大学土壤学课件风化与土壤形成

第二章

岩石风化和土壤形成主要内容矿物和岩石风化土壤母质类型土壤形成土壤剖面及其形态特征

掌握风化作用的类型、风化产物的母质类型理解土壤的形成过程和实质。2021/10/10星期日1风化类型(weathering)

物理、化学及生物风化物理风化：机械崩解作用，由温度变化、水分冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川的摩擦力等物理因素的作用引起，使岩石由大块变成碎块，再逐渐变成细粒，其形状、大小改变(增大接触面)，为化学风化创造条件，但成分发生的变化很小。2021/10/10星期日2化学风化：化学分解作用，由水、二氧化碳和氧气等参与下进行的各种过程，包括溶解水化－矿物与水化合水解－由于水的H+从硅酸盐矿物中，部分取代了碱金属和碱土金属的盐基离子，生成可溶性盐类氧化－湿润条件下，含铁、硫的矿物，实质为强酸化过程。2021/10/10星期日3生物风化：生活在岩石表面和土壤中的各种生物的生命活动，可直接参与岩石矿物的分解破坏，且加强了物理和化学风化的作用。

含钾丰富的黑云母和长石易受到分解，是与细菌、真菌和藻类从中吸取钾素分不开的。2021/10/10星期日4岩石风化的产物可溶性盐：硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氯化物等。合成次生矿物：如伊利石、蒙脱石、高岭石等粘土矿物，以及铁铝的氧化物和氢氧化物。残余的碎屑：难风化的矿物和各种岩屑。

2021/10/10星期日5矿物风化的难易

影响因素：外界环境条件矿物的成分和结构在外界风化环境条件大致相同的情况下，常见的各种矿物抵抗风化的相对稳定性：

橄榄石(孤立的硅氧四面体通过盐基离子相互结合)<辉石(硅氧四面体单链)<角闪石(硅氧四面体双/复链)<黑云母<钙斜长石<钙钠斜长石<钠斜长石<钾长石<白云母<石英2021/10/10星期日6硅酸盐的基本构造硅氧四面体(tetrahedra)

四个半径1.32Å的氧离子和一个位于它们中间的半径0.39Å的硅离子构成铝水八面体(octahedra)

半径0.57Å的一个铝离子和六个氧和氢氧离子构成2021/10/10星期日7硅酸盐层

层状硅酸盐粘土矿物的基本单位，由铝水八面体的两个面上通过共用氧离子和硅氧四面体片结合。硅酸盐矿物抵抗风化的稳定性，从硅氧四面体和铝水八面体结晶来看，取决于中央阳离子的大小对基本构造单位中央空间的适合程度。

2021/10/10星期日8同晶代换(isomorphoussubstitution)阳离子间的取代作用。只在原生矿物及次生矿物成矿时产生，其代替条件是价荷、半径差异较小，将造成构造不稳，价荷剩余。

2021/10/10星期日9影响风化的主要因子矿物风化构造：孤立<单链<双链<层状<架状电荷平衡同晶代换量大小盐基离子种类和数量能量状态岩石风化矿物的组成、结构和构造形成时的热力条件与目前所处环境的差异岩石的节理和裂隙发育状况2021/10/10星期日10风化产物的类型一、生态类型

硅质、长石质、铁镁质、钙质风化物和未成岩类物质岩石种类、矿物组成、化学成分风化物的厚度、通气透水性、养分、酸碱度等2021/10/10星期日11二、地球化学类型

地球表面疏松的风化层，是形成土壤的母质。风化层的物质组成、化学成分及进一步风化的速率，决定于风化物的种类及其特性，也决定于风化环境的生物气候条件。

迁移速率：Na>K>Mg>Ca>Al,Fe；

Cl-/SO42->CO32-2021/10/10星期日12在一定的生物气候条件下出现的风化产物，可分为几种地球化学类型。

母岩→碎屑类型(物理风化，干旱、半干旱、寒冷地区或山地；风化物的化学成分和矿物组成与原岩基本相同)→钙化类型(化学风化，干旱和半湿润条件；K,Na,Ca,Mg/Cl-/SO42-淋溶流失，CaCO3相对富集；浅层地下水中常含可溶性盐分，矿化度较高；形成内陆盐土分布区)→硅铝化类型(温带或暖温带雨量适中的条件；Cl-/SO42-强烈淋失，甚至溶解度较小的CaCO3也被淋溶，而Al,Fe,Si等元素尚有残留；风化物的反应由碱性或中性变成微酸性，且形成伊利石、蛭石、蒙脱石等次生粘土矿物)→富铝化类型(热带、亚热带，长期强烈的化学分解，盐基成分全部淋失，硅酸也产生淋溶，风化物中只残存一些最难风化的石英、铁和铝的氧化物及次生粘土矿物高岭石)

2021/10/10星期日13三、母质类型定积母质/残积物未经搬运的风化残留物，分布在山区较平缓的高地上，是山区主要成土母质之一。地面上的残积物经水流淋洗后，具粗骨性特征，其组成和性质与原岩有较大的差别。下层的风化物逐渐过渡至基岩，具连续性特征。2021/10/10星期日14运积母质据不同搬运作用的外力方式，可分为：1)流水沉积母质—据流水的性质和沉积的地形，分坡积物、洪积物和淤积物。坡积物：分选性较差，质地多为含砾质壤土，常存在埋藏土壤剖面，是山区的主要成土母质。在山麓的坡积物常形成宽阔的裙状地形，称为坡积裙。淤积物/冲积物/沉积物：受河流(经常性水流)侵蚀、搬运和堆积而成。具明显的分层性，淤积沙、石的磨圆度很好，淤积物的分选性很好。多属近代的河流沉积物。如我国三大冲积平原。2021/10/10星期日15洪积物：干旱与半干旱地区的山地，由于骤融的雪水，或是间歇性的暴雨，形成流速湍急的洪水，将山区的风化碎屑夹杂泥沙，搬运到山谷出口处，由于地势宽坦而水流减缓，使所携带的物质沉积下来，形成扇面地形，称为洪积扇。洪积物具粗略的分选性，但分选性很差，地势高处含较多砾石和粗砂，在洪积扇的边缘多为细砂质或粉砂质。山前交接洼地(扇缘与冲积平原衔接处)，地下水位过高，易形成沼泽化，或因地下水含盐量较多，产生土壤盐渍化。

2021/10/10星期日162)静水沉积母质：如湖积物。质地粘重，有机质含量高，呈暗褐色或黑色。湖积物中的铁质，在嫌气条件下，与磷酸结合形成蓝铁矿(Fe3(PO4)2.8H2O)或菱铁矿(FeCO3)，使湖泥呈青灰色(湖积物的重要特征)。3)海水沉积母质：如海积物。硅质含量高。滨海盐土的一种成土母质。4)风积母质：风力所夹带的矿物碎屑，经吹扬(风蚀)作用后沉积而成。如沙丘、沙漠。特点是分选性强，粗细均匀，砂粒磨圆度高，但因土壤缺水而肥力较低。5)重积母质/塌积物：山地陡崖上的风化岩石，受重力作用而坍塌坠落，是山麓及谷地局部地段上母质的类型。组成以碎石砾为主，无分选性也无层次，在山麓形成倒石堆地形。

2021/10/10星期日17第四纪沉积物黄土及黄土性物质：黄土是在干旱或半干旱，季节变化极明显的条件下形成，与风力搬运堆积有关。常形成石灰质结核。黄土性物质又称次生黄土，是由黄土经流水侵蚀、搬运后，再沉积而成。含大量铁锰结核及胶膜。红土：富含铁、铝质的红色粘土，属富铝化类型的风化物，含较多的铁、铝氧化物和高岭石等。质地粘重，通气透水性不良，常呈酸性及强酸性反应。冰碛物：冰川期的遗迹2021/10/10星期日18土壤形成和土壤剖面土壤形成的实质：地质大循环(海洋↔大陆，元素流失)生物小循环(植物↔植物，元素富集)2021/10/10星期日19植物营养物质的地质大循环

风化产物流入海洋后，与流入海洋的岩块和泥沙等在浓缩、沉淀、堆积的过程中，经胶结和硬化的成岩作用，形成沉积岩。在地壳上升的运动中，沉积岩由海洋底部上升形成大陆；沉积岩暴露于地表之后，又重新进行风化和淋溶，反复进行。植物营养物质由大陆流到海洋，海洋又变为大陆后，这些物质又由新的大陆流向新的海洋。

2021/10/10星期日20营养物质的生物小循环

风化产生的母质给植物生长提供水分、空气、养分等条件。原始幼年土壤上生活的、养分需求较少的低等植物，能吸收保存地质大循环过程中的一些可溶性养分，来建造自身的有机体。植物死亡后，经微生物的分解作用，有机残体中的营养元素又变成无机物质，一部分又重新进入地质大循环的过程中，另一部分可为植物重新吸收利用。通过植物(包括所有参与这一过程的生物)的反复吸收利用和累积营养物质的过程。2021/10/10星期日21土壤形成的因素

自然成土因素：母质、生物、气候、地形和时间人为作用:有益(精耕细作、合理施肥、灌溉排水等提高肥力)；破坏S=f(P,C,B,G,T,H)1.母质(内因)

岩石风化的产物，是自然土壤形成的物质基础。对土壤的物理(质地)和化学性质(养分组成、酸碱性)影响明显。2.生物

养分积累，改善土壤的肥力性状；增加有机质，改善结构。2021/10/10星期日223.气候

直接影响水、热条件，很大程度上决定着各种植被类型的分布，从而影响土壤矿物和土壤有机质的分解和合成；温度、降水量等影响矿物风化、矿质元素迁移速率。4.地形

对母质、水、热条件、植被的再分配。5.时间

任何一个成土因素对土壤的影响都随时间的延长而不断加深。土壤形成过程的程度是以时间为转移的，随着成土过程持续的时间不同，土壤中物质的淋溶与聚积的程度不同，故受当地地质年龄的影响。

2021/10/10星期日23土壤剖面(soilprofile)自然土壤剖面：受自然成土因素的影响土壤剖面

从地面向下挖掘所裸露的一段垂直切面，深度一般在2米以内。依次为有机质层(O)、淋溶层(A)、淀积层(B)、母质层(C)和基岩层(D)。土壤剖面构造

土壤剖面从上到下不同土层的排列方式。各土层的特征与该层的组成和性质一致，是土壤内在性状的外部表现，是在土壤长期发育过程中形成。2021/10/10星期日24淋溶作用

土壤中的下渗水，从土壤剖面的上层淋溶或浮悬土壤中某种成分的作用。淀积作用

下渗水到达剖面下层沉淀其中某些溶解物或悬浮物的作用。淋溶层

土壤剖面的上层。该土层中某些易溶性盐类、含水氧化铁、含水氧化铝、硅酸和通过土壤有机质分解和腐殖质形成产生的各种有机酸和无机酸被土壤中的下渗水淋溶或浮悬。淀积层

土壤剖面的下层。该土层中的某些溶解物或悬浮物被到达剖面下层的下渗水所沉淀。2021/10/10星期日25物质的转移作用

土壤水携带着溶解或悬浮的物质产生的移动。1)物理性转移

矿物质与有机物质胶粒以及其他微粒，从A层移动到B层而沉淀下来。2)化学性转移

矿物在风化过程中产生的可溶性盐类等，从A层随着下渗水下移，或淀积在B层或到达地下水层而流失。

2021/10/10星期日26耕作土壤剖面人类生产活动和自然成土因素的综合作用表土层：分耕作层(0-20cm)和犁底层(耕作层下6-8cm)心土层：保水保肥，生长后期供应水肥的主要层次底土层：生土或死土2021/10/10星期日27土壤剖面形态特征重要的形态特征:颜色、结构、质地、坚实度、孔隙、湿度、新生体、侵入体、动物孔穴颜色物质成分①腐殖质含量(多，黑色；少，暗灰色)，②氧化铁(铁锈色/黄色)，③石英、斜长石、方解石、高岭石、二氧化硅粉末、碳酸钙粉末等(白色)，④氧化亚铁(沼泽土、潜育土中，蓝色或青灰色)；土壤的物理性状(湿度、粗细、光线强弱)2021/10/10星期日28结构--土壤固体颗粒的空间排列方式

①单粒，②复粒：团聚体(粒间相连，利于根系发展；体间相连，多孔、沟通，通气、水，供肥)和微团聚体，③核状、片状、棱角状，④柱状、棱柱状，⑤块状质地

机械分析准确测定;野外指测法，分砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土。松紧和孔隙状况

影响土壤通气、透水和保水性，也影响土壤的温度状况。

2021/10/10星期日29湿度

分干、潮、湿、重湿、极湿。新生体

土壤形成过程中新产生或聚积的物质，是判断土壤性质、土壤组成和发生过程等重要特性。按外观分，盐霜、盐斑、结核等；按化学组成分，可由易溶性盐类组成，可由晶质或非晶质的化合物组成。侵入体

位于土体