《自然地理学》：土壤圈的物质组成及特性

第六章土壤圈第一节土壤圈的物质组成及特性一、土壤及土壤肥力的概念1、土壤：土壤是指覆盖在地球表面上具有一定肥力并能生长植物的疏松层2、土壤的本质属性3、土壤肥力二、土壤圈在地理环境中的地位和作用土壤在自然地理环境中的位置三、土壤形态（一）土壤剖面1、土层（soilhorizon）——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。2、土壤剖面（soilprofile）——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。土壤剖面分层模式3、自然土壤剖面模式而O层（有机层）——土体上部的一种残落覆盖层。A层——土壤剖面表层，以腐殖质的积累为主要特征的土层。

特点：A、由于腐殖质包裹着土粒或土块，使该层颜色常较下面土层较暗，具有团粒状或粒状结构；B、疏松透水；C、含有较多的植物生长所必须的营养元素。D、腐殖质厚度与土壤肥力的高低有密切关系，因此常将其作为评价土壤肥力的标准和土壤分类的依据之一。（3）E层（淋溶层）——土壤剖面中由水分淋溶作用所形成的土层。

特点：A、主要特征是淋溶作用占优势，土壤物质在水分的携带下向下淋失。B、由于淋溶作用使得该层内植物的营养元素含量减少，质地较松，反应偏酸，肥力很低。C、发生强烈淋溶作用，粘粒、铁和铝的三氧化物与腐殖质一起大量淋失，石英等抗风化性强的砂粒或粉砂相对含量增加，出现一个颜色特别淡的灰白色层。(4)B层（淀积层）——土壤剖面中位于淋溶层之下的矿质土壤，是E层淋洗出来的物质沉淀和集聚的层次。

特点：A、强烈淀积作用是其主要特征。B、从淋溶层淋洗下来的可溶性物质，土壤胶体和细微物质在该层淀积，因此该层质地粘重，紧实不易透水，含养分较多。E、本层发育程度直接受淋溶强度的影响，淋溶作用愈强烈，淀积层愈明显。(5)Ｃ层（风化层或母质层）——指土体以下疏松的、尚未受到成土过程（特别是生物作用）影响的层次。特点：A、有些母质是原地基岩直接风化的产物（残积风化壳），而有些则是异地搬运沉积的物质（如河流冲积物，风砂堆积物和黄土等等）。B、上接淀积层，下接母岩，它是岩石风化物的残积物或运积物，未受成土作用的影响，基本上保持着母岩的特点。(6)R层（基岩层）——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。

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，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4、耕作土壤剖面模式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。（二）土壤的一般形态特征1、颜色：

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（照片10.43、10.45）。高度水化后的氧化铁（Fe2O3·3H2O）则偏黄色（照片10.44）。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（照片10.46、10.47）。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（照片10.48、10.49），原因是碳酸钙、石膏和可溶性盐的聚集。

D、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）（照片10.50）。2、土壤结构(1)概念土壤结构（soilstructure）——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。作为主要胶结剂的胶体物质有三类，他们的重要性顺序是腐殖质胶体>铁的氧化物胶体>粘粒胶体。(2)分类:土壤结构球状（粒状）板状（片状）块状柱状细分蔬粒状团粒状棱块状团块状棱柱状园柱状

土壤的基本结构类型(3)土壤结构的意义（三）土壤剖面的观测四、土壤物质组成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；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。（一）、土壤矿物质1、矿物质组成土壤矿物质——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：原生矿物、次生矿物。土壤发育阶段示意图（1）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。（2）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。（二）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、始残体及半分解的有机质；B、形成的腐殖质。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，其中以植物组织为主。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

<<森林植被生物量，但土壤有机质含量>>

森林有机质含量。因为：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，向下急剧减少，A层浅薄。

有机质在土壤中的类型及其转化关系4、有机物质的转化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。好气条件：厌气条件：B、腐殖化过程（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。腐殖质是棕色或暗棕色的无定形胶体物质。腐殖质胶体具有很强的活性，吸附能力特别大，同等重量的腐殖质吸收水分和保持养分的能力是矿质粘粒胶体的好几倍。腐殖质还是很好的“团粒促进剂”，发育良好的表土层的结构体大部分都是由腐殖质胶体粘结而成的。腐殖质作为胶膜涂在矿质颗粒的表面，能有效地掩蔽无机物的本色使土体颜色加深变暗。（三）土壤水分1、土壤水分类型（1）分类：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、膜状水、毛管水和重力水等类型。（2）系数：吸湿系数：土壤颗粒的表面有一些被紧紧吸附的水分子，它既不能被植物吸收，也难以自然蒸发，这部分水的含量称为吸湿系数。凋萎系数（或凋萎点）：土壤中一些极小空隙中和颗粒的周围水分不能被植物利用，这样植物会出现凋萎现象，此时的土壤含水量称为凋萎系数或凋萎点。田间持水量：饱和持水量（最大水量）：（3）土壤有效水范围：与质地的关系：2、土壤含水量

土壤含水量（%）=×100%土壤水分重量

土壤固相重量

（四）土壤空气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。土壤空气中的CO2含量比大气中的高，氧含量较低。土壤空气与大气成分的差异，导致两者之间的气体交换，CO2由土壤排出进入大气，O2由大气扩散进入土壤。从而形成一种动态的平衡关系。4、土壤空气的含量与土壤水分互为消长。五、土壤组成物质之间的相互作用（一）土壤机械组成1、土壤粒级土壤的粒级（soilseparates）——根据颗粒的大小进行分组，分别给予特定的名称，这些不同的组合就称为土壤的粒级。粒级通常是按照颗粒直径划分的。下表所列出的是国际土壤学会所建议的土壤颗粒分级方案。粒级名称直径（mm）砾石(stone)＞2.00

粗砂(coarsesand)2.00～0.2

细砂(finesand)0.20～0.02

粉砂(silt)0.02～0.002

粘粒(clay)＜0.0022、土壤质地（1）定义：土壤质地（soiltexture）——土壤中不同大小的分散颗粒的组成比例。（2）分类方法：通过粒级分析，确定了它各个粒级的含量比例（砾石不包括在内，另作单独的计算）；通过“土壤质地三角表”，查出其土壤质地类型的名称。（3）类型：A：砂质土类（sandysoils）—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。细分类:砂质土壤中可以区分出两种具体的质地类型：砂土和壤砂土。B：粘质土类（clayeysoils）——粘粒占优势的土壤属于粘质土类，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。C：壤质土类（loamysoils）——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。（二）土壤胶体的性质1、种类与结构2、性质3、离子交换作用（阳离子交换作用）（1）定义（2）特点（3）阳离子交换能力（4）阳离子交换量（5）盐基饱和度（三）土壤溶液1、土壤酸度(1)概念土壤酸度（soilacidity）——是指土壤溶液中氢离子（H+）的浓度，通常用pH值表示。