第七章土壤形成和发育

UNITE 2SOIL ENVIRONMENTAL PROCESSES土壤环境过程7.SoilFormation and Development土壤形成和发育8.Soil Colloidal Chemistry and Surface Reaction土壤胶体化学和表面反应9.Soil Acidity/Alkalinity and Re-dox Reaction土壤酸碱性和氧化还原反应10.Soil Nutrient Cycling土壤养分元素循环1红壤7.1 Soil-forming factors and its functions土壤形成因素及其在土壤发生中的作用7.2 Pedogenic processes土壤形成过程7.3 Soil development土壤发育7.Soil Formation and Development土壤形成和发育土壤形成和发育2In later nineteenth-century Russia, V.V. Dokuchaev originally identified the principal soil-forming factors as climate, biota, parent material, relief and landscape age.7.1.1 Soil-forming factors土壤形成因素7.1 Soil-forming factors and its functions土壤形成因素及其在土壤发生中的作用又称成土因素，是影响土壤形成和发育的基本因素，它是一种物质、力、条件或关系或它们的组合，其已经对土壤形成发生影响或将影响土壤的形成。l成土因素学说3The influence of environment factors on soil formation was considered in a more systematic manner following the work of Jenny(1941).Soil =f (cl, o, r, p, t, (h)climate 气候organisms 生物relief 地形parent material 母质time 时间human active 人为活动Clorpt 函数式4l成土因素学说的基本原理土壤是成土因素综合作用的结果成土因素具有同等重要性和不可替代性成土因素的时空分异导致土壤演化持续进行The operation of pedogenic processesis controlled by a number of environmental factors operating through the medium of time and that these determine the type of soil produced in any particular location.The soil-forming factors operate in combination. It is no tpossible to rank them in order of importance they are all equally important, although within any one environment certain factors may have a more dominant influence on soil formation than others.5l地带性土壤 （ Zonalsoils）At the regional and global scale, climate and biota will have a dominant influence on soil formation, and soil types can be related in general terms to bioclimatic zones. The remaining factors will then account for variations in soil formation within a particular bioclimatic zone. Zonal soils: soil varied with latitude according to climatic and vegetation conditions.Intrazonal soils: soils were more closely associated with parent material or drainage conditions.Azonal soils: soils were poorly developed, duo mainly to lack of time. 6全球土壤 -植被景观图7全球气温时空变化对土壤形成的影响8全球降水量时空变化对土壤形成的影响9Surfacerock weathering Weatheringcrust （风化壳）SoilParent material is main mineral sources of soil formation, and its nature is fundamental to many soil characteristics.7.1.2 母质母质 (Parent material)对土壤发生的作用对土壤发生的作用Parentmaterial（母质）Organisms active and organic matter accumulation（ pedogenic processes）10lDefinition of parent material母质 是风化壳 (weathering crust)的表层，是指原生基岩(original bedrock)经过风化、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松、最年轻的地质矿物质层，它是形成土壤的物质基础，是土壤的前身。风化壳 是地壳表层的岩石经过风化后形成的疏松堆积物。母质 既不同于岩石： 有初步肥力，颗粒分散，疏松多孔，有一定吸附、透水和蓄水性能。也不同于土壤： 缺乏养分，几乎不含 C、 N，通气和蓄水不能同时解决。11残积母质 (residual parent material)： 岩石风化后，基本上未经动力搬运而残留在原地的风化物；运积母质 (carried parent material)： 母质经外力，如水、风、冰川和地心引力等作用而迁移到其它地区的物质。lTypes of parent material（类型）母质类型水风冰川 冰积母质地心引力 重积母质（崩积物）流水沉积湖积母质海积母质黄土母质沙丘冲积母质坡积母质洪积母质12p 影响成土过程的速度、性质和方向p 影响土壤理化性状（如养分等）岩浆岩：花岗岩形成的土壤 富钾而缺磷 ；玄武岩形成的土壤 缺钾而富磷 ；沉积岩：砂岩形成的土壤 盐基养分较贫乏 ；页岩形成的土壤 盐基养分较丰富 。p 影响土壤矿物组成p 影响土壤发育和形态特征 (morphologicalcharacteristic)总之，成土过程进行得愈久，母质与土壤的性质差别就愈大。但母质的某些性质却仍会顽强地保留在土壤中。lFunctions of parent material in soil formation（作用）137.1.3 气候气候 (Climate)与土壤发生的关系与土壤发生的关系母质风化母质风化气候因素气候因素 土壤水热状况土壤水热状况 植物生长、微生物活动、植物生长、微生物活动、有机质的合成与分解有机质的合成与分解Climate is of particular importance in terms of determining the temperature, and therefore rate, at which pedogenic processes operate, and also the availability of water, which is fundamental to many of these processes. 14湿度（ humidity）影响土壤中物质的迁移影响土壤中物质的分解、合成和转化温度 (temperature)影响矿物和有机物质的风化、分解与合成。每增加 10 温度，反应速率可成倍增加。温度和湿度的共同影响 （交互作用）实际上水热两因子是共同作用着的，只有两者互相配合，才能促进土壤的形成发展。气候的影响15土壤剖面发育与气候湿润度的关系图 16土壤地带性 (soil zonality)n 纬度地带性：纬度地带性： 在东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依次为暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、红壤和砖红壤n 经度地带性经度地带性 : 在温带，自西向东大气湿度递增，依次出现棕漠土、灰棕漠土、灰漠土、棕钙土（灰钙土）、栗钙土、黑钙土和黑土。n 垂直地带性垂直地带性 : 山区土壤呈与海拔高度相对应的带状分布规律山区土壤呈与海拔高度相对应的带状分布规律土壤是气候变化的记录者气候的变化往往在土壤性质中可以得到体现，所以我们可以通过研究古土壤的性质，来追朔过去的气候。l 气候变化 (climatic change)与土壤形成17Biota are influenced to a large extent by climate, but they also have a direct effect on soil formation via rates of organic matter addition and decomposition, and the type of material involved. They can also influence weathering and the transfer of soil components in solution and by mechanical mixing. 7.1.4 生物因素生物因素 (Biota)在土壤发生中的作用在土壤发生中的作用生物因素是促进土壤发生发展最活跃的因素。生物（植物、土壤动物和土壤微生物）在土壤形成过程中起主导作用： 把太阳能引入成土过程把太阳能引入成土过程 ,使营养元素在土壤积聚使营养元素在土壤积聚,产生腐殖质产生腐殖质 ,形成土壤团粒结构形成土壤团粒结构 ,改善母质理化性质改善母质理化性质 ,形成具形成具有肥力的土壤。有肥力的土壤。一定意义上，没有生物因素的作用，就没有土壤的形成。18生物群落及其对成土过程的作用图式19植物植物 (vegetation)的作用的作用能量转换 (conversion of energy)及有机质形成太阳能 化学能 (潜能 )矿物质富集作用 (enrichment)及有效化把分散在母质、水体和大气中的营养元素有选择地吸收起来，同时伴随着矿质营养元素的有效化。促进土壤形成及结构体的发展植物根系分泌有机酸，通过溶解和根系挤压作用破坏矿物晶格，改变矿物的性质，促进土壤形成；并通过根系活动，促进土壤结构发展。20Litter input rates for different ecosystemsEcosystem Litter input (t ha-1 a-1)Tundra (冰沼植被 ) 1.5Boreal forest (北方森林 ) 7.5Temperate deciduous forest (温 带 落叶 阔 叶林 )11.1Temperate grassland (温 带 草原 ) 7.5Savanna (热带 稀 树 干草原 ) 9.5Tropical forest (热带 森林 ) 30.0Source: Swift et al. 197921不同植物作用下形成土壤的有机质垂直分布比较(据熊毅， 1990) 22自然植被和水热条件的演变， 引起土壤类型的演变由东北往华南的森林植被和土壤的分布依次为：针叶林 (棕色针叶林土 )针阔混交林 (暗棕壤 )落叶阔叶林 (棕壤 )落叶常绿阔叶林 (黄棕壤 )常绿阔叶林 (红壤、黄壤、赤红壤 )雨林、季雨林 (砖红壤 ) 北南23p微生物微生物 (microorganism)的作用的作用 分解有机质分解有机质 ， 释放潜能释放潜能 和和 养分养分 参与腐殖质形成参与腐殖质形成 ， 增强土壤肥力增强土壤肥力 生物固定大气中的生物固定大气中的 N 分解矿物，促进土壤物质的溶解和迁移分解矿物，促进土壤物质的溶解和迁移p土壤动物 (soil animal)的作用 参与有机体的分解参与有机体的分解 ， 破碎；破碎；腐殖质的形成腐殖质的形成 疏松土壤疏松土壤 ， 搬运土壤搬运土壤 参与土壤团粒结构的形成参与土壤团粒结构的形成24Relief influences soil formation via influence the movement of material on slopes and control on drainage, which can affect transformation, transfers and losses. High slope angles will encourage downslope movement and rapid drainage, whereas low slope angles will limit these processes and can therefore give rise to such as peat accumulation and gleying.7.1.5 地形 (relief ,landform)与土壤发生的关系 地形 主要是影响水热条件及母质的再分配，进而影响土壤的形成 . 25n Relationship between relief and parent material 地形与母质的关系地形对母质起着重新分配的作用，不同的地形部位常分布有不同的母质。n 山地上部或台地上，主要是 残积母质 (residual material)n 坡地和山麓地带的母质多为 坡积物 (slope wash)；n 在山前平原的冲积扇地区，成土母质多为 洪积物 ；n 河流阶地、泛滥地和冲积平原、湖泊周围、滨海附近地区，相应的母质为 冲积物、湖积物和海积物 。26n Relationship between relief and water or temperature condition地形与水热条件的关系n 地形对水分状况的影响 (湿润地区尤为重要 )p 地形支配地表径流，影响水分重新分配，决定地下水的活动；p 坡面形态 (光滑或粗糙 ,凹面或凸面 )对水分状况影响很大； p 地形的差别还可导致地形雨 (geographical rain) n 地形影响地表温度不同的海拨高度、坡度和方位对太阳辐射能吸收和地面散射不同，例如南坡常较北坡温度高。27n Relationship between relief and soil development地形与土壤发育的关系n 地形对土壤发育的影响，山地表现尤为明显山地地势高、坡度大，切割强烈，水热状况和植被变化大，因此山地土壤有垂直分布的特点。n 地形发育 (地形受地质营力的作用也在不断发生变化 )也对土壤发育带来深刻的影响由于地壳上升或下降，影