土壤的形成过程

关于土壤的形成过程2024/4/2412024/4/242

第八章土壤形成和土壤分布

第一节土壤的形成过程（成土过程）一、土壤形成因素学说它是研究外在环境对土壤发生过程和土壤性质影响的学说。俄罗斯土壤学家道库恰耶夫和美国土壤学者赫格德是世界公认的土壤科学的奠基者。它们最先认识到，土壤性质是某些物理作用和化学作用的产物，而这些作用不仅受母质的影响，同时也受生物、气侯、地形和时间的影响。第2页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/243土壤是独立的历史自然体，它的发生发展与自然界的各个成土因素都有联系，即它是母质、生物、气侯、地形和时间等五种成土因素共同作用的产物。美国的土壤学者詹尼（H·Jenny）在20世纪四十年代提出土壤形成因素基本公式，用以表示土壤性状与成土因素之间的函数关系，其公式如下：

S=f(cl·o,r,p,t,·······

)(1)式中S代表土壤性状，cl代表气侯，o代表生物，r代表地形，p代表母质，t代表时间；点号代表尚末确定的其它因素，f是函数。第3页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/244这个公式明确地表示了土壤性状是与成土因素紧密联系的。在了解某一成土因素对土壤性状的作用时，有必要使所有其它成土因素保持不变，对此，詹尼提出下列各公式：

S=fcl(气侯)o,r,p,t,···(2)S=fo(生物)cl,r,p,t,···(3)S=fr(地形)cl,o,p,t,···(4)S=fp(母质)cl,o,r,t,···(5)S=ft(时间)cl,o,r,p,···(6)运用这些公式，不仅可以检查成土过程中各种成土因素的特殊作用，还可以进行土壤分类。此外，还可以根据已知的成土条件，来预测土壤性质及其可能的变化速度和趋势。第4页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/245

土壤形成过程指的是在一定的时空条件下，母质与生物、气候因素以及土体内部所进行的物质与能量的迁移和转化过程的总体。这一过程的总体可用图9.1、图9.2予以说明。二、土壤形成过程的一般概念第5页,共52页，2024年2月25日，星期天图8.1土壤形成中物质迁移和转化示意图第6页,共52页，2024年2月25日，星期天图8.2土壤能量转换示意图第7页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/248三、土壤形成的实质(一)物质的地质大循环

是指地面岩石的风化、风化产物的淋溶与搬运、堆积，进而产生成岩作用，这是地球表面恒定的周而复始的地质大循环。(图1)(二)植物营养元素的生物小循环

是指土壤中的生物，在其风化产物的基础上进行植物营养元素的富集、保蓄，使部分营养元素暂时脱离地质大循环的轨道，称之为植物营养元素的生物小循环。第8页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/249图7.7土壤形成过程中大小循环的关系简图第9页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2410(三)地质大循环与生物小循环的关系(1)生物小循环是在地质大循环的基础上发展起来的，没有地质大循环就不可能有生物小循环。没有生物小循环也就没有土壤。(2)地质大循环过程总的趋势是植物养分元素的释放、淋失过程，而生物小循环则是植物养分元素的积累过程，它使有限营养元素纳入无穷利用的途径。(3)在土壤形成过程中，这两个循环过程是同时同地并存，互相联系，相互作用着，推动土壤不停地运动和发展。地质大循环与生物小循环的矛盾的对立统一就形成了土壤。第10页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2411

四土壤形成的因素（一）母质(parentmaterial)

是指原生基岩(originalbedrock)经过风化、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松、最年轻的地质矿物质层.

1母质影响土壤矿物质组成和性质母质堆积类型的影响：残积物（粗、薄、瘦）坡积物（细、厚、肥）第11页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2412

2母质影响土壤矿质养分岩浆岩:花岗岩形成的土壤富钾而缺磷；玄武岩形成的土壤缺钾而富磷；沉积岩：砂岩形成的土壤盐基养分较贫乏；页岩形成的土壤盐基养分较丰富。

3母质影响土壤发育和形态特征例如，花岗岩风化体中→石英沙砾于土壤中→使土体疏松而易渗水→土壤不易发育；其风化盐基成分较少→在强淋溶下完全淋失，使土壤呈酸性反应。基性岩上形成的土壤则相反第12页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2413

4母质的化学组成影响土壤腐殖质特性石灰岩母质→土壤腐殖质富含CaO，

火山灰岩母质→土壤腐殖质含有较多的P2O5、K2O（二）气候(水热条件)水分和热量直接影响成土过程中的物理、化学、生物作用.

1影响土壤中物质的迁移(emigration)

在热带、亚热带条件下，土壤中钾、钠、钙可全部淋出土体；而在半干旱、半湿润地区在一定土体中淀积；在干旱地区，碳酸钙基本上未移动，在土壤表层聚积。第13页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2414

2对土壤风化作用的影响一般情况下，温度从0℃增长到50℃时，化合物的解离度增加7倍，从而随着温度的增高，硅酸盐类矿物的水解过程大大增强，母岩和土壤的风化作用亦即大大增强。德国土壤学家拉曼（Ramann）提出的“风化因子”概念是：

风化因子=风化天数×水解离度风化天数指日均温在0℃以上的天数。赤道高温带的风化强度约比温带强3倍，比极地寒冷带强9～10倍，因而热带和寒带的成土速率差异极大.第14页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2415

3对土壤有机质的影响

当温度一定时，有机质含量随着降水量增加而增加。当湿度一定时，有机质含量随着温度的升高而减少。一般是草原气侯条件下，其C/N比与H/F比均高，向湿热、湿冷和干燥过渡，其C/N比与H/F比均会下降。第15页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2416

4对土壤矿物形成的影响

①在干冷地区，土壤风化程度低，处于脱盐基的初级阶段，只有微弱的脱钾作用，形成伊利石；

②在湿润半湿润地区，脱盐基作用增强，多形成蒙脱石和蛭石；

③在湿热（亚热带）地区，除脱钾作用外，还有脱硅作用，形成高岭类；

④在高度湿热（热带）地区，土壤因强烈脱硅作用而形成铁、铝氧化物。第16页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2417

5气侯对土壤阳离子交换量、土壤盐基饱和度、酸碱度的影响

在温带，随着降雨量增加,（CEC）呈增加的趋势。在降雨量不多的地区，土壤淋溶作用弱，只有部分离子被淋溶，绝大多数盐基离子在土壤中，所以盐基饱和度高，pH值较高；

在热带地区由于粘土矿物是以三、二氧化物为主，（CEC）并不高，加上淋溶作用强盐基饱和度和pH值也低。第17页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2418

（三）生物因素(bioticfactor)

生物因素：植物、土壤动物和土壤微生物。

1植物在成土过程(soilformingprocess)中的作用

(1)进行能量转化(conversionofenergy)及有机质形成

利用太阳辐射能，合成有机质

（2）植被类型影响土壤有机质的数量和分布

a

木本植物的组成凋落物堆积于土壤表层→

形成粗有机质层,疏松、多孔→真菌微生物生长；堆积物中含单宁、树脂等酸性物质较多。有机质分布在表层，腐殖质以富里酸为主，品质较差，且含量低于草本植物。第18页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2419

b草本植物堆积物紧密、柔软、少弹性,主要是细菌微生物活动；堆积物含有大量的纤维素、半纤维素容易分解，而单宁、树脂较少不会产生酸性物质；有机质分布在整个剖面，其含量随着深度增加而逐渐减少，品质较好，含胡敏酸含量高。

(3)富集作用(enrichment)及有效化(effectuation)

把分散在母质、水体和大气中的营养元素有选择地吸收起来，同时伴随着矿质营养元素的有效化。第19页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2420

(4)促进土壤形成自然植被和水热条件的演变，引起土壤类型的演变由东北往华南的森林植被和土壤的分布依次为：针叶林(棕色针叶林土)→针阔混交林(暗棕壤)→落叶阔叶林(棕壤)→落叶常绿阔叶林(黄棕壤)→常绿阔叶林(红壤、黄壤、赤红壤)→雨林、季雨林(砖红壤)第20页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2421

图8-5 植被类型和土壤类型的关系(据Bridges:WorldSoils)第21页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2422

2土壤动物(soilanimal)在成土过程中的作用①参与了土壤腐殖质的形成和养分的转化。②动物的活动可疏松土壤，促进团粒结构的形成。③土壤动物种类的组成和数量在一定程度上是土壤类型和土壤性质的标志，可作为土壤肥力的指标。第22页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/24233微生物(microorganism)在成土过程中的作用（1）分解有机质，释放各种养分，为植物吸收利用；（2）合成土壤腐殖质，发展土壤胶体性能；（3）固定大气中的氮素，增加土壤含氮量；（4）促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效度（如硅酸盐细菌能促进土壤中磷钾溶解移动）。第23页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2424

（四）地形（landform）地形主要是影响水热条件及母质的再分配，进而影响土壤的形成.1地形支配着地表径流，影响水分的重新分配.在较高的地形部位，土壤中水分不易保持；在地形低洼地形部位,土壤易积水.第24页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2425图8.4地形对土壤水分状况的影响第25页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2426冲积物坡积物洪积物残积物2地形与母质的关系地形对母质起着重新分配的作用，不同的地形部位常分布有不同的母质第26页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/24273地形(landform)与土壤发育的关系随着河谷地形的演化，在不同地形部位上，可构成水成土(河漫滩)→

半水成土(低级阶地)→地带性土(高级阶地的发生系列4地形也影响着地表温度不同的海拨高度、坡度和方位对太阳辐射能吸收和地面散射不同，例如南坡常较北坡温度高。第27页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2428（五）成土时间（timefactor）成土时间长，受气候、生物作用时间长，与母质、母岩差异大；反之亦然。

土壤年龄(soilage)

土壤年龄是指土壤发生发育时间的长短，通常把土壤年龄分为绝对年龄和相对年龄。

1、绝对年龄(absoluteage)：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，通常用年表示.

第28页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2429

2相对年龄(relativeage)：指土壤的发育阶段或土壤的发育程度。一般用剖面分异程度加以确定，无具体年份。在一定区域内，土壤的发生层分异越明显，相对年龄越长。北半球所存在的土壤多系在第四纪冰川退却后开始发育的，高纬度地区冰碛物上土壤的绝对年龄一般不超过一万年。中纬度地区末遭第四纪冰川侵袭，土壤年龄较长。低纬度末受冰川作用地区的土壤年龄可能达到数十万年，乃至数百万年，其起源可追溯到第三纪。第29页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2430（六）人为活动对土壤形成演变的影响

（1）人为影响是多方面的，它的影响是快速的，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，而且会出现更多的熟化土壤。

（2）人为影响是在各自然因素仍在发生作用的基础上进行的.（3）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）。第30页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2431五.土壤主要的成土过程1原始成土过程（formationofprimordialsoil）

在裸露的岩石表面或薄层的岩石风化物上着生低等植物，如地衣、苔藓及真菌、细菌等微生物，在低等植物和微生物的作用下，开始累积有机质，并为高等植物的生长发育创造了条件。2.有机质聚积过程在各种植被下，在土体中，特别是土体表层进行的有机质的聚积过程。

第31页,共52页，2024年2月25日，星期天一般说来，有机质聚积有以下表现形式：（1）腐殖化

主要见于草本植被下，植物残体被转化成腐殖质，聚积在土体的上部而形成暗色的腐殖层（黑土层）。腐殖化过程的结果，使土体发生分化，往往在土体上部形成一个暗色的腐殖质层。图9.3由土壤的腐殖化过程所形成的模式土层示意图第32页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2433黑土景观及土壤剖面第33页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2434（2）斑毡化

森林植被下，由于环境凉湿，植物残体分解不彻底，形成腐殖化程度低的粗腐殖质，呈斑毡状。

（3）泥炭化

在低温或过高湿度条件下，植物残体呈半分解状态，大多仅有颜色的改变，植物组织仍保持原状。在低洼过湿条件下形成泥炭层，在高寒条件下形成毡状草皮层。第34页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2435泥炭土景观及剖面黑龙江三江平原第35页,共52页，2024年2月25日，星期天图8.4由土壤粘化过程所形成的模式土层示意图3.粘化过程在半干旱、半湿润地区，土体中粘土矿物（粘粒）的形成和聚积过程。

第36页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2437黄棕壤粘膜粘化过程第37页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2438

粘化过程的类型

★残积粘化粘粒未经移动，原地发生的粘化（残积母质）.

★淋淀粘化上部形成的粘粒经机械淋洗聚积在下部土层。请注意：由粘化过程形成的粘化层，是一些土类（棕壤，褐土，黄棕壤）的重要诊断层，在土壤发生分类中具有重要的意义。

4.钙化过程

指在干旱、半干旱的气候条件下，碳酸盐在土壤表层聚积或表层淋溶脱钙以及在土体中的淀积过程。第38页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2439脱钙－积钙脱钙积钙

CaCO3(淀积)＋CO2+H2O＝Ca(HCO3)2

Ca(HCO3)2形成引起脱钙，CaCO3形成导致积钙。黑钙土钙积层第39页,共52页，2024年2月25日，星期天图8.6由土壤的钙化过程所形成的模式土层示意图第40页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2441（1）潜育化过程

在指土壤长期受水浸渍，在土体内所发生的还原过程，并在土体中形成蓝灰色或青灰色潜育层。5.潜育化、潴育化过程

这二种过程都是由于土体滞积水引起的成土过程。第41页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2442潴育化水稻土（2）潴育化

是指土体处于季节性积水，在土体中交替发生的氧化还原过程，并在土体中形成黄棕色的铁质锈斑或黑色锰斑的潴育层。第42页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/24436盐化过程是指土体上部易溶性盐类的聚积过程。在干旱区成土母质中易溶性盐类随水搬运至排水不畅的低平地区，在蒸发作用下，使盐分向土体表层聚积，形成盐化层(z)。7碱化过程是指土壤胶体中有较多的交换性钠，使土壤呈强碱性反应，并形成土壤物理性质恶化的碱化层(n)的过程。8沼泽化过程包括表层的泥炭聚积或腐殖质聚积过程和下部土层的潜育过程。第43页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/24449草甸化过程包括土壤表层的草甸腐殖质聚积过程和受地下水直接影响的下部潴育化过程的重叠过程，在底层还有潜育化过程。10熟化过程在人类合理利用和定向培育下，土壤向着肥力提高的方向发展的过程.在三个方面与自然土壤不同：（1）土体构型的改造；（2）影响作物生长发育障碍因子的消除；（3）水、肥、气、热的调节与补充。第44页,共52页，2024年2月25日，星期天2024/4/2445

11退化(degeneration)过程因自然环境不利因素和人为利用不当引起土壤肥力下降，植物生长条件恶化和土壤生产力减退的过程。

土壤物理退化（坚实硬化、铁质硬化、侵蚀、沙化）、土壤化学退化（酸化、碱化、肥力减退、化学污染）、土壤生物退化（有机质减少、动植物区系减少）。第45页,共52页，2024年2月25日，