第二节土壤形成与地理环境间的关系

第二节土壤形成与地理环境间的关系一、成土因素学说（一）道库恰耶夫的土壤形成因素学说1、道库恰耶夫：19世纪末俄国土壤学家，首先认定土壤同成土条件之间的密切关系。函数关系方程

∏=f(К,О,Г,Р)Т

∏为土壤；К为气候；

O为生物;Г为岩石；P为地形；T为时间；

2、学说观点（1）土壤是气候、生物、母质、地形、时间五大自然因素综合作用的产物。（2）所有的成土因素始终同时存在，同等重要，互不可替代的参与了土壤形成过程。（3）土壤永远受制于成土因素的发展变化而不断的形成和演化，土壤是一个运动着的、有生有灭、有进有退的自然体。（4）土壤形成因素存在着地理分布规律，研究土壤时一定要注意土壤的地理分布规律。（二）格林卡：认为土壤形成的主导因素是气候。（三）涅乌斯特鲁耶夫：强调土壤是岩石的淋溶物，是地质淋溶过程。（四）威廉斯1、创立了土壤形成的生物学路线2、认为（1）土壤的形成主要是生物学过程。（2）提出肥力学说,认为土壤肥力，就是土壤满足植物水分与营养的能力，（3）土壤肥力的进化是以土壤与植物的进化为基础，而肥力的创造是生命活动的结果。3、拟定了草田轮作制，来提高土壤肥力。（五）柯夫达提出土壤深部的地质现象，对土壤形成过程也产生影响，如，受火山作用的土壤自然肥力高。地震带土层往往较混乱。地下水位急剧升降易引起土壤沼泽化和盐渍化。新构造运动的强烈上升区，土壤侵蚀和淋溶过程增强；下沉区物质积累可改变原有土壤的形成过程。（六）詹尼美国土壤学家，提出提出与道库恰耶夫相似的函数关系式。S=f(cl,p,o,r,t......)

不同地区、不同类型的土壤往往有某一因素占优势

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气候、parent母质、organisms生物、relief地形、time时间二、成土因素对土壤形成的作用母质parent、气候climate、生物organisms、地形relief、时间time（一）母质因素1、概念：岩石风化产物，是土壤形成的物质基础。2、母质特性影响土壤属性：（1）酸性岩母质：含石英、正长石、白云母等抗风化强的浅色矿物较多，往往形成酸性粗质土。（2）基性岩母质：含角闪石、辉石、黑云母等抗风化弱的深色矿物较多，一般形成土层较厚的粘质土。母质类型残积类型残积母质el运积类型水成流水沉积冲积母质al坡积母质dl洪积母质pl湖积母质l海积母质m风成黄土母质eol

砂丘冰川成因冰碛母质gl地心引力成因重力堆积母质

残积物el

冲积物al坡积物dl

洪积物pl

湖积物l

海积物m

风积物eol

冰碛物gl

冰水沉积物fgl

化学ch

有机h。母岩:与土壤形成有关的块状岩石3、影响土壤次生矿物（1）斜长石和基性岩母质发育的土壤，含有较多的三水铝矿；酸性岩的钾长石发育的土壤，以高岭石为多。（2）冰碛物和黄土中含水云母和绿泥石较多，（3）页岩和河流冲积物含水云母，（4）紫色页岩、湖积物和淤积物，多蒙脱石和水云母。4、影响土壤养分（1）钾长石风化后形成的土壤，有较多的钾。（2）斜长石风化后形成的土壤，有较多的钙。（3）辉石、角闪石风化后形成的土壤，有较多的铁、镁、钙等元素。（4）含磷较多的石灰岩母质在成土过程中，石灰质淋失，磷在土壤中含量高。5、影响土壤质地（1）残积物上发育的土壤含石块较多。（2）黄土母质上发育的土壤，质地多为粉壤土。（3）在石灰岩母质上发育为石灰土。（4）在第三系红色页岩上发育紫色土。6、影响土壤形成过程如，热带、亚热带石灰岩母质上，因含大量碳酸钙，阻滞和延缓了富铝化作用，发育为石灰土；（而非砖红壤、红壤，）在第三系紫色页岩上发育紫色土。（二）气候因素1、气候影响次生粘土矿物的形成2、影响岩石矿物风化程度3、对土壤有机质的积累和分解起重要作用4、影响土壤微生物的数量和种类5、影响物质淋溶过程1、气候影响次生粘土矿物的形成（1）降水量增加、气温升高，矿物风化作用增强，土壤粘粒含量增多。（2）不同气候带具有不同的次生粘土矿物①干冷地区的土壤，多含水云母，只有微弱的脱钾作用。②温湿地区，出现蒙脱石类次生粘土矿物。③湿热地区，除脱钾作用外，还有脱硅作用，多形成高岭土类次生粘土矿物。④高温高湿地区，强烈脱硅，含较多铁、铝氧化物。2、 影响岩石矿物风化程度矿物的物理风化和化学风化速度，与气温有关。温度增加10℃时，化学反应速度平均增长2—3倍温度从0℃增加到5℃时，土壤水中化合物的离解度增加7倍。热带风化强度比寒带高10倍，比温带高3倍，所以热带地区风化壳和土壤层厚度大。热带地区风化壳和土壤层厚度大3、对土壤有机质的积累和分解起重要作用（1）潮湿积水和长期冰冻地区，有利于有机质积累；（2）高温、干旱、微生物活跃地区有机质矿化速度快，积累少。黑土分布区，气候冷湿，有机质积累量高，腐殖质以胡敏酸为主，胡敏酸/富里酸=2/1栗钙土分布地区，气候半干旱，有机质含量低，胡敏酸含量降低。4、影响土壤微生物的数量和种类（1）影响微生物数量①黑钙土中，每克土壤含微生物个数千万个。②栗钙土、棕钙土、灰钙土中，每克土壤含微生物个百万—千万个之间。（2）影响微生物种类①细菌：湿润地区有机质含量多的中性、微碱性土壤中最多。②放线菌：干旱地区的中性到偏碱性土壤中含量高。③真菌：酸性森林土壤中含量高。5、气候影响物质淋溶过程在湿润地区（如灰化土地区），土壤中游离的盐基遭到强烈的淋洗；

在半干旱气候条件下（如黑钙土地区），土壤中易溶性盐分受到淋洗，而碳酸盐则在主体中相对聚积；在干旱地区（如棕钙土地区），易溶盐分仅在土壤上层遭到淋洗。（三） 生物因素1、植物对土壤形成的影响（1）植物推动土壤形成和演化①光合作用制造有机质；绿色植物对分散在母质、水体、大气中的营养元素有选择的吸收，利用太阳能，合成有机质。②有机质转化为土壤肥力：有机质经微生物分解、合成、转化，产生肥力。（2）不同植被类型产生的有机残体数量、质量不同①有机残体数量常绿阔叶林＞夏绿阔叶林＞寒带针叶林草甸植物＞草原植物＞荒漠植物。木本植物枯枝落叶堆积于土壤表面，腐殖质自表层向下急剧减少。草本植物枯残根系进入土壤上部，腐殖质自表层向下逐渐减少。②质量不同草本植物，灰分含量较高，灰分是指植物体经过灼烧后残留的无机物。为各种矿物元素的氧化物。主要元素有Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、I等，此外，尚有微量元素，总数不少于60余种。在较干旱的气候条件下，残体分解后形成中性或微碱性环境，钙质丰富，有利于腐殖质形成和积累，腐殖质以胡敏酸为主，胶结作用使土壤形成团粒结构。胡敏酸humilicacid又称褐腐酸。土壤中只溶于稀碱而不溶于稀酸的棕至暗褐色的腐殖酸。其稳定性很强，平均停留时间可达80～3000年。主要由碳、氢、氧、氮等元素构成，碳、氢比值高。胡敏酸分子的边缘有官能团如羧基、酚羟基、甲氧基、酰氨基等。这些官能团决定胡敏酸的酸度、吸收容量及与无机物形成有机－无机复合物的能力。木本植物，灰分含量比草本低，针叶林枯枝落叶形成的腐殖质以富里酸为主，呈酸性或强酸性，土壤产生强烈酸性淋溶；阔叶林灰分含量比针叶林多，枯枝落叶形成的腐殖质以胡敏酸为主，酸度较低，淋溶较弱，盐基饱和度高。富里酸土壤腐殖质的组成成分之一。颜色较浅，多呈黄色。主要由碳、氢、氧和氮等元素构成，碳氢比值较低。官能团中酚羟基和甲氧基的数目比较多。溶解能力强，移动性大，对某些土壤的淋溶和淀积起很大的作用。（3）不同植物带，发育不同土壤类型① 寒温带针叶林—灰化土② 阔叶林—淋溶土③ 高草原—黑钙土④ 温带干草原—栗钙土⑤ 半荒漠—灰色荒漠土2、微生物对土壤形成的影响：分解有机残体、释放能量和养分；参与腐殖质合成。3、动物对土壤形成的影响：（1）原生动物、土栖昆虫、蚯蚓、鼠类。（2）残体为土壤有机质来源。（3）破坏、翻动、搅拌、疏松、搬运土壤。（四）地形因素1、影响温度：高度不同、植被不同、土壤不同。2、支配地表径流：平原地形湿度稳定，岗丘地形洼地过湿。3、影响母质分配：山地、台地上部为残疾母质，山前为洪积冲积物；从高低到洼地土壤质地由粗变细。4、影响土壤发育过程：地壳升降引起侵蚀与堆积变化，进而影响土壤发育。地形山顶岗地冲沟洼地土壤多砾石粗骨土、石质土地带性土壤半水成土

潮土

草甸土水成土

沼泽土（五） 时间因素土壤的年龄土壤发生发育时间的长短，称为土壤的年龄。通常把土壤年龄分为绝对年龄和相对年龄。1、土壤绝对年龄：土壤在新风化壳上开始发育到目前所经历的时间。土壤绝对年龄的测定①14C同位素测年法，测定土壤含碳物质的放射性14C和稳定性12C的比值，来确定土壤绝对年龄。②孢粉分析法，提取成土过程中存留于土壤中的植物花粉和孢子，鉴别植物建群种，推断当时土壤环境距今的年代。以南京地区土壤的孢粉分析和14C测定为例在近3300年以来的植被为松一栎一蒿一蕨为主的暖温带一亚热带森林草地，土壤为黄棕壤；8800～14600年前为栎一松一蒿占优势的针阔混交林，应属棕壤；14000～18700年前为松一杂草一蒿类，温带一暖温带干冷气候的森林草原，可能发生褐土型土壤。③热释光测年龄技术，利用土壤中石英结晶体的热释光特征与放射性核素的衰变特征测定土壤绝对年龄。石英晶体的绝对年龄=石英结晶体积存的热释光量/各类辐射在结晶体中每年产生热释光量之和沉积物及土壤的碎块石英结晶体晶格中的贮能电子可贮存晶体所接受的辐射能，一经热刺激，即能放出光子，成为晶体热释光，石英的高温区热释光峰具有测年意义，可测定数百万年的年龄，此法适用于有机质及碳酸盐少的土壤，样品应保存于暗处。④地层学断代法，鉴别埋藏土、残余土壤及散布在整个土壤剖面的残遗特征，对判断古地理环境和土壤形成历史有一定依据。这些残遗特征包括动植物化石、粘土矿藏、冰川遗迹、水成特征（粘盘层)、古代文化残遗物等。黄土高原的午城黄土中有早更新世的长鼻三趾马和中国貉化石；离石黄土中有中更新世早期的大角鹿、裴氏转角羚羊、丁氏鼢鼠等化石、晚期的方氏鼢鼠和短尾兔等化石；马兰黄土有晚更新世的鸵鸟蛋碎片化石。⑤古地磁年代测定，用无定向磁力仪测定土壤或古土壤的磁化率和天然剩余磁化强度，根据土壤中磁性矿物含量、天然剩余磁性和化学剩余磁性的强度，反映土壤形成的风化强度，并结合土壤的粘化程度和硅铝率等化学风化特征，判断土壤的年龄。2、土壤相对年龄：土壤发育阶段或程度。一般用剖面分异程度加以确定，无具体年份。在一定区域内，土壤的发生土层分异越明显，相对年龄越大。如从A-C剖面构型到A-B-C剖面构型，相对年龄的次序越来越大。3、最年轻的土壤—冲积土4、最古老的土壤—第三纪已经存在，绝对年龄数千万年5、西北地区的黑钙土、栗钙土、灰钙土、黑垆土等，多分布在黄土沉积区，厚度2—3米，成土年龄可达1.2万年，其下部的古土壤成土年龄可达数十万年。（六）人类活动对土壤形成和演变的影响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

。人为活动的影响有两重性可以产生正效应（高度熟化），也可能产生破坏性的负效应（剥削地力、加速侵蚀、沙化、污染）。*加速演化：自然土壤--耕作土壤*改变方向：荒漠土壤--绿洲土壤*改变肥力：褐土---(土娄)土*消除障碍层：粘盘层、流沙层、铁盘层、白土层三、土壤形成的基本规律自然土壤形成的基本规律是物质的地质大循环与生物小循环过程矛盾的统一。1、地质大循环：指营养元素在陆地与海洋之间循环的过程。使营养元素从封闭不溶态变成可溶态，实现了营养元素的释放。结晶岩石矿物在外力作用下发生风化--细碎而可溶的物质，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。2、生物小循环指营养元素在生物体和土壤之间循环变化的过程。植物吸收利用大循环释放出的可溶性养分----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的分解作用下，又重新变为可被植物吸收利用的可溶性矿质养料。3、地质大循环使岩石风化为成土母质，是植物养分的释放、淋失的过程。4、生物小循环是植物养分元素的积累过程，由于有机质的积累、分解和腐殖质的形成，发生和发展了土壤肥力，形成土壤。营养元素：土壤中含有的元素很多，元素周期表中的元素几乎都能在土壤中发现，但主要的只有20几种生物体中含有90多种元素，但植物必须营养元素只有17种：C、H、O；N、P、K；（大量元素：占植物体干重的千分之几）Ca、Mg、S；（中量元素）Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Ni、B、Cl（微量元素）四、主要成土过程土壤形成过程就是在土壤形成因素综合影响下，形成土壤肥力特征和剖面形态的持续过程,也是物质和能量的转化过程。（一）原始成土过程从岩石露出地表而有微生物着生开始到高等植物定居之前的过程，称为原始成土过程。原始成土过程基本可分三个阶段“岩漆”阶段----自养型微生物出现首先是出现自养型微生物的“岩漆”阶段；“地衣阶段”----异养型微生物着生各种异养型微生物，如细菌、粘液菌、真菌、地衣共同组成的原始植物群落，着生于岩石表面与细小孔隙中，通过生命活动使矿物进一步分解，使细土和有机质不断增加，即所谓“地衣阶段”苔藓阶段----生物风化与成土过程的速度大大加快，为高等绿色植物的生长准备了肥沃的基质。（二）灰化过程1、概念：在冷湿的针叶林生物气候条件下产生酸性淋溶的一系列过程。土体亚表层SiO2残留，氧化物及腐殖质淋溶淀积。2、形成条件：寒温带针叶林植被下3、灰化过程（1）较厚的枯枝落叶层在真菌分解下，产生强有机酸—富里酸。（2）有机酸溶液在下渗过程中，与土体上部的碱金属、碱土金属络合淋失。（3）土壤矿物中的硅、铝、铁发生分离，铁铝胶体遭到淋溶，并淀积于土体下部。（4）SiO2残留在土体上部，形成一个灰白色淋溶层。碱金属（alkalimetal）指的是元素周期表ⅠA族元素中所有的金属元素，目前共计锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）六种，前五种存在于自然界，钫只能由核反应产生。碱土金属指ⅡA族的所有元素，共计铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）、镭（Ra）六种，碱土金属在自然界均有存在，前五种含量相对较多，镭为放射性元素，由玛丽·居里（M.Curie）和皮埃尔·居里（P.Curie）在沥青矿中发现。（三） 粘化过程1、定义：土体中粘土矿物的生成和聚集过程。粘化过程的类型主要有残积粘化和移积粘化（即粘粒淋移淀积）两种。残积粘化过程形成条件：温暖的半湿润气候过程：原生矿物进行土内风化形成粘粒并聚集B层，形成粘化层Bt层的过程。移积粘化

（粘粒淋移淀积）形成条件：湿润和半湿润的温暖地带，过程：土体上层风化的粘粒随渗漏水活动而在土体内迁移，一般也称为悬迁作用或粘粒的机械淋洗。这种粘粒移动到一定土体深度，由于物理（如土壤质地较细的阻滞层）或化学（如Ca2+的絮凝作用）作用而淀积。（四）富铝化过程1、定义：土体脱硅富铝铁的过程。2、形成条件：热带、亚热带湿热气候条件下。3、富铝过程（1）原生矿物彻底分解，硅酸盐风化后释放出盐基离子、硅酸根离子、高龄石、铁铝氧化物等。（2）在弱酸性条件下，盐基离子、硅酸根离子淋失。（3）铁铝氧化物不受淋洗（PH小于4.5时才移动），相对富集。（4）土体呈红色，甚至出现大量铁结核或铁磐层。（五）钙化过程1、定义：碳酸盐在土体中的淋溶、淀积过程。2、形成条件：干旱半干旱气候条件下。3、钙化过程（1）季节性淋溶，使矿物风化过程中释放的易溶盐类大部分淋失。（2）硅、铁、铝氧化物在土体中基本不动。（3）钙、镁元素在土体中发生淋溶、淀积，在土体下部形成钙积层。（六）盐渍化过程1、定义：土体上部易溶性盐类的聚集过程。2、形成条件：干旱半干旱地区3、盐渍化形成过程地下水中的易溶性盐类，通过毛管蒸发而在土壤表层和土体上部进行积累的过程（七） 碱化过程（钠质化过程）1、定义：是指土壤吸收性复合体为钠离子饱和的过程。2、土壤吸收性复合体上，交换性钠，达到阳离子交换量的30%以上，土壤pH大于9，呈碱性反应，土壤粘粒被高度分散，造成湿时泥泞，干时坚硬，土体内闭结，少大空隙，土壤物理性质恶化。种类：Na2CO3(食用碱)、NaHCO3（小苏打）往往和盐化过程相伴而生。（八） 潜育化过程1、定义：低洼积水地区土体发生的还原过程。2、形成条件：土层长期被水浸润，空气缺乏，处于脱氧状态。3、潜育化过程（1）有机质分解过程中，产生较多还原物质。（2）高价铁锰转化为亚铁锰，产生菱铁矿(FeCO3)等次生矿物，从而使土体染成灰蓝色或青灰色，形成潜育层。出现于沼泽化土壤、质地粘重的草甸白浆土和部分排水不良的水稻土中。（九）潴育化过程（假潜育过程）1、定义：土壤形成中的氧化--还原过程。2、形成条件：渍水经常处于变动状况下，土体中干湿变化、氧化还原交替比较明显，可发生在直接受地下水浸润的土层，地下水雨季升高、旱季下降，土层干湿交替。3、潴育化过程