第二章-土壤的形成过程土壤学课件

第二章土壤的形成过程第一节土壤母质的形成1、什么是土壤母质：概念：土壤母质是地表裸岩在阳光、空气、水等因素的作用下，所形成的疏松的但不能生长绿色植物的矿物质颗粒的堆积物。特点：与岩石相比较：岩石土壤母质整体状大块状小块颗粒状紧实致密无通透性疏松多孔有通透性养分元素“冻结”态释放少量养分岩石土壤母质2、土壤母质的来源：土壤母质→地表岩石→矿物→元素(1)地壳的元素构成：地壳重量的98％是由8种元素构成的：既：O：49％；Si：26％；Al：8％；Fe：5%；

Ca：3.2%;Na：3％；K；2.6%；Mg：2.3%。

其余的2％就由各种微量元素所构成，个体数量少，但种类多，几乎包含了元素周期表中所有的元素。组成特点：

地壳的组成，主要是以O、Si为主，其中，O就几乎占了一半；而植物生长所需的大量元素N、P、K，除K有较高含量外，N只有0.04%,P只有0.12%。

元素的存在方式：地壳中的元素，多以含氧酸的盐类存在，如硅酸盐、铝硅酸盐、碳酸盐等。普通角闪石

Ca（Mg，Fe）3Si4O12斜长石

Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8）

白云石

CaCO3·MgCO3元素的分布特点：地壳中的元素呈非均匀分布形态，某种元素在某地可能富积成矿，在其他地方则可能缺乏。露天钾矿缺钾土壤液相色谱仪元素分析（2）成土矿物：

概念：指自然产出的具有一定的化学组成和物理特性的单质或化合物。

种类：3000多种，常见的只有50～60种。矿物：正长石矿物：石英矿物特性举例：石英：化学组成，SiO2，外观无色或白色，透明或半透明，油脂光泽，无解理，比重2.5～2.8，硬度为7。石英成土特点：难以风化分解，在土壤中呈沙粒,是土壤沙粒的主要成分。

正长石：化学成分：K（AlSi3O8）外观呈肉红色，不透明，玻璃光泽，解理性良好，比重2.5～2.7，硬度为6。

正长石成土特点：易风化分解，风化后形成土壤粘粒，土壤粘性重，富含K素。角闪石：化学组成：CaNa(Mg.Fe)(Al.Fe){(Si.Al)8O22}(OH)2

（带羟基的铝硅酸Ca,Na,Mg,Fe盐类）

黑色或棕色，不透明，玻璃光泽，解理性良好，比重3～3.5，硬度5.5～6。成土特点：易风化，风化后，在土壤呈粘粒，土壤粘性重，富含Ca,Mg,Fe等养分。角闪石方解石：化学组成：CaCO3,白色可染成其他颜色，不透明，玻璃光泽，解理性良好，比重2.8，硬度3。方解石成土特点：易风化，形成的土壤粘性重，富含碳酸盐，土壤pH值高。（3）成土岩石：含义：由一种或多种矿物按一定的规律所形成的天然集合体。类型：按形成原因的不同，岩石主要有：岩浆岩沉积岩变质岩1）岩浆岩：含义：由岩浆冷凝所形成的岩石就称为岩浆岩。分类：分类标准：

一个是按冷凝的深度来分类，按冷凝深度的不同,分为喷出岩、浅层侵入岩、和深层侵入岩三类。第二个是按岩石中SiO2的含量来分类的：SiO2％>65%：酸性岩，如花岗岩、流纹岩。成土特点：粘沙适中，K素丰富。SiO2％50～65％：中性岩，如安山岩、闪长岩。成土特点：粉沙质多，盐基丰富。

SiO2%45～50％：基性岩，如辉长岩、玄武岩。成土特点：粘粒多，盐基丰富。

SiO2%<45％：超基性岩，如橄榄岩、苦橄榄岩。成土特点：粘性重，土壤Fe、Mg含量高。花岗岩辉长岩2）沉积岩：地壳中各种老成岩石（地壳中原有的沉积岩、岩浆岩、变质岩）经风化剥蚀的破坏，通过各种搬运作用，在适宜的条件下沉积起来（海洋、湖盆），形成沉积物，该沉积物经过各种地质作用又出露地表，再经固结、胶结作用而形成的岩石。

风化、搬运、沉积

固结、胶结老成岩石沉积物新岩石类型：按沉积物颗粒直径的大小来分类：直径>2mm，砾岩：由岩石碎屑、砾石＋胶结物（Ca,Fe,Si），脱水而成。成土特点：形成的土壤含砾石、沙粒多，缺P,K养分。砾岩砂岩直径0.5～2mm，砂岩：岩石颗粒＋胶结物，脱水而成。成土特点：土壤沙性重，缺乏各种矿质养分，尤其缺乏P,K养分。

直径0.5～0.01mm，粉砂岩：粉沙粒＋胶结物，脱水而成。成土特点：土壤粉沙粒含量高，矿质养分较为缺乏。粘土岩页岩直径<0.01mm，粘土岩：各种泥质粘粒相互粘结后，脱水而成。成土特点：形成的土壤粘性重，富含各种矿质养分。

特殊的沉积岩：石灰岩：直径0.01~0.001mm，由水中的CaCO3脱水固化而成。石灰岩形成的土壤粘性重，富含盐基CaMg离子，土壤的pH值较高。3）变质岩：地壳中原有的各类岩石，在后来的地壳运动或岩浆活动的影响下，受到高温、高压、或化学反应剂的作用（H2O、CO2、F、Cl、S），使原岩石的结构、构造甚至于化学成分都发生剧烈变化而形成的新岩石。变质岩变质岩的分类：分类标准：原岩石的类型或新岩石的形态：片岩：各种岩石挤压成片状而成。片麻岩：特指花岗岩挤压成片状而成。千枚岩：粘土岩挤压而成。石英岩：砂岩挤压而成。大理岩：石灰岩经高温、高压，CaCO3重新结晶而成。片麻岩千枚岩大理岩3、土壤母质的形成过程—岩石的风化作用：风化作用：指地表裸露的、巨大坚硬的岩石，在各种外界因素的作用下逐渐分解和破坏的过程。地表裸岩的破坏、分解作用风化作用按其风化特点和风化因素的不同可分为：物理风化、化学风化、和生物风化三种类型。

（1）物理风化：指岩石在物理因素（温度、水、风）的作用下发生的破碎分解过程。

a、温度的作用：地球表面存在昼夜温差和季节温差。可达20～30C，可达40～50C，可影响15cm厚的岩层。可影响30cm厚的岩层。地表温差，产生两种破坏现象：

1是层状剥落，球状风化；

2是岩石颗粒颜色不一，吸热不一，体积膨胀不一，最后使岩石碎裂。岩石的层状剥落示意图球状风化

b、水的作用：冰的破坏作用流水的磨蚀作用冰川的刨蚀作用冰的破坏作用流水的磨蚀作用冰川的刨蚀作用c、风的作用：大风夹持的砂砾对岩石撞击使之破坏沙尘暴风蚀地貌（2）化学风化：指岩石在水、CO2、O2等多种因素的作用下发生分解破坏，并且改变原来的化学成分，形成新物质的过程。地表岩石在水、CO2、O2作用下破坏化学风化主要有4种方式：a.水的溶解作用：即岩石、矿物为水所溶解而发生的分解和破坏。b.水化作用：自然界中,矿物与水接触后，可吸收一定量的水到其分子组成中，形成新的含水矿物的作用。如：CaSO4+2H2OCaSO4.2H2O

硬石膏结晶石膏结果：矿物水化后，体积膨胀，硬度下降，呈疏松的破坏状态。（发生了化学风化）c.氧化作用：岩石、矿物中，低价的氧化物和硫化物分子，在水的帮助下，可被空气中的氧气所氧化，氧化后的岩石变得疏松多孔，呈破坏状态。如：2FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4

黄铁矿硫酸亚铁硫酸d.水解作用：水解离后产生的氢离子具有较高的活性，能将矿物分子中的碱金属（K、Na）和碱土金属（Ca、Mg）离子置换出来的过程。水解作用它是整个风化作用中最重要的方式，因为只有水解作用才能将岩石矿物彻底的分解破坏。1）作用进程具有阶段性：水解作用是分阶段进行的，以正长石为例：第一阶段，矿物脱盐基：2KAlSi3O8+2H+H2Al2Si6O16+2K+

第二阶段，矿物脱硅：H2Al2Si6O16＋H+H2Al2Si2O8.H2O＋4SiO2第三阶段，矿物富铝化：H2Al2Si2O8.H2O＋H+Al2O3.nH2O＋

SiO2.mH2O

2）作用强度具有区域性：水的解离，随温度的增高解离率增大；随水中CO2的含量增高解离率加大；随环境中水数量增多解离的氢离子增多。

南方的温度比北方高；并且南方的生物量比北方大，产生的CO2多；并且南方降雨量大，所以南方的水解作用远远的强于北方。南方温度高、生物量北方温度低、生物量小归纳：水解作用是风化作用中最重要的方式，只有水解作用才能使矿物彻底的分解破坏；其作用进程具有阶段性，该阶段性取决于水的数量，水温的高低和水中CO2的数量。

低温少雨的情况下，水解作用只能进行到第一个阶段，即矿物脱盐基。如我国北方。

而高温多雨的条件下，水解作用可持续进行到脱硅和富铝化阶段，直到将矿物分解为简单的氧化物为止。如我国南方。即：第一阶段第二阶段第三阶段北南分化出一系列不同的土壤类型，形成我国南北土壤的差异此外：北方土：处于脱盐基阶段，土壤基础肥力高。南方土：处于富铝化阶段，土壤基础肥力低。北方黑钙土南方红壤（3）生物风化作用：生物在生长发育的过程中对岩石的分解和破坏作用。生物机械风化作用：植物根系的破坏作用：

人类活动的破坏作用：生物化学风化作用：生物的呼吸作用产生大量的CO2

，CO2溶于水形成碳酸，碳酸可解离出H＋

微生物分解动植物残体时，要产生很多有机酸，有机酸亦可解离出H＋各种生物呼吸作用产生CO24、土壤母质的特性发育：岩石经过风化作用后转变成了土壤母质，而土壤母质就有了下列一系列特性：a.外观和结构疏松多孔，有了一定的通气性和透水性。b.内部产生了微细的粘粒和胶粒，粘粒之间可形成毛管孔隙，使之有了蓄水的能力；同时，粘粒表面电荷不平衡，常带负电荷，可吸附保存阳离子，使之有了一定的保肥能力。风化后的碎屑物质

c.土壤母质中，释放了一些水溶性化合物，如水溶性的K＋、H2PO4－、

HCO3－、Fe3＋等，这些水溶性离子，都可被植物吸收利用。但是，母质还不具备完善的土壤肥力，还不能生长绿色植物。原因：母质5、土壤母质的类型：残积物流水：坡积物、洪积物、冲积物

土壤母质水湖水：湖积物运积物海水：海积物风沙丘黄土冰川冰碛物冰水沉积物（1）残积物：岩石的风化物没有经过搬运，保留在原地而成的母质。特点：多分布于山区山体的顶部或丘陵区丘陵的顶部；没有分选性，多为砾石－和沙粒的夹杂堆积物，砾石有明显的棱角；形成的土壤一般土层较薄，砾石含量高，养分少，土质较贫瘠。细部特征沐川县水土保持定位观测站山顶（紫色土）残积物上发育的紫色土（2）坡积物：在山区，岩石的风化物在水和重力的作用下，沿坡移动到平缓处堆积而成。特点：多为山体中、上部的物质堆积于坡脚处而成，一般分布在山体下部，形成坡积裙。有一定的分选性，但分选度不高，常可见多次坡积出现的层理。形成的土壤一般土层较厚，常夹小砾石，土质较肥沃。细部特征沐川县水土保持定位观测站坡下部（紫色土）坡积物上发育的紫色土（3）洪积物：在山区，岩石的风化物由暂时性洪水搬运，堆积于山谷出口处而成。特点：多分布于山区山谷的出口处，外观呈扇形，又称洪积扇。洪积物分选度高，一般扇柄处窄，沉积的颗粒粗，多为砾石和粗沙；扇缘处宽，沉积的颗粒细，多为细沙或粘粒。形成的土壤由扇柄到扇缘由粗到细，肥力逐渐提高。扇柄窄，粗扇缘宽，细洪积物（4）冲积物：岩石的风化物由河水搬运堆积于河流两岸而成。特点：分布于河流两岸，形成冲积平原或冲积坝。分选度高，具有成层性和成带性的特点：成带性：冲积物沿河呈带状分布，有上游粗、下游细；近河粗、远河细的性质；成层性：冲积物中粗细颗粒明显分层。此外，河流冲积物中砾石磨圆度高，成分复杂，养分类型丰富，土层深厚而肥沃。第二节自然土壤的形成1、什么是自然土壤：

指土壤母质在野生生物的作用下，具有了自动供肥和自动调节水、热、气、肥的功能，形成了完善的土壤肥力，但无人类投资的土壤。自然土壤自然土壤与土壤母质的主要差异：土壤母质自然土壤矿质胶体少矿质胶体丰富通透性弱，养分少通透性强，养分多不含氮素和腐殖质含氮素和腐殖质不能生长植物能生长植物土壤母质自然土壤2、自然土壤的形成过程――成土作用（生物的作用）1）微生物的作用：最先进入母质的是土壤微生物，其作用有两个：其一：固氮微生物吸收空气中的氮素固定在土壤中（每年每亩约5～10斤），在母质中出现并积累氮素。其二：微生物可作用于其它生物残体，一方面使残体有机物分解，供植物重新吸收；另一方面，使残体腐质化，便于养分的保存。微生物进入母质：产生两种作用2）低等植物的作用：第二步是低等植物土壤母质中生长，如：苔藓、地衣、藻类进入母质，作用与微生物相同。3）高等绿色植物的作用：有三个方面：

a、养分选择性富积：

b、使土壤氮素不断的丰富：

c、与微生物共同作用形成腐殖质：高等植物：养分富积形成腐殖质

3、自然土壤形成过程的实质

――两个循环矛盾的统一1）养分的地质大循环：指地表岩石的风化物经河流流入海洋，在海洋中沉积下来形成沉积物，该沉积物经各种地质作用出露地表，形成新的沉积岩，然后又风化又沉积的往复循环过程。特点：规模大，周期长养分的地质大循环2）养分的生物小循环：指绿色植物将吸收的养分转变为有机物，生物死亡后，有机体的有机物又经微生物分解转变为无机物，这种养分的“无机物－有机物－无机物”的循环往复过程就称为养分的生物小循环。特点：规模小，周期短。绿色植物将吸收无机养分转变为有机物绿色植物死亡后经微生物分解转变为无机物养分的生物小循环3）两循环的关系：对土壤而言，这两个循环是同时、同地进行的，但对养分的作用方向相反：大循环使养分不断地从岩石中释放出来，但又不断地将其淋失；小循环使养分不断地富积在土壤中，阻止养分的淋失。当其大、小循环统一时，即养分淋失与富积平衡时，就是自然界中的土壤。对生产的启示：生物小循环强烈地质大循环强烈4、成土因素：即影响土壤发生发展的因素。根据道库恰耶夫土壤发生学说的观点：土壤是受气候、生物、地形、母质、时间这五个因素的综合作用下，独立发生发展的历史自然体。这五个因素就称为成土五因素。

1）气候：气候的构成要素是温度和湿度这两个因子。温度：决定土壤物理、化学、生物风化作用的强度；决定植被类型，通过植被类型来影响所形成的土壤的差异。湿度：加强或减弱温度对风化作用的影响。对土壤有独特的淋溶作用。决定植被类型，通过植被类型影响土壤。温度、降雨、植被差异导致土壤差异2）生物：生物在土壤形成过程中有成土作用，越强烈，形成的土壤越肥沃。生物小循环强烈生物小循环较弱不同的气候带下，生长发育着不同的植被类型、植被带，产生不同的凋落物，在这两者的共同作用下，发育了不同的土壤类型：我国从南到北的气候－植被－土壤带谱为：热带热带雨林砖红壤南亚热带热带季雨林赤红壤中亚热带常绿阔叶林红壤、黄壤北亚热带常绿－落叶阔叶混交林黄棕壤暖温带落叶阔叶林棕壤温带针－落阔混交林暗棕壤寒温带针叶林灰化土

黄棕壤上的落－常绿阔叶混交林红壤上的常绿常绿阔叶林3）土壤母质：土壤是在母质上发育形成的，母质的性状可遗留给土壤，这种遗留表现在两个方面：母质的颗粒大小和比例不同，影响土壤的通气透水性和保水保肥性；母质的化学成分不同，影响土壤养分含量不同,化学性质不同。砂岩粘土岩4）地形：地形的不同，首先引起土壤母质的再分配，如坡积物、洪积物、冲积物等都是由于地形引起了母质的搬运和再分配，通过母质来影响所形成的土壤的不同。其次，地形的不同还可引起水热条件的再分配，引起气候变化来影响土壤形成的不同。这种影响主要表现在我们山区：在山区，随着海拔的升高，温度下降，湿度增加，一般海拔每升高100米，温度下降0.5~0.6C，并且云线以下，湿度增加。形成了山区“一山分四季，十里不同天“的立体气候景观。既山区存在立体气候带－立体植被带－立体土壤带：山区存在立体土壤带

4359m

寒带亚高山草甸土

4100m

寒温带灰化土＋亚高山草甸土

3400m

温带落叶－针叶混交林暗棕壤

2900m

北亚热带常绿－落叶混交林黄棕壤

2500m

中亚热带常绿阔叶林红壤

1040m

螺髻山东坡土壤垂直带谱5）时间：时间的长短是事物发展深度的一个度量。对土壤来说，成土时间的长短是上述四因素作用深度的度量。显然，成土时间不同，作用深度不同，所形成的土壤也就不同。1、

5、常见的自然界的成土过程：土壤学中特指：不同的成土因素的组合方式所产生的特定的土壤形成过程。成土因素的组合方式有很多，常见的有：土壤腐殖质积累过程；土壤盐化与脱盐化过程；土壤钙化与脱钙化过程；土壤沼泽化过程；土壤淋溶过程；土壤粘化过程；土壤脱硅富铝化过程；土壤灰化过程。脱硅富铝化过程：在热带高温多雨的条件下，矿物强烈分解破坏，盐基大量释放并遭到淋失，且中性环境中，矿物分解产生的硅酸移动性高也遭到淋失；而铁、铝氧化物由于移动性低在土壤中积累起来的过程，就称为脱硅富铝化过程。脱硅富铝化作用：形成红壤土壤灰化过程：在寒带、寒温带的气候条件下，生长发育着针叶林，林下凋落物富含单宁、树脂，经微生物分解后，形成强酸性的富里酸，该酸使土壤矿物强烈分解，并将铁、铝酸性淋溶至土体下部淀积，而上层剩余灰白色的二氧化硅。

6、自然土壤的剖面形态特征及观察：剖面，既土壤的垂直切面

风化作用、成土作用土壤母质土壤

物质运动、性状改变表现在剖面中。所以，观察剖面，可掌握土壤性状。观察剖面掌握土壤性状剖面观察的基本方法：在螺髻山上，海拔约4000米的针叶林下，挖一个土壤剖面，可观察到：针叶林

A0：枯枝落叶层，由针叶林的枯枝落叶形成

A1：黑色层次，由枯枝落叶经微生物分解形成的腐殖质与矿质颗粒混合而成，称腐殖质层。

A2：白色层次，由A1层的富里酸使矿物强烈分解，并将该层