四大圈层的相互作用对土壤形成.ppt

四大圈层的相互作用对土壤形成的影响 1 土壤的基本概念 1 1土壤定义土壤是发育于地球陆地表面具有生物活性和孔隙结构的介质 是地球陆地表面的脆弱薄层 1 2土壤的形成与演化 土壤作为独立的自然历史体 是成土母质 气候 生物 地形和时间综合作用的产物 是经由岩石风化过程和生物因素主导作用下的成土过程所形成 也就是说 土壤的发生和发展受控于成土环境及其发展变化 因而 地球陆地表面土壤的起源 形成和演变与地球表层系统的发展和演化密切相关 并经历了漫长而复杂的地质历史过程 土壤和土壤圈的形成演化和分布除受生物圈的净化和演变的制约外 同时还受到大气圈特别是气候变化 岩石圈剧烈的构造运动 海陆变化以及人类活动的影响 总之 地球陆地表面的土壤经历了从无到有 由简单到复杂 由原始到高级的漫长历史过程 2影响土壤形成的主要因素 2 1土壤形成的大气圈因素2 1 1气温对土壤形成的作用土壤表面获得的太阳短波辐射和大气逆辐射 是土壤增温的重要热源 与此同时 土壤表面时刻不停地以长波辐射 土壤水分蒸发 以及土壤与大气的湍流交换而向近地大气层传送热量 而只是小部分为生物所消耗 极小部分通过热传导进入土壤底部 由此可见 土壤与近地大气层之间存在着频繁的热量交换过程 土壤温度状况与近地大气温度状况有最直接的依赖关系 气温及其变化对土壤矿物体的物理崩解 土壤有机物与无机物的化学反应速率具有明显的作用 气温及其变化对土壤水分的蒸散 土壤矿物的溶解与沉淀 有机质的分解与腐殖质的合成都有重要影响 从而制约土壤中元素迁移和转化的能力和方式 2 1 2降水对成土过程的作用 大气降水对矿物风化和土壤形成过程具有重要的影响 水分是许多矿物风化过程与成土过程的媒介与载体 同时 水分是生物体及其生理代谢过程的主要成分 是植物根系吸收养分 体内传输养分 生态系统食物链中养分传递的介质和载体 另外土壤水分状况还通过影响土壤通气状况来制约土壤有机质转化的强度与方向 大气污染也会对土壤产生影响 例如酸雨落入土壤中 使土壤成为酸土 2 1 3风对成土过程的作用 风对成土过程的影响是巨大的 也是多种多样的 首先 风力导致土壤表层粉粒大量流失 即土壤风蚀沙化 其次 风力堆积作用常造成土壤物质组成的变化 如在中国温带地区 多数成土母质是第四纪风力堆积的黄土 这些由风成粉砂和粉粒组成的厚黄土层对土壤形成发育具有重要的影响 另外沙尘暴对生态环境和土壤的影响也是巨大的 2 2土壤形成的生物圈因素 2 2 1植物在土壤形成中的作用植物在土壤形成过程中最重要的最用就是将分散在母质 水圈和大气圈中的营养元素选择性地吸收起来 利用太阳辐射能合成有机质 从而将太阳能转变为化学潜能引入成土过程中 同时 不同植被向土壤提供的有机物量也差异巨大 这导致土壤中腐殖质含量 理化特性的不同 植物将分散在母质 水圈和大气圈中的营养元素选择性地吸收起来 利用太阳辐射能合成有机质以建造植物体 而植物在新陈代谢过程中及死亡之后 植物躯体代谢产物和残体又归还土壤 在土壤微生物的作用下这些有机物中所包含的矿质营养元素得到释放 其最终结果造成土壤中矿质营养元素的相对富集和土壤性状的改善 2 2 2动物在土壤形成过程中的作用 动物特别是食草类动物 如蚯蚓 啮齿类动物 蚂蚁和昆虫等的生命活动对土壤形成发育也具有重要的意义 在成土过程中 动物参与了土壤中有机质和能量的转化过程 动物通过吞食粗大的有机质 通过动物体内消化之后排出的代谢物质 再由微生物进行分解并合成土壤腐殖质 2 2 3微生物在土壤形成过程中的作用 土壤微生物对成土过程的作用是多方面的 而且其过程也是非常复杂的 微生物是地球上最古老的生命体 早在35亿年前细菌就已在地球表面出现并繁衍 它们对地球环境的演化和土壤发生发育均起着重要的作用 其中对成土过程的主要作用会归结为 1 分解复杂有机质促使其矿质化及营养元素的释放 这样使土壤中有限的养分投入到无限的地表生物地球化学循环过程之中 2 合成土壤腐殖质 3 加速无机物的转化 2 3土壤形成的岩石圈因素 2 3 1成土母质的概念通常把与土壤形成发育有关的块状基岩称为母岩将与土壤有直接发生联系的母岩风化物或堆积物称为母质 母质是形成土壤的物质基础 在生物气候的作用下 母质表面逐渐转变成土壤 2 3 2成土母质的作用 成土母质对土壤形成发育和土壤特性的影响 是在母质被风化 侵蚀 搬运和堆积的过程中对成土过程施加影响的 母质对成土过程的主要影响可归纳为以下三个方面 首先 母质的机械组成直接影响到土壤的机械组成 矿物组成及其化学成分 从而影响土壤的物理化学性质 土壤物质与能量的迁移转化过程 其次 非均质的母质对土壤形成的影响较均质母质更为复杂 它不仅直接导致土体的机械组成和化学组成的不均一性 而且还会造成地表水分运行状况与物质能量迁移的不均一性 第三 母岩种类 母质的矿物与化学元素组成 不仅直接影响到土壤的矿物 元素组成和物理化学特性 而且对土壤形成发育的方向和速率也有决定性的影响 2 3 3土壤形成的地形因素 岩石圈对成土过程的影响是通过地形和地形演变来影响土壤发育的 地形只是引起地表物质与能量的再分配 从而影响土壤形成发育过程的方向和强度 新构造运动与地形演变过程更是影响土壤发生发育的重要因素 1 地形决定着土壤水分状况地形支配着地表径流 土内径流 排水情况 因而在不同的地形部位 上部 中部和较低处 会有着不同的土壤水分状况类型 地形不仅控制着近地表的土壤过程 侵蚀与堆积过程 而且还影响着成土作用 如淋溶作用 的强度和土壤特性 2地形与物质地球化学分异由于地形影响地表水 热条件的再分配 从而也影响着地表物质组成和地球化学分异过程 3地形发育与土壤演变地地形发育对于土壤演变具有极为深刻的影响 由于新构造运动造成的地壳的上升或者下降 或由于局部侵蚀基准面的变化 不但会影响土壤侵蚀与堆积过程和地表年龄 还会引起地表水文状况及植物等一系列自然因素的变化 从而使土壤形成过程逐渐转向 使土壤类型依次发生演变总之由于地形制约着地表物质和能量的再分配 地形的发育也支配着土壤类型的演替 所以 在不同的地貌形态上 就形成了不同土壤类型 换句话说 在一定的生物气候条件下 同一类型和同一年龄的地貌单元上常形成相同或相近的土壤类型 随着地貌 或地形 的演化 土壤类型亦随之发生演变 2 4土壤形成的水圈 水文 因素 水分是所有生物活动 特别是高等植物生长发育不可或缺的生命要素和营养元素的载体 也是土壤发生发育过程必需的物质 水分参与了土壤全部 物理的 化学的 生物的 物质与能量迁移转化的过程 由此可见 水分在生物生理代谢过程和土壤形成过程中起着重要作用 2 4 1水文因素在土壤形成中的主要作用 1 水分在母岩崩裂过程中的作用在高寒地带或者温带季风气候区 由于气温变化常使地表母岩裂隙及土壤孔隙中的水分在一日或者一年之内发生冻融交替现象 由于水分在冻结成冰的过程中其体积会膨胀9 左右 因而冰块会对母岩的裂隙壁施加巨大压力 加速母岩的破碎 当冰块融化时 水分在重力作用下进一步渗入到母岩内部 并再次被冻结形成冰楔 这样频繁地冻融交替使母岩不断破碎分解 最后形成具有较好通透性的成土母质 在高寒区 在土壤上部冻结的过程中 土壤层次中的砾石会被抬起 在砾石底部便出现孔隙 同时这个孔隙便被尚未冻结的疏松土壤物质所填塞 当夏季融化时 地表面下陷 但砾石因底部孔隙已被填充 不能再回到原来的位置 在水平方向上由于地表具有网状裂隙 且含水较多的细土常会集中到裂隙网眼附近 这样在冻结时产生了不均匀的膨胀挤压力 使砾石与细土在水平方向上发生分离 这样长期不断地冻融交替 使细粒土集中在中心 粗砾在外缘并形成了石环 从而使土壤发生发育过程在小空间尺度上发生明显分异 2 水分在土壤物质转化过程中的作用水分是自然地理环境中物质迁移转化的重要介质 以水分为介质或载体的物质迁移转化过程是土壤发生发育的重要组成部分 从土壤发生发育的共性来看 土壤形成过程可归结为四类不同的过程 1 物质消耗过程 包括溶解 分解与水解 淋溶等 其中成土母质及土壤中易溶盐的消耗过程 矿物在土壤剖面中的重新分配 以及新矿物的形成均是以水分为介质的 而且水分也直接参与了上述许多物质转化过程 这清楚地反映了水分在土壤矿物转化中的重要作用 2 营养物质的循环过程 包括植物对土壤 地下水 母质和大气中营养元素的选择性吸收和积累 生物代谢产物被土壤微生物的分解与合成过程 水分不但是生物营养的重要组成部分 而且也是其他营养元素循环的介质或载体 3 无机物质在土壤剖面中的迁移过程 包括物质分离与混合 淋移与淀积等 如土壤黏土矿物 碳酸盐在土体中的淋移与淀积均是以水分为介质在重力作用下进行的 并形成了不同形态的土壤 由于水分具有液态 气态和固态相互转化的特点 从而使土体中易溶盐分的迁移过程复杂化 2 5土壤圈及地球系统相互作用的时间因素 时间和空间是一切事物存在的基本形式 气候 生物 母质 水文和地形都是土壤形成发育的空间因素 或条件 而时间作为一个重要的成土因素 则是阐明土壤形成发育的历史动态过程 当我们肯定了土壤是母质 气候 生物 水文和地形等综合因素的产物时 就必须承认它们对土壤形成的综合作用是随着时间的增长而加强的 具有不同年龄 不同发生历史的土壤 在其他因素相同条件下 必定属于不同类型的土壤 土壤年龄指土壤发育的时间长短 时间因素对成土过程的作用 不仅涉及土壤发育的年龄问题 更重要的还体现在土壤的系统发育或土壤圈随同整个地球表层系统一起形成 发展与演变的历史 地球陆地表面土壤的发生或起源的时间 在理论上是与地球表面生命的出现与进化密切相联系的 由此推测 至少可追溯到距今3 9亿年的古生代志留纪末期或泥盆纪初期陆地绿色高等生物出现时期 有机质在地表聚积的现象 是最古老的原始土壤 土壤圈开始形成与发展的标志 并随着地球表层圈层的运动和发展 如地壳的升降运动 海陆格局变化 岩石圈表层的形态和物质组成 古气候 古生物 特别是高等植物的不断发展演化 土壤和土壤圈也随之发生剧烈变化 土壤圈发展变化的总趋势是 由初级到高级 由简单到复杂 新的土壤不断产生 旧的土壤不断衰亡 土壤类型不断趋于多样化 土壤圈的范围不断地扩展 土层增厚 空间格局也日趋复杂化 土壤圈储存营养元素的质与量也逐渐地丰富起来 土壤环境容量和调节能力在不断地得到提高 现在丰富多彩的土壤类型 土壤圈的组成和空间结构特征就是这一复杂的历史演变过程延续迄今的结果 3主要成土过程 1 原始土壤形成过程是土壤形成的起始点 在岩石表面或新风化物上出现低级植物 如地衣 苔藓及真菌等 它们使矿物分解 从中获得养分 供少量水分生长 形成原始土壤 如高山寒漠土 冰沼土等 这些土壤的共同特点是 土层薄 无明显发生层次 有机质含量低 砾石含量高 2 灰化过程在寒温带针叶林植被条件下 由于有机酸溶液在下渗过程中 使上部土体中的碱金属和碱土金属流失 土壤矿物中的硅铝铁发生分离 铁铝硅遭到淋失并积于土体下部 而二氧化硅则残留于土体上部 形成一个灰白色的淋溶层 3 粘化过程指土体中粘粒的形成和聚积过程 这个过程的结果使土壤中形成一个粘粒含量相对较高的层次 叫粘化层 在温带和暖温带湿润条件下 水热条件比较稳定 有利于原生矿物的分解 并形成大量的次生粘土矿物 土壤表层的粘粒在水分下渗时随水向下移动 下层淀积 而下层的原地生成的粘粒残留原地不动 结果使土体心土层出现一个粘粒含量相对较高的层次 粘化层 如河南省境内的棕壤和黄棕壤都有比较明显的粘化层 4 富铝化过程指土体脱硅富铝铁的过程 在热带亚热带湿热的气候条件下土壤形成过程中原生矿物强烈分解 盐基离子和硅酸大量淋失 铁铝锰在次生粘土矿物中不断形成氧化物而相对累积 由于铁的染色作用 土体呈红色 5 腐殖化过程指在各种植物作用下 在土壤表层进行的腐殖质形成和积累过程 有机质矿质化的同时 又发生着腐殖质的形成过程 即腐殖化过程 其结果在土壤表层带出现一个颜色相对较暗 有机质含量相对较高的层次 腐殖质层 这个过程在所有土壤中都有出现 是一个普遍发生的成土过程 只不过是有些土壤强烈 有些土壤不强烈而已 如草原土壤腐残殖化过程非常强烈 形成的腐殖质层较厚而且含量较高 在荒漠地带这个过程很微弱 腐殖层很薄 含量很低 森林土壤则居中 6 泥炭化过程指土壤有机质以半分解有机残体形式在土壤中累积过程 这个过程的结果使土壤表层出现一个植物纤维还清晰可见 处于半分解的有机质积累层 泥炭层 这个过程在沼泽地带常常出现 沼泽分布区一般来说气温较低 地表有常年积水 沼泽植物死亡后 有机残体进入土壤表层 而表层常年积水 土壤处于还原状态 在还原状态下 有机质进行嫌气分解 这种分解往往不彻底而且进行的速率很慢 在上年的有机残体没有被彻底分解之前 又有新的有机残体进入土壤 所以在土壤中积累的有机质都是分解不完全的半分解腐殖质 其纤维还可清楚看见 这个层次即泥炭层 7 钙化过程指碳酸盐在土体中的淋溶淀积过程 其结果在土体中部往往形成一个富含碳酸盐的层次 钙化层 这个过程发生在半干旱草原地带 降水少 土壤淋浴作用