的CaCO3也被淋溶，而Al,Fe,Si等元素尚有殘留；風化物的反應由堿性或中性變成微酸性，且形成伊利石、蛭石、蒙脫石等次生粘土礦物)→富鋁化類型(熱帶、亞熱帶，長期強烈的化學分解，鹽基成分全部淋失，硅酸也產(chǎn)生淋溶，風化物中只殘存一些最難風化的石英、鐵和鋁的氧化物及次生粘土礦物高嶺石)

2021/10/10星期日13三、母質(zhì)類型定積母質(zhì)/殘積物未經(jīng)搬運的風化殘留物，分布在山區(qū)較平緩的高地上，是山區(qū)主要成土母質(zhì)之一。地面上的殘積物經(jīng)水流淋洗后，具粗骨性特征，其組成和性質(zhì)與原巖有較大的差別。下層的風化物逐漸過渡至基巖，具連續(xù)性特征。2021/10/10星期日14運積母質(zhì)據(jù)不同搬運作用的外力方式，可分為：1)流水沉積母質(zhì)—據(jù)流水的性質(zhì)和沉積的地形，分坡積物、洪積物和淤積物。坡積物：分選性較差，質(zhì)地多為含礫質(zhì)壤土，常存在埋藏土壤剖面，是山區(qū)的主要成土母質(zhì)。在山麓的坡積物常形成寬闊的裙狀地形，稱為坡積裙。淤積物/沖積物/沉積物：受河流(經(jīng)常性水流)侵蝕、搬運和堆積而成。具明顯的分層性，淤積沙、石的磨圓度很好，淤積物的分選性很好。多屬近代的河流沉積物。如我國三大沖積平原。2021/10/10星期日15洪積物：干旱與半干旱地區(qū)的山地，由于驟融的雪水，或是間歇性的暴雨，形成流速湍急的洪水，將山區(qū)的風化碎屑夾雜泥沙，搬運到山谷出口處，由于地勢寬坦而水流減緩，使所攜帶的物質(zhì)沉積下來，形成扇面地形，稱為洪積扇。洪積物具粗略的分選性，但分選性很差，地勢高處含較多礫石和粗砂，在洪積扇的邊緣多為細砂質(zhì)或粉砂質(zhì)。山前交接洼地(扇緣與沖積平原銜接處)，地下水位過高，易形成沼澤化，或因地下水含鹽量較多，產(chǎn)生土壤鹽漬化。

2021/10/10星期日162)靜水沉積母質(zhì)：如湖積物。質(zhì)地粘重，有機質(zhì)含量高，呈暗褐色或黑色。湖積物中的鐵質(zhì)，在嫌氣條件下，與磷酸結合形成藍鐵礦(Fe3(PO4)2.8H2O)或菱鐵礦(FeCO3)，使湖泥呈青灰色(湖積物的重要特征)。3)海水沉積母質(zhì)：如海積物。硅質(zhì)含量高。濱海鹽土的一種成土母質(zhì)。4)風積母質(zhì)：風力所夾帶的礦物碎屑，經(jīng)吹揚(風蝕)作用后沉積而成。如沙丘、沙漠。特點是分選性強，粗細均勻，砂粒磨圓度高，但因土壤缺水而肥力較低。5)重積母質(zhì)/塌積物：山地陡崖上的風化巖石，受重力作用而坍塌墜落，是山麓及谷地局部地段上母質(zhì)的類型。組成以碎石礫為主，無分選性也無層次，在山麓形成倒石堆地形。

2021/10/10星期日17第四紀沉積物黃土及黃土性物質(zhì)：黃土是在干旱或半干旱，季節(jié)變化極明顯的條件下形成，與風力搬運堆積有關。常形成石灰質(zhì)結核。黃土性物質(zhì)又稱次生黃土，是由黃土經(jīng)流水侵蝕、搬運后，再沉積而成。含大量鐵錳結核及膠膜。紅土：富含鐵、鋁質(zhì)的紅色粘土，屬富鋁化類型的風化物，含較多的鐵、鋁氧化物和高嶺石等。質(zhì)地粘重，通氣透水性不良，常呈酸性及強酸性反應。冰磧物：冰川期的遺跡2021/10/10星期日18土壤形成和土壤剖面土壤形成的實質(zhì)：地質(zhì)大循環(huán)(海洋?大陸，元素流失)生物小循環(huán)(植物?植物，元素富集)2021/10/10星期日19植物營養(yǎng)物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)

風化產(chǎn)物流入海洋后，與流入海洋的巖塊和泥沙等在濃縮、沉淀、堆積的過程中，經(jīng)膠結和硬化的成巖作用，形成沉積巖。在地殼上升的運動中，沉積巖由海洋底部上升形成大陸；沉積巖暴露于地表之后，又重新進行風化和淋溶，反復進行。植物營養(yǎng)物質(zhì)由大陸流到海洋，海洋又變?yōu)榇箨懞?，這些物質(zhì)又由新的大陸流向新的海洋。

2021/10/10星期日20營養(yǎng)物質(zhì)的生物小循環(huán)

風化產(chǎn)生的母質(zhì)給植物生長提供水分、空氣、養(yǎng)分等條件。原始幼年土壤上生活的、養(yǎng)分需求較少的低等植物，能吸收保存地質(zhì)大循環(huán)過程中的一些可溶性養(yǎng)分，來建造自身的有機體。植物死亡后，經(jīng)微生物的分解作用，有機殘體中的營養(yǎng)元素又變成無機物質(zhì)，一部分又重新進入地質(zhì)大循環(huán)的過程中，另一部分可為植物重新吸收利用。通過植物(包括所有參與這一過程的生物)的反復吸收利用和累積營養(yǎng)物質(zhì)的過程。2021/10/10星期日21土壤形成的因素

自然成土因素：母質(zhì)、生物、氣候、地形和時間人為作用:有益(精耕細作、合理施肥、灌溉排水等提高肥力)；破壞S=f(P,C,B,G,T,H)1.母質(zhì)(內(nèi)因)

巖石風化的產(chǎn)物，是自然土壤形成的物質(zhì)基礎。對土壤的物理(質(zhì)地)和化學性質(zhì)(養(yǎng)分組成、酸堿性)影響明顯。2.生物

養(yǎng)分積累，改善土壤的肥力性狀；增加有機質(zhì)，改善結構。2021/10/10星期日223.氣候

直接影響水、熱條件，很大程度上決定著各種植被類型的分布，從而影響土壤礦物和土壤有機質(zhì)的分解和合成；溫度、降水量等影響礦物風化、礦質(zhì)元素遷移速率。4.地形

對母質(zhì)、水、熱條件、植被的再分配。5.時間

任何一個成土因素對土壤的影響都隨時間的延長而不斷加深。土壤形成過程的程度是以時間為轉移的，隨著成土過程持續(xù)的時間不同，土壤中物質(zhì)的淋溶與聚積的程度不同，故受當?shù)氐刭|(zhì)年齡的影響。

2021/10/10星期日23土壤剖面(soilprofile)自然土壤剖面：受自然成土因素的影響土壤剖面

從地面向下挖掘所裸露的一段垂直切面，深度一般在2米以內(nèi)。依次為有機質(zhì)層(O)、淋溶層(A)、淀積層(B)、母質(zhì)層(C)和基巖層(D)。土壤剖面構造

土壤剖面從上到下不同土層的排列方式。各土層的特征與該層的組成和性質(zhì)一致，是土壤內(nèi)在性狀的外部表現(xiàn)，是在土壤長期發(fā)育過程中形成。2021/10/10星期日24淋溶作用

土壤中的下滲水，從土壤剖面的上層淋溶或浮懸土壤中某種成分的作用。淀積作用

下滲水到達剖面下層沉淀其中某些溶解物或懸浮物的作用。淋溶層

土壤剖面的上層。該土層中某些易溶性鹽類、含水氧化鐵、含水氧化鋁、硅酸和通過土壤有機質(zhì)分解和腐殖質(zhì)形成產(chǎn)生的各種有機酸和無機酸被土壤中的下滲水淋溶或浮懸。淀積層

土壤剖面的下層。該土層中的某些溶解物或懸浮物被到達剖面下層的下滲水所沉淀。2021/10/10星期日25物質(zhì)的轉移作用

土壤水攜帶著溶解或懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生的移動。1)物理性轉移

礦物質(zhì)與有機物質(zhì)膠粒以及其他微粒，從A層移動到B層而沉淀下來。2)化學性轉移

礦物在風化過程中產(chǎn)生的可溶性鹽類等，從A層隨著下滲水下移，或淀積在B層或到達地下水層而流失。

2021/10/10星期日26耕作土壤剖面人類生產(chǎn)活動和自然成土因素的綜合作用表土層：分耕作層(0-20cm)和犁底層(耕作層下6-8cm)心土層：保水保肥，生長后期供應水肥的主要層次底土層：生土或死土2021/10/10星期日27土壤剖面形態(tài)特征重要的形態(tài)特征:顏色、結構、質(zhì)地、堅實度、孔隙、濕度、新生體、侵入體、動物孔穴顏色物質(zhì)成分①腐殖質(zhì)含量(多，黑色；少，暗灰色)，②氧化鐵(鐵銹色/黃色)，③石英、斜長石、方解石、高嶺石、二氧化硅粉末、碳酸鈣粉末等(白色)，④氧化亞鐵(沼澤土、潛育土中，藍色或青灰色)；土壤的物理性狀(濕度、粗細、光線強弱)2021/10/10星期日28結構--土壤固體顆粒的空間排列方式

①單粒，②復粒：團聚體(粒間相連，利于根系發(fā)展；體間相連，多孔、溝通，通氣、水，供肥)和微團聚體，③核狀、片狀、棱角狀，④柱狀、棱柱狀，⑤塊狀質(zhì)地

機械分析準確測定;野外指測法，分砂土、砂壤土、輕壤土、中壤土、重壤土、粘土。松緊和孔隙狀況

影響土壤通氣、透水和保水性，也影響土壤的溫度狀況。

2021/10/10星期日29濕度

分干、潮、濕、重濕、極濕。新生體

土壤形成過程中新產(chǎn)生或聚積的物質(zhì)，是判斷土壤性質(zhì)、土壤組成和發(fā)生過程等重要特性。按外觀分，鹽霜、鹽斑、結核等；按化學組成分，可由易溶性鹽類組成，可由晶質(zhì)或非晶質(zhì)的化合物組成。侵入體

位于土體