chapter2土壤系统动态特性分析

1、 第二章第二章 土壤系统动态特性分析土壤系统动态特性分析 第一节第一节 土壤系统的环境因素土壤系统的环境因素 第二节第二节 土壤系统的物质迁移与转土壤系统的物质迁移与转化化 第三节第三节 土壤系统动态的表现土壤系统动态的表现 土壤与土壤与大气圈、水圈、岩石圈、生物圈大气圈、水圈、岩石圈、生物圈之之间的能量交换、物质迁移转化是间的能量交换、物质迁移转化是不断进行不断进行着的。着的。一一 自然土壤的成土因素学说自然土壤的成土因素学说第一节第一节 土壤系统的环境因素土壤系统的环境因素道库恰耶夫土壤形成因素学说道库恰耶夫土壤形成因素学说 f(, , , ) T表示土壤与成土因素之间的发生关系。式中：表

2、示土壤；, , , ,T分别表示气候、生物、母质、地形和时间因素。道库恰耶夫自然土壤形成因素学说基本观点：道库恰耶夫自然土壤形成因素学说基本观点：1 1 土壤是成土因素综合作用的产物土壤是成土因素综合作用的产物2 2 各因素各因素同等重要、相互不可替代、共同影响同等重要、相互不可替代、共同影响土壤的发生发展土壤的发生发展3 3 成土因素的成土因素的发展和变化发展和变化影响土壤的发展和变影响土壤的发展和变化化4 4 成土因素成土因素具有地理分布规律具有地理分布规律，土壤也具有地，土壤也具有地理分布规律理分布规律 美国土壤学家詹尼于二十世纪美国土壤学家詹尼于二十世纪40年代年代 f( Cl，O，

3、r， p， t) 和道库恰和道库恰耶夫相似的公式。耶夫相似的公式。道库恰耶夫成土因素的重要意义道库恰耶夫成土因素的重要意义 1 1 揭示了土壤与环境的辨证统一性揭示了土壤与环境的辨证统一性 2 2 比较全面、正确解释了土壤的起源比较全面、正确解释了土壤的起源 3 3 预测或预控土壤发展方向预测或预控土壤发展方向 其它成土学说：其它成土学说： 苏联土壤学家苏联土壤学家B.P.威廉斯土壤形成的生物发生学论点：威廉斯土壤形成的生物发生学论点：生物活动是主导因素。生物活动是主导因素。 B.A.柯夫达（柯夫达（1973）在其）在其土壤学原理土壤学原理一书中提到，一书中提到，地球内部深层因素。地球内部深层

4、因素。 格林卡认为格林卡认为 母岩特性非常重要母岩特性非常重要 涅渥斯特鲁耶夫强调地形的作用涅渥斯特鲁耶夫强调地形的作用二土壤系统的环境因素二土壤系统的环境因素（一）土壤发生与母质的关系（一）土壤发生与母质的关系1 母质的概念母质的概念指风化壳的表层，是原生基岩经过风化、指风化壳的表层，是原生基岩经过风化、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松。搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松。最年轻的地质矿物层，它是土壤形成的基最年轻的地质矿物层，它是土壤形成的基础，是土壤的前身。础，是土壤的前身。2 母质的类型母质的类型残积母质残积母质成土母质成土母质的类型的类型运积母质运积母质水水风风冰川冰川冰碛母质

5、冰碛母质地心引力地心引力重积母质（崩塌物）重积母质（崩塌物）流水流水沉积沉积湖积母质湖积母质海积母质海积母质冲积母质冲积母质坡积母质坡积母质洪积母质洪积母质黄土母质黄土母质沙丘沙丘3 母质在土壤形成中的作用母质在土壤形成中的作用）不同的母质因其矿物组成、理化性状）不同的母质因其矿物组成、理化性状不同，在其它成土因素的制约下，直接影响不同，在其它成土因素的制约下，直接影响着成土过程的速度、性质和方向。着成土过程的速度、性质和方向。）母质对土壤理化性质有很大的影响。）母质对土壤理化性质有很大的影响。不同母质，形成土壤的养分状况不同；成土不同母质，形成土壤的养分状况不同；成土母质影响土壤质地。母质影

6、响土壤质地。）母质的不同也会影响土壤的发育、颗）母质的不同也会影响土壤的发育、颗粒组成等形态特征。粒组成等形态特征。（二）土壤发育与气候的关系（二）土壤发育与气候的关系气候对土壤形成的影响主要体现在两个方面气候对土壤形成的影响主要体现在两个方面一是直接参与母质的风化，水热状况直接影响矿物一是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；质的分解与合成及物质积累和淋失；二是控制植物生长和微生物的活动，影响有机质的二是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。积累和分解，决定养料物质循环的速度。1 湿度因子对土壤形成的影响湿度因子对土壤形

7、成的影响）影响土壤中矿物质的迁移）影响土壤中矿物质的迁移）影响土壤中物质的分解、合成和转化）影响土壤中物质的分解、合成和转化2 温度对土壤形成的影响温度对土壤形成的影响温度状况影响矿物的风化和合成、有机物质的合成温度状况影响矿物的风化和合成、有机物质的合成与分解。与分解。 3 温度和湿度的共同作用温度和湿度的共同作用 温度和湿度是共同作用着的，只有两者温度和湿度是共同作用着的，只有两者互相配合，才能促进土壤的形成和发展。互相配合，才能促进土壤的形成和发展。有机质的分解和腐殖化也是温度和湿度共有机质的分解和腐殖化也是温度和湿度共同影响的结果。同影响的结果。4 气候变化与土壤形成气候变化与土壤形成

8、一般来说土壤中物质的迁移是随着水分和热量的增一般来说土壤中物质的迁移是随着水分和热量的增加而增强的加而增强的。我国自西北向华北逐渐过渡，土壤中的我国自西北向华北逐渐过渡，土壤中的CaCO3、MgCO3、Ca(HCO3)2、CaSO4、Na2SO4、Na2CO3、KCl、 MgSO4、 NaCl、 MgCl2及及CaCl2等盐类的等盐类的迁移能力不断加强。它们在土壤剖面中的分异也愈迁移能力不断加强。它们在土壤剖面中的分异也愈明显。明显。气候影响着土壤分布，尤其是地带性分布气候影响着土壤分布，尤其是地带性分布规律。不同的气候带分布着不同的地带性土壤规律。不同的气候带分布着不同的地带性土壤类型。类型

9、。（三）土壤发育与生物关系（三）土壤发育与生物关系土壤生物因素包括植物、土壤动物和土壤微土壤生物因素包括植物、土壤动物和土壤微生物。生物。1、植物在成土过程中的作用、植物在成土过程中的作用）利用光能合成有机质，选择性地吸收富）利用光能合成有机质，选择性地吸收富集营养元素，使矿质营养元素有效化。集营养元素，使矿质营养元素有效化。）影响土壤中有机质的积累。）影响土壤中有机质的积累。）影响土壤反应。）影响土壤反应。）植物根系分泌的有机酸，通过溶解和根）植物根系分泌的有机酸，通过溶解和根系的挤压破坏晶格，改变矿物的性质，促进系的挤压破坏晶格，改变矿物的性质，促进土壤形成和土壤结构的发展。土壤形成和土壤

10、结构的发展。）自然植被和水热条件的演变，引起土壤）自然植被和水热条件的演变，引起土壤类型演变。类型演变。中国东部由东北往华南的森林植被和土壤的中国东部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）分布依次为：针叶林（棕色针叶林土）针阔混针阔混交林（暗棕壤）交林（暗棕壤）落叶阔叶林（棕壤）落叶阔叶林（棕壤） 落叶常落叶常绿阔叶林（黄棕壤）绿阔叶林（黄棕壤） 常绿阔叶林（红壤、黄壤、常绿阔叶林（红壤、黄壤、赤红）赤红） 雨林、季雨林（砖红壤）。雨林、季雨林（砖红壤）。 2、土壤动物在成土过程中的作用）是土壤有机质的来源之一；）是土壤有机质的来源之一；）参与土壤中腐殖质的形成和养分

11、的转化；）参与土壤中腐殖质的形成和养分的转化；）疏松土壤，促进团聚结构的形成。）疏松土壤，促进团聚结构的形成。3、微生物在成土过程中的作用、微生物在成土过程中的作用）分解有机质、释放各种养料，为植物吸收利用；）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；）合成土壤腐殖质，发展土壤胶体性能；）固定大气中的氮素，增加土壤中的含氮量；）固定大气中的氮素，增加土壤中的含氮量；）促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有）促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效度。效度。 各类植物、动物和微生物与地理环境之间，经常各类植物、动物和微生物与地理环境之间，经常是保持相互

12、作用的关系，这种相互关系从根本上改是保持相互作用的关系，这种相互关系从根本上改变了土壤母质的物理、化学和生物化学性质，并促变了土壤母质的物理、化学和生物化学性质，并促使母质成为土壤。使母质成为土壤。（四）地形与土壤形成的关系（四）地形与土壤形成的关系1、地形与母质的关系地形对母质起重分配的作用；、地形与母质的关系地形对母质起重分配的作用；2、地形与水热条件的关系、地形与水热条件的关系地形支配着地表径流，影响水分的重新分配，海拔高度、地形支配着地表径流，影响水分的重新分配，海拔高度、坡度和方位对太阳辐射能吸收和地面散射不同，影响地坡度和方位对太阳辐射能吸收和地面散射不同，影响地表温度。表温度。

13、3、地形与土壤发育的关系、地形与土壤发育的关系 柯夫达由不同的地形条件下的水文、生物及成土产物柯夫达由不同的地形条件下的水文、生物及成土产物迁移情况，区分出以下土壤景观类型迁移情况，区分出以下土壤景观类型 自成（独立）景观自成（独立）景观 水成（毛管水成、表水城）景观水成（毛管水成、表水城）景观 堆积景观堆积景观 在各种土壤带或地区的不同地形部位上所分布的不在各种土壤带或地区的不同地形部位上所分布的不同土壤类型之间，是有规律的，并形成一定的空间同土壤类型之间，是有规律的，并形成一定的空间构型，这种有规律的土壤组合成为构型，这种有规律的土壤组合成为土被结构土被结构（五）土壤发育与时间的关系五）土

14、壤发育与时间的关系1、土壤年龄、土壤年龄土壤土壤绝对年龄绝对年龄：从开始形成土壤时起直到现在，这：从开始形成土壤时起直到现在，这段时间称为土壤的绝对年龄。段时间称为土壤的绝对年龄。土壤土壤相对年龄相对年龄：土壤的发育阶段或土壤的发育程度。：土壤的发育阶段或土壤的发育程度。2、土壤形成速度和所需的时间、土壤形成速度和所需的时间不同的环境条件下，不同土壤获得同一特性所需要不同的环境条件下，不同土壤获得同一特性所需要的时间极不相同。的时间极不相同。3、土壤形成的阶段性、土壤形成的阶段性）初期为未风化的母质）初期为未风化的母质）青少年期风化已经开始，但许多）青少年期风化已经开始，但许多母质物质仍保留在

15、土壤中；母质物质仍保留在土壤中；）壮年期易风化的矿物大部分已分）壮年期易风化的矿物大部分已分解，粘粒明显增加；解，粘粒明显增加； ）老年期矿物分解已处于最后阶段，）老年期矿物分解已处于最后阶段，只有少数强抗风化的原生矿物被保存；只有少数强抗风化的原生矿物被保存； ）最后阶段土壤发育完成，原生矿物）最后阶段土壤发育完成，原生矿物基本彻底风化。基本彻底风化。（六）土壤发育与人类活动的关系（六）土壤发育与人类活动的关系人类活动与其他五因素有本质的区别人类活动与其他五因素有本质的区别因为：因为：人类活动对土壤的影响是有目的、定向的；人类活动对土壤的影响是有目的、定向的；人类活动是社会性的，受生产力影响

16、，人类活人类活动是社会性的，受生产力影响，人类活动动对土壤的影响有两面性。对土壤的影响有两面性。 第二节第二节 土壤系统物质的迁移和转化土壤系统物质的迁移和转化 一一 有机质的累积与分解有机质的累积与分解 二二 黏土矿物的生成与破坏黏土矿物的生成与破坏 三三 土壤物质的淋融与淀积土壤物质的淋融与淀积 四四 氧化还原作用氧化还原作用 五五 土壤的熟化过程土壤的熟化过程第三节第三节 土壤系统动态的表现土壤系统动态的表现 一、土壤形成的基本规律 土壤是自然界各成土因素综合作用的结果。土壤学家B.P.威廉斯把土壤形成的基本规律概括为地表物质的地质大循环过程和生物小循环过程矛盾的统一。l1 1、地质大循

17、环：是指岩石及风化产物通过、地质大循环：是指岩石及风化产物通过各种不同的物质运动形式，最终流归海洋，各种不同的物质运动形式，最终流归海洋，经过长期的地质变化，成为各种海洋沉积经过长期的地质变化，成为各种海洋沉积物，以后由于地壳运动或海陆变迁，海洋物，以后由于地壳运动或海陆变迁，海洋又可能上升为陆地至岩石出露，形成新的又可能上升为陆地至岩石出露，形成新的风化壳。风化壳。l这个时间长范围广的演变过程，称为地质这个时间长范围广的演变过程，称为地质大循环。大循环。 、生物小循环、生物小循环 生物小循环是指植物营养元素在生物体和生物小循环是指植物营养元素在生物体和土壤之间的循环：植物从土壤中吸收养分，土

18、壤之间的循环：植物从土壤中吸收养分，形成植物体，后者供动物生长，而动物残形成植物体，后者供动物生长，而动物残体回到土壤中，在微生物的作用下转化为体回到土壤中，在微生物的作用下转化为植物需要的养分，促进土壤肥力的形成和植物需要的养分，促进土壤肥力的形成和发展。发展。 、大循环与小循环的特征和关系、大循环与小循环的特征和关系 自然土壤形成过程是地质大循环和生物自然土壤形成过程是地质大循环和生物小循环矛盾统一的过程。小循环矛盾统一的过程。 1）地质大循环涉及空间大，时间长，）地质大循环涉及空间大，时间长，植物养料不积累；植物养料不积累； 而生物小循环涉及空间小，时间短，而生物小循环涉及空间小，时间短

19、，可促进植物养料元素的积累，使土壤可促进植物养料元素的积累，使土壤中有限的养分元素发挥作用。中有限的养分元素发挥作用。 2）地质大循环和生物小循环的共同作用是土）地质大循环和生物小循环的共同作用是土壤发生的基础。壤发生的基础。 无地质大循环，生物小循环就不能进行；无生无地质大循环，生物小循环就不能进行；无生物小循环，仅地质大循环，土壤就难以形成。物小循环，仅地质大循环，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进行着。不可分割地同时进行着。 它们之间通过土壤相互连结在一起。它们之间通过土壤相互连结在一起。母质母质岩石岩石江河

20、堆积物江河堆积物土壤土壤成岩风化养分释放成土分解淋溶搬运流失生物体生物体二、土壤系统动态的表现方式二、土壤系统动态的表现方式（一）主要的成土过程（一）主要的成土过程1 1、以、以矿物分化为主矿物分化为主的成土过程的成土过程1 1）原始成土过程原始成土过程是成土作用的起始点，是土壤发生肥力是成土作用的起始点，是土壤发生肥力并为高等植物生长发育创造条件的过程。并为高等植物生长发育创造条件的过程。这一过程在微生物和低等植物参与下进这一过程在微生物和低等植物参与下进行，一旦高等植物开始生长，此过程便行，一旦高等植物开始生长，此过程便结束。结束。 2）粘化过程粘化过程 指土体中粘土矿物的形成和积累过程。

21、指土体中粘土矿物的形成和积累过程。 由于土壤所处水分不同，可分为变质粘化由于土壤所处水分不同，可分为变质粘化和淀积粘化，两者区别在于前者在粘化层和淀积粘化，两者区别在于前者在粘化层无光性定向黏土而后者有。无光性定向黏土而后者有。 3 3）富铝化过程富铝化过程 又称脱硅富铝化过程，脱硅过程又称脱硅富铝化过程，脱硅过程 它是热带、亚热带地区土壤物质由于矿物的它是热带、亚热带地区土壤物质由于矿物的风华形成弱碱性条件，随着可溶性盐、碱金风华形成弱碱性条件，随着可溶性盐、碱金属和碱土金属盐基及硅酸的大量流失，而造属和碱土金属盐基及硅酸的大量流失，而造成铁铝在土体内相对富集的过程。成铁铝在土体内相对富集的

22、过程。2、以生物累积为主的成土过程、以生物累积为主的成土过程 1 1）腐殖化过程腐殖化过程 在各种植物作用下，在土体中，特别是土在各种植物作用下，在土体中，特别是土体表层进行腐殖质的累积过程。体表层进行腐殖质的累积过程。 是自然界较为普遍的过程。是自然界较为普遍的过程。 2 2）泥碳化过程泥碳化过程 排水不良地方的有机物质的厚层聚集。排水不良地方的有机物质的厚层聚集。 有机质未被矿化或者腐殖化，而是形成泥有机质未被矿化或者腐殖化，而是形成泥碳，有时可保留有机体原状。碳，有时可保留有机体原状。3、以盐分聚集为主的成土过程、以盐分聚集为主的成土过程1）钙化过程 在干旱、半干旱地区土壤钙的碳酸盐发生

23、在干旱、半干旱地区土壤钙的碳酸盐发生移动积累的过程。移动积累的过程。2）盐化）盐化/脱盐过程脱盐过程 盐化过程盐化过程 指地表水、地下水以及母质中含有的指地表水、地下水以及母质中含有的盐分，在强烈的蒸发作用，通过土壤的垂直和盐分，在强烈的蒸发作用，通过土壤的垂直和水平移动，逐渐向地表积聚，或是脱离地下水水平移动，逐渐向地表积聚，或是脱离地下水或地表水的影响，而表现为残余积盐特点的过或地表水的影响，而表现为残余积盐特点的过程。程。脱盐过程脱盐过程 土壤中的可溶性盐通过降水或人为灌土壤中的可溶性盐通过降水或人为灌溉洗盐、开沟排水，降低地下水位，迁移到下溉洗盐、开沟排水，降低地下水位，迁移到下层或排

24、出土体的过程。层或排出土体的过程。 3）碱化与脱碱过程）碱化与脱碱过程 碱化过程是交换性或交换性镁不断进入土碱化过程是交换性或交换性镁不断进入土壤复合体的过程，又称钠质化过程。壤复合体的过程，又称钠质化过程。 脱碱过程是指通过淋洗和化学改良，合土脱碱过程是指通过淋洗和化学改良，合土壤碱化层中钠离子及易溶性盐类减少，胶壤碱化层中钠离子及易溶性盐类减少，胶体的钠饱和度降低。体的钠饱和度降低。4、以氧化还原氧化还原反应为主的成土过程1）潜育化过程）潜育化过程 潜育化过程潜育化过程 是土壤长期渍是土壤长期渍水，爱有机质嫌气分解，而铁锰强烈还原，水，爱有机质嫌气分解，而铁锰强烈还原，形成灰蓝形成灰蓝灰绿色土体的过程。灰绿色土体的过程。2）潴育化过程）潴育化过程 其实质上是一个氧化还原交其实质上是一个氧化还原交替过程。替过程。 指土壤渍水带经常牌上下移动，土体中干指土壤渍水带经常牌上下移动，土体中干湿交替比较明显，促使土壤中氧化还原反湿交替比