第5章土壤形成与发育.ppt

土壤形成与发育,郭笑彤guoxtina@,1,2015-04-17,植物营养与土壤肥料学,土壤母质土壤形成因素土壤形成过程土壤发育与土壤剖面,土壤形成与发育,土壤是与地球与生俱来的吗?,土壤形成与发育,地质时间简表与土壤出现,46亿年前: 地球诞生40亿年前: 地质运动开始40~25亿年: 太古宙 气圈: 水汽、CO2、N2、H2S、NH3、CH4、HCl 水圈：海水盐浓度比现在低 岩石圈： 富含低价铁矿，地壳薄弱， 不坚固，岩浆活动频繁土壤形成与发育,25~5.7亿年：元古宙 气圈: CO2减少，O2出现24.5亿至23.2亿年) 岩石圈： 紫红色石英砂岩出现 不坚固，岩浆活动频繁 （8~ 5.7亿年，震旦纪） 藻类大量出现5.7~ 4.09亿年：早古生代 海生无脊椎动物,地质时间简表与土壤出现,土壤形成与发育,4.09 ~ 2.5亿年：晚古生代 植物界的第一次大发展-----嶡类(水生) 造煤期。

4.09 ~ 3.6亿年：晚古生代泥盆纪 裸蕨类植物 (陆生) ，土壤发生2.5 ~ 0.65亿年：中生代 裸子植物时代（苏铁、银杏、松柏）6500万年---- 新生代 被子植物,地质时间简表与土壤出现,土壤形成与发育,土壤形成的阶段,岩石,成土母质,成土母质：风化壳的表层，是形成土壤的重要物质基础,土壤形成与发育,土壤母质,1、岩石与岩石风化2、土壤母质的类型,土壤母质：地表岩石经过风化、搬运、堆积等过程所形成的在地质历史上最年轻的疏松矿物质层,土壤形成与发育,土壤母质---岩石,岩石：是由一种或几种矿物构成的，矿物的天然集合体岩浆岩: 指地球内部熔融岩浆上浸地壳的一定深度或喷出地表冷却凝固所形成的岩石沉积岩: 岩石风化物经搬运、沉积再胶结而成的岩石变质岩:岩浆岩或沉积岩在高温、高压下发生质变而形成的岩石,土壤形成与发育,土壤母质---岩石风化,土壤母质,物理化学生物,土壤形成与发育,又称机械崩解作用，其特点是岩石因冰冻或胀缩而被机械破碎成大小不等的碎屑，但化学成分不变，使岩石获得了通气透水性能温差引起岩石的热力学变化破碎程度。

碎屑颗粒愈小，受热愈均匀，物理风化作用变得缓慢风化的产物颗粒较粗岩石风化---物理风化,土壤形成与发育,气温变化引起岩石胀缩不均而崩解,冰的冻结扩大了岩石的裂隙,水蚀,风蚀---魔鬼城,化学风化作用是指岩石在水和空气（主要是CO2、O2）的参与下进行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的总称结果：在物理风化的基础上，岩石进一步破碎成胶体状微粒，使原生矿物发生化学成分和矿物组成的变化，产生在地表条件下比较稳定的次生矿物岩石风化--- 化学风化,土壤形成与发育,1）溶解作用(solubilization)方解石在纯水中的溶解度为10.5 g/l，但在含有CO2的水中，就增加到16.75 g/l方解石的碳酸化反应式如下：CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2HCO3-,岩石风化--- 化学风化,土壤形成与发育,溶有CO2的流水对石灰岩的溶解,2）水化作用 hydration,CaSO4+2H2O CaSO4 •2H2O(硬石膏) （ 石膏）Fe2O3（赤铁矿）………………… 红色2Fe2O3 • H2O（赤褐铁矿）… 浅红棕色Fe2O3 • H2O（针铁矿）……… 棕色2Fe2O3 • 3H2O（褐铁矿） … 棕黄色Fe2O3 • 2H2O（褐铁矿）……… 黄色,,岩石风化--- 化学风化,土壤形成与发育,3）水解作用 hydrolysis,H2O + CO2 → H2CO3 → 2H+ + CO32-,岩石风化--- 化学风化,CaAl2Si2O8 + 3H2O + 2CO2,,Ca2+ + 2HCO3- + Al2SiO5(OH)4,,,CaCO3 + H2O + CO2,,,斜长石,原生矿物转化,,土壤形成与发育,水解作用 ---养分分解：Ca2(PO4) + 2H2O + 2CO2 → Ca(H2PO4)2 + 2CaCO3 (磷灰石) (磷酸二氢钙),岩石风化--- 化学风化,次生矿物形成：2KAlSi3O8 + CO2 + 2H2O (正长石) → H2Al2Si2O8 • H2O+2SiO2 + K2CO3 (高岭石),土壤形成与发育,岩石风化---氧化作用,矿物氧化通常都是在有水的条件下进行的。

如岩浆岩中的铁多呈低价铁，可被氧化成高铁，从而破坏了矿物晶格2FeS2 + 16H2O +7O2 (黄铁矿) 2FeSO4 • 7H2O + 2H2SO4 (硫酸亚铁),,土壤形成与发育,指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作用,根系的挤压,岩石风化---生物风化,土壤形成与发育,风化残体 石英、白云母和一部分长石,构成风化残积物的主体，成为土壤固相粗土粒的主要来源易溶于水的简单盐类 植物的矿质营养元素的最初来源，如K2CO3、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2、Ca(H2PO4)2等各种不同风化程度的次生矿物 高岭石（Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O） 蒙脱石（Al2O3 • 4SiO2 • 11H2O） 伊利石 (OH)4Ky(Si8－2y)AlO20,风化作用的产物,土壤形成与发育,残积体坡积体洪积体冲积体,土壤母质的类型,土壤形成与发育,残积体,残积体是经过淋溶而残留在原地的岩石碎屑，主要分布在位置较高，或比较平缓的丘陵山地，是搬运与堆积作用较少的地段由大小不等的岩石碎块或颗粒组成，层理不明显表层为风化强烈的岩石细屑，下面的岩石矿物分解较差，具有较大棱角的碎块，再往下是半风化的岩石层，岩石的外貌尚可辨别，最基层是未经风化的基岩。

坡积体,坡积体是山坡靠上部的风化产物，在重力和片流的联合作用下发生移动，在山坡中部或山麓处堆积的物质颗粒分选程度差，岩屑磨园程度不高，在山坡下部有与坡面平行的层次组成区别于其下部的基岩，无过渡洪积体与洪积扇群,山洪搬运的碎屑物质在山前平原的堆积物,洪积物,上部：分选度较差，主要为石砾和粗砂，层次不分明透水性好，地下水位深底部：细砂和粉粒，不规则的层理透水性差，地下水位浅冲积体 Alluvial deposit,风化的碎屑物质，经河流常年性流水的侵蚀、搬运、沉积在河流两岸的沉积物,河流冲积物---河床,河流沉积二元结构---延庆盆地,冲积物的组成特点,垂直剖面上层次分明，界线清晰整齐每层内土粒大小一致，磨圆度高冲积平原alluvial plain,风积体：黄土母质(米脂县),成土母质,土壤,成土过程,母质生物气候地形时间人为,,,土壤形成的因素,土壤形成与发育,土壤发生学理论,19世纪末，俄罗斯的土壤学家道库恰耶夫创立了土壤形成因素学说，奠定了土壤发生学理论基础20世纪40年代，美国土壤学家詹尼（H. Jenny）根据成土因素学说提出成土因素的数学公式，即：S =f (Cl, O, R, P, T…)式中S为土壤；Cl为气候；O为生物；R为地形；P为母质；T为时间；……代表未确定因素。

母质是指固结状态的岩体的风化产物它是构成土体的基本材料，是土壤的“骨架”部分，也是植物矿质营养元素的最初来源土壤形成的因素----母质,土壤形成与发育,土壤的物理性状和化学组成 石英含量丰富的花岗岩：由于抗风化强的石英砂、砾多，使土体疏松、透水性强，但盐基成分少，在强烈淋溶条件下，盐基易淋失使土壤呈酸性反应富含盐基成分多的玄武岩、辉绿石等基性岩：不含石英砂砾，粘粒含量高，盐基成分亦较丰富，抗淋溶作用强，一般土质粘重且通透性不良，土壤盐基代换量高、矿质养料多，土壤呈中性或碱性反应母质对土壤形成过程的影响,土壤形成与发育,花岗岩球状风化,土壤的化学性状铁、锰：不同的氧还产物表现颜色不同；钾、钠：使土壤粘粒分散，易使土壤粘闭，影 响其通透性，钠盐富集可使土壤盐碱化；钙、镁：促进粘粒凝聚，形成良好的团粒结构体，硫：以FeS、FeS2形态存在，可被氧化成硫酸而使土壤酸化硫酸钠盐在还原条件下生成硫化钠，与碳酸钙进行置换反应生成碳酸钠又可使土壤碱化母质对土壤形成过程的影响,土壤形成与发育,土壤的成土过程粗质地：如山坡堆积物水分自上而下迅速穿过，难以引起母质中的化学风化作用，故成土作用进行缓慢，土壤剖面发育不明显；细质地：如湖积体等。

由于土体渗透性极差，水分常滞留于土壤中，容易引起土壤潜育化的发展母质对土壤形成过程的影响,土壤形成与发育,母质的层次性影响土壤的剖面构造河流冲积形成的母质（冲积体），由于江河冲积物具有明显的质地层次性，所发育的土壤剖面，都带有原沉积层土体构型的特征 母质的化学组成影响土壤腐殖质特性石灰母质土壤：腐殖质组成中富含CaO火山灰母质土壤：腐殖质中含有较多的P2O5和K2O母质对土壤形成过程的影响,土壤形成与发育,气候在土壤形成的外在因素中决定着成土过程的水、热条件，并控制植物生长和微生物活动，影响有机质的分解与积累，影响营养物质的生物小循环的速度和范围 土壤形成的因素----气候,土壤形成与发育,气候对植被的影响,,,湿润区和干旱区土壤酸溶性矿物组成的比较,湿度对土壤矿物质组成的影响,气候对土壤形成的影响---湿度,土壤形成与发育,湿度影响土壤矿物质的风化度,湿润多雨地带土壤风化作用强烈，尤其是化学风化作用的强度增大，矿物质和有机质分解速度加快且彻底而干旱地带则矿物质风化度较弱.,气候对土壤形成的影响---湿度,土壤形成与发育,（1）温度影响硅酸盐类的水解过程 不同温度带化学风化强度有着极大的差异。

在赤道高温带，土壤的风化强度几乎为温带土壤的4倍，是极地寒冷带土壤的9倍2）母质和风化层的厚度 土层厚度随土温升高而加厚在湿热气候区，花岗岩风化壳的厚度可达30多米以上；在干旱寒冷的西北高山区，岩石风化壳很薄，母质风化度低，形成粗骨性土壤气候对土壤形成的影响---温度,土壤形成与发育,（3）温度影响土壤颜色 寒温带-------灰色暖热半湿带-----棕色~褐色湿热带-----赤色、棕红色或黄色在土温高、土体排水通畅的情况下，土壤中的Fe、Mn的氧化或水化作用强烈，土壤呈红、黄色，反之，土壤则呈青灰色气候对土壤形成的影响---温度,土壤形成与发育,对生命元素的选择吸收与积累,生命元素,地球元素,,,,,,,,,,,N 0.1%,,,,,,,生物对土壤形成的影响,土壤形成与发育,对营养元素的表聚作用,Ca,Mg,K, P, Fe,Zn,,,,Ca,Mg,K, P, Fe,Zn,1-2m,,,,20cm,生物对土壤形成的影响,土壤形成与发育,微生物1）分解有机质，释放各种养料，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N素，增加土壤含N量4）促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效性,。