成信工自然地理教案06土壤圈

第六章土壤圈1、基本要求⑴了解土壤圈的物质组成及特性=2\*GB2⑵掌握土壤形成与地理环境间的关系=3\*GB2⑶熟悉土壤类型以及空间分布规律=4\*GB2⑷掌握土壤资源的合理利用与保护2、教学重点与难点教学重点：土壤的物质及组成特性、土壤形成与地理环境的关系、土壤类型的空间分布教学难点：土壤的物质及组成特性3、教学学时：6学时4．教学内容6.1土壤概述1、什么是土壤？回顾：什么是风化壳？土壤是陆地表面能够生长植被的疏松表层。是风化壳表层由大气、水、生物、岩石圈相互作用的结果。[讲述]土壤是岩石圈顶部经过漫长的物理风化、化学风化和生物风化作用的产物。物理风化的本质是将地表整块岩石物理分解成大量小碎屑的过程；化学风化则是在水和大气中氧、二氧化碳的作用下使造岩矿物分解，形成以粘土矿物为主的松散物质，即通常所说的风化壳。生物在土壤形成过程中的意义更为关键。生物的风化作用是通过生物新陈代谢和生物死亡后生物降解作用实现的。生物腐烂形成腐殖质，增加了N、P、K和碳水化合物等养分，使风化壳最终形成土壤。•2、土壤的基本属性——土壤肥力张家界武陵源风景区石头上长树的奇观是什么原因？土壤肥力：土壤为植被生长不断地供应和协调养分、水分、空气和热量的能力。[资料]我国的北大仓：东北平原位于我国东北地区，是中国第一大平原。东北平原以黑土著称。黑土含有大量有机质。建国后，经过大规模的开发，把东北平原建成了全国最重要的粮食产地。北大仓以前叫什么？“北大荒”之称由来已久。清代一位著名诗人曾赋诗描绘“北大荒”情景：“百里无人断午烟，荒原一望杳无边”。1947年解放军第一支垦荒部队开进北大荒腹地，创立了第一个“公营农场”，50年代中期王震将军率转业官兵进军北大荒，60年代支边青年、知识青年投身垦荒事业，90年代十数万省内外农民挥汗黑土地，历经半个多世纪艰苦奋斗、开发建设，昔日的北大荒，如今已是良田无际，稻麦飘香，城镇相望的北大仓。大豆和玉米等的产量在全国占重要地位。[继续举例]这样一组数据，1980年至2003年，我国粮食产量提高了34.4%，而同期化肥投入量增长了248%。目前，中国的粮食总产量已跃居世界首位，彻底改变了旧中国多数人口长期处于饥饿半饥饿的状况，创造了以占世界7%耕地解决占世界22%人口吃饭问题的奇迹。——土壤有效肥力包括自然肥力和人工肥力。[资料]取得这一成就的重要原因之一，是化肥和农药的大量投入。目前，我国已是世界上化肥和农药使用量最多的国家。据联合国粮农组织统计，2003年我国化肥的消费量已占世界总消费量的28%，其中与环境污染密切相关的氮肥消费量高达30%。虽然谷物单产较高，但农业污染严重。多数湖泊达到了中度或重度富营养化，许多地方地下水的硝酸盐含量超过饮用水的质量标准，农村大气的氨浓度明显偏高，温室气体氧化亚氮的排放量估计已占世界总排放量的约30%，受到国际关注。因此，继续通过加大化肥农药的投入以争取高产，将不可避免地进一步恶化生态环境，得不偿失。•3、土壤肥力与土壤物质组成[讲述]土壤肥力几因素是以固、液、气三相存在的，它们有机联系、相互转化。A、土壤矿物质：原生矿物（各种岩石受到不同程度的物理风化，而未经化学风化的碎屑物，土壤中的粉沙粒和砂粒几乎全是原生矿物）和次生矿物（由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，是土壤物质中最小的部分）——南方红壤思考：土壤矿物质在土壤肥力中的作用？——直接影响土壤的物理、化学性质（如砂土类土壤，表示土壤中空隙较大，较疏松，水易渗入流出，通气性能好，但保水保肥性能差；土壤黏性很强，如黏土类土壤，表示土壤空隙较小，保水性能好，但通气性能较差。），是作物养分的重要来源（土壤的矿物质组成极其复杂，几乎包括地壳中所有的元素。在这些元素中，以氧、硅、铝、铁等四种元素含量最多，约占土壤矿物质总量绝大比重，其余的还有氮、磷、钾等植物生长必须的矿物质元素，当然还包括镉、铅、汞、砷等有毒矿物质。据说，北京同仁堂出产的银翘解毒片，被台湾的药物食品检验局查出砷的含量偏高，长期服用有引起重金属中毒的危险。于是就被有些人攻击，说中药有毒。错了，因为台湾的粮食、蔬菜、水果、鱼类、肉类里，以及草药里也含有镉、铅、汞、砷因为凡是地球生产的粮食、蔬菜、水果、鱼类、肉类里，以及草药里都含有镉、铅、汞、砷。）B、土壤有机质：动植物残体及中间分解产物、腐殖质（在从地表向下的土壤纵剖面即土壤剖面的上部，一般都有腐殖质聚积层A，腐殖质是指新鲜有机质经过微生物分解转化所形成的黑色胶体物质，一般占土壤有机质总量的百分之八九十以上，向下为过渡层B，再向下为母质层，母质层是由未受成土作用影响或影响甚微的风化残积物或堆积物所组成，是形成土壤的母体或基础。）——腐殖质与黑土[结合图片]图上的拖拉机在干嘛？——秸秆还田——秸秆还田：可使土壤越来越肥，为什么？[总结]秸秆中含有氮、磷、钾、钙、镁、硫等作物必需的主要营养元素，而且有机质的含量也很高。秸秆还田可以促进土壤养分转化，增加有机质和腐殖质含量，改善土壤理化性，增强土壤调节水、肥、气、热的能力。——腐殖质的作用：1、作物养分的主要来源腐殖质既含有氮、磷、钾、疏、钙等大量元素，还有微量元素，经微生物分解可以释放出来供作物吸收利用；2、增强土壤的吸水、保肥能力腐殖质是一种有机胶体，吸水保肥能力很强，为一般粘粒的吸水力和肥能力是粘粒的6一10倍；3、改良土壤物理性质腐殖质是形成团粒结构的良好胶结剂，可以提高粘重土壤的疏松度和通气性，改变砂土的松散状态。同时，由于它的颜色较深，有利吸收阳光，提高土壤温度；4、促进土壤微生物的活动腐殖质为微生物活动提供了丰富的养分和能量，又能调节土壤酸碱反应，因而有利微生物活动，促进土壤养分的转化；5、刺激作物生长发育有机质在分解过程中产生的腐殖酸、有机酸、维生素及一些激素，对作物生育有良好的促进作用，可以增强呼吸和对养分的吸收，促进细胞分裂，从而加速根系和地上部分的生长。[资料]每年夏秋收获时节，大量的秸秆堆放在田间地头、路边树旁，得不到及时妥善处置。一部分作饲料或燃料运回家，其余一大部分秸秆采用就地集中焚烧的办法。秸秆燃烧还会产生浓烟，污染大气环境，危害人民群众的身体健康，影响农田附近的机场，公路，铁路的正常交通运输。前几年因烧秸秆，成都机场，长沙机场的飞机都发生无法起飞而延误时间。C、土壤水分•吸湿水：土壤颗粒表面张力吸附的水•毛管水：毛管孔隙中毛管力吸附的水分（毛管上升水、毛管悬着水：最大的毛管悬着水为田间持水量）[注]盐碱化:土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程。•重力水：超过田间持水量沿毛管孔隙向下移动的水思考：水分在土壤肥力中的作用？（本身就是一个重要的肥力因素，不仅是植物生活必须的生态因子，也是土壤生态系统中物质和能量流动的介质）土壤水分越多还是越少好？土壤有效水分：调萎系数——田间持水量---------珍惜水资源[讲述]在世界面临的人口、资源和环境三大课题中，水成为最为关键的问题。以色列地处中东地区东部，沙漠面积约占三分之二。淡水资源奇缺是以色列的一大特点。然而，20世纪60年代以来，随着以色列著名的滴水灌溉技术的发明和发展，以色列农业在世界上创造了一个沙漠农业的“神话”。（滴灌”指在地表或地下铺设管道，在作物根部通过小孔滴水灌溉）塔克拉玛干沙漠公路1995年国庆节前全线建成通车，南北纵贯塔克拉马干沙漠，全长522公里，是世界上穿越流动沙漠最长的等级公路。塔克拉玛干沙漠公路绿化带滴灌-世界最长的沙漠公路滴灌绿化工程，已申请世界吉尼斯纪录。[资料]我国是一个缺水的国家，人均水资源不足世界人均水平的1/4。随着人口增加过量放牧等，使我国绝大部分可利用草原不同程度地退化（仅仅几百年的时间,水草丰美的鄂尔多斯草原和科尔沁草原，就变成了今天的毛乌素沙地和科尔沁沙地。），我国荒漠化土地的面积以每年3000多km2的速度扩展，现在全国沙漠化的土地面积已超过了全国耕地面积。由于放牧和开垦，有专家预言：如果人们不能采取有力措施改变沙进人退的被动局面，200年后中国将无耕无种。其实，荒漠化地区的自然条件并非全是不利用因素，这类地区日照充足、太阳辐射强、昼夜温差大，具有发展高效农（牧）业有利因素，惟独缺水。——一旦解决了水利灌溉问题，就可以将这些沉睡的自然资源解放出来为人类造福。翻开中国地图就不难看出，在中国广大的荒漠化地带，不仅有众多的雪山星罗棋布，还有黄河蜿蜒其间，这些雪山和黄河，不停地向荒漠地带补充地下水。如果人们能像以色列那样高效利用这些宝贵的地下水资源，中国的荒漠化地区将会形成很多个新的经济增长点。D、土壤空气：土壤孔隙中存在的各种气体混合物（02、C02、水汽、氮气）土壤空气与肥力：土壤空气对作物种子发芽、根系发育、微生物活动及养分转化都有极大的影响。生产上应采用深耕松土、破除扳结、排水、等措施，以改善土壤通气状况，促进作物生长发育。•4、土壤组成物质之间的协调（土壤各种组成物质之间物质交换与能量转化，其结果形成了一些具特殊功能的物质综合体，如土壤腐殖质、土壤胶体、土壤溶液等）A、土壤质地:大小不同土粒不同组合反映的土壤粗细状况。（国际上划分有多种标准，如国际制和美国制采用三级分类法，即按砂粒、粉沙粒、粘粒三种粒级的百分比，划分为砂土、壤土、粘壤土、粘土四级，我国的土壤质地分类，以往采用国外划分标准，近年来拟定了我国土壤质地的分类标准，见表）土壤质地影响土壤水分、空气、热量运动和土壤结构类型：1）砂质土壤：透水通气好，土壤增温和有机质矿化快，砂质土壤粒径越大，越不容易形成水稳性团聚体，保水保肥能力差，易旱；2）粘质土壤：透水通气差，土壤增温和有机质矿化慢，含粘粒高的土壤越容易形成水稳性团聚体，保水保肥能力好；3）壤土：透水通气良好，土温比较稳定，保水保肥能力良好，易于多种作物生长。[资料]水蚀荒漠化分布规律明显地表现出与土壤质地的紧密相关性，黄土高原北部与鄂尔多斯高原过度地带，既具有黄土丘陵的剧烈起伏地形，丘陵表层又覆盖着深厚疏松、抗蚀力极低的沙质土壤，同时，人口密度较大，超载放牧和垦植指数过高，导致这一地区成为水蚀荒漠化程度最为严重的地区，成为黄河泥沙的主要来源区域之一。B、土壤胶体:高度分散粒径在1—100nm之间的颗粒–土壤胶体种类：矿质胶体、有机胶体、有机无机复合胶体–土壤胶体性质：巨大的比表面和表面能（比表面越大，表面能也越大，吸附能力也愈强。）、带电性（由于土壤胶体带电，可以从土壤溶液中吸附离子状态的养分）、分散和凝聚性（通常土壤胶体是带负电荷的，是相互排斥的，但当这种负电动电位降低到小于分子引力时，胶体就会相互凝集形成凝胶。在土壤中土壤胶体处在凝胶状态时，有利于水稳性团粒的形成，有利于改善土壤结构。向溶液中加入多价离子就能降低负电动电位促使胶体凝集，所以向土壤中施用石灰能促进胶体凝集，有利于水稳性团粒的形成，对改良土壤结构有良好作用。）–土壤的离子交换（吸收性能）：阳离子交换、阴离子交换（因为土壤具有吸收性能，所以我们施用的肥料都能长久的保存在土壤中，而且随时能释放出来供植物吸收利用。）C、土壤溶液:土壤中水分极其所含溶质（如气体、无机盐类、有机化合物、无机胶体类等）的总称（土壤溶液是一种多相混合液，因此具有如下的性能）•土壤的酸碱反应（土壤酸度包括活性酸度和潜在酸度）[资料]我国土壤酸化、盐渍化和荒漠化等土壤生态问题日趋严重，酸雨频率和降水酸度呈上升趋势，影响面积不断扩大，已占我国国土面积的1/4。长期的酸雨加速了土壤的酸化过程，导致农业生态环境急剧恶化。（土壤中含有大量铝的氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。酸雨还能加速土壤矿物质营养元素的流失，改变土壤结构，导致土壤贫脊化，影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产。）•土壤的氧化还原反应（在通气良好的情况下，铁、锰、氮、硫、磷、碳等常以高价态存在，有利于植物的吸收，土壤滞水时变为低价，有效性降低并对植物产生毒害）•土壤的缓冲性能（缓冲酸碱的能力，缓冲性主要来自土壤胶体所吸附的阳离子和土壤中所含的弱酸及其盐类，土壤缓冲性可使土壤避免因施肥、有机质分解等引起土壤酸碱度的剧烈比那化，对植物正常生长具有很重要的意义）6.2土壤形成与地理环境之间的关系•我国领土辽阔，在这广大的土地上，土壤也丰富多彩，从北方草原肥沃的黑土到南方贫瘠的红壤。那么，这种分布与什么因素有关？——气候、生物等•目前，中国石漠化面积已经超过３０万平方公里，中度以上的石漠化面积约１１万平方公里，并以每年２％－４％的速度扩展。石漠化的成因是怎样的，石漠化与土壤的关系怎样？——母质、人为因素等6.2.1成土因素对土壤的作用•1、土壤发育与成土母质[资料]盘县八担山片区是典型的重度石漠化地区，山上土层被雨水冲刷所剩无几，碳酸钙岩石大量裸露，白花花的石山头绵延不绝，令人振颤。我国西南地区广泛分布着碳酸盐岩石，喀斯特地区化学侵蚀速率远大于物理侵蚀速率，即岩石被风化后，溶解于水然后被流走的部分远大于以泥沙形式保留或被搬运的部分。据研究，这个地区形成１厘米厚度的土壤需要2000年至3000年甚至更长的时间。喀斯特地区成土难，保土更难，特别是人为活动的干扰和酸性降水的影响，喀斯特地区的侵蚀作用具有增强的趋势。目前喀斯特区域的表层土粒处于减少阶段，即土层处于负增长状态，促成了岩石裸露的石漠化趋势。造成了大规模的石漠化。[总结]–土壤的骨架（形成土壤的基础物质,风化作用使岩石破碎，理化性质改变，形成结构疏松的风化壳，其上部可称为土壤母质。如果风化壳保留在原地，形成残积物，便称为残积母质；如果在重力、流水、风力、冰川等作用下风化物质被迁移形成崩积物、冲积物、海积物、湖积物、冰碛物和风积物等，则称为运积母质。）–养分的最初来源–在生物、气候条件相同的情况下，母质影响土壤性质、土壤肥力特征甚至土壤类型母质对土壤的物理性状和化学组成均产生重要的作用，初期阶段最为显著。随着成土过程进行得愈久，母质与土壤间性质的差别也愈大，尽管如此，土壤中总会保存有母质的某些特征。土壤性质如上述的石漠化；土壤肥力包括几个要素，母质可以影响土壤的养分状况和质地等，如残积母质、坡积母质；土壤类型：热带亚热带地区地带性土壤为红壤、砖红壤，但在石灰岩上和紫色岩上发育的土壤，因含大量碳酸钙，阻滞和延缓了富铝化作用的进行，发育为石灰土和紫色土。）[资料]紫色土，系侏罗纪、白垩纪紫色砂岩、泥岩风化而成。主要分布于四川盆地低山和丘陵上，是四川分布面积最广的土壤之一。紫色土易遭侵蚀，但紫色岩易风化，土层更新快，因而长期保持初期发育阶段。土壤有机质积累不高，但因母质原因，土壤矿质养分含量较高，因而仍不失为一种良好的农用土壤。•2、土壤发育的气候因素–矿物风化、淋溶（回顾风化壳）–控制着植物和微生物的生命活动，影响土壤有机质的积累和分解（在寒冷的气候条件下，一年中土壤冻结达几个月之久，微生物分解作用非常缓慢，使有机质积累起来；而在常年温暖湿润的气候条件下，微生物活动旺盛，全年都能分解有机质，使有机质含量趋于减少。——黑土与红壤比较）•3、土壤发育的生物因素–有机质的来源和数量木本植物：常绿阔叶林>落叶阔叶林>寒带针叶林；草本植物：草甸>草甸草原>草原>干草原>荒漠–地带性土壤有着特定的植被类型温带植被与土壤类型举例：从沿海——内陆：针叶林（灰化土，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，土壤产生强烈的酸性淋熔）；阔叶林（淋溶土，包括棕壤和黄棕壤、褐土。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，淋溶作用无针叶林强）；高草草原（黑钙土，植物根系较深，形成很厚的腐殖质，灰分含量高；与黑土区别在于黑色腐殖质之下有明显的灰白色钙积层）；矮草草原（栗钙土，生物量减小，较强的微生物风界使有机质积累量不如黑钙土，由于气候更趋干旱，所以石灰（CaCO3）积聚的层位更高，积聚量更大，多于黑钙土）；半荒漠（灰色荒漠土，机质积累量更少，石灰（CaCO3）积聚的层位更高）•4、土壤发育的地形因素–物质在地表进行在分配地形山顶岗地低地洼地质地粗细养分少多土层薄厚土壤多砾石的粗骨土、石质土地带性土壤半水成土(潮土、草甸土)水成土(沼泽土)–光热、水分差异——垂直地带性和坡向差异——举例：广西九万山土壤垂直带谱；坡向差异：在两者分布的过渡地区，往往因地形引起的水分差异而相互镶嵌分布，如阴坡发育黑钙土而阳坡发育成为栗钙土。•5、土壤发育的时间因素当我们肯定了土壤是上述母质、气候、生物和地形等综合作用的产物，就必须承认它们对土壤形成的综合作用的效果是随着时间的增长而增强的。具有不同的年龄、不同发生历史的土壤，在其它因素相同的条件下，必然属于不同类型的土壤。绝对年龄：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。[举例]北半球现存的土壤大多是在第四纪冰川退却后形成和发育的。高纬地区冰碛物上的土壤绝对年龄一般不超过一万年,低纬未受冰川收用地区的土壤绝对年龄可能达到数十万年至百万年,其起源可追溯到第三纪。相对年龄：土壤的发育程度（剖面分异程度）幼年土壤发育阶段：A层出现，有机质在表土积累、剖面分化为A层和C层，化学-生物风化作用与淋溶作用很弱，土壤的性质在很大程度上还保留着母质的特征；成熟阶段：B层出现，易风化的矿物质强烈分解，在淀积层中粘粒大量积聚；老年阶段：矿物质分解进入最后阶段，只有抗风化最强的矿物残留在土体中，出现E层，并使A层和B层的特征发生显著差异，这一阶段土壤的肥力和自然生产力都明显降低。•6、人类生产活动对土壤形成和演变的影响——影响是快速的，并随着人类社会的生产力和技术水平的提高，其影响的速度、强度都将加快–正效应：高度熟化：耕作土剖面（耕作层、梨底层、心土层、底土层）–负效应：剥削地力、加速侵蚀、沙化、污染[资料]北大仓要退耕还“荒”：“北大仓”由于过度开荒，水土流失严重，骄傲与自豪的黑土地已越来越少，目前黑土区耕地表层有机质含量与开垦初期相比下降了一半以上。（原因：东北地区年均降水不多，但集中在夏季，多以暴雨形式出现，由于地表植被遭受破坏，使得径流集中，冲刷力强，土壤遭受水蚀剧烈。春季积雪融化时产生的融雪径流，在黑土解冻时，土壤融化一层就被冲刷一层。这种冻融侵蚀的现象十分严重。如今，在黑土区水土流失严重的地方，竟可以看到与未曾整治的黄土高原类似的景象：一马平川的大地沟壑纵横！）6.2.2土壤形成的基本规律•地质大循环与生物小循环的统一土壤形成过程是建立在地质大循环（营养元素的释放和淋溶过程）与生物小循环（营养元素被生物吸收积累和释放过程，是地质大循环地表物质运动的一部分）的基础上的。地质大循环使营养元素不断向下淋失，而生物小循环却从地质大循环中不断的积累生物所必需的营养元素。在地质大循环和生物小循环这一对矛盾相互作用、不断发展的过程中，土壤肥力也得到不断发展。6.2.3主要的成土过程1、原始成土过程——冰雪覆盖、寒冷干燥“岩漆”阶段：自养型微生物出现；“地衣阶段”：接着是各种异养型微生物，如细菌、真菌、地衣等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；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。2、腐殖质化过程——最普遍的一种成土过程（如灰化土、暗棕壤、黑钙土、红壤）—暗色的腐殖质A3、粘化过程——温湿区——结合表[举例]温带湿润季风气候和针阔混交林下发育形成的。暗棕壤有一定的向下淋溶作用，在AB或B层中可见到较明显的粘粒增多现象，但不如棕壤明显。土壤中的铁在嫌气条件下可以还原成亚铁向下移动，在心土层中又重新氧化而沉淀并包被在土粒表面，使之成为棕色。4、钙化过程——干旱半干旱区——结合表[举例]黑钙土是温带半湿润地区草甸草原植被下形成的土壤，腐殖质层深厚，钙积层较深。与黑土的差别，在于黑色腐殖质之下有明显的灰白色钙积层。5、富铝化过程——湿热区——结合表在湿热的生物气候条件下进行的脱硅作用和铁铝相对富集的作用。1）富铁化的富铁铝化过程：土壤中的可溶盐和碳酸盐彻底淋失，交换性盐基中度淋失，部分二氧化硅释放并被淋溶，氧化铁经释放、沉淀、脱水而形成褐铁矿包膜或结核的作用。由于这种作用的结果，是土壤呈红色，故又称红化作用。2）砖红壤式的富铁铝化过程：土壤中可溶盐和碳酸盐彻底淋失，交换性盐基强度淋失,大部分二氧化硅及少量铁、铝氧化物淋溶，大部分铁铝氧化物形成结晶态针铁矿、赤铁矿及三水铝石而被高度富集的作用。砖红壤是热带雨林、季雨林下生成的强烈脱硅富铝化的深厚红色土壤。6、盐化过程——干旱、半干旱气候条件下，地下水中的中性盐分（K+、NaCl、NaSO4、Ca++、Mg++）通过毛管蒸发而在土壤表层和土体上部进行积累的过程。7、碱化过程——土壤吸收性复合体为钠离子饱和的过程，又称钠质化过程。种类：Na2CO3、NaHCO3

，此时土壤呈强碱性反应。（造成湿时泥泞，干时坚