第八章土壤圈

第八章土壤圈第一节土壤圈的物质组成及特性•第二节土壤形成与地理环境间的关系•第三节土壤分类及空间分布规律•第四节土壤类型特征•第五节土壤资源的合理利用和保护•教学重点认识土壤圈的物质组成、特性及其形成与地理环境间的关系，掌握土壤分类、土壤类型及空间分布规律。•教学难点土壤圈的形成与地理环境间的关系和土壤分类、土壤类型及空间分布规律。•教学活动实习与实验：在野外或者实验室、地质博物馆认识最常见的土壤。检索分析：在图书馆文献信息系统或者网络上，检索“土壤圈”、，分题名检索和关键词检索，看有哪些图书、论文和网站与之有关，并了解该领域的新进展。•主要参考文献1.熊毅,李庆逵.中国土壤(第二版).北京.科学出版社,1990.2.南京大学等.土壤学基础与土壤地理学.北京:人民教育出版社,1980.3.中国科学院《中国自然地理》编辑委员会.土壤地理.北京:科学出版社,1981.4.李天杰等.土壤环境学.北京:高等教育出版社,1995.5.刘兆谦.土壤地理学原理.西安:陕西师范大学出版社,1988.6.朱鹤健,何宜庚.土壤地理学.北京:高等教育出版社,1992.7.吴先余.土壤地理学.西安:陕西科学技术出版社,1990.8.潘树荣,吴光和,陈传康等.自然地理学.北京:高等教育出版社,1985.9.龚子同等.中国土壤系统分类（理论、方法、实践）.北京：科学出版社，1999.第一节土壤圈的物质组成及特性一、土壤及土壤肥力的概念•土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层，是一个独立的自然体。•由于人类对土壤的利用方式不同，对土壤产生不同的概念。•土壤的基本属性和本质特性是具有肥力。•土壤肥力是指土壤为植物生长不断地供应和协调养分、水分、空气和热量的能力。土壤中养分、水分、空气、热量四大肥力因素不是孤立的，而是相互联系和相互制约的。二、土壤圈在地理环境中的地位和作用土壤圈在地理环境中总是占据一定的不变位置，处于地球大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的界面上，是地球各圈层中最活跃最富生命力的圈层之一，它们之间不断地进行物质循环与能量平衡。1土壤圈与生物圈进行养分元素的循环，土壤支持和调节生物的生长和发育过程，提供植物所需养分、水分和适宜的理化环境，决定自然植被的分布。2土壤圈与水圈进行水分平衡与循环，影响降水在陆地和水体的重新分配，影响元素的表生地球化学迁移过程及水平分布，也影响水圈的化学组成.3土壤圈与大气圈进行大量及痕量气体的交换，影响大气圈的化学组成，水分与能量的平衡；吸收氧气，释放CO2、CH4、H2S、氮氧化合物和氨气，影响全球大气变化。4土壤圈与岩石圈进行着金属元素和微量元素的循环，土被覆盖在岩石圈的表层，对其具有一定的保护作用，减少各种外营力的破坏。土壤圈对地理环境的作用•1土壤圈与地球生命作用，包括土壤物质循环的能量变化，生物转化，水循环，碳、氮、硫、磷循环及环境效应。•2土壤圈与人类生存条件，包括土壤资源区域性开发与管理，综合农业中的动态变化，土壤对农林适宜性评价，营养元素的空间调控，土壤圈的各障碍因素对农业生产的限制作用。•3土壤圈与自然环境，包括重金属元素在土壤圈中的空间分布、迁移、转化及动态变化，土壤污染物质的来源、分布、变化、迁移、浓集对生物环境的影响及调控；土壤在复合农业生态系统中的功能及优化模式。4土壤圈与全球土壤变化，包括自然与认为条件下的土壤圈内不同土壤类型历史演变；现代成土过程基本特性变化预测；土地退化，土壤痕量气体的通量及其对温室效应的影响。5土壤物质的组成与性质，包括土壤胶体表面的性质。土壤中有害物质的化学行为，土壤水分性质，植物营养元素的化学性质，根据主要微生物的生理生态特性，土壤有机质组成，性质，土壤生态系统的结构，功能等。三、土壤形态•土壤形态是指土壤与土壤剖面外部形态特征。如土壤剖面构造、土壤颜色、质地结构，结持性，孔隙度等。(一)土壤剖面与土壤发生层次•土壤剖面是指从地表垂直向下的土壤纵剖面，也可理解为完整的垂直土层序列。它是由性质和形态各异的土层重叠在一起构成的。这些土层大致呈水平状，是由土壤成土过程中物质发生淋溶、淀积、迁移和转化形成的。•自然土壤剖面发生层的划分和命名•19世纪末，俄国土壤学家道库恰耶夫把土壤剖面分为三个发生层：腐殖质聚集层（A）过渡层（B）母质层（C）•1967国际土壤学会提出把土壤剖面划分为：有机层（O）腐殖质层（A）淋溶层（E)淀积层（B)母质层（C）母岩层（R）耕作土壤剖面•耕作层（表土层）属人为表层类，包括灌淤表层，堆垫表层和肥熟表层。土性疏松、结构良好、有机质含量高、颜色较暗、肥力水平低。•犁底层（亚表土层）在耕作层之下，土壤呈层片状结构，紧实，腐殖质含量比上层少。•心土层（生土层）在犁底层之下，受耕作影响小，淀积作用明显，颜色较浅。•底土层（死土层）几乎未受耕作影响，根系少，土壤未发育，仍保留母质特征。土壤剖面组合示意图土壤的一般形态特征土壤颜色•根据土壤颜色变化可作为判断和研究土壤成土条件、成土过程、肥力特征和演变的依据。•土壤颜色是土壤分类的和命名的重要的依据之一如用颜色命名的红壤，黄壤，黑土，黑钙土栗钙土等。黑色表示土壤腐殖质含量高，含量减少则呈灰色白色与土壤中含石英、高岭石、碳酸盐、长石、膏和可溶性盐有关红色是土壤中含较高的赤铁矿或水化赤铁矿黄色是水化氧化铁造成的棕色含大量的伊利石、云母类矿物质和不同水化程度的氧化铁混合物紫色游离氧化锰含量高绿色或蓝色土壤积水处于还原状态，含大量的亚铁氧化物•土壤质地土壤颗粒的组合特征，一般分为砂土，壤土和粘土•土壤结构土壤颗粒的胶结情况，有团粒、块状、核状、柱状、棱状、片状•松紧度土壤疏松和紧实的程度•孔隙土粒之间存在的空间，是土壤水分、空气的通道和仓库•土壤湿度土壤的干湿程度，反应土壤中水分含量的多少•新生体土壤发育过程中物质重新淋溶淀积和聚集的生成物。根据新生体的性质和形状可以判断出土壤类型、发育过程及历史演变特征•侵入体外界进入土壤的特殊物质四、土壤的物质组成•土壤是由固相、液相和气相等三相物质组成的固相包括矿物质、有机质和一些活的微生物，按重量矿物质占95%。液相和气相占50%，经常处于彼此消长状态（一）土壤矿物质•土壤矿物质是土壤的主要组成物质，构成土壤的“骨骼”。•土壤矿物主要组成元素地壳中已知的90都种元素土壤中都存在•按成因可以分为土壤矿物质基本上来自成土母质，原生矿物质和次生矿物质•原生矿物质各种岩石受到不同程度的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原有的化学组成和晶体结构均未改变。•次生矿物质由原生矿物质经风化后重新形成的新矿物。土壤次生矿物分为三类：简单盐类、此生氧化物类和次生铝硅酸盐类(二)土壤有机质•土壤有机质概指土壤中动植物残体、微生物体及其分解和生成的物质•土壤有机质的化学组成包括碳水化合物、含氮化合物、水质素、含硫含磷化合物。•土壤微生物对有机质转化的作用土壤中的细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物等是土壤有机质转化的主要动力•有机质的转化两个过程1矿物化过程进入土壤的动植物残体在土壤微生物的参与下，把复杂的有机质分解为简单有机质的过程2腐殖质化过程进入土壤的动植物残体在土壤微生物的作用下分解后再缩合和聚合成一系列黑色高分子有机物的过程有机质对土壤肥力的作用•1.土壤有机质含有丰富的植物所需营养元素和多种微量元素，不断供应植物吸收利用。•2.土壤有机质具有较强的代换能力，可以大量吸收保存植物养分，以免淋溶损失。•3.土壤有机质和氨基酸等是络合剂，与钙镁铝形成稳定性络合物，能提高无机磷酸盐溶解性。•4.二、三羧基酸与金属离子形成稳定络合物的能力较强，有活化土壤微量元素的作用。•5.土壤有机胶体是一种具有多价酸根的有机弱酸，其盐类具有两性胶体的作用，有很强缓冲酸碱的能力。•6.腐殖质是胶结剂，能使土壤形成良好的团粒结构，改善土壤耕作。•7.腐殖质色暗，可增加土壤吸热能力，同时其导热性小，有利于保温。（三）土壤水分•土壤水分是土壤重要组成成分和重要的肥力因素。它不仅是植物生活所必需的生态因子，而且也是土壤生态系统中物质和能量流动的介质，它存在于孔隙中。•土壤水分的来源及消耗主要来源于大气降水、地下水和灌溉用水，水汽的凝结也会增加几少量的土壤水。消耗主要有土壤蒸发，植物吸收利用和蒸腾，水分的渗漏和径流•土壤水分平衡△水=水收入-水支出•土壤水分类型土壤水分主要分为吸湿水、毛管水和重力水土壤水分类型间的联系及其有效性示意图•吸湿水土壤颗粒表面张力所吸收的水汽，不能移动，植物不能吸收。•毛管水毛管孔隙中毛管力所吸附保存的水分，是自由液态水，是土壤中植物利用的有效水分•有两种：毛管上升水和毛管悬着水。•重力水土壤水分含量超过田间持水量（毛管悬着水达最大值）时沿土壤非毛管孔隙向下移动的多余水分。(四)土壤空气•主要来自于大气，组成成分和大气基本相似，质和量上与大气有所不同。•受土壤生物生命活动的影响，二氧化碳比大气中含量高而氧气含量比大气低。•土壤空气中的水汽大于70%，大气中小于4%，相差甚远•土壤固氮微生物能固定一部分氮气，增加土壤氮素含量，而土壤中进行的硝化作用和氮化作用，氮素又转化为氮气和氨释放到大气中，二者基本保持平衡。五、土壤物质之间的相互作用•（一）土壤机械组成组成土壤的大小不同的土粒按不同比例混合在一起表现出来的土壤粗细状况称土壤的机械组成或土壤质地。土壤质地分类是以土壤中各粒级含量的相对百分比作为标准的•土壤质地的性质•土壤质地影响土壤水分、空气和热量的运动，也影响养分的转化（质地和有效水容量之间有密切关系）。•土壤质地影响土壤结构类型，含粘土高的土壤易形成水稳定性团聚体和裂隙；细砂或极细砂比例大的土壤只能形成不稳定结构；粗砂无法团聚。（二）土壤胶体的性质•土壤胶体是指土壤中高度分散、粒径在1～100mm之间的物质。•土壤胶体的种类按其成分和性质有三类：土壤矿物质胶体，包括次生硅酸盐，简单的铁、铝氧化物，二氧化硅有机胶体，包括腐殖质有机酸蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。有机无机复合胶体，土中有机胶体和无机胶体通过各种键（桥）力相结合的有机-无机复合体。•土壤胶体的性质1巨大的表面和表面能2带电性3分散和凝聚性•土壤的离子交换土壤胶体表面与溶液介质中电荷符号相同的离子相交换。（三）土壤溶液•土壤溶液是土壤中水分及其所含溶质的总称，溶液中所含物质有以下几类：不纯净降水及其在土壤中接纳的溶解性气体无机盐类有机化合物类无机胶体类络合物类•土壤的酸碱反应土壤中的酸性和碱性物质解离出H+和HO–数量•土壤的氧化还原反应氧化剂m++n电子≒还原剂•土壤的缓冲性土壤加酸或加碱时具有缓冲酸碱度改变的能力第二节土壤形成与地理环境的关系•土壤是成土母质在一定水热条件和生物作用下，并经过一系列的物理、化学和生物化学过程形成的。母质层与环境之间发生了频繁的物质能量交换和转化形成土壤腐殖质和粘土矿物，发育了层次分明的土壤剖面，也出现了具有肥力的土壤。一、成土因素学说•道库恰耶夫的土壤因素学说•函数关系方程∏=f(K,O,E,P)T∏为土壤；K为气候；E为岩石；P为地形；T为时间；O为生物基本观点1土壤是母质、气候、生物、地形和时间五大自然因素综合作用的产物。2所有的成土因素始终同时存在并同等重要和相互不可替代地参与了土壤形成过程。3土壤永远受制于成土因素的发展变化而不断地形成演化；土壤是一个运动着的和有生有灭或有进有退的自然体。4土壤形成因素存在着地理分布规律，特别是有由极地经温带至赤道的地带性规律。二、成土因素对土壤形成的作用•(一)母质因素•岩石风化的产物称成土母质，简称母质木质是土壤形成的物质基础•多数土壤的属性均继承了母质的特性•母质层具有不同的质地层可影响土壤的物质迁移转化过程•不同母质对土壤的次生矿物有影响•不同母质所形成的土壤养分状况不相同•成土母质影响土壤的质地（二）气候因素–气候因素影响土壤水热状况，而水热状况又直接或间接地影响岩石的风化过程高等植物和低等植物及微生物的活动土壤溶液和土壤空气的迁移转化过程，因此决定了土壤中的物理、化学和生物的作用过程，影响土壤形成过程的方向和强度。•气