作物生产新理论与新技术

1、第二章第二章 土壤形成和发育土壤形成和发育教学目标了解土壤的发生学学说了解土壤形成的五大成土因子 及其在土壤形成过程的作用了解主要的成土过程及其对土壤 性质的影响第二章第二章 土壤发生土壤发生 第一节土壤发生与第一节土壤发生与地理环境地理环境的关系的关系 一、土壤形成因素学说一、土壤形成因素学说 二、土壤与成土因素的关系关系 三、土壤发育与人类活动的关系三、土壤发育与人类活动的关系 第二节 土壤的发生过程 一、土壤形成的基本规律一、土壤形成的基本规律 二、土壤主要发生过程二、土壤主要发生过程第一节第一节 土壤发生与地理环境的关系土壤发生与地理环境的关系成土因素成土因素1 1、土壤发生学说、土壤

2、发生学说道库恰耶夫成土因素学说道库恰耶夫成土因素学说 一、土壤形成因素学说一、土壤形成因素学说(soil forming factor) 认为土壤是在各种自然和人为因素的影响下由岩认为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。石风化成母质，再由母质演化成土壤的。道库恰耶夫成土因素学说道库恰耶夫成土因素学说f（,，）式中代表土壤；代表气候；代表生物；代表岩石；代表地形；代表时间。 基本观点：基本观点：1）土壤是各种成土因素综合作用的产物； 2）各因素同等重要，不可替代，共同影响土壤； 3）成土因素的发展变化制约土壤的变化； 4）成土因素具地理分布规律，土壤也具地理

3、分布规律；1.土壤形成因素学说土壤形成因素学说 （1）1.1 俄国道库恰耶夫（俄国道库恰耶夫（ ）的基本观点的基本观点 19世纪末，俄国土壤学家道库恰耶夫首先认定，土壤和地理环境中主要的成土因素之间具有如下函数关系（土壤生成因子公式）： =（ ， ）2.1母岩时间地形生物气候土壤强调土壤与成土条件之间的联系，即土壤是母质、气候、生物、地形和时间等五种自然成土因素综合作用的产物；各成土因素所起的作用具同等重要性和相互不可替代性；成土因素的发展变化制约着土壤的形成和演化；成土因素是有地理分布规律的，成土因素综合作用所形成的土壤亦具有地理分布规律。 人类活动对土壤形成过程起着推动或阻碍作用。基本观点

4、基本观点：贡献：贡献： 1）科学的方法论辨证唯物主义和历史唯物主义； 2）创新精神土壤地理学（或地带性学说）奠基人。基本评价不足： 1）未指出土壤形成过程中的主要因素 ； 2）未强调人类活动的影响；2 2、威廉斯成土思想、威廉斯成土思想l1）土壤形成中，生物起重要作用；l2）土壤既是劳动对象，又是劳动产物。、詹尼成土观点、詹尼成土观点s =f(cl,o,r,p,t) 式中s代表土壤；cl代表气候；o代表生物；r代表地形；P代表母质；t代表时间；点号代表尚未确定的其他因素。 生物并非唯一主导因素。二、五大成土因素与土壤形成关系二、五大成土因素与土壤形成关系: : 19世纪未，俄国土壤学家B.B.

5、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： 气候气候-climate 母质母质-parent material 生物生物-biology 地形地形-topographty 时间时间-time ( (一）成土母质在土一）成土母质在土壤形成中的作用壤形成中的作用 母质是土壤形成的物母质是土壤形成的物质基础质基础 一般地说，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。2.土壤与成土因素的关系土壤与成土因素的关系（1）2.1 土壤发育与母质的关系土壤发育与母质的关系 土壤母质（岩石风化的产物）

6、是土壤形成的物质基础。在土壤形成的初期阶段，母质的积极作用非常显著，并且母质的某些性质往往会被土壤继承下来。2.1.1 母岩与母质母岩与母质母岩：把与土壤形成有关的块状岩体称为母岩。母质：把与土壤有直接发生联系的母岩风化物称为母质。2.1.2 母质对土壤的影响母质对土壤的影响 母质的性质如：机械组成、坚实度、渗透性、矿物组成和化学特性等都直接影响成土过程的速度和方向，影响土壤中物质的存在状态、物质转化和物质迁移状况，影响到水、肥、气、热的矛盾统一关系。母质的化学组成如母质的化学组成如P、K、Ca、S等元素对土壤肥力产生显著影响。等元素对土壤肥力产生显著影响。母质影响土壤的质地（母质影响土壤的质

7、地（质地粗的母质上形成的土壤质地也较粗）。）。2.1质地粗的母质土壤质地较粗； 质地细的母质土壤质地较细。 发育在残积物上的土壤含石块较多； 发育在坡积物上的土壤质地较细； 发育在洪积物及淤积物上的土壤，其上下层质地变化较大，同一沉积层次质地比较均一。1.成土母质影响土壤的质地成土母质影响土壤的质地成土母质类型成土母质类型土壤地理学 酸性岩母质含抗风化力强的浅色矿物较多酸性粗质土； 基性岩母质含抗风化力弱的深色矿物较多较厚的粘质土壤。红色致密状玄武岩母质易发育成富铝土, 暗黑色气孔状玄武岩母质含蒙脱石较多,易发育成变性土。 不同类型的母质其矿物化学组成不同，影响土壤的矿物化学组成。 例如在基性

8、岩风化物上形成的土壤，盐基含量就高于酸性岩石风化物上形成的土壤。 有些母质含有较丰富的养分，在此母质上形成的土壤同样也含有较丰富的相应的养分。 2、母质的化学组成影响着土壤的、母质的化学组成影响着土壤的化学组成化学组成 在石灰岩风化物上形成的土壤，Ca2+、Mg2+含量很高。在大量Ca2+、Mg2+淋失的同时，又有大量的Ca2+从岩石中溶解出来，补充到土壤溶液中，土壤溶液中Ca2+始终保持有较高的浓度。这样就会延缓土壤中盐基成分的淋失过程，即延缓脱盐基过程。 如果脱盐基过程不彻底，富铝化过程就不能进行。其结果就延缓了土壤的形成过程. 3、母质可影响土壤形成过程的速度、母质可影响土壤形成过程的速

9、度 在同一气候带，无论是什么母质类型，最终应该形成同一个地带性土壤。 现代在一个生物气候带内有不同类型的土壤，是由于土壤发育一般处于幼年期，随着土壤进一步发展，各种母质上发育的土壤性质趋向一致。 4、母质对土壤形成的影响程度随着、母质对土壤形成的影响程度随着成土年龄的增长而减弱成土年龄的增长而减弱 ( (二）土壤发育与气候的关系二）土壤发育与气候的关系 土壤热状况可分三个类型：1）受热型 土壤表层的年均温较土层深层为高。2）冷却型 土壤表层的年均温比土壤下层温度为低。3）热平均分配型 在中纬度降水丰沛的湿润地区，土壤 表层和较深层的温度相差不大。1）气候影响岩石矿物风化强度）气候影响岩石矿物风

10、化强度 1.控制着土壤形成的方向控制着土壤形成的方向一般说，温度增加10，化学反应速度平均增长23倍； 2）对植物地形、母质等成土因素产生影响，从而对土壤对植物地形、母质等成土因素产生影响，从而对土壤形成产生间接影响。形成产生间接影响。 水热条件不同，土壤矿物质的风化方式和程度不同，因而形成的风化壳类型和厚度必然不同。 A.在苔原带和荒漠带，以物理风化为主，形成的风化壳较薄，而且多为岩石碎屑。 B.在热带雨林带，化学风化作用非常强烈，形成的风化壳厚度很大，而且岩石矿物风化程度较深，形成许多粘土矿物，主要是高岭石、铁铝氧化物。 2.影响风化壳类型及其厚度影响风化壳类型及其厚度 在不同气候带，每年

11、植物生长量和进入土壤的残体量也不同， 森林：热带雨林温带落叶林寒带针叶林。 3、气候对土壤有机质的积累和分解、气候对土壤有机质的积累和分解起着重要作用起着重要作用过度湿润和长期冰冻有利于有机质的积累，干旱和高温有利于有机质的矿化； 4.影响土壤内部物质迁移过程影响土壤内部物质迁移过程 根据土壤中水分收支情况对物质运移的根据土壤中水分收支情况对物质运移的影响，可分以下几种土壤水分类型：影响，可分以下几种土壤水分类型： （1 1）淋溶型水分状况淋溶型水分状况 （2 2）非淋溶型水分状况非淋溶型水分状况 （3 3）上升水型水分状况上升水型水分状况： （4 4）停滞型水分状况停滞型水分状况 1）在湿润

12、地区，如在阔叶林和针叶林地区。由于土壤水分多，土壤的盐基离子（即K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+）遭到淋溶，排出土体进入地下水。 2）在半旱地区，如矮草地区。由于降水较少，土壤淋溶作用弱，只有易溶性盐分（如NaCl、KCl）遭到淋洗排出土壤，而CaCO3表层淋溶，下层淀积，出现一个碳酸盐淀积层。 3）在干旱地区，如沙漠灌丛地区。由于降水稀少，土壤淋溶作用微弱，易溶性盐和CaCO3表层积聚，不发生移动。西北华北，盐类迁移能力不断加强，分异愈明显： 西北荒漠和荒漠草原地区，极易溶解盐类有明显淋溶，CaSO4淋溶较弱，CaCO3未受淋溶，剖面中没有明显钙积层。 内蒙古及华北的草原、森林草原

13、地区，盐类大部分淋失，碱土金属盐类明显分异，大部分土壤有明显钙积层。 华北东部的温带森林地带，碳酸盐大多淋失。 华北东北，盐基淋失，铁、铝下移。 华南，盐基淋失，硅淋溶，铁、铝相对积累。物质迁移随水分和热量的增加而增加物质迁移随水分和热量的增加而增加温度： 寒温带灰化土； 温带暗棕壤； 暖温带棕壤； 亚热带和热带红壤、砖红壤等。 干湿程度： 温带湿润气候区淋溶土； 温带半湿润半干旱区弱淋溶土，钙积土； 温带干旱区荒漠土。 、气候影响土壤分布规律、气候影响土壤分布规律 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

14、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。 三、生物因素在土壤发生中的作用三、生物因素在土壤发生中的作用1、生物因素包括植物、土壤动物和土壤微生物。 1）富积植物生长所必需的元素，利用太阳能合成土壤有机层。 2）不同植被类型对土壤形成的影响不同 2、植物在土壤形成中的作用、植物在土壤形成中的作用提供有机残体绝对数量：木本植物草本植物； 热带常绿阔叶林温带夏绿阔叶林寒带针叶林； 草甸植物草甸草原植物干草原植物半荒漠和荒漠植物。 （1 1）不同植被类型形成的有机质数量不同）不同植被类型形成的有机质数量不同 木本植物：枝叶以凋落物形式堆积于表层 剖面中

15、腐殖质自表层向下急剧减少； 草本植物：根系比例大 剖面中腐殖质自表层向下逐渐减少。 （2 2）不同植被类型有机质积累方式不同）不同植被类型有机质积累方式不同提供灰分含量：草本植物木本植物； 草本植物： 干旱的荒漠向湿润的草甸，灰分含量有规律地减少： 草本植物中性或微碱性利于腐殖质形成和积累胡敏酸利于形成团粒结构。 木本植物： 针叶林富里酸为主强烈的酸性淋溶； 阔叶林胡敏酸为主淋溶弱，盐基饱和度高。 （3 3）植被类型不同，形成的有机质性质不同）植被类型不同，形成的有机质性质不同 图 植被类型和土壤类型的关系 (据Bridges: World Soils) 分解动植物有机残体，释放能量和养分，供

16、生物再吸收利用，使生物能世代延续； 参与土壤腐殖质形成； 某些特种微生物，如固氮菌能增加土壤氮素养分。 （4 4）土壤微生物对土壤的影响）土壤微生物对土壤的影响（5 5）土壤动物对土壤的影响）土壤动物对土壤的影响 动物残体是土壤有机质的一种来源； 参与土壤有机残体的分解、破碎，翻动、搅拌、疏松和搬运土壤。 土壤动物种群的组成和数量，一定程度上是土壤类型和土壤性质的标志，可作为肥力指标。 四、地形与土壤发生的关系 （一）地形与母质的关系（一）地形与母质的关系 冲积物坡积物洪积物残积物影响成土母质的地表分异影响成土母质的地表分异 （二）地形与水热条件的关系（二）地形与水热条件的关系 图7.4 地形

17、对土壤水分状况的影响 高度：海拔高度增加，气温逐渐下降，一定高度范围内，湿度逐渐增大； 坡向：北半球，南坡接受光热比北坡强，土温及湿度变化较大，北坡较阴湿，平均土温低于南坡。 地形影响地表水热条件的重新分配地形影响地表水热条件的重新分配（三）地形与土壤发育的关系（三）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。 例1： 斜坡：排水快，物质易遭淋溶砾质薄层土壤； 低洼：易积水，细土粒和腐殖质易积累土色较暗，土层深厚。 例2： 平原：接受降水均匀，湿度比较稳定； 岗丘背风处：呈局部干旱，干湿情况多变

18、； 洼地：过湿。 地形影响地表径流地形影响地表径流 地形没有提供新物质，和土壤间没有物质与能量交换，是影响土壤和环境间物质和能量交换的一个条件。 地形通过其他成土因素对土壤起作用，引起地表物质与能量再分配。 土壤发育与地形的关系 五、成土时间对土壤发育的影响五、成土时间对土壤发育的影响（一）土壤年龄（一）土壤年龄土壤年龄是指土壤发生发育时间的长短，通常把土壤年龄分为绝对年龄和相对年龄。绝对年龄是指该土壤在当地新鲜风化层或新母质上开始发育时算起迄今所经历的时间，通常用年表示；相对年龄则是指土壤的发育阶段或土壤的发育程度。 六、人类活动对土壤发生演化的影响 （一）目的性（一）目的性 在农业生产活动

19、中，当人们了解掌握了土壤发生发在农业生产活动中，当人们了解掌握了土壤发生发展规律，就可以有意识地、有目的地采取一定措施，展规律，就可以有意识地、有目的地采取一定措施，对土壤进行利用改良和定向培育，使土壤向肥力增高对土壤进行利用改良和定向培育，使土壤向肥力增高的方向发展。的方向发展。（二）社会性（二）社会性 社会性是指在不同的社会制度和生产力水平下，人社会性是指在不同的社会制度和生产力水平下，人类活动对土壤的影响程度和效果是不同的。类活动对土壤的影响程度和效果是不同的。中华人民共和国土地管理法中华人民共和国土地管理法 1987年年1月。月。 （三）深刻性（三）深刻性 人类为了达到某种目的在很大程

20、度上改变自然成土人类为了达到某种目的在很大程度上改变自然成土因素对土壤形成的影响。因素对土壤形成的影响。2.土壤与成土因素的关系土壤与成土因素的关系（13）2.6 成土因素的相互作用成土因素的相互作用 上述的母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素综合作用过程上述的母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素综合作用过程是一个相互联系、相互作用、相互制约的动态发展过程。对任何一个因是一个相互联系、相互作用、相互制约的动态发展过程。对任何一个因素来说，其他各因素都为其创造或规定了起作用的条件。素来说，其他各因素都为其创造或规定了起作用的条件。例如：例如： 气候因素一方面直接影响着土壤的形成，另一方面

21、又影响植被的组气候因素一方面直接影响着土壤的形成，另一方面又影响植被的组成、有机质形成的数量以及微生物的分解；反过来植被也影响近地表大成、有机质形成的数量以及微生物的分解；反过来植被也影响近地表大气层，形成小气候，再通过这种气候影响土壤的水热状况。气层，形成小气候，再通过这种气候影响土壤的水热状况。2.1“肥岛肥岛”效应效应Effect of fertile islands第二节第二节 土壤形成过程土壤形成过程 一、土壤形成过程中的大小循环 地质大循环地质大循环是指地面岩石的风化、风化产物的淋溶与搬是指地面岩石的风化、风化产物的淋溶与搬运、堆积，进而产生成岩作用运、堆积，进而产生成岩作用. .

22、 过程：过程：基岩出露地表风化淋溶风化壳搬运沉积物沉积岩； 时间极长、范围极广 意义：意义：形成疏松多孔的成土母质，为植物生长提供了基础。 第二节第二节 土壤的发生过程（土壤的发生过程（1）2.2 自然状态下的土壤是在一定的时间和空间条件下，是在母质与生自然状态下的土壤是在一定的时间和空间条件下，是在母质与生物、气候因素以及土体内部物质与能量交换过程中发生、发展的。土壤物、气候因素以及土体内部物质与能量交换过程中发生、发展的。土壤形成过程是一个复杂的物质与能量迁移和转化过程的总体，是随着时间形成过程是一个复杂的物质与能量迁移和转化过程的总体，是随着时间而进行的，经历了从无到有、从简单到复杂、从

23、低级到高级的建造过程。而进行的，经历了从无到有、从简单到复杂、从低级到高级的建造过程。太阳光的吸收 散失生物小循环 降水的吸收蒸发、蒸腾损失表土及其它物质的冲刷表土及其它物质的沉积土层间的物质转化土层间水分和矿物成分的移动淋失水分及其它的物质风化物供应（地质大循环）单个土体土壤形成中物质迁移土壤形成中物质迁移和转化示意图和转化示意图第二节第二节 土壤的发生过程（土壤的发生过程（2）2.2单个土体土壤形成中能量转换示意图土壤形成中能量转换示意图反射土壤与空气间对流与传导的能量交换太阳辐射能交换 蒸发生物的能量交换冲刷中能量的获得和损失沉积中能量的获得和损失侧向转移的能量获得侧向和垂直向转移的能量

24、损失淋失水分及其它的物质风化物供应（地质大循环）土层间能量交换地热能量的来源和储藏矿物质转化有机质转化生物活动阻力干湿交替冻融交替传导对流凝结蒸发渗透土壤不饱和水的流动生物小循环生物小循环 是植物营养元素在生物体与土壤之间的循环：植是植物营养元素在生物体与土壤之间的循环：植物从土壤中吸收养分，形成植物体，后者供动物物从土壤中吸收养分，形成植物体，后者供动物生长，而动植物残体回到土壤中，在微生物的作生长，而动植物残体回到土壤中，在微生物的作用下转化为植物需要的养分，促进土壤肥力的形用下转化为植物需要的养分，促进土壤肥力的形成和发展。成和发展。过程：低等生物使母质积累有机质和养分过程：低等生物使母

25、质积累有机质和养分地衣、地衣、苔藓苔藓高等绿色植物：高等绿色植物： 意义：控制了自然界养料物质无限制的淋失，使有限意义：控制了自然界养料物质无限制的淋失，使有限的营养元素得到无限的利用，使母质转化成土壤，促的营养元素得到无限的利用，使母质转化成土壤，促进土壤从简单到复杂、由低级到高级不停地运动和向进土壤从简单到复杂、由低级到高级不停地运动和向前发展。前发展。 二者关系：地质大循环和生物小循环的共同二者关系：地质大循环和生物小循环的共同作用是土壤发生的基础作用是土壤发生的基础,无地质大循环无地质大循环,生物生物小循环就不能进行小循环就不能进行;无生物小循环无生物小循环,仅地质大仅地质大循环循环,

26、土壤就难以形成。在土壤形成过程中，土壤就难以形成。在土壤形成过程中，两种循环过程相互渗透和不可分割地同时两种循环过程相互渗透和不可分割地同时同地进行着。它们之间通过土壤相互连结同地进行着。它们之间通过土壤相互连结在一起。在一起。二、主要的成土过程二、主要的成土过程 （一）原始成土过程（一）原始成土过程 （二）有机质积聚过程（二）有机质积聚过程 （三）粘化过程（三）粘化过程 （四）钙积与脱钙过程（四）钙积与脱钙过程 （五）盐化脱盐过程（五）盐化脱盐过程 （六）碱化与脱碱过程（六）碱化与脱碱过程（七）富铝化过程（七）富铝化过程 （八）灰化、隐灰化和漂灰化过程（八）灰化、隐灰化和漂灰化过程 （九）潜

27、育化和潴育化过程（九）潜育化和潴育化过程 （十）白浆化过程（十）白浆化过程（十一）熟化过程（十一）熟化过程 （ 十二）退化过程十二）退化过程 地带性土壤，与生物气候带相联系条件：条件：寒温带，针叶林植被； 物质迁移特征：物质迁移特征：土体上部的碱金属和碱土金属淋失，硅铝铁分离，铁铝胶体络合淋溶淀积于下部，二氧化硅残留在土体上部； 结果：结果：形成灰白色灰化淋溶表层，Fe、Al络合物聚积的灰化淀积层。灰化过程灰化过程灰化层灰化层粘化过程条件：条件：温带和暖温带半湿润半干旱地区； 物质迁移特征：物质迁移特征：原生矿物分解和次生粘土矿物的形成，或表层粘粒向下机械淋洗。 结果：结果：形成粘化层。 黄棕

28、壤粘膜黄棕壤粘膜粘化过程粘化过程条件：条件：中亚，南亚热带和热带；常绿阔叶林、季雨林和热带雨林。 物质迁移特征：物质迁移特征： 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形成氧化物而相对积累； 结果：结果：土体呈红色，甚至出现大量铁结核或铁磐层。富铝化过程富铝化过程 脱硅富铝化脱硅富铝化过程过程碱化和脱碱化过程碱化和脱碱化过程 盐渍化盐渍化：碱化与盐化的统称。二者既有密：碱化与盐化的统称。二者既有密 切的切的关系，又有本质的区别。关系，又有本质的区别。 碱化过程碱化过程：包括碱质化（或钠质化）和碱：包括碱质化（或钠质化）和碱 性化。性化。 碱质化或钠质化碱质化或钠质化：是指土壤碱化度或钠化：是指土壤碱化度或钠化 率率（交换性钠占阳离子交换量的百分率）提高（交换性钠占阳离子交换量的百分率）提高 的的过程。过程。 碱质土或钠质土碱质土或钠质土：碱化度超过：碱化度超过2020的土壤称为的土壤称为碱质土或钠质土。碱质土或钠质土。 条件：条件：干旱、半干旱气候条件； 物质迁移特征：物质迁移特征：由于季节性淋溶，易溶性盐类大部分淋失，硅铁铝等氧化物在土体中基本上不发生移动，钙镁在土体中淋溶、淀积； 结果：结果：土体中、下部形成一个钙积层。钙化过程钙化过程 条件：条