土壤学教学课件第八章成土因素和土壤形成过程

气候对土壤形成的影响

气候对土壤形成影响主要体现在以下几个方面：控制着土壤形成的方向及地理分布气候因素主要是水热条件，水热条件是所有形成因素中最活跃的因素，因为：它直接决定了土壤的水热状况，进而影响土壤中一系列物理、化学和生物过程的方向和强度。据报导，温度每增加10℃，化学反应的速率就增加1-2倍。它还对植物、地形、母质等其它成土因素产生影响。从而对土壤形成产生间接影响。

所以气候因素是直接和间接影响成土过程方向和强度的基本因素。

我们知道，气候在水平和垂直方向上均有一定的分布规律性，例如从北到南、从山下到山上有不同的气候类型。由于气候控制着土壤形成的方向，因此，在不同的气候就形成不同的土壤类型，使土壤也呈现出一定的水平和垂直分布规律影响风化壳类型及其厚度水热条件不同，土壤矿物质的风化方式和程度不同，因而形成的风化壳类型和厚度必然不同。从苔原带到热带森林或者从荒漠带的热带森林带，水热条件越来越好，对矿物的风化作用越来越强。

A.在苔原带和荒漠带，以物理风化为主，形成的风化壳较薄，而且多为岩石碎屑。

B.在热带雨林带，化学风化作用非常强烈。形成的风化壳厚度很大，而且岩石矿物风化程度较深，形成许多粘土矿物，主要是高岭石、铁铝氧化物。影响着土壤有机质的积累与分解在不同气候带，植被类型不同，那么每年植物生长量和进入土壤的残体量也不同，就森林来说，每年进入土壤的有机质残体数量是：热带雨林＞温带落叶林＞寒带针叶林按道理来说，土壤有机质含量应该热带砖红壤为最多，寒带灰化土为最低。其实不然，因为在不同的气候条件下，水热条件不同，土壤有机质分解的速率不同。一般来说，热带＞温带＞寒带。结果，虽然热带有机质累积较多，但因分解快而土壤有机质含量较少，而寒带有机质累积较少但因分解慢而土壤有机质含量较多。影响土壤内部物质迁移过程在不同气候带，由于水热条件不同，土壤内部物质的淋溶、淀积程度不同。在湿润地区，如在阔叶林和针叶林地区。由于土壤水分多，土壤的盐基离子（即K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+……）遭到淋溶，排出土体进入地下水。在半旱地区，如矮草地区。由于降水较少，土壤淋溶作用弱，只有易溶性盐分（如NaCl、KCl）遭到淋洗排出土壤，而CaCO3表层淋溶，下层淀积，出现一个碳酸盐淀积层。在干旱地区，如沙漠灌丛地区。由于降水稀少，土壤淋溶作用微弱，易溶性盐和CaCO3表层积聚，不发生移动。由此可见，随着气候由湿润到干旱，土壤内部物质的迁移是有规律的。物质的迁移必然影响到土壤的性质，如灰化土在湿润地区，盐基离子遭到强烈淋洗，土壤中H+多，必然呈酸性；在干旱地区，H+少必然呈弱碱性。生物在土壤形成中的作用生物也是土壤形成中的最活跃因素之一。因为生物的出现使土壤具有了肥力，使其成为一个独立的自然体。生物作用在土壤中的作用包括植物、动物和微生物在土壤形成中的作用。

（一）植物在土壤形成中的作用富积亲生性元素，利用太阳能合成土壤有机层所谓亲生性元素即指植物生长所必需的元素。在母质中，其亲生性元素是分散的，含量低，不能满足植物生长需要；另一方面，母质中缺乏某些亲生性元素，如母质中不含氮素，而氧素是植物生长所必需的。

鉴于以上原因，母质是不能生长植物的或者植物生长不好。自从出现了植物之后，才能把分散于母质、水圈和大气圈中的营养元素选择地吸收起来，富积于土壤表层，进一步为植物生长提供了充足的营养元素。植物，特别是高等绿色植物，能利用太阳能通过光合作用合成有机质，将大量的太阳能以有机质的形成累积在土壤之中。不同植被类型对土壤形成的影响不同①木本植物在成土作用的特点年凋落物总量大，且热带常绿林＞温带夏绿林＞寒带针叶林有机残体以枯枝落叶为主这是因为木本植物都是多年生植物，在其生长过程中，每年仅死亡其一小部分枝叶和花果，根系虽然伸展很深，但并不是每年死亡更新积存数土壤有机质。所以，木本植被的凋落物主要是枯枝落叶。土壤有机质表聚化由于木本植物主要以枯枝落叶的形式积累于土壤表层。在这一层，有机质含量相当高，但它的厚度不大，这种情况称为土壤有机质表聚化。灰分和氮素含量较低而单宁树脂类物质含量较高且针叶林较阔叶林更甚。所谓灰分是指植物残体经灼烧后残留下来的物质，主要是无机盐类。一般植物灰分含量不超过10％。木本植物灰分和氮素含量较低，针叶林较阔叶林灰分和N含量更低，这是木本植物化学组成上的一个特点。木本植物化学组成上的另一个特点是单树脂类物质含量高。木本植物化学组成上的这两个特点对于有机质的分解和土壤性质有巨大影响，现说明如下：单宁，树脂类物质极难分解，参与其分解的微生物主要是真菌。在真菌活动过程中，会产生一些酸性较强的有机酸。而木本植物灰分含量低即盐基离子少，不能有效地中和酸性物质，致使土壤呈酸性或强酸性反应。事实上也是如此，大多数森林土壤pH值都在酸性范围之内。刚才说过，针叶林灰分更少，而单宁树脂类更多，那么，土壤的酸性更强，在强酸性环境下，岩石矿物可以彻底分解，产生酸性淋溶，导致所谓灰化现象的发生。②草本植物在成土作用中的特点与木本植物相比较，草本植物在成土作用中具有以下几个特点：每年进入土壤的有机残体绝对数量少，且干草原小于草甸草原。有机残体以死亡的根系为主这是因为，草本植物大多数是一年生的，其地上部分和地下根系一起死亡，成为土壤有机质的主要来源。但是草原植物有机残体量主要是根系，一般根系重量占植物量的80-90％。土壤有机质层深厚，向下逐渐过渡。灰分和氮素含量较高而单宁、树脂类物质含量较低单宁树脂类物质少，易分解，适合细菌的活动。在细菌活动过程中，产生的酸性物质少，而且灰分含量高，酸性可以得到中和，一般土壤呈中性或微碱性反应。母质在土壤形成中的作用土壤是在母质上发育而形成的，所以母质物理化学性质必然影响着土壤的物理化学性质。母质的机械组成直接影响土壤的机械组成例如砂岩风化后形成的母质，石英颗粒较多，质地较粗，那么在砂岩风化物上发育的土壤一般来说，质地也较粗。相反，在泥页岩风化物上形成土壤，质地必然偏细。母质的化学组成影响着土壤的化学组成不同类型的母质其矿物化学组成不同，那么它必然影响土壤的矿物化学组成。例如在基性岩风化物上形成的土壤，盐基含量就高于酸性岩石风化物上形成的土壤。再例如，有些母质含有较丰富的养分，在此母质上形成的土壤同样也含有较丰富的相应的养分。如四川盆地广泛分布的紫色土，它发育在紫红色砂岩风化母质上，该岩石富含钾，表层含K可达2％以上。母质可影响土壤形成过程的速度岩石矿物风化一般要经过三个阶段：脱盐基阶段，即矿物的盐基被H+交换，形成可溶性盐被淋溶。如K2Al2Si6O16+HOH→KHAl2Si6O16+KOHKHAl2Si6O16+HOH→H2Al2Si6O16+KOH脱硅阶段：矿物中硅以游离硅酸形式被淋溶。H2AlSi6O16+5HOH→H2Al2SiO8·H2O+4H2SiO3富铝化阶段：矿物被彻底分解，氢氧化铝富集。H2AlSi2O8+4H2O→2Al(OH)3+2H2SiO3可见，矿物的最终风化形成是铁铝氧化物，呈红色。我国南方水热条件好，矿物风化进入第三个阶段，即富铝化阶段，北方水热条件较差，一般处于脱盐基阶段或脱硅阶段，如果矿物的盐基离子不脱完就不能进入第二阶段，硅脱不完就不能进入第三阶段。如果在石灰岩风化物上形成的土壤，Ca2+、Mg2+含量很高。在大量Ca2+、Mg2+淋失的同时，又有大量的Ca2+从岩石中溶解出来，补充到土壤溶液中，土壤溶液中Ca2+始终保持有较高的浓度。这样就会延缓土壤中盐基成分的淋失过程，即延缓脱盐基过程。如果脱盐基过程不彻底，富铝化过程就不能进行。其结果就延缓了土壤的形成过程，使土壤长期处于幼年期，表现出土层薄，pH值高等特点。母质对土壤形成的影响程度随着成土年龄的增长而减弱尽管母质对土壤形成有重大影响，但它不能决定土壤形成过程的方向，决定土壤形成方向的是生物气候因素。在同一气候带，无论是什么母质类型，最终应该形成同一个地带性土壤。之所以现代在一个生物气候带内有不同类型的土壤，是由于土壤发育一般处于幼年期，随着土壤进一步发展，各种母质上发育的土壤性质趋向一致。地形对土壤形成的影响影响成土母质的地表分异成土母质在地表的分异在很大程度决定于地貌状况。在不同地貌部位上常常出现不同的母质类型。如：风化产物迁移过程中，由于重力分异作用，首先沉淀下来的是较粗的砂砾，最后是较细的粘土质。地貌影响母质，故地貌也间接影响土壤的形成。影响地表水热条件的再分配在不同地貌部位（如不同高度、不同坡度、不同坡向）上，虽然处于同一气候带，其水热条件是不同的。这是由于：地形支配着地表径流，决定着地下水活动。在丘陵高地，坡度较大地表径流量大，下渗量少，因此，土壤就比较干燥，地下水位深。而在洼低地，其情况刚好相反。不同地貌部位对太阳辐射的吸收和地面辐射状况不同一般来说，南坡接收的太阳辐射量大，温度较高，北坡接收的太阳辐射量小，温度较低。盆地地形闭塞，地面辐射受阻，温度较高，如我国的四川盆地的重庆是三大火炉之一。地形影响土壤发育和分布由于不同地貌部位影响母质类型和水热条件，在不同母质类型和水热条件下可形成不同的土壤类型，所以，地形也影响土壤的发育和分布，在不同的地貌部位出现不同的土壤。在中小地貌横断面上，随地形起伏，母质和地下水的变化依次出现的有发生联系的一系列土壤，称为土链（soilcatena）。在不同地貌部位，由于成土条件的不同依次出现许多土壤，土壤与土壤之间有发生上的共轭关系。时间因素对土壤形成的影响任何土壤都是生物、气候和地形因素作用于母质因素经过不同时间的表现。也就是说母质、生物、气候和地形因素尽管相同，经历的时间不同，形成的土壤也有较大的差别，从这个意义上来说，时间也是土壤形成的一个重要因素。为什么经历的时间不同，形成的土壤不同呢？这主要有两方面的原因：

第一，生物、气候和地形因素作用于母质的时间越长，它们之间物质和能量交换的量越大，可以由量变到质变，转变为另一土壤类型。

第二，生物、气候、地形和母质因素并不是静止不变的，它们也每时每刻地发生着变化，对土壤的影响随时间的不同而不同，促使土壤发生变化。事实上，这两种情况都是存在的，不可分割。所以，通过研究土壤的形成年龄了解土壤与环境条件即成土因素相互作用的强度，帮助人们从动态的观点了解土壤形成过程的实质。那么怎样衡量土壤形成时间的长短呢？关于土壤形成时间的长短，威廉斯曾提出绝对年龄和相对年龄的概念。土壤形成时间长短的表示方法

1.绝对年龄

是指土壤在当地新母质上开始形成的时候算起直到现在的真实年龄。

好象人从降生时起，直到目前的时间。

确定绝对年龄的方法有C14同位素法，孢粉分析法等。

2.相对年龄

是指土壤的发育程度。

一般用剖面分异程度加以确定，土壤剖面发生层越多，厚度越大说明土壤的发育程度就越高，经历的时间越长，即相对年龄较大。相反，如果剖面分异不明显层次较薄者相对年龄就小。

这好象判断一位不相识的生人年龄，从他的头发颜色，面部皱纹的多少，腰是否弯曲及弯曲程度即可了解他的大致年龄，是属于青年、中年或老年。

一般来说，绝对年龄大，则其相对年龄也大，但由于成土条件与土壤作用的程度不同，有时并不一致。要特别注意。人为因素对土壤形成和演变的影响人类活动作为一个成土因素，与自然成土因素有着本质的区别，其区别在于以下几个方面：目的性社会性深刻性土壤的形成过程土壤形成过程的基本规律土壤形成过程的基本规律是地表物质地质大循环和生物小循环的对立统一规律地表物质的地质大循环①含义：指地表岩石经风化、搬运、堆积，在海洋底部固结成岩，再经地壳运动抬升出露地表，重新开始另一循环，这个循环过程称为地质大循环。②特点：岩石风化形成了土壤的基底物质——母质。岩石只有经过地质大循环才具有了一定的通透性和保肥保水能力，为土壤肥力发展提供了前提条件。B.其方向力图使土壤养分淋失，纳入新的地质大循环。从这一点来说，对土壤形成是不利的。C.其循环周期长、范围广。地质大循环周期很长，只能用地质历史时间来表示，而且影响的范围很广，涉及到陆地和海洋。生物小循环①含义：植物从土壤中选择吸收养分和水分并存储在活的生物体（植物、动物和微生物）内，再以有机残体的形式归还给地表，并经过微生物分解，将其所含的养分和水分重新释放出来进入土壤，开始新的另一循环。这个循环过程称为生物小循环。②特点：A.不是简单的重复过程而是螺旋式上升的。B.力图将各种养分物质保持在土壤中而避免流失。每经过一个生物小循环土壤表层的养分含量都有所提高。所以它不是一个简单的重复性循环，而是螺旋式上升的。可见这个循环可使土壤肥力不断提高。C.其循环快，范围小，效率高。生物体从生长发育到死亡被微生物分解这个过程较地层大循环来说短得多，多则几年到几十年，少则数月（如草本植物体），其循环周期短。而且影响范围较小，往往植物体就地死亡并被分解。由于它循环快，范围小所以它的循环效率也较高。地质大循环和生物小循环的关系总起来说，地质大循环和生物小循环的关系是对立统一的关系。①对土壤养分来说，两者的方向是相反的、矛盾的。这是因为地质大循环力图将土壤养分排出土体，纳入地质循环过程中，而生物小循环则力图将各种养分物质累积于土壤中免于淋失，所以，这两个循环就其进行的方向来说是相反的、矛盾的、对立的。②生物小循环是在地质大循环的基础上进行的。地质大循环使岩石形成土壤母质，为生物生活提供了前提条件。如果没有地质大循环就不可能有生物小循环。③从地质历史时间来看，生物小循环是地质大循环中的一个小规模循环。试想当海洋地壳上升时，大片陆地肯定要被海水淹没，生物小循环停止，进入地质大循环。④两者的对比关系共同决定着土壤的肥力状况如果生物小循环＞地质大循环，土壤肥力发展生物小循环＜地质大循环，土壤肥力减退生物小循环＝地质大循环，土壤处于平衡状态值得注意，土壤平衡也有多种情况。如果，在高寒地区达到土壤平衡，则属低水平土壤平衡，表现是长期土层薄、层次不明显、肥力低。在湿热地区达到土壤平衡，则属高水平土壤平衡，表现是土层厚、层次多，肥力高而且长期稳定少变。主要的成土过程原始土壤形成过程是土壤形成的起始点。在岩石表面或新风化物上出现低级植物（如地衣、苔藓及真菌等），它们使矿物分解，从中获得养分，供少量水分生长，形成原始土壤（如高山寒漠土、冰沼土等）。这些土壤的共同特点是：土层薄、无明显发生层次、有机质含量低、砾石含量高。2.灰化过程指土体表层SiO2残留，R2O3及腐殖质淋溶淀积的过程。这个过程发生在寒带和寒温带气候条件下，该地区生长的植物是针叶林。由于气温低，地表枯枝落叶分解慢，故地表枯枝落叶层很厚，层中含有大量的水分。另外针叶树中富含树脂、单宁物质，所以分解它们的微生物主要是真菌，在真菌分解单宁、树脂类物质时产生大量酸性较强的有机酸——富里酸，又因针叶树种含灰分盐基少，不能有效中和有机酸，使土壤呈强酸性。在强酸性作用下，土壤矿物被强烈破坏形成盐基、SiO2和R2O3等，在土壤呈强酸性的条件下，SiO2推动性弱而残留在土壤亚表层，R2O3活动性强在表层发生淋溶而在下层发生淀积。这种过程的结果使土壤亚表层SiO2含量相对增高，颜色变浅呈灰白色。3.粘化过程指土体中粘粒的形成和聚积过程。这个过程的结果使土壤中形成一个粘粒含量相对较高的层次，叫粘化层。在温带和暖温带湿润条件下，水热条件比较稳定，有利于原生矿物的分解，并形成大量的次生粘土矿物。土壤表层的粘粒在水分下渗时随水向下移动，下层淀积，而下层的原地生成的粘粒残留原地不动，结果使土体心土层出现一个粘粒含量相对较高的层次——粘化层。如河南省境内的棕壤和黄棕壤都有比较明显的粘化层。4.富铝化过程指土体中SiO2淋失，R2O3相对富积的过程，与灰化过程相反，结果形成一个富含铁、铝的红色土层。在湿热的条件，植物是阔叶林，阔叶林较针叶林含灰分较多，分解时既有真菌也有细菌。形成的腐殖质没有酸性较强的富里酸也有酸性较弱的胡敏酸，再加上分解释放的盐基较少能中和一部分有机酸使土壤呈酸性或弱酸性。原生和次生矿物彻底分解，形成盐基、硅酸和R2O3等物质。在弱酸性的条件下，SiO2和盐基大量淋失，R2O3则移动性很弱，保留在土体中，致使土体呈红色。如果这个过程进行了强烈位移形成铝土矿和铁盘，如热带森林条件的砖红壤就具有这种特征。5.腐殖化过程

指在各种植物作用下，在土壤表层进行的腐殖质形成和积累过程。我们在讲有机质分解转化时，曾提到在有机质矿质化的同时，又发生着腐殖质的形成过程，即腐殖化过程。其结果在土壤表层带出现一个颜色相对较暗，有机质含量相对较高的层次——腐殖质层。这个过程在所有土壤中都有出现，是一个普遍发生的成土过程，只不过是有些土壤强烈，有些土壤不强烈而已。如草原土壤腐残殖化过程非常强烈，形成的腐殖质层较厚而且含量较高。在荒漠地带这个过程很微弱，腐殖层很薄，含量很低，森林土壤则居中。6.泥炭化过程指土壤有机质以半分解有机残体形式在土壤中累积过程。这个过程的结果使土壤表层出现一个植物纤维还清晰可见，处于半分解（即没有完全分解）的有机质积累层——泥炭层。这个过程在沼泽地带常常出现。沼泽分布区一般来说气温较低，地表有常年积水。沼泽植物死亡后，有机残体进入土壤表层，而表层常年积水，土壤处于还原状态。在还原状态下，有机质进行嫌气分解，这种分解往往不彻底而且进行的速率很慢。在上年的有机残体没有被彻底分解之前，又有新的有机残体进入土壤。所以在土壤中积累的有机质都是分解不完全的半分解腐殖质，其纤维还可清楚看见。这个层次即泥炭层。7.钙化过程指碳酸盐（CaCO3、MgCO3）在土体中的淋溶淀积过程。其结果在土体中部往往形成一个富含碳酸盐的层次——钙化层。这个过程发生在半干旱草原地带，降水少，土壤淋溶作用弱，土体中只有易溶性盐如NaCl、KCL等在季节性降水时淋出土体。铅、铝、硅基本不发生移动，而Ca2+、Mg2+只部分发生淋溶，Ca2+、Mg2+从土壤表层向下淋溶到一定深度就淀积下来，形成钙化层。例如我省豫西地区的褐土即可见到钙化层。8.盐化过程指各种易溶性盐分在土壤表层逐渐积累的过程。这个过程使土壤表层易溶盐含量达到0.6％以上时即称的盐土，这个含盐较高的层次叫做盐化层。那么易溶性盐是如何积累到土壤表层的呢？有以下两种情况：①在滨海地区，土壤母质中就含有较多的NaCl易溶性盐，很易形成盐土。②在半湿润半干旱地区，