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文档简介
2021年,重庆交通大学副校长易志坚获得“全国最美科技工作者”称号,至此,他的沙漠土壤化研究走进了更多人的视野,也伴随着不少争议。
什么叫沙漠土壤化?在沙子中混合适量的黏合剂和水,给沙粒之间施加约束,让沙粒改变离散状态,就能获得和自然土壤一样的生态-力学属性,使沙子聚合形成具有和土壤相似的柔性、保水、保肥和透气性,就能使沙漠“土壤化”。点沙成土,是真?是伪?
沙子
土壤黏合剂水
土壤主题探究课l
点沙成土,科学还是魔术
土壤:1、概念:土壤是指陆地表层具有一定肥力,能够生长植物的疏松表层。土壤≠土地?土地指陆地表层部分,土地包括土壤,还包括未形成土壤的岩石和岩石风化物。具有肥力是土壤有别于土(岩石风化物)的本质属性矿物质45%5%水分20~30%空气20~30%有机质土壤固相孔隙大气圈生物圈岩石圈水圈
土壤物质组成:矿物质、有机质、水分和空气理想土壤的组成(体积比)土壤液相土壤气相土壤形成物质基础,土壤中矿物养分的主要来源.土壤肥力的物质基础影响土壤的水热状况空气和水分均贮存在土壤孔隙中,具有很大的流动性,使土壤能通气透水,蓄水保温土壤肥力取决于土壤中水、肥、气、热四个因素之间的协调程度,其中有机质含量高低是土壤肥力的重要标志。风化作用微生物高等植物有机质从无到有、由少到多的过程母质层淀积层腐殖质层淋溶层基岩腐殖质层母质层母质层成土母质有机物岩石成土母质原始土壤成熟土壤低等植物土壤的形成过程
土壤形成是一个过程,时间必然是一个重要的因素。土壤是永远发展变化的,即随着成土因素的变化土壤也在不断地形成和演化。土壤有时进化,有时退化以至消亡,是一个动态的自然体,是一个有生有灭的自然体。合理利用
随着时间的推移,土壤从无到有,从薄到厚,层次由少到多,逐步发育成熟。因此土壤发育的时间越长,土壤层越厚,土层分化越明显。在自然状态下形成20cm厚可供耕作的土壤,一般需要100~1000年。森林土壤剖面有机层分解和半分解的有机质为主,含枯枝落叶层和部分分解的有机质层。腐殖质层腐殖质积累,颜色较深,呈灰黑色或黑色。淋溶层由于溶解于水的矿物质随水的下渗向下运移,导致本层矿物质淋失,颜色较浅。淀积层上层土壤淋失的物质在此沉淀、积累,质地黏重、坚实,呈棕色或红棕色。成土母质层疏松的风化碎屑物质。母岩层坚硬的岩石。⑥①③④⑤②土壤剖面土壤剖面中的土层是土壤形成过程中物质转化、迁移和积累的结果。在自然土壤中,森林土壤剖面构造最为复杂(层次多且分明,土层深厚)。成土母质生物时间地貌人类活动气候
要素综合①土壤是母质、气候、生物、地形和时间等五种自然成土因素综合作用的产物。②所有的成土因素始终是同时同地、不可分割地影响着土壤的发生和发育,它们同等重要和不可替代地参与了土壤的形成过程。③土壤是永远发展变化的,即随着成土因素的变化土壤也在不断地形成和演化。土壤有时进化,有时退化以至消亡,是一个动态的自然体,是一个有生有灭的自然体。成土因素有地理分布规律和规律性变化,随着时间与空间的不同,成土因素及其组合方式会有所改变,因而土壤不断地发生变化。时空综合地方综合
尺度思想人地观动态发展1.成土母质①在温度、水、空气、生物等的影响下,地表或接近地表的岩石发生破碎或分解,同时矿物化学组成、性质也会发生变化形成新的物质,形成许多松散物质,这一过程称为风化。岩石的风化①产物,是土壤发育的物质基础(1)决定矿物质的成分和养分状况(2)影响土壤的质地土壤圈
岩石圈
湿热地区:化学风化、生物风化作用强,风化壳厚,成土快,土层厚。
干冷地区:物理风化强烈,化学风化、生物风化弱。成土慢,土层薄风化与风化壳
按其作用因素和风化特点可分为物理风化、化学风化和生物风化三种类型。它们在自然界中相互联系、相互促进,同时同地进行,只是在不同条件下风化强度不同而已。土壤的质地(粒径大小)石砾——Gravel砂粒——Sand粉粒——Silty黏粒——Clay土壤矿物质颗粒按粒径大小可以分为石砾、砂粒、粉粒、黏粒等不同粒级的矿物质在土壤中所占的相对比例,称为土壤质地按照质地可以分为砂土、壤土和黏土土壤质地孔隙度特点砂质土33-45%孔径均一,通气孔居多。壤质土45-52%各类孔隙搭配适宜,水气较为协调。黏质土45-60%孔径很小,以毛管水及微孔隙为主,通气不良。总结:土壤质地与土壤肥力项目砂土壤土(黑土)黏土形态成分
通气透水性
蓄水保肥能力
对农业的影响
砂粒占优势,大孔隙多所含的砂粒、粉粒、黏粒的比例适中黏粒占优势孔径很小强良好差弱强强易耕作理想的土壤质地质地黏重、不易耕作
风化越强,土粒越细,孔隙越小。通气性、透水性越弱,而黏结性、蓄水性、保肥性强。白浆化棕壤是指在土壤表层以下存在白浆层的棕壤,白浆层底部常见坚硬的铁锰结核层。白浆化棕壤分布区地下水位较低,年降水量800~950mm,降水主要集中于6~9月。目前,白浆化棕壤大部分被辟为农田,以种植花生、地瓜、冬小麦为主,是低产土壤之一。图示意白浆化棕壤的剖面构型及各土层主要理化性质。(1)分析白浆化棕壤“上砂下黏”的剖面构型在不同季节对土壤水分的影响。(4分)上砂下黏砂土颗粒粗透气好土壤水蒸发旺盛黏土颗粒细不利水分下渗雨季降水多,下层黏土不利于水分下渗,导致土壤水分含量过高;旱季降水稀少,上部砂土透气性好,有利于土壤水蒸发,导致土壤含水量过低。旱季降水少土壤水分少雨季降水多土壤水分多生物如何影响土壤?思考动物植物微生物土壤圈
生物圈
生物:决定性、最活跃生物:包括动物、植物、微生物结果①富集养分(集中于表层)②促使土壤矿物质颗粒团聚。矿物质颗粒的团聚是土壤区别于土的重要体现有机质生物循环示意图
生物循环:植物营养元素在生物体和土壤之间的迁移转化过程过程①植物根系从成土母质、土壤溶液和空气中吸收营养元素,输送到植物躯体各部;植物在叶部合成绿色有机物。植物被动物吞食后会成为动物躯体的组成部分,②同时动植物新陈代谢过程会以代谢产物或残体的形式归还土壤。③土壤中的这些有机物又在微生物作用下,转化为腐殖质(营养元素),留存于土壤中。作用①提供有机质、富集营养元素②形成腐殖质③对土壤理化性质的影响,促使“土”成为“土壤”。黄金土壤——黑土土壤有机质含量与所在区域的气候、植被关系密切。我国东北地区世界四大黑土分布区之一,黑土分布区土层较厚,拥有深厚黑色或暗黑色腐殖质,表土层的土壤有机质含量丰富,非常适用农耕,造就了我国最大面积的商品粮基地。东北地区黑土有机质含量总体由南向北呈增加趋势。下图为东北地区黑土分布图。(1)根据材料推测黑土深厚腐殖质形成过程。(草原、森林)植被茂密枯枝落叶多腐殖质来源丰富东北地区气候寒冷植物生长周期长有机质消耗少、积累多微生物不活跃难分解枯枝落叶地广人稀开发晚腐殖质累积时间长黄金土壤——黑土土壤有机质含量与所在区域的气候、植被关系密切。我国东北地区世界四大黑土分布区之一,黑土分布区土层较厚,拥有深厚黑色或暗黑色腐殖质,表土层的土壤有机质含量丰富,非常适用农耕,造就了我国最大面积的商品粮基地。东北地区黑土有机质含量总体由南向北呈增加趋势。下图为东北地区黑土分布图。(1)根据材料推测黑土深厚腐殖质形成原因。(6分)收入①温带季风气候,东北地区草原、森林等植被覆盖率高,枯枝落叶量大;②冬季寒冷漫长,植物生长周期长,有利于有机质积累;支出①纬度较高,气温低,枯枝落叶及其他的有机质不易被分解,从而逐年累积最终形成了黑土的厚重的腐殖质层;②气温低,植物生长缓慢,对土壤养分的消耗慢。③当地长期地广人稀,开发晚,腐殖质的形成、积累期长。黄金土壤——黑土土壤有机质含量与所在区域的气候、植被关系密切。我国东北地区世界四大黑土分布区之一,黑土分布区土层较厚,拥有深厚黑色或暗黑色腐殖质,表土层的土壤有机质含量丰富,非常适用农耕,造就了我国最大面积的商品粮基地。东北地区黑土有机质含量总体由南向北呈增加趋势。下图为东北地区黑土分布图。甲地降水量较乙地多,土壤有机质淋溶较多;甲地气温较乙地高,有机质分解速度较快。(2)分析甲地黑土有机质低于乙地的原因。(4分)纬度较低离海较近气温较高微生物较活跃有机质分解较快降水较多有机质淋溶多有机质少
总结土壤厚度、土壤肥力的答题思路:土壤厚度大土壤肥力高成土母质(矿物质)原地:岩石风化水热条件好,风化壳厚干旱地区(物理风化)湿润地区(生物化学风化)外源:河流带来泥沙,形成冲积土试分析热带雨林地区土壤厚度大,但有机质含量低的原因?土壤圈大气圈气候决定一个地区的水热状况,直接或间接地影响着岩石风化、物质迁移和植物、动物、微生物活动,是土壤形成的动力因素。土壤水分的蒸散、土壤矿物的淋溶与沉淀、有机质的分解与腐殖质的合成都有重要的影响。风力导致土壤表层粉粒大量流失,即土壤被风蚀沙化;风力堆积作用常造成土壤物质组成的变化。(1)有机质的积累与分解(2)岩石风化的强度与速度3、气候气气候
气温降水风化作用淋溶作用分解速度土壤肥力
湿热
干冷较高较多强强快低较低较少弱弱慢低①高寒环境:土壤发育程度低、土层薄、土壤贫瘠、冻土②湿热环境:有机质分解快,土壤淋溶作用强,土壤贫瘠,偏酸性
③干旱环境:土壤水分少,发育程度低,贫瘠,偏碱性
④冷湿环境:有机质分解慢,土层深厚肥沃从山顶至山前平原,土壤质地、厚度、水分、肥力存在哪些差异?砾质土砂土壤土黏土
同一地区,山顶气温较低、水分较少,风化作用较弱,细小风化产物易流失,成土母质颗粒粗。
山前平原气温较高、水分较多,风化作用较强,且易接受细小风化产物堆积,成土母质颗粒细地势低洼的山麓低地或者谷地,常常因沉积物的堆积形成较厚的土层。陡峭的山坡,重力作用和地表径流会加速地表疏松物质的侵蚀,很难发育成深厚的土壤。
地形主要通过对物质、能量的再分配间接作用于土壤。是叠加在生物、气候等因素之上的,属于非地带性因素。
地形的作用主要表现在大、中、小不同尺度的地形,以及海拔、坡向、坡长、位置、地表形态和地形演变对土壤发育的影响。
(2023全国甲卷)图2
为某区域的典型剖面示意图,该区域的山坡受流水侵蚀,谷地持续接受沉积,山坡多生长森林,谷地中草甸广泛发育,据此完成下题。3、导致山坡与谷地植被分异的主要因索是A.
气温
B.降水
C.土壤温度
D.土壤水分4、如果地质构造稳定、气候无明显变化,谷地植被变化趋势为A.与地带性植被差异缩小,草甸比例上升B.与地带性植被差异缩小,草甸比例下降C.与地带性植被差异扩大,草甸比例上升D.与地带性植被差异扩大,草甸比例下降DB谷地低洼易储水,土壤水分含量高形成喜湿草甸植被谷地沉积物不断增厚谷地的地势抬升地下水位下降土壤的含水量下降草甸植被减少谷地植被与地带性植被差异减小白浆化棕壤是指在土壤表层以下存在白浆层的棕壤,白浆层底部常见坚硬的铁锰结核层。白浆化棕壤分布区地下水位较低,年降水量800~950mm,降水主要集中于6~9月。目前,白浆化棕壤大部分被辟为农田,以种植花生、地瓜、冬小麦为主,是低产土壤之一。图示意白浆化棕壤的剖面构型及各土层主要理化性质。(2)针对白浆化棕壤低产的原因,江苏北部某地农民在长期生产实践过程中,摸索出了一种改良及合理利用白浆化棕壤的农田工程措施——丰产沟(下图)。说明丰产沟如何克服白浆化棕壤对农业生产的不利影响。丰产沟通过挖沟培垄,加高了垄的高度,改善了土壤的排水条件,夏季降水多的季节土壤不会过湿,利于花生、地瓜等春种秋收的作物生长;沟底变深,利于获得地下水补给,提高了土壤水分含量,利于旱季越冬作物(如冬小麦)的生长。垄高,利于排水夏季土壤不会过湿沟深,利于汇聚水分旱季土壤不会过干土壤的形成受成土母质、生物、气候、地貌等要素及人类活动的共同作用,体现了自然
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