土壤地理学课件第七讲(1)

土壤地理学 第七讲2010 11 15 亚热带 热带主要森林土壤 黄棕壤 红壤 黄壤 砖红壤 7 1概况7 2黄棕壤7 3红壤7 4黄壤7 5砖红壤7 6热带森林录像片 7 1概况 亚热带森林主要是常绿阔叶林 热带森林主要是季雨林和雨林 7 1 1亚热带常绿阔叶林亚热带季风气候 年降雨量高 变化于1000 3000mm 温暖多雨 对植物生长十分有利 高等植物种类十分丰富 其中许多是比较古老的种 如巨山祖冷杉 莲座蕨科 松叶蕨科 石松科等 植被组成成分丰富 乔木层以拷属 青冈属 石栎属 木荷属等为优势种或建群种 草本层以蕨类 莎草科 姜科等为主 还有藤本植物 7 1 2热带季雨林 热带季风气候 年均温20 25 年降水1000 1800mm植被组成种类多 且多富于热带性 乔木层桑科 楝科 无患子科 椴树科为主 外貌有季相变化 7 1 3热带雨林指阴凉 潮湿多雨 高温 结构层次不明显 植物丰富的乔木植物群落 为热带雨林气候及热带海洋性气候的典型植被 全年高温多雨 无明显的季节区别 全年雨量分配均匀 常年湿润 空气相对湿度90 以上 年降水高于2000mm以上 年均温22 26 热带树种 7 2黄棕壤 yellow brownsoil 北亚热带丘陵低山 和中亚热带山地黄壤带之上 弱富铝化 呈微酸性的黄棕至棕色土壤 曾被称之为黄褐土 7 2 1分布 主要分布于江苏 安徽 长江两侧及湖北北部 浙江北部 陕西南部 河南西南部以及长江以南 某些山地垂直带谱中 总面积1803万hm2 7 2 2形成条件北亚热带湿润气候 年平均温度15 16 年降水量1000 1500mm 地貌类型 丘陵 阶地等排水良好 母质 花冈岩 片麻岩 玄武岩等风化物的残积物 堆积物 以及第四纪晚更新世的下蜀黄土 植被 常绿阔叶林或常绿落叶阔叶混交林 乔木层以落叶阔叶为主 林内耐寒性强的树种 主要植物种 乔木层以槭属 枫杨属 栎属为主 以及南方特点的水青冈 女贞 石楠等 次生林主要树种杉木 毛竹 油茶 油桐等 灌木层结构紧密 盖度大 草本层不发达 但种类多 藤本植物少 7 2 3形成过程 腐殖质积累过程 粘化过程 铁的淋溶与淀积 1 腐殖质积累过程 北亚热带生物气候温度较高 雨量较多 生物循环比较强烈 自然植被下形成的枯落物层 薄而不连续 其下为亮棕色土层 厚度因植被类型而异 腐殖质以富里酸为主 2 粘化过程 原生矿化风化较快 表面高岭化 云母脱钾成蛭石都较快 蒙脱也有转变高岭的趋势 剖面中粘粒淋溶聚积过程也比较强烈 因之土体中粘粒含量较高 质地粘重 甚至可形成粘盘 3 铁的淋溶与淀积 矿物风化释放的铁锰 也随淋溶淀积而发生移动 可包被于土粒表面 形成胶膜 也可聚集而成铁锰结核 铁锰结核的组成特征 武汉黄棕壤中铁锰结核的研究 结核一般有一个核心 核外有一层或数层铁 锰氧化物与粘土的环带 光滑的结核内部为明显的铁 锰淀积带 不规则结核颗粒内部铁 锰是散乱的和随机的分布 结核内部铁占优势 边缘主要是锰 凝团内的铁 锰分布均匀 这表明前者是在缓慢氧化条件下形成的 后者在快速氧化条件下形成 结核内部为不规则环带 Mn Fe Ca呈环带分布 大部分ca存于铁锰结核的外层环带 si Al在剖面上呈匀态分布 结核剖面上Mn Fe Ca的含量呈波形曲线 根据变幅 推测该结核经历了lO次以上的干湿交替过程 其中在结核生长初期经历了较弱的干湿交替环境 而在其生长后期处于相对较强的干湿交替环境 谭文峰等 2004 7 2 4理化性质 1 粘粒含量高 粘土矿物 水云母 蛭石 高岭石等 质地粘重 干后硬 湿时泥泞 保水保肥 但又排水不良 常滞水 2 不含碳酸盐 弱酸性 pH5 0 6 7 盐基饱和度30 75 3 腐殖质 表层腐殖质有一定的积聚 有机质含量一般为30 50g kg 松林 灌丛及旱地下仅为15 20g kg 全氮一般 0 7g kg 土壤全磷含量多在0 2 0 4g kg之间 全钾含量多在10g kg左右 速效磷的含量 5mg kg 速效钾的含量多为50 100mg kg 湖北省黄棕壤微量元素特征 湖北黄棕壤B Mn Fe Cu的总含量较丰富 Zn的总含量中等 Mo的总含量缺乏 B Cu Zn Mo的有效态含量较缺乏 各微量元素总含量在黄棕壤剖面中的分布均以心土层中最高 而有效态含量均以表土层中最高 Zn Mo的有效态含量与总含量呈显著或极显著正相关 B Mo的有效态含量与黄棕壤pH值呈极显著正相关 Fe Zn有效态含量则与pH值呈显著负相关 除Fe外其他微量元素的有效态含量均与土壤有机质含量显著或极显著正相关 洪松等 2001 7 2 5剖面形态特征O层 自然植被下为残落物层 厚度因植被类型而异 Ah层 棕色 屑粒状或团块状结构 疏松 根系多 向下逐渐过渡 耕种黄棕壤则为耕作表层 Ap Bts因母质不同而色泽不一 一般呈棱块状或块状结构 结构面上覆盖有棕色或暗棕色胶膜或有铁锰结核 由于粘粒的聚积 质地一般较粘重 有的形成粘盤层 C层 基岩上发育的黄棕壤 其母质仍带基岩本身的色泽 而下蜀黄土母质上发育的土壤 则呈大块状结构 结构面上有铁锰胶膜 并有少量的灰白色网纹 7 2 6亚类划分1 普通黄棕壤2 暗黄棕壤 3 粘盤黄棕壤 4 黄棕壤性土 1 普通黄棕壤 2 暗黄棕壤 分布于皖南 赣北海拔1100 1800m的中山上部 以及川 滇 黔 湘 鄂 桂海拔1000 2700m的中山区 属垂直带谱中黄壤向棕壤的过渡类型 多位于黄壤之上 年平均气温10 13 自然植被为落叶 常绿阔叶和针叶林 主要树种甜储 青冈栎 罗浮栲 大穗鹅耳杨 中华槭 黄山松 金钱松等 林下灌木有横木 杜鹃 箭竹等 草本植物有芒草 野古草 珍珠菜 桔梗 林相比较郁蔽 整齐 林下草灌繁茂 黄棕壤土体较薄 一般为40cm左右 B层厚 有明显微弱粘化现象 暗棕至亮棕色 棱块状结构 结构面可见铁质胶膜 质地较粗 C层形态因母质而异 3 粘盤黄棕壤 主要分布于苏 皖 赣长江两侧及浙江 鄂北 豫南的第四纪黄土丘岗 阶地 土体深厚 其主要特征是淋溶层与淀积层的粘粒含量差很大 而形成透水率很低的粘盤 粘盤层粘重紧实 干缩时垂直节理明显 棱块状 柱状结构 结构体面上铁锰 粘粒胶膜明显 土壤的容重范围是1 39 1 62g cm3 下部网纹层灰白 黄棕相间 呈杂色树枝状 局部网纹段可出现砂姜体 4 黄棕壤性土 多分布在黄棕壤区植被覆盖差和坡度较陡峻的地段 其母质多为基岩风化物 土壤发育程度差 除酸化特征外 土壤的弱富铝化 粘化以及生物富集等特征均不够明显 7 2 7与相关土类区分1 与棕壤的区别 棕壤为暖温带落叶阔叶林下土壤 表层腐殖质积累较强 粘化较弱 铁的风化移动性较差 而粘粒的SiO2 Al2O3较高 2 与黄褐土区别 黄褐土的淋溶作用较弱 pH6 8 7 5 盐基饱和度 75 且常有少量CaCO3物质 粘粒的SiO2 Al2O3 3 0 3 与褐土的区别 褐土为暖温带落叶阔叶林下土壤 全剖面的盐基饱和度 80 常有一定的CaCO3新生体存在 pH一般为7 0 8 5 4 与红壤 黄壤区别 红壤与黄壤为亚热带的湿润铁铝土纲 富铝化作用而形成较多的1 1的高岭石类粘土矿物和铁铝氧化物 SiO2 Al2O3为2 0 2 5 弱酸性和强酸性 盐基饱和度 35 7 2 8黄棕壤的区域差异 1 东西差异 沿长江带状分布 东部近海 湿润 西部较干热 西部pH6 5 7 5 东部5 5 6 4 粘粒硅铁铝率 西部2 3 2 8 东部2 0 2 2 东部淋溶高于西部 2 南北差异 北部2米以下可见砂畺层 铁锰结核少 南部铁锰结核多 4 5米以下始见砂畺 7 2 9系统分类中的黄棕壤在系统分类中此类土壤为铁质湿润淋溶土 多数为热性土壤温度状况 且都具有湿润土壤水分状况 主要特点 风化 淋溶较强 具有铁质特性 但不具铝质特性和铝质现象 7 3红壤 redSoil 中亚热带高温高湿条件下 由中度富铁铝风化作用形成的酸性至强酸性 含一定铁铝氧化物的红色土壤 7 3 1分布美国东南部 巴西东部 格鲁吉亚的黑海 里海沿岸 南高加索山地 澳大利亚东部 我国分布于长江以南丘陵地区 江西 湖南 福建 浙江东部 广东 广西 云南等北部 江苏 安徽 贵州 四川等南部 总面积5690 16万hm2 7 3 2形成条件从纬度看 与地中海型土壤相同 但水热条件不同 夏季湿热 平均温度25 左右 年降水量1250 500mm 在我国中亚热带湿热气候 年均温15 28 年降水量1200 1500mm 年蒸发量与降水量大致平衡 故研究者认为 高温 潮湿和干湿交替是红壤发育的重要因素 地形 低山丘陵为主 母质 美国 花冈岩等风化良好的残积物及堆积物 在我国 主要有第四纪红粘土 第三纪红色砂岩 花冈岩 千枚岩 石灰岩等深厚的风化物 不同母质对红壤风化速度及特性有显著影响 植被 在美国自然植被为落叶阔叶林 主要树种栎 北美杨桃 栗等 在我国代表性植被常绿阔叶林 四季常绿 林冠整齐一致 主要由壳斗科 樟科 茶科 冬青 山矾科 木兰科等构成 此外尚有竹类 藤本 蕨类植物 一般低山浅丘多稀树灌丛及禾本科草类 少量为马尾松 杉木和云南松组成的次生林 7 3 3成土过程 富铁铝化和生物富集过程及其相互作用 1 脱硅富铝化过程 脱硅富铝化特点是 硅酸盐类矿物强烈分解 硅和盐基淋失 粘粒与次生粘土矿物不断形成 铁 铝氧化物明显积聚 据湖南省零陵地区的调查 红壤风化过程中硅迁移量20 80 钙迁移量77 99 镁的迁移量50 80 钠迁移量40 80 铁 铝则有数倍的相对富集 2 生物富集过程 有大量有机质归还土壤 生物量约40t hm2 对元素的吸收与生物归还作用强度较大 其中钙镁的生物归还率一般超过200以上 凋落物分解快 各种元素进入土壤也快 从而大大加速了生物和土壤的养分循环并维持较高水平而表现强烈的生物富集作用 不同森林植被类型生物富集特点1 生物量大小 热带季雨林下森林凋落物 干物质 每年达9 66t hm2 雨林为8 86t hm2 常绿阔叶林为7 72t hm2 而温带落叶阔叶林仅为3 75t hm2 2 凋落物中元素含量 元素含量一般可分为3级 n级 含量 1 包括SiO2 CaO 0 n级 含量0 1 1 包括MgO Al2O3 K2O P2O5 0 0n级 含量 0 1 包括MnO Fe2O3 TiO2 3 凋落物中元素含量的季节性变化特点 季雨林变化最大 雨林居中 常绿阔叶林最小 其中灰分总量和SiO2的变化幅度大 而氮和CaO含量的变化幅度小 4 凋落物分解速率 在最初阶段季雨林的分解最快 雨林次之 常绿阔叶林分解最慢 超过1年后 其分解速率渐趋一致 其腐解残留率为61 8 68 5 腐殖化系数为0 27 0 32 超过2年为60 4 61 6 仅相差1 2 森林凋落物的大量积累和分解 凋落物中各种元素的富集 是红壤形成过程中生物富集作用的物质基础 3 红壤发育年龄地球上最早出现的原始土壤形成于距今5亿年的寒武纪 奥陶纪时期 澳大利亚昆士兰的砖红壤形成于上新世2个湿润期 寒内加尔砖红壤白垩纪和上新世 马里砖红壤70Ma B P 7 0 107年 我国红壤 砖红壤 发育年龄年轻 估计为第四纪初期产物 其绝对年龄大概1 5MaB P 7 3 4剖面特征Ah层 腐殖层 一般厚度为20 40cm 暗红色 10Y3 3 Bs层 铁铝淀积层 厚度0 5 2m 红色 10R5 8 10R5 6 紧实粘重 核块状结构 常有铁 锰胶膜和胶结层出现 可分化为铁铝淋溶淀积 Bs 与网纹层 Bsv 等亚层 Csv层 包括红色风化壳和各种岩石风化物 在B层之下 淡红色 10YR7 8 与灰白色 10Y5 1 相互交织的网纹层 7 3 5理化形状1 酸性 强酸性反应 心土pH4 2 5 9 底土pH4 0 交换性铝可达2 6cmol kg 约占潜在酸的80 95 以上 盐基大量淋失 盐基饱和度很低 2 有机质含量通常在20g kg以下 胡敏酸分子结构简单 分散性强 不易絮凝 水稳性结构体差 临时性微团聚体较好 3 粘土矿物以高岭石为主 可占粘粒总量的80 85 赤铁矿5 10 少量蛭石 水云母 少见三水铝石 但不同母岩粘土矿物组成有较大变化 页岩 蛭石为主 高岭石 伊利石 三水铝矿 针铁矿等 砂岩 高岭石 伊利石为主 三水铝矿 蛭石 石英等 玄武岩 高岭石 三水铝矿为主 针铁矿 石英等 石灰岩 高岭石 三水铝矿为主 蛭石等 阳离子交换量不高 15 25cmol kg 与对磷的固定较强 5 有效水贮量动态 0 100cm土层中土体有效水存贮量随时间的变化可分为3个阶段 6月中旬以前 阴雨连绵 土壤水处于饱和状态 有效水充足 多余水下淋 6月下旬至8月底 雨量锐减 蒸发强烈 作物耗水多 有效水含量消耗很大 100cm土层内的下层水分强烈上升 植物 尤其是浅根性旱作已表现出旱象 9月之后 气温渐低 蒸发减少 有效水贮量又恢复到相当水平 由于降雨频率的不均匀性 每个阶段又会有小的起伏 6 颗粒组成总的特点粘重 粘粒含量随剖面加厚而增加 7 3 6红壤亚类划分红壤棕红壤黄红壤山原红壤红壤性土 1 红壤常称普通红壤或典型红壤 具有红壤土类的典型特征 2 棕红壤 是红壤向黄棕壤过度的一个类型 分布于中亚热带北缘 气候温暖湿润 干湿交替 四季分明 土层厚薄不一 底土有铁锰胶膜 C层如为红色风化壳可达1m至数米 但如为基岩者则较薄 粘土矿物以高岭石 伊利石为主 伴有石英 pH6 0左右 盐基饱和度40 6 不如红壤 但比黄棕壤强 3 黄红壤 是红壤向黄壤过渡的一个类型 主要分布红壤区山地垂直带中 上与黄壤相接 下与红壤相连 水分状况比红壤湿润 盐基易淋失 氢铝累积 盐基饱和度和交换性钙镁较红壤低 pH4 9 5 8 发育程度较红壤弱 土体中铁铝量稍低 硅量稍高 粘粒矿物除高岭石 蛭石为主 伴有水云母和少量三水铝石 粘粒较红壤低 4 山原红壤 分布于云贵高原1800 2000m的高原面上 土体干燥 土色红 主体内常见铁磐 粘土矿物以高岭石为主 伴有三水铝石 pH5 5 6 0 盐基饱和度70 左右 富铝化程度不如红壤 5 红壤性土 分布于红壤地区低山丘陵 土壤侵蚀较强 土层浅薄 具有A B C剖面 色泽较淡 7 3 7与相关土类区分1 与黄棕壤区别 黄棕壤淋溶粘化较明显 但富铝化作用弱 粘土矿物既有高岭石 伊利石 也有少量蒙脱石 pH5 6 7 盐基饱和度较高 2 与黄壤区别 黄壤年平均气温低而潮湿 水化氧化铁和铁活化度较高 黄色或橙色 粘土矿物以蛭石为主 高岭石 水云母次之 有较多的针铁矿 褐铁矿 有机质含量亦较高 3 与砖红壤区别 富铝化作用强 风化度和酸性更强 7 3 8在系统分类中的红壤在系统分类中红壤是富铁土土纲中的湿润富铁土亚纲中的简育湿润富铁土土类 富铁土作为一个土纲 其成土过程的特点在于 1 风化作用虽很强 但尚处于中度风化阶段 2 强烈的盐基淋失 3 明显脱硅和铁铝氧化物富集 红壤的问题1 水土流失2 土层薄3 土壤贫瘠4 季节性干旱 红壤改良与利用 1 克服酸 瘦 黏等障碍因素2 发挥红壤地区的气候优势 种植特色热带作物 橡胶 咖啡 可可 龙眼 荔枝 洋桃 木瓜 芒果等3 发展立体农业 利用天然沸石和石灰混用改良红壤 天然沸石是一种含水的碱金属和碱土金属的铝硅酸盐矿物 具有强大的离子交换吸附特性 可以增加土壤对铵离子 磷酸根离子和钾离子等的吸附能力 施用石灰是改良酸性土壤 降低土壤酸度和消除铝毒的最有效的方法 施用石灰降低酸度的作用并不限于施用当年 往往有较长的后效 酸性土壤施用天然沸石和石灰 对提高土壤的保肥性能及养分的生物有效性 降低土壤酸度有着良好的作用 大气氮沉降对中国亚热带不同立地森林红壤酸化及其机理的研究 博士论文 2007 过量的氮会导致土壤酸化和植物的营养不平衡 中国已经成为全球第三大酸雨区 通过设置在江西鹰潭中国科学院红壤生态实验站的森林微气象站于2003年2月至2004年1月期间对大气氮湿沉降进行了12个月的田间监测 同时利用为期8个月的土柱淋溶试验 直径10cm 高60cm 研究了不同植被立地下红壤对氮输入的反应 探讨大气氮沉降对森林红壤质量的影响机理 人工降雨条件下红壤侵蚀规律研究 硕士论文 2007 采用模拟降雨方法探讨不同坡度不同植被覆盖条件下坡面侵蚀过程及其产沙规律 7 4黄壤 yellowSoil 热带 亚热带地区具常湿润水分状况 含多量针铁矿的酸性黄色铁铝质土壤 7 4 1分布长江以南诸省 热带 亚热带山地高原广泛分布 但以四川 贵州为多 总面积2324 73万hm2 7 4 2形成条件亚热带湿润气候条件 夏无酷暑 冬无严寒 雾多 湿度大 年均温14 16 年降水量2000mm左右 年降水日数可长达180 300天 地形 山地 高原母质 酸性结晶岩 砂岩等风化物 部分为第四纪红色粘土 植被 常绿阔叶林为主 主要树种由樟科 茶科 壳斗科 山矾科 木兰科等科植物组成 代表种如小叶青冈 小叶椿等 林下有比较发达的藤本与蕨类植物 群落外貌 暗绿色 常有斑块 林冠浑圆稠密 整齐 灌木层种类多 草本层简单 7 4 3主要形成过程脱硅富铝化过程生物富集过程特有的黄化过程 1 黄化过程 由于土壤经常保持潮湿 氧化铁高度水化形成一定量的针铁矿 这是一种黄棕色的羟基氧化铁矿物 FeO OH 这就是所谓黄化过程 与有机质结合 因而剖面呈黄色或蜡黄色 尤以淀积层明显 2 脱硅富铝化过程 螯合淋溶作用即有机酸与铁铝等离子螯合过程较强 脱硅富铝化过程较弱 3 生物富集过程 有机质积累较多 在林下有机质层厚度可达20 30cm 有机质含量一般为50 100g kg 因土壤滞水而通气不良 有机质矿化程度较差 腐殖质积累较高 7 4 4剖面形态特征O层 枯枝落叶层 10 20cm左右 不同程度分解 A层 暗灰棕色 5YR4 2 至暗橄榄色 5Y3 1 富铝化的腐殖质 Ah 厚10 30cm 屑粒状或团块状结构 动物活动活跃 B层 鲜艳黄色或蜡黄色的铁铝聚积层 厚度15 60cm 较粘重 块状结构 结构面上有带光泽的胶膜 黄壤特殊土层 C层 多保留母岩色泽的母质层 7 4 5基本理化形状1 粘土矿物以蛭石为主 高岭石 伊利石次之 少量三水铝石 2 酸性