自然地理学-第六章-土壤圈课件

1、第六章土壤圈第一节土壤的组成与性质 一、土壤及土壤肥力的概念二、土壤圈的地位和作用 三、土壤形态四、土壤物质组成五、组成物质之间的相互作用土壤的基本特性和本质特征肥力。土壤及土壤肥力的概念土壤是地球陆地表面覆盖于岩石圈之上的由风化产物经生物改造作用形成的具有肥力的薄的疏松物质层。土壤肥力：指土壤为植物生长不断地供应和协调养分、水分、空气和热量的能力。土壤的有效肥力：耕种土壤中自然肥力与人为肥力的综合效应。 中国汉字里的“土”，实际上就反映了土壤在自然地理环境中的位置和作用。 “二”代表了土壤的位置是在岩石面以上，地面以下，处在大地的表层；“”则是表示土壤能够生长植物。 汉字“土”的象形意义 肥

2、力：长期提供与调节养分、水分、空气、热量（ 4大要素）土壤层愈深厚，植物生长愈有利丰收和富裕土壤圈在地理环境中的地位和作用 土壤圈土壤以不完全连续的状态存在于地球表层，称为土壤圈或土被。土壤圈在地理环境中总是占据一定的不变位置，处于地球大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的界面上，是地球各圈层中最活跃最富生命力的圈层之一，它们之间不断进行物质循环和能量平衡。土壤圈的作用：）土壤圈与地球生命作用）土壤圈与人类生存条件）土壤圈与自然环境）土壤圈与全球土壤变化）土壤圈物质的组成与性质土壤形态土壤形态指土壤和土壤剖面外部形态特征。土壤形态是成土过程的反映和外部表现，通过土壤形态可以区别土壤与风化壳的差别，

3、土壤形态也是区别各土壤类型的重要依据（一）土壤剖面与土壤发生层次 土层（soil horizon）成土过程对疏松物质的改造作用，特别是腐殖质的形成和加入过程，以及颗粒与溶解物质的转移过程，导致土壤内部沿垂直方向发生分异，形成了一些物理和化学性质明显不同的水平层次，称为土层（soil horizon）或土壤发生层次。 土壤剖面（soil profile）自然土壤是由不同性质的土壤层叠合构成，由上而下，显示土层序列及组合状况的垂直切面，称为土壤剖面（soil profile）。土壤剖面 土壤剖面岩石风化壳土壤植物1、自然土壤剖面模式 土壤剖面分层模式土壤学家按照土壤层的性质及其在土壤剖面中的位置划

4、分土层： (1)O层（有机质层，organic horizon）覆盖于矿质土壤表面的由植物和动物残落物组成的层次。(2)A层（腐殖质层，humushorizon ）土壤剖面中由土壤腐解产物组成的层次。 (3)E层（淋溶层，eluvial horizon）土壤剖面中由水分淋溶作用所形成的土层，位于矿质土壤的最上层，直接处于有机质层之下。() B层（淀积层，illuvial horizon）土壤剖面中位于淋溶层之下的矿质土壤，是A层淋洗出来的物质沉淀和集聚的层次。一般位于土壤剖面中部又被称为B层。()C层（风化层或母质层，regolith）指土体以下疏松的、尚未受到成土过程（特别是生物作用）影响的

5、层次。它是上部土体赖以形成的母体物质。() R层（基岩层，bed rock）尚未受到风化作用影响的下垫坚硬岩石，如花岗岩、砂岩、石灰岩等。有些土壤与基岩有发生上的继承关系（通过风化层）有些则没有（异地沉积母质）。 R：岩石层C：母质层B：淀积层E：淋溶层A：腐殖质层O：有机质层风化壳（层）土壤发生层H层：泥炭化层O层：有机质层。枯枝落叶堆积过程，残体不能分解。A层：矿质土层。土中有机质腐殖质化，以细颗粒分散于土中。土层色暗。E层：淋溶化，硅酸盐粘粒、铁铝损失，石英富集B层：积淀层。母质特征消失或微弱，硅酸盐粘粒、铁铝或腐殖质积淀C层：母质层，风化壳的顶层，Cm:紧实R层：岩石层（砾石层为C层，

6、根可穿入）钙积层人为耕作也是改变土壤剖面的一个重要因素。特别是现代农业对土壤大面积开垦及长期使用，这种作用变得愈来愈重要。 A、人类的耕作必然使土壤上部的原始土层受到破坏，形成一种性质近似均一的耕作层（用Ap表示）。Ap层通常是由O层和A层混合后形成的。 B、有些土壤的原始A层比较深厚，以至A层不全包括在耕作层中。 C、而在原始A层十分浅薄的情况下，犁底线可能达到B层的顶部甚至深入到B层中去。 、耕作土壤剖面 层 次 代号 基 本 特 征 熟 土 层 耕作层 A 经长期耕作种植，熟化程度高，腐殖质含量丰富，暗灰色，土层疏松，以团粒结构为主。 犁底层 P1 经长期反复压实，呈片状、层状结构，紧实

7、，腐殖质显著减少。 半熟化层 P2 受上层渗漏水淋溶作用明显，颜色不均匀，由于耕作时间及技术措施不同，厚度不一，对作物生长和肥力仍有一定影响，为A、B间过渡层之一。 生土层 心土层 B 熟化程度很弱，淀积作用明显，呈块、柱状或棱柱状结构，颜色与自然土壤的同层次相似，厚度变化大。 死土层 底土层 C 几乎末受耕作影响，成土作用弱，保持母质的特点，常可出现潜育化现象。 耕作土壤的剖面构造和特点 （二）土壤的一般形态特征 1、土壤颜色 土壤的颜色是观察者直接获得的最早和最强烈的土壤信息，是许多土壤性质的直接反映。 影响因素：颜色与土壤的矿物质成分、有机质含量、排水条件和通气状况密切相关。 中国标准土

8、壤色卡，共有种色调，个色片，采用芒塞尔颜色序列系统，其命名是用色调、亮度和彩度。A、热带和亚热带土壤 含有较多的氧化铁（赤铁矿，Fe2O3）而明显地呈现出红色。高度水化后的氧化铁（Fe2O3 3H2O）则偏黄色，所以在同一地带内比较阴湿的林下或降水丰富的山地上部，往往出现黄色的土壤；较干的地方或山地的下部则出现红色的土壤。 B、温带或寒冷地区的土壤 由于含有大量腐解的有机质，所以表层多呈暗黑色。虽然热带土壤中也含有有机物质，但在含量较低时往往被氧化铁掩盖，仍显红色。在含量较高时，则混合为红褐色。C、干旱和半干旱地区的土壤 内部与盐土的表层出现偏白色调，原因是碳酸钙、石膏和可溶性盐的聚集。 D、

9、排水不良的土壤 颜色灰暗， 通常呈浅灰色、蓝灰色或蓝绿色。原因是变价离子都处于低价还原状态（如FeO、 MnO等）。 如果排水情况稍好，在大的空隙中有空气流通，空隙周围的铁受到氧化，就会在蓝灰的底色上出现许多黄褐色斑点。、土壤结构 (1) 概念 土壤结构（soil structure）指土壤颗粒的胶结情况。土壤中的颗粒大都通过某种胶结物质相互联接组合在一起，形成较大型的团聚体。这种由基本颗粒聚合形成的团聚体就称为土壤结构。进行土壤的粒组分析时首先要用物理和化学的方法破坏土壤结构。 (2) 分类:按形态分为团粒结构、块状结构、核状结构、柱状结构、棱柱状结构、片状结构等。土壤的基本结构类型、土壤质

10、地土壤颗粒的组合特征。一般分为砂土、壤土和粘土等。、松紧度土壤疏松和紧实的程度。、孔隙土粒之间存在的空间。、土壤干湿度土壤的干湿程度，反映土壤中水分含量的多少。、新生体土壤发育过程中物质重新淋溶淀积和聚积的生成物。、侵入体由外界进入土壤中的特殊物体。土壤物质组成土壤由固、液、气三相组成。固体物质是土壤最基本的成分，可以说是整个土体的骨骼和躯体。1、土壤矿物质和有机质：其中占绝大多数的通常是矿物质颗粒，有机质也有一定的比例；2、土壤水分与空气：在土壤的固体颗粒之间，有大量空隙的存在。充填于空隙中的是空气和水分（确切地说是溶液）。空隙中气、 液两者的比例并非是固定不变的，经常随外界天气和其他因素的

11、改变而彼此消长。（一）土壤矿物质和有机质土壤发育阶段示意图 1、土壤矿物质 土壤矿物质土壤中的无机物质，源于岩石的风化作用，它在大小和组成上都是多变的。从起源来说，土壤矿物质包括：岩石碎屑（detritus）、原生矿物（primary mineral）、次生矿物（secondary mineral）三个部分。（1）岩屑大块岩石破坏后的残屑，但仍然是一种矿物质集合体；在土壤中它们是最粗大的成分，通常以砾石和粗砂的形式出现。 （2）原生矿物岩屑进一步分解破坏、矿物集合体分散后的产物；在形态上它们是单独的矿物晶体，但在成分上和结构上与原始母岩中的矿物一致，没有产生性质的变化。 原生矿物多是一些抗风化

12、能力较强的矿物，如石英和某些长石类矿物。原生矿物的晶体相对较大，在土壤中多以砂粒和粉砂的形式出现。 （3）次生矿物原生矿物化学风化或蚀变后的新型矿物，是在疏松母质发育和土壤形成作用进行时，由不稳定的原生矿物风化形成的，多属粘粒一级，如铝硅酸盐粘粒（高岭石、蒙脱石、伊利石等）和铁、铝的氧化物等。 、土壤有机质 (1) 含量 在矿质土壤的表层有机质一般仅占1%5%，但其作用和对土壤理化性质的影响能力却远远超过其重量的比例。 (2) 分类 土壤中的有机质包括两大类: A、非特殊性有机质；B、 土壤腐殖质（humus） (3) 原始来源 土壤有机质的原始来源是植物的死亡组织和一部分动物的排泄物及尸体，

13、其中以植物组织为主。在自然条件下，林木、灌丛、草地和其他植被的地上部分和根部每年都为土壤提供大量的有机残体，这些物质被各种各样的土壤动物和微生物粉碎、转化和分解，再通过渗透和混合而变成土壤的一部分。(4) 有机残体在土壤中的转化 有机残体在土壤中的转化有2种不同的途径： A、矿质化过程（mineralization）即分解过程有机残体在细菌（bacteria）和真菌（fungi）的作用下彻底氧化分解为无机矿质养分与CO2和H2O的过程。 B、腐殖质化过程（humification），其产物是腐殖质有机残体在微生物不完全分解时的中间产物，能重新合成一类性质较稳定的有机高分子化合物，称为腐殖质。腐

14、殖质是棕色或暗棕色的无定形胶体物质。 有机质在土壤中的类型及其转化关系 （二）土壤水分与土壤空气1、土壤水分(1) 土壤水分来源及损耗来源：大气降水、地下水和灌溉用水。损耗：土壤蒸发、植物吸收利用和蒸腾、水分的渗漏和径流。(2)土壤水分类型根据土壤水分所受吸力的大小，把土壤主要水分分为吸湿水、毛管水和重力水三种类型。 、土壤空气 土壤孔隙中存在的各种气体混合物。特点：(1) 土壤空气不连续，而是存在于固体隔开的土壤空隙中。这使得它们的成分在土壤中的各处可能很不一致。 (2) 土壤空气具有比较高的含水量，在土壤含水量适宜时，土壤空气的相对湿度接近100%。 (3) 土壤空气与大气成分有差异。 土

15、壤空气中的CO2含量比大气中的高，氧含量较低。(4) 土壤空气的含量与土壤水分互为消长。土壤空气的含量很大程度上取决于水分的增减，空气只能流入那些未被水分占据的空隙。土壤组成物质之间的相互作用（一）土壤的机械组成 也叫土壤质地（soil texture），是指土壤中不同大小的分散颗粒的组成比例。 一般来说，土壤的质地可以归纳为三大类型： （1）砂质土类 （2）粘质土类 （3）壤质土类 土壤质地三角表 （1）砂质土类砂粒含量在70%以上的土壤。 特点: 由于颗粒组成粗大，相应的空隙也较大，排水和通气条件良好。但也有保水和蓄肥能力弱的缺点，土体多呈松散状态，结构性不强。（2）粘质土类粘粒占优势的土

16、壤属于粘质土类，粘粒的含量一般不低于40%。特点:由于粘质土的颗粒细小，有巨大的表面积，所以对水分和养分有很强的保持力。粘质土中虽然空隙较多，但都属于小空隙。水、气的运动缓慢，排水和通气状况不佳。粘质土通常有较强的粘结性和可塑性。湿时粘着，干时硬结，胀缩幅度较大。 （3）壤质土类砂粒、粉砂粒和粘粒三者在比例上均不占绝对优势的一类混合土壤。 特点: 兼有砂质和粘质土壤的一些特性，并调和了它们的一些不利因素。因此是一种物理性质介于砂土和粘土之间的土壤。大多数农业价值较高的土壤都属于壤质土。（二）土壤胶体的性质土壤胶体指土壤中高度分散粒径在100mm之间的物质。、土壤胶体的种类：土壤矿质胶体、有机胶

17、体、有机无机复合胶体。、土壤胶体的性能：（）巨大的比表面和表面能；（）带电性；（）分散和凝聚性、土壤的离子交换土壤胶体表面与溶液介质中电荷符号相同的离子相交换。（二）土壤溶液（）土壤的酸碱反应指土壤中的酸性物质和碱性物质解离出H和HO数量中和的结果，使土壤呈现不同的酸碱反应。（）土壤的氧化还原作用指氧化剂物质和还原剂物质的电子得失过程，是土壤溶液中普遍存在的现象。（）土壤的缓冲性指土壤加酸或加碱时具有缓和酸碱度改变的能力。指土壤中水分及其所含溶质的总称。土壤溶液是一种多相分散系的混合液，具有酸碱反应、氧化还原作用和缓冲性能。酸碱盐碱地盐蒿第二节 土壤形成与地理环境间的关系一、成土因素学说1、道

18、库恰耶夫的成土因素学说2、美国学者的成土因素学说 影响土壤的五种自然因素母质、生物、气候、地形、时间和人类活动，从各自不同的侧面共同控制着土壤的发育和特性的形成。二、土壤发育的影响因素1、母质因素 (1) 概念与分类 残积母质岩石风化后，停留在原处很长时间的疏松物质。 运积母质岩石风化后，由外力移至他处的疏松物质。 对于残积母质，土壤特性深受下伏岩石的影响，这种影响在土壤发育的初期尤其强烈。原始岩石对土壤的影响主要是由其所含矿物的成分和性质造成的。 对于运积母质，土壤继承的主要是由其不同的搬运方式和沉积环境所形成的特性，有时甚至直接用母质类型来命名土壤，如冲积土、冰碛土等。2、生物因素 生物对

19、土壤形成和发育的主要作用是向土壤中输入有机质。这个过程主要是由植物完成的。 草地和森林是地球表面两种面积最大、差别明显的植被类型，比较草地下面发育的土壤与森林下面土壤有机质的含量和分布，可以清楚地看到生物因素对土壤特性的影响作用。草地和森林两种植被下土壤有机质含量与分布对比 差别： (1) 草地植被生物量 森林有机质含量。 原因草类生命周期短，每年死亡的大量地上茎叶和底下根系，提供了相当数量腐殖化的有机质。树木生命周期长，大量的有机质储存在活的植物组织内，每年的残落物归还量并不很大。 (2) 有机质剖面分布的差异。 草地土壤有机质向下逐渐减少，暗色A层非常深厚。 森林土壤有机质集中表层，向下急

20、剧减少，A层浅薄。 原因草类以地下经常死亡的根系作为土壤的主要有机质来源；而森林植物的根系是多年生的，有机质主要来自地上的枯枝落叶，并在地面分解和积累。森林和湿草原生态系统中有机质的分布3、气候因素 气候因素为土壤直接提供水分和热量。 水分和能量是土壤中一切过程，包括物质的迁移、转化和生命活动的基础。 此外，气候因素（主要是水热条件）还通过影响母质的风化和控制植物生长，对土壤产生的影响作用。 (1) 影响母质的风化 风化作用强度明显地受水热条件控制。(2) 控制植物生长 气候决定着自然植被的生长，从而间接影响土壤的发育。 地球表面风化壳随气候的变化规律 地形因素本身并不包含实体成分，而只是一种

21、地表空间的几何形态。但地形却可以通过控制母质、气候及生物因素，对土壤的发育和特性产生强烈的间接影响。不同地形影响地表水热条件的重新分配。主要表现在不同高度、坡度和坡向等对太阳辐射的吸收和地面辐射的差异。4、地形因素 时间因素主要影响母质、生物、气候和地形因素的作用强度和深度，控制其它实体因素对土壤影响的历程。5、时间因素 人类生产活动对土壤形成和性质的影响是有意识有目的的，是在认识土壤客观性质的基础上对土壤进行利用改造定向施肥，创造不同熟化程度的耕作土壤 。6、人类因素 土壤形成：地质淋溶（地质大循环）与生物积累（生物小循环）的产物三、土壤形成的基本规律地质大循环指结晶岩石矿物在外力作用下发生

22、风化变成细碎而可溶物质，被流水搬运迁移到海洋经过漫长的地质年代变成沉积岩，当地壳上升，沉积岩又露出海面成为陆地，再次受到风化淋溶 。 岩石风化搬运沉积沉积岩： 一方面释放出可溶性物质植物吸收的矿物养分；另一方面产生碎屑物质土壤母质。母质源源不断地提供可溶性矿物质。 地质淋溶不能提供植物生长的全部养分，如氮等。地质淋溶（地质大循环）生物积累（生物小循环）生物小循环指植物吸收利用大循环释放出来的可溶性养分，通过生理活动制造成植物的活有机体，当植物有机体死亡之后，在微生物分解作用下，又变为可被植物吸收利用的可溶性有机物。 生物吸收养分、光合作用有机体死亡分解养分（植物、动物）有机物质在土体中合成与分

23、解的过程生物合成主要是植物的光合作用，在阳光作用下，吸收CO2，放出O2，形成有机体氮主要依靠土壤生物（固氮菌、藻类）生产第三节 土壤分类及空间分布规律一、土壤分类（一）国外分类1、前苏联： 强调土壤与成土因素和地理关系（水热条件、风化作用、生物循环）以成土因素及其对土壤的影响作为土壤分类的理论基础，以成土过程和土壤属性（土壤形态、土壤物理、土壤化学、矿物及生物等）作为土壤分类的依据。 土壤分类系统中分为土类、亚类、土属、土种、亚种、变种、土系、土相等级。2、美国： 具体指标，可直接感知和定量测量， 土壤类型划分只要依据土壤的诊断层和诊断特性。诊断层：凡是用于鉴别土壤类型，在性质上有一系列定量

24、说明的土层。 诊断特征：用于鉴别土壤类型的依据是具有定量说明的土壤性质。 有机质、接触面、富集（铁铝等）、水分、机械组成等。 土壤分类系统按土纲、亚纲、土类、亚类、土族、土系级，共分出个土纲。 中国：成土因素、成土过程、土壤属性（定量化、标准化）。 中国土壤分类早期受苏联影响，现代与美国及联合国接轨。1、中国土壤发生学分类 以成土因素、成土过程和土壤属性作为基础。 2、中国土壤系统分类 以诊断层和诊断特性作为分类的基础，以定量化、标准化为特点。（二）中国的土壤分类二、土壤空间分布规律 土壤分布的地带性规律是指广域土壤与大气和生物条件相适应的分布规律。它包括由于大气候、生物条件、纬度、经度及海拔

25、高度变化所引起的土壤地带性分布规律。1、土壤分布与地理环境间的关系土壤带的三维成土分布因素函数 s=f(WJ G） 式中 s 为土壤分布特征 W 为纬度 J 为经度 G 为海拔高度2、土壤的水平分布规律（1） 纬度地带性分布规律 太阳辐射从赤道向两极递减，气候生物等成土因子也按纬度方向呈有规律的变化 ，地带性土壤大致呈平行于纬线并以纬线呈带状分布。 两种表现形式： 全球性的（ 由北而南的冰沼土带、灰化土带和砖红土带） 区域性的（2） 干湿度地带性规律 海陆分布的态势不同，水分条件和生物因素从沿海向内陆发生有规律的变化，土壤带从沿海向内陆呈大致平行于经线的带状分布。3、土壤的垂直分布规律 土壤的

26、垂直地带性是指随山体海拔升高，热量递减，降水在一定高度内递减，超出一定高度后降低，引起植被等成土因素按海拔高度发生有规律的变化。山地垂直带谱的特征：（1）在相似的经度上从低纬到高纬垂直带谱由繁到简，同类土壤的分布高度有由高降低的趋势。 （2）在相似的纬度上由湿润到半湿润，半干旱及干旱地区，山地土壤垂直带谱由复杂趋向简单，同类土壤的分布高度则逐渐升高。 （3）在相同或相似的地理位置，山体越高，相对高差越大，土壤垂直带谱越完整。 土壤垂直地带和水平地带相关性示意图黄壤、红壤 水稻土 砖红壤 红壤 栗钙土 棕钙土 棕壤 暗棕壤 紫色土 黄棕壤、黄壤 漠土 风沙土 棕钙土 高山草甸土 高山草原土 棕壤

27、 、褐土 盐碱土 黑土 潮土 绵土、黑垆土 黄棕壤、棕壤 第四节 土壤类型特征有机土 富含有机质。相当于泥炭土，发育在地势低洼的沼泽地，汛期淹水，土壤含水量高，通气差，有机质不能充分分解，黑土层厚。2.人为土耕作、灌溉、施肥而培育的土壤，如水稻土、淤灌土、菜园土等类别：水耕人为土和旱耕人为土特点：耕作层分布：人类活动最活跃地区稻土植被水稻土旱作人为土 中国人为土3.灰（化）土土壤中矿物分解成氧化物，SiO2积累主要诊断特征：灰化淀积层，层厚2.5cm，85%的灰化淀积物，ph30cm，富含粘粒，80g/kg上表土层（150cm）铁铝高度富集，如赤红壤、赤黄壤土壤高度风化，几乎不含可风化物；ph4.25.3；分布：华南台闽粤滇，气候高温多雨，植被为热带和南亚热带雨林。中国富铝土分布6.变性土诊断土质细软，无石质组成；土层深厚，粘土矿物为主，高膨胀