第5章---土壤形成过程

《土壤地理学》电子教案5.1土壤形成过程的概念5.2基本土壤形成过程5.3土壤剖面形态特征思考题与个案分析第5章土壤形成过程1.掌握土壤物质迁移转化规律2.掌握土壤形成中的物质能量迁移、转化过程的规律3.熟悉主要成土过程的特点及其发生条件，了解主要成土过程的空间分异规律4.理解土壤形态与成土过程的相互关系。教学重点•土壤形成过程(Soil-formingprocess)•生物积累作用(Biologicalaccumulation)•腐殖积累作用(Humusaccumulation)•淋溶作用(Eluviation)•淀积作用(Illuviation)•发生层分化(Horizondifferentiation)关键词5.1土壤形成过程的概念5.2基本土壤形成过程5.3土壤剖面形态特征认识土壤物质迁移转化特征掌握基本成土过程熟悉主要成土过程对土体中物质迁移转化的影响知识结构岩石风化和成土过程是地球表层系统中主要的物质运动过程，它们是岩石圈与大气圈、生物圈、水圈、智慧圈界面复杂物理、化学和生物过程的综合。太阳辐射能是驱动表生作用的主要源动力。与成土过程相关的地表元素迁移转化过程归并为：溶解迁移、还原迁移、配合迁移、悬浮迁移和生物迁移过程，如图5-1~5-7所示。5.1土壤形成过程的概念图5-1土壤形成发育中溶解作用及其影响因素示意图图5-2成土过程中氧化-还原过程特征图图5-3土壤形成发育中配合作用及其影响因素示意图图5-4土壤形成过程及其土壤剖面形态示意图图5-5灰土剖面中烧失量和活性铁铝硅氧化物含量分布图（据于天仁等，1990）图5-6土壤形成发育中生物迁移示意图图5-7成土过程中物质迁移转化图式(据Gerrard，2000)土壤的本质特征是具有肥力和自净能力。土壤发生学认为，土壤形成过程实质上是生物积累过程和地球化学过程的对立和统一。土壤形成过程的基本模式，如图5-8、5-9所示。图5-8土壤形成过程中物质迁移和转化示意图图5-9土壤能量转换示意图在自然界中，土壤形成过程的基本规律是统一的，但是，由于成土条件的复杂性和多变性，决定了土壤形成过程总体的内容、性质及表现形式也是多种多样的。因此，根据土壤形成中的物质能量迁移、转化过程的特点，划分出以下基本成土过程。5.2基本土壤形成过程（一）原始成土过程是指从岩石露出地面有微生物着生开始到植物定居之前形成的土壤过程。它是土壤形成作用的起始点。（二）有机质积聚过程是指在各种植被下，有机质在土体上部积累的过程，结果在土体上部形成暗色有机质层的过程。有机质的累积形式主要有腐殖化的有机质累积和泥炭化的有机质累积。二者形成于不同的环境条件之下。图5-10土壤腐殖质化过程示意图(据于天仁等，1990年资料改编)（三）粘化过程是指土体中粘土矿物的生成和聚集过程。可分为残积粘化过程和淋溶淀积粘化过程。粘化过程结果在土体心土层形成粘化层，主要发生层次深度在50cm~60cm，因这一深度水热条件比较稳定，适合于次生粘土矿物的产生。粘化过程在温带和暖温带的湿润、半湿润气候条件下特别突出（四）钙化过程是指干旱、半干旱区土壤钙的碳酸盐发生淋溶、淀积的过程。结果形成钙积层，其特征：呈假菌丝体、核状、斑点状，若出现层次浅、厚度大，成为生产上障碍层次。图5-12钙化过程图解（五）盐化、脱盐过程盐化过程是指土体中各种易溶性盐类在土壤表层积聚的过程。发生在滨海区、干旱区、半干旱区，形成具盐化层的盐渍土。脱盐化过程是指盐渍土中可溶性盐在降水、人为因素等作用下降低或排出土体或迁移到下层的过程。图5-13盐化过程图解（六）碱化、脱碱化过程碱化过程是指土壤胶体上吸持较多交换性钠，使土壤呈碱性反应，并引起土壤物理性质恶化的过程。结果在土壤底层形成具碱化层的碱化土，pH值大于9.0。脱碱化过程是指通过淋洗和化学改良，从土壤吸收性复合体上除去钠离子的过程。盐化与碱化相伴随进行。先盐化，发生脱盐化过程，产生交换性钠解吸，从而产生碱化，即碱化土是盐化、脱盐化相互交替的结果。（七）白浆化过程是指土体中出现还原高铁高锰作用而使某一土层漂白的过程。（八）灰化过程是指土体表层（特别是亚表层）R2O3及腐殖质淋溶淀积而SiO2残留的过程。主要发生在寒冷湿润、郁闭的针叶林植被下，由于土壤有机酸溶液的下渗过程，使上部土体的碱金属和碱土金属淋失，而SiO2残留的过程（湿润、低温有酸性环境、有覆盖物、母质排水良好）图5-11灰化过程图解P代表年均降水量；PE代表年均陆面蒸发量（九）潴育化过程是指土壤形成中氧化还原交替进行的过程。形成潴育层，特点：产生锈斑锈纹、铁锰结核，发生于地下水浸润土层、地下水升降频繁区。如华北平原潮土区。（十）潜育化过程是指土体中发生的还原过程，形成潜育层，此层次呈蓝灰色，又称灰蓝层。（十一）富铁铝化过程是指土体中脱硅富铁铝的过程，形成网纹层，又称富铁铝化过程。如红壤形成中具有此成土过程。（热带亚热带高温多雨并有一定干湿季节的条件下）（十二）熟化过程是指在人为因素影响下，通过耕作、施肥、灌溉等措施，改造土壤的土体构型，减弱或消除土壤中存在的障碍因素，协调土体水、肥、气、热等，使土壤肥力向有利于作物生长方向发展的过程。简单地说为人类定向培育土壤的过程。可分为旱耕熟化和水耕熟化。某一土壤类型的形成经常由一个主要成土过程和几个辅助过程共同作用完成。重点：掌握土壤形成因素对土壤发育的影响及土壤主要成土过程。土壤熟化过程是人为培养土壤的过程。通过耕作、灌溉、施肥和改良等方法，在土壤上部形成人为表层(Ap)，并不断改变原有的土壤某些过程和性状，使土壤向有利于作物高产方面发育。土壤熟化可分为：①改造不利的自然成土阶段；②培肥熟化阶段；③高肥阶段，如图5-14和5-15所示。图5-14土壤旱耕熟化过程图解图5-15中国黄土高原南部人为旱耕的土垫过程示意图土壤退化过程(soildegradation)是指因自然环境不利因素和人为开发利用不当而引起的土壤物质流失、土壤性状与土壤质量恶化以及土壤肥力下降，作物生长发育条件恶化和土壤生产力减退的过程。联合国粮农组织(FAO)将土壤退化分为侵蚀、盐碱、污染等10种类型。土壤剖面形态包括土壤颗粒微形态、结构体形态、土层形态、土壤剖面形态、土被结构形态。其中土壤剖面形态、土层形态、土壤结构体形态的观察是土壤资源调查和土壤地理研究的基础性工作。5.3土壤剖面形态特征土壤剖面形态的形成过程•土壤剖面形态，即土壤剖面形态特征及其表现的土壤性状，它是土壤形成过程的产物。土壤剖面形态全面地反映并代表了土壤发生学特征、物质组成、性质及其综合属性，以及土壤景观的总体特征。因而，它已经成为诊断土壤性状的基础和进行土壤分类的重要依据。随着土壤形成过程的进行，土壤中物质的迁移、转化与积累过程的持续，使土体逐渐地发生了分异，形成了各种不同的发生土层和土体构型。首先，各种具体的成土过程，都会形成与之相适应的一个模式土层，这是使土体发生分异的基本原因；其次，各种具体的成土过程都发生于土壤剖面的某一层位，但每个具体成土过程都与整个土体的物质运动相联系，如上面的淋溶层，其下必然有沉积层。其三，就某一具体土壤而言，它可以是在一种成过程的作用下形成的，也可以在两种或两种以上的具体成土过程的复合作用下形成的，这们就使得土壤剖面分异过程异常复杂化。针对不同类型的土壤，其土壤剖面都是由特定的、具有内在联系的发生层所组成的，从而形成了一定的土体构型。土壤剖面的重要形成特征•土壤剖面，即地表至母质的土壤垂直断面，包括整个土体和母质层在内。最具有体表性的土壤剖面形成特征是土壤剖面构型，系指由发生上有内在联系的不同土层垂直序列组合构成的，简称土体构型。•土体构型主要由有机质层、淋溶层、淀积层、母质层和母岩层构成。适用于主要土层的常用词尾字母•b代表埋藏或重叠土层•C代表结核状聚积•G代表反映氧化还原的绣纹绣斑•K代表聚积碳酸盐•M代表强烈绞结、固结、硬结（盘）•N代表聚积钠质•P代表耕翻或扰动•Q体表聚积硅质•R代表强还原作用•S代表聚积三氧化二物•T代表粘粒聚积•Y代表聚积石膏•Z代表比石膏更溶盐类的聚积图5-16土壤剖面构型的一般综合图式土壤的个体发育、系统发育和演替•1土壤的个体发育•土壤的个体发育是指土壤从岩石风化产物或其他的母质上开始发育的时候起，直到目前状态的真实土壤的具体历史。它只涉及到该土壤个体，此土壤个体在不受加速侵蚀或其他破坏作用的情况下便向着具有与当地成土条件组合相适应的土壤类型的方向发展，经过若干时间，即由所谓幼年或者发育微弱的土壤达到成熟土壤，最后进入当地典型土壤行列。如下图•但这并不意味着发育已告终点，只是暂时动态平衡！图5-17土壤剖面发育的一般图式土壤剖面发育的一般模式如图5-17所示。2土壤的系统发育•土壤的系统发育是指土壤圈中各土壤发生类型在地质历史时期内的发生和发展过程。土壤既是一个独立的历史自然体，同时也是整个地表自然环境系统的一个组成要素，因此，它是独立的而不是孤立的，它和生物等独立历史自然体一样，是按照决定于自身内部矛盾的特殊规律发展的，但这种发展不是孤立进行的，而是和它周围环境因素，特别是生物因素中的植物因素互为外在条件的相互影响、相互作用、辩证地发展着。植物与其他成土因素的共同作用，创造了一种土壤类型，并在土壤中继续积累新的性质，当这些新的性质在量上积累达到质的飞跃时，土壤就从一种类型转变为另一种类型。这种转变必然也会反过来作用于环境因素，特别是植物，刺激它产生新的类型或种属。而这种新的生命形态或他们的组合再去塑造新的发生土类。土壤演替•土壤演替，是指由于地理环境的变化，而引起的土壤或土壤类型组合——土被由一种类型转变为另一种类型的过程。在引起土壤这咱变化的条件中，气候变化和新构造运动引起的地形演化有着特别重要的作用。在自然环境中，土壤的这种变化是复杂多样的、时快时慢的、进而进化、进而退化的。而且，土壤的这种变化过程往往也具有明显的周期性或节奏性。•土壤的个体发育、系统发育和土壤的演替并不是孤立的，而是彼此之间的着发生上的联系。显然，土壤的个体发育包括在土壤的演替和系统发育之中；反过来，土壤的系统发育又体现在土壤演替和个体发育之中；土壤演替是通过个体发育来实现的，而土壤的系统发育又是在土壤演替基础上进行的。•土壤的系统发育过程是经久的、缓慢的、不断向前发展的历史过程。它决定着土壤发生类型的基本特性，土壤发育的程度决定着这种特性表现的程度，至于土壤演替则往往使现代的土壤具有从前一阶段所继承下来或遗留下来的某些发送特征。总之，从土壤发生学观点看，成土因素是土壤形成的外部环境条件，土壤形成过程是土壤发育内部变化的依据。外因通过内因起作用。土壤形态特征则是土壤形成过程的结果。土壤发生类型必然要和它们所处的环境相统一，与成土因素处于动态平衡。思考题与个案分析1.请列举四个最为广泛的成土过程，并分别给每个成土过程一个实例。2.试通过实地调查与观察，分析搅动作用在土壤发育中的重要性。3.为什么说土壤形成过程是生物累积过程和地球化学过程的对立和统一。4.试分析重要成土过程特点及其发生的环境条件。5.土壤剖面的分异过程，典型土壤剖面的基本构型。6.通过观察学习，试分析地球表层系统中物质的地质大循环和物质的生物小循环的实质，并阐述它们的资源与环境意义。8.据有关资料：【中国大兴安岭北部灰土(相当于漂灰土)剖面表层活性Fe2O3和Al2O3含量均低于2％；而在心土层活性Fe2O3和Al2O3含量均超过4％；底土层活性Fe2O3和Al2O3含量均在3％以下】。试结合你所学的知识分析在寒温带针叶林条件下，土壤中Fe2O3和Al2O3迁移转化特征。