第六章 土壤资源与利用1 土壤形成、分类、分布.ppt

第六章土壤资源与利用 提纲 第一节土壤形成与分布第二节土壤分类第三节土壤退化与防治第四节土壤污染与修复 第一节土壤形成 土壤形成因素又称成土因素 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 土壤发生学说 soilgenesistheory 土壤是在各种自然和人为因素的影响下由岩石风化成母质 再由母质演化成土壤的 一 五大成土因素19世纪末 俄国土壤学家B B 道库恰耶夫 Dokuchaev 1846 1903 通过对俄罗斯大草原土壤的调查 提出土壤的五大成土因素 即气候 Climate母质 Parentmaterial生物 Organisms地形 Topography Relief 时间 Time 一 母质因素地壳表层的岩石经过风化 变为疏松的堆积物 这种物质叫风化壳 它们在地球陆地上有广泛的分布 母质是风化壳的表层 是指原生基岩经过风化 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 母质类型按成因分为两大类 残积母质是指岩石风化后 基本上未经动力搬运而残留在原地的风化物 运积母质是指母质经外力 如水 风 冰川和地心引力等作用而迁移到其它地区的物质 成土母质的类型 按风化物搬运和沉积特点分 母质直接影响着成土过程的速度 性质和方向 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 母质的机械组成直接影响土壤的机械组成花岗岩风化体 砂砾较多母质的化学组成亦有影响花岗岩风化物 基性岩及石灰岩风化物在生物气候相近时 母质对土壤类型 性状起决定作用 二 气候因素 直接参与母质的风化 水热状况直接影响矿物质的分解与合成及物质积累和淋失 控制植物生长和微生物的活动 影响有机质的积累和分解 决定养料物质循环的速度 1 气候因素影响土壤中物质的迁移 淋溶型水分状况 土壤水分运动的方向以下行为主 物质遭到淋溶 土壤常具有盐基饱和度低 酸性强等特点 非淋溶型水分状况 蒸发量略大于降水量 这类土壤常具有中性至微碱性反应 盐基饱和度高的特点 剖面中常有钙积层 上升水型水分状况 蒸发 蒸腾总量大大超过降水量 其差额由地下水补充 如果地下水矿化度高 则会导致土壤盐渍化 停滞型水分状况 其特点是地表经常积水 沼泽化土壤即属此类型 2 气候因素影响土壤中物质的分解 合成和转化 表土有机质含量常随大气湿度的增加而增加湿润地区的土壤风化度较高 而在干旱地区则较弱随着湿度增加 土壤中赤铁矿含量趋向减小 针铁矿含量则增加 土壤颜色也由红转黄 3 温度对土壤形成的影响 一般来说 温度每增加10 反应速率可成倍增加 花岗岩风化壳在广东可厚达30 40米 浙江一般在5 6米 而青海高原常不足1米 德国土壤学家拉曼 Ramann 曾提出了 风化因子 的概念 风化因子 风化天数 水解离度 气候变化与土壤形成 由于气候带 植被和土壤之间存在明显的关系 土壤学家提出了土壤地带性的概念 在中国温带 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 在中国温带东部湿润区 由北而南热量递增 土壤分布依次为 暗棕壤 棕壤 褐土 黄棕壤 黄壤 红壤和砖红壤 土壤是气候变化的记录者 气候的变化往往在土壤性质中得到体现 所以 可以通过研究古土壤的性质 来追朔过去的气候 三 生物因素 生物因素包括植物 土壤动物和土壤微生物 据估算 陆地上植物每年形成的生物量约为3 5 1010吨 相当于2 13 1017千卡的能量 植物 动物 非洲象牙海岸的白蚁可筑起直径15米 高2 6米的坚固竖立土墩 肥沃土壤中蚯蚓的粪便可达30吨 公顷 植被类型和土壤类型的关系 1 植物的作用在土壤形成过程中 植物与土壤之间进行物质和能量的交换 植物可把分散于母质 水圈和大气中的营养元素选择地吸收起来 利用太阳辐射能 制造成有机物 1 木本植物多年生植物 每年形成的有机质只有小部分以枯枝落叶和凋谢的花果堆积在土壤表层之上 形成覆盖层 即枯枝落叶层 有机残体的数量 热带常绿阔叶林 温带夏绿阔叶林 寒带的针叶林 阔叶林灰分和氮的含量较高 灰分中钙钾盐基较丰富 而针叶林硅占优势 磷一般比阔叶林少 草本植物每年有大量的有机残体进入土壤 其灰分和氮素含量较高 适于细菌的活动 有利于腐殖质的形成和累积 草本植物根系发达 表层须根密集 在腐殖质胶体及根分泌的多糖作用下 能使土壤形成良好的团粒结构 在草本植物下形成的土壤 一般比森林植被下形成的土壤具有较高的肥力 2 微生物的作用 地球上最古老的生物体 已存在达数十亿年 它是最早的造土者 分解有机质 释放各种养料 为植物吸收利用 合成土壤腐殖质 发展土壤胶体性能 固定大气中的氮素 增加土壤含氮量 促进土壤物质的溶解和迁移 增加矿质养分的有效度 四 地形因素 地形与母质的关系 冲积物 坡积物 洪积物 残积物 地形与水热条件的关系 地形对土壤水分状况的影响 地形与土壤发育的关系 例如 随着河谷地形的演化 在不同地形部位上 可构成水成土 河漫滩 半水成土 低级阶地 地带性土 高级阶地 的发生系列 五 时间因素 六 人类活动的影响 1 人类活动对土壤的影响是有意识 有目的 定向的 在农业生产实践中 在逐渐认识土壤发生发展客观规律的基础上 利用和改造土壤 培肥土壤 2 人类活动是社会性的 它受着社会制度和社会生产力的影响 在不同的社会制度和不同的生产力水平下 人类活动对土壤的影响及其效果有很大的差别 3 人类活动的影响可通过改变各自然因素而起作用 可分为有利和有害两个方面 二 土壤形成过程 土壤形成过程是在以地质大循环与生物小循环为基础进行的土体与环境 以及土体内部物质和能量转化 交流等的一系列物理 化学和生物学综合作用的过程 一 地质大循环与生物小循环 时间长 范围广 时间短 范围小 地质大循环 生物小循环 地质大循环与生物小循环关系示意图 二 主要成土过程 1 腐殖化过程土体中腐殖质不断形成和积累的过程 条件 有有机物质的加入 积累大于分解 特征 土色深 A 2 粘化过程 定义 土壤剖面中粘粒形成和淀积的过程 残积粘化 粘粒形成后未经迁移 就地积累 多发生在半湿润和半干旱地区 淀积粘化 粘粒形成后 向下迁移和淀积 多发生在湿润地区 条件 温暖湿润的气候 特征 粘粒含量较相邻土层高 较紧实 3 钙化过程 定义 由于季节性的淋溶条件 钙以碳酸盐 或硫酸盐 的形式在土体内移动和淀积的过程 干旱和半干旱地区 特征 钙积层碳酸钙的含量高 10 20 之间 可见白色的粉末状 假菌丝体 结核状 层状 加稀盐酸产生气泡 4 盐化过程 定义 土体内的盐分不断向地表移动和聚集的过程条件 地下水矿化度高 蒸发量大于降雨量特点 碱分含量高 pH中性类型 盐渍土 5 碱化过程 定义 土壤胶体上交换性钠增多 使土壤呈强碱性反应 土壤物理性质恶化的过程 碱化过程的发生与土壤中存在的NaHCO3或Na2CO3有关 6 灰化过程在酸性淋溶条件下 不易溶解的硅酸残留在土体表层 而铁 铝 锰等盐基被淋洗至下层而淀积的过程 表层形成灰白色的淋溶层 称之为灰化层 7 白浆化过程 定义 土体上层潜水而发生的还原离铁 离锰作用而使土层漂白的过程 条件 侧渗水和直渗水使被还原的铁 锰从表层带走而使表层土壤脱色 形成白色土层 成为白浆层 8 脱硅 富铝化过程 定义 在碱性淋溶条件下 硅酸和盐基被淋洗而铁和铝富积的过程 条件 湿热的气候条件 盐基含量低的母质 水分移动通畅的地形 特征 土壤酸性 粘重 大多呈红色 9 潜育化过程 定义 土体在长期渍水条件下铁锰呈还原态存在 形成灰色 深灰色或蓝灰色土层的过程 条件 嫌气特征 灰色或蓝色的土体 10 潴育化过程 土体中由于氧化还原交替进行 土体结构表面出现锈纹 锈斑或铁锰结核的过程 水稻土中多见 特征 不同形态的铁锰胶膜或结核 11 熟化过程 耕种土壤在人为因素和自然因素综合影响下 土壤定向培育的过程 12 退化过程 因自然环境不利因素和人为利用不当而引起土壤肥力下降 植物生长条件恶化和土壤生产力减退的过程 土壤剖面 是一个具体土壤的垂直断面 其深度一般达到基岩或达到地表沉积体的相当深度为止 土壤剖面形态特征的鉴别项目主要有 颜色 质地 结构 孔隙与裂隙 松紧度 新生体 侵入体 pH值 石灰反应等 三 土壤剖面 土壤剖面构造指土壤剖面层次排列状况 它从上至下可划分出三个基本的发生层次 A层 淋溶层 B层 淀积层 C层 母质层 聚 合 土 体 单个土体 A B BC C R 单个土体 非土壤 土体层 风化层 母岩 聚合土体的界线 单个土体的界线 图单个土体与聚合土体 土壤个体 示意图 淋溶层 A层 即表土层 处于土体最上部 包括有机质的积聚层和物质淋溶层 此层生物活动最强烈 腐殖质累积较多 颜色较暗 结构较好 又称腐殖质层 淀积层 B层 处于A层之下 是物质淀积作用造成的 淀积层反映迁移的物质种类和迁移特点 能比较完整地反映成土过程的特征 且比较稳定 是许多土壤类型的诊断层次 一个完整的剖面必须有B层 一般位于土体的中部某些物质在该层积累粘粒铁碳酸钙 母质层 C层 处于土体最下部 没有产生明显成土作用的土层 它一般是岩石风化物或地质沉积物 覆盖层 Ao层 林地的枯枝落叶层 A层之上 土壤剖面发生层与层次字母注记 层次定义 三 土壤分布 土壤分布有一定的地理规律 称为土壤分布的地带性 包括土壤分布的水平地带性 垂直地带性和区域性 一 土壤分布的水平地带性简称水平带 是指在水平方向上 土壤分布因生物气候带的变化而变化的规律 土壤分布的地带性 1 东部湿润区的海洋型带谱 纬度地带性 南 北 砖红壤 热带 赤红壤 南亚热带 红壤和黄壤 亚热带 黄棕壤 北亚热带 棕壤 暖温带 暗棕壤 温带 和棕色针叶林土 寒温带 2 内陆干旱的大陆型带谱 经度地带性 东 西 黑土 湿润 黑钙土 半湿润 栗钙土 半干旱 棕钙土 干旱 灰漠土和棕漠土 荒漠 我国土壤地带性分布 中国地形 土壤分布 垂直地带性 随山体高程的变化 土壤呈有规律的分布 1 热带 亚热带 砖红壤 或赤红壤或红壤 山地黄壤 山地灌丛草甸土 2 北亚热带 黄棕壤 山地棕壤 山地草甸土3 暖湿带湿润地区 棕壤 山地棕壤 山地暗棕壤 二 土壤垂直地带性 秦岭南北坡土壤坡向差异 三 区域分布性 地域性 中小地形上土壤呈现的分布规律由母质 水文地质 人为因素引起中域枝形 沟谷 水系 扇形 洪积 冲积 盆形组合 湖泊四周 第二节土壤分类SoilClassification 土壤分类的基本概念和要求 土壤分类 Soilclassification 建立一个符合逻辑的多级系统 每一个级别中可包括一定数量的土壤类型 从中容易查寻各种土壤类型 将有共性的土壤划分为同一类 即根据土壤性质和特征对土壤进行分门别类 土壤分类学 SoilTaxonomy 研究和描述土壤和它们之间的差别 探讨这种差别的因果关系 并运用所掌握的资料去建立某个土壤分类系统的学科 土壤分类工作的基本步骤类别的区分 按土壤类型的特征 指标 区分土壤 这是土壤分类最基本的工作 概括和归类 对相似的土壤根据土壤主要特征 指标 进行比较 归纳 使在不同分类级上作为分类的指标具有一定的概括性 即根据相似性归类 分级编排 根据土壤特性分级编排 构成了多级分类单元 从低级到高级单元 土壤性质差别变大 命名 给一个具体土壤类别一个合适的名称 目前各国土壤的命名方法仍有很大的差别 土壤分类的理论基础土壤是多因素综合作用的产物 一切土壤性状的获得 各种不同土壤性状的差别 都与土壤的形成演化有关 因此土壤分类应以土壤发生学理论为基础 但土壤分类必须根据土壤特性进行 不能根据成土条件的差别和推断的成土过程来分类 土壤分类的依据分析成土因素对土壤形成的影响和作用 研究成土过程的特性特征 研究土壤属性的差别 土壤属性是土壤分类的最终依据 土壤分类的要求土壤分类应采用多级分类制 如 中国土壤分类系统为七级制分类系统 土纲 亚纲 土类 亚类 土属和土种 亚种美国土壤系统分类为六级分类系统 土纲 亚纲 大土类 亚类 土族和土系各分类级上各个分类单元应有明确的定义 定义是从土壤分类中归纳起来的 土壤分类的要求区分土壤类型的标准是土壤属性 而且这些属性是可以观察测定的 在进行土壤归类时 由低级至高级呈 宝塔 状 土壤分类是土壤这个大家庭的统一体系 因此每一个土壤都可在该系统中有一个位置 而且只有一个位置 土壤分类 土壤发生分类 中心概念 无明确边界定量系统分类 定量指标 一 现行的中国土壤分类系统首次方案1992 修订方案19951 七级分类土纲 亚纲 土类 亚类 土属 土种 亚种 中国土壤分类系统 2 特点高级分类单元反映土壤发生分布规律 土类之间主要是发生学上的差异基层分类单元主要考虑土壤生产利用方面的差异 为开发利用管理提供依据 3 现行1992年分类 首次方案 12个土纲铁铝土 淋溶土 半淋溶土 钙层土 干旱土 漠土 初育土 半水成土 水成土 盐碱土 人为土 高山土61个土类 土纲 是对某些有共性的土类的概括和归纳 反映了土壤不同发育阶段中 土壤物质移动累积所引起的重大属性的差异 如 铁铝土是在湿热条件下 在脱硅富铁铝化过程中产生的粘土矿物以1 1高岭石和氧化物为主的一类土壤 亚纲 在土纲范围内 根据反映控制现代成土过程的水热条件来划分 土类 是高级分类中的基本分类单元 土类之间 无论在成土条件 成土过程或土壤属性方面都有质的差别 如 砖红壤土类代表热带雨林下高度化学风化 富含游离铁铝的酸性土壤 黑土类代表温带湿润草原下发育的有大量腐殖质积累的土壤 亚类 是在同一土类范围内的划分 它主要根据主导成土过程以外的附加成土过程来划分 如 红壤土类中 红壤亚类是代表了典型红壤土的一个亚类 而黄红壤则是由红壤向黄红壤过渡的一个亚类 土属 主要根据成土母质的成因类型和岩性 区域水文控制的盐分类型等地方性因素来划分 如 盐土可以根据盐分类型划分为硫酸盐盐土 硫酸盐 氯化物盐土 氯化物盐土等 土种 是基层分类的基本分类单元 根据土壤剖面构型和发育程度来划分 如 山地土壤可根据土层厚度 粘粒含量或砾石含量划分土种 盐土可以根据盐分含量来划分土种 亚种 是土种范围内的变化 一般以表土层的某些差异 如表土层耕性 质地 有机质 砾石含量和耕层厚度等来划分 美国土壤分类系统 诊断层和诊断特性诊断层和诊断特性是美国土壤系统分类中用来鉴定和命名土壤的主要依据 1 诊断层和诊断特性1 诊断层是指用于识别土壤分类单元 在性质上有一系列定量规定的土层用于高级分类单元2 诊断特性如果用于分类目的的不是土层 而是具有定量规定的土壤性质 形态的 物理的 化学的 都用于高级分类单元 3 诊断层和诊断特性是现代土壤分类的核心 没有诊断层就谈不上定量分类例如 石膏层 诊断表下层之一 有如下规定 不固结 风干碎块在水中消散 石膏含量较其下层高出 5 其厚度厘米数乘石膏含量百分数 150 2 土壤系统分类发展历史1 二次大战后 各国发展农业生产2 传统土壤分类 有中心概念 无明确边界 无定量指标 无法计算机处理 不适应生产发展需要3 50年代开始 集中各国上千位土壤学家 历时10年 于1961年提出以诊断层和诊断特性为基础的 以定量为特点的土壤系统分类 2 土壤系统分类发展历史4 1975年出版 土壤系统分类 土壤分类史上一次革命5 多次修订 仍在不断修订 1994年第6版 7个诊断表层 18个诊断表下层 25个诊断层 21个诊断特性6 该系统集中了世界各国土壤学家智慧 着眼于全世界 目前 已有45个国家直接采用 80多个国家将它作为本国第一或第二分类 美国土壤系统分类是一个六级土壤分类系统 根据土壤形态概括程