Download
1 / 33
330 likes | 501 Views
第二节 土壤发生与地理环境的关系. 土壤是自然界各成土因素综合作用的结果。土壤学家 B.P. 威廉斯把自然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。这个规律具体表现在土壤肥力的发生和发展的过程中，其中植物有效养分的积累又是这一过程的最大特点。. 一、土壤形成因素学说.
E N D
第二节 土壤发生与地理环境的关系 • 土壤是自然界各成土因素综合作用的结果。土壤学家B.P.威廉斯把自然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。这个规律具体表现在土壤肥力的发生和发展的过程中，其中植物有效养分的积累又是这一过程的最大特点。
一、土壤形成因素学说 • 土壤是独立的历史自然体，但它的形成与发展是与其周围的地理环境密切联系着的，同时与岩石圈、大气圈、水圈和生物圈处于经常的相互作用之中，19世纪末俄国土壤学家道库恰耶夫首先认定，土壤和成土条件之间的这些关系不是偶然的，而是有规律的。土壤和景观的最主要的因素之间可用函数关系方程式表示出来： • П＝f（К,О，Г，Р）Т • 式中П代表土壤；К代表气候；О代表生物；Г代表岩石；Р代表地形；Т代表时间。
这个公式明确地表示了土壤与成土条件之间的联系，即 • 它是母质、气候、生物、地形和时间等5种自然成土因素综合作用的产物， • 各种成土因素所起的作用是互相不能代替的，所有的成土因素始终是同时同地，不可分割地影响着土壤的产生和发展， • 随着成土因素的变化，随着空间因素的变化，土壤也随着不断地形成和演化着。 • 由于土壤形成因素存在着地理分布规律，特别是从南到北表现为赤道、温带、极地等地带的规律变化，所以研究土壤时一定要考虑到土壤地理分布的规律性。
在本世纪四十年代，美国土壤学家詹尼（H. Jenny）在其《成土因素》一书中，也详细地阐述了成土因素学说，提出了土壤形成因素的基本公式，表示土壤与成土因素之间的函数关系： S=f（Cl ，O， r， P， t…）。 式中S表示土壤性状，而Cl、O、r、P、t分别为气候、生物、地形、母质和时间，最后的点号代表尚未确定的其他因素。 • 成土因素学说是现代土壤学的重要原理之一。许多学者对这一学说的发展都作出了贡献。
总之，土壤层作为地球演化过程中较近期出现的历史自然体，是地球其他有关圈层相互作用的产物。其次，当各成土因素彼此之间发生相互作用和影响到成土过程的本质和方向时，这些因素就会作为紧密联系的各个因子的整体而同时起作用。另外，现在已经确定的各种成土因素，就其本质、效果和作用而言都是各不相同的。 • 由于土壤的发生与发育、肥力的演变和消长、土地资源的利用和改良，无不与其成土因素及人类的生产活动相关联。因此，对成土因素和农业生产活动的研究，无论在理论上还是在实践上都有重要的意义。
二、成土因素对土壤形成的作用 • （一）土壤发育与母质的关系 • 土壤母质是岩石风化的产物，它是土壤形成的物质基础。 • 母质是建造土体的基本物质，而且也是植物矿质养分元素（氮除外）的最初来源。所以土壤与母质之间关系非常密切。母质对成土过程的具体影响主要表现在其物理性状和化学组成上。它们在其他成土因素的制约下，直接影响着成土过程的速度，有时还可影响到成土过程的性质与方向。一般来说，成土过程进行得愈久（即定向发育时间愈长），母质与土壤间性质的差别就愈大，但母质的某些特性仍会继续保存于土壤中。
一般来说，土壤的基本类型及其分布主要受地带性的生物气候因素控制，但区域性的母质差异也有明显的影响。一般来说，土壤的基本类型及其分布主要受地带性的生物气候因素控制，但区域性的母质差异也有明显的影响。 • 例如，我国南方红壤黄壤地带中，在石灰岩母岩上则发育成红色石灰土，第三系紫红色页岩上则发育成紫色土。在东北灰棕壤地带，若母质质地粘重易形成上层滞水的地方，常形成白浆土。在新近堆积的火山灰和沉积物上的土壤，与残积母质上发育的土壤更有明显的差别。可见，母质的差异对成土过程的影响甚大。愈是年轻的土壤它与母质的相似性也愈大。
母质中原生矿物颗粒的大小及其抗风化的能力，对土壤的机械组成和其他特性皆有明显的影响。 • 母质中若含砂粒较多，土壤的质地则较粗，通透性好，养分较贫乏；含泥质较多的母质，情况往往相反。母质中的矿物组成和化学成分也常直接影响土壤的无机养分的含量。如由基性岩风化而成的母质中，盐基含量一般比酸性岩风化母质的含量高。 另外，从母质风化释放的各种元素在成土过程中的作用也不尽相同。 • 如硅、铝、氧三元素是形成土壤粘粒矿物的基本元素；铁和锰在土壤氧化还原过程中起重要作用；钠和钾等碱金属盐基离子是促使粘粒和腐殖质分散的主要离子，碱性钠盐的富集可生成盐碱土；钙和镁等碱土金属离子是促进粘粒凝聚以形成稳固的土壤团聚体的重要元素，它们对土壤结构的形成有重要作用，碳酸钙在下层淀积时则形成钙层土。
总之，母质的类型和特点多种多样，对土壤性质的影响也各不相同。同一母质类型在不同的生物气候条件下可发育成不同的土壤类别。所以母质不等于土壤，只是形成土壤的一种基本因素和主要的物质基础。总之，母质的类型和特点多种多样，对土壤性质的影响也各不相同。同一母质类型在不同的生物气候条件下可发育成不同的土壤类别。所以母质不等于土壤，只是形成土壤的一种基本因素和主要的物质基础。
（二）土壤发育与气候的关系 • 气候因素直接影响土壤的水、热状况，而土壤水、热状况又直接或间接地影响风化过程，影响植物生长，微生物活动，以及有机质的合成与分解。 • 可以说，土壤的水、热状况决定了土壤中所有的物理、化学和生物的变化作用，影响土壤形成过程的方向和强度。在一定的气候条件下，产生一定性质和类型的土壤，因此，气候是影响土壤地理分布的基本因素。
1.气候控制着土壤形成的方向及其地理分布气候因素决定着成土过程的水热条件，直接影响到土壤中的水、气、热的状况和变化。 • 气候不仅直接参与母质的风化和物质的淋溶过程，而更重要的是在颇大程度上控制着植物和微生物的生长，影响土壤中有机质的积累与分解，决定着养分物质的生物小循环的速率和规模。所以，气候是土壤形成和发育的重要因素，控制着土壤中物理、化学和生物等作用过程的总趋势。在不同气候条件下发育的土壤便有很大的差异。 温度和风化强度的关系
气候在地表呈有规律的变化，构成呈水平方向和垂直方向分布的图式。而土壤的类型亦发生相应的更替，表现出一定的地理分布规律性。土壤的这种空间分异通常认为主要是由气候的变化引起的。但气候与土壤之间的关系，也可因其他成土因素的参与而变得复杂化。气候在地表呈有规律的变化，构成呈水平方向和垂直方向分布的图式。而土壤的类型亦发生相应的更替，表现出一定的地理分布规律性。土壤的这种空间分异通常认为主要是由气候的变化引起的。但气候与土壤之间的关系，也可因其他成土因素的参与而变得复杂化。 • 另外，土壤的特性不仅与近代气候有关，而且与过去的气候变迁有关。如受第四纪冰川波及的地区的土壤年龄和风化期的长短，就与未受这种影响的地区的土壤有巨大的差别。温带和寒带地区的土壤受冰川覆盖的影响特别深刻，由于冰川退缩的情况不同，它们之间又有一定的差异。
2.气候制约着土壤的形成过程,气候对成土过程的影响主要表现在： • 母质和土壤中矿物的风化和淀积，有机质的合成与分解，水分的蒸发和淋溶等过程。 （1）一般地说，温度增高10℃，化学反应速度平均增加1—2倍；温度从 0℃增至50℃时，化合物的离解度增加7倍。所以在低纬地区的岩石风化和土壤形成的速度，比中纬和高纬地区的快得多，风化壳和土壤的厚度也比中、高纬地区厚得多。如我国高温多雨的南方，风化壳的厚度可达几十米；而干冷的北方和高山区，风化壳皆很薄，土壤发育程度也较低。
（2）水热条件与土壤有机质、全氮的含量也有一定的关系。在其他条件相同时，随着年平均温度的增加，土壤中有机质和氮素的含量则相应地减少。降水量的影响则刚好相反。雨量增多，有机质及全氮的含量亦多。但过冷和过湿时它们的含量又趋减少。这就表明温带草原土壤（黑钙土）成土过程中水热条件的总效应较高。此外，与该植物有机体的特性也有很大关系。（2）水热条件与土壤有机质、全氮的含量也有一定的关系。在其他条件相同时，随着年平均温度的增加，土壤中有机质和氮素的含量则相应地减少。降水量的影响则刚好相反。雨量增多，有机质及全氮的含量亦多。但过冷和过湿时它们的含量又趋减少。这就表明温带草原土壤（黑钙土）成土过程中水热条件的总效应较高。此外，与该植物有机体的特性也有很大关系。 （3）在降水量大于蒸发量的湿润地区，淋溶作用强，土壤具有盐基饱和度低，酸性强等特点。如各种森林土壤。在蒸发量大于降水量的干旱地区，淋溶作用弱，土壤常具中性至微碱性反应，盐基饱和度较高，剖面中有碳酸盐、硫酸盐甚至易溶盐的积累。如栗钙土、棕钙土等。
（三）土壤发育与生物的关系 • 生物是促进土壤发生发展的最活跃的因素。通过生物的循环，才能把大量的太阳能纳入成土过程，才能使分散于岩石圈、水圈和大气圈的多种养分物质聚集于土壤之中，才能使土壤具有肥力并使之不断更新。因此，成土过程实质上就是母质在一定条件下为生物不断改造的过程。没有生物的作用便没有土壤的形成。尤其是陆生植物与土壤彼此之间具有一定的从属性。
微生物在成土中的作用和意义 • 微生物对土壤形成发展的作用主要有：分解有机质，释放各种养分；合成腐殖质，发展土壤胶体性能；有的微生物还能固定大气中的氮，创造土壤中的氮化合物；转化矿质养分，使磷、硫、钾等等矿质养分能为植物吸收利用。 • 应着重指出的是，种类繁多，数量极大的土壤微生物，尤其是植物区系微生物在养分生物小循环中具有重要的意义。它在这个循环中担负着分解者的职能，使养分元素在生命的无限循环成为可能。由于微生物的分解和合成加工为腐殖质，使有机胶体及其一系列的胶体特性得以发展，某些肥力特征才能表现。没有微生物的固氮作用，高等植物就难以繁茂地发展。所以它是重要的不可代替的一环。
土壤动物的作用 • 土壤动物种类繁多，对成土作用的影响也极不相同。 • 土壤原生动物中有的能分解有机质，如轮转虫和部分线虫等；有的则不能直接分解植物有机物质，如变形虫、纤毛虫等。土壤中的无脊椎动物如各种昆虫及其幼虫、蚯蚓、蚁类等，对翻动土壤及消化、分解土壤有机质的作用很强。其中蚯蚓对士壤肥力的促进作用最突出，热带蚁类的影响在有些地方也很显著。脊椎动物如蛇、鳝鳅、鼹鼠等主要是起机械松土作用。 • 总的来说，土壤动物一方面以其遗体增加土壤有机质；另方面在其生命活动过程中搬动和消化别的动物或植物有机质，使之拼和于土壤中并被分解，可引起土壤性质的许多变化。
（四）土壤发育与地形的关系 • 地貌在成土中的作用主要表现在两方面： • 一是地貌的组成物质即成土母质和岩石的性质对成土的直接影响； • 另一是地貌的形态特征对其他成土因素和土壤本身的物质和能量再分配的影响。 • 上述的成土母质绝大部分是大陆表面的第四纪疏松堆积物，即由新近地质时期内岩石经风化、剥蚀、搬运和沉积等地貌过程的产物。因此，各种母质的形成与地貌的发育是一回事，母质对成土过程的影响实际上也是地貌成因类型及其组成物质的影响。
从地貌形态特征来看，主要表现在其高度、坡度、坡向和各单元的组合情况，对成土的因素和过程及分布带来不同的影响。从地貌形态特征来看，主要表现在其高度、坡度、坡向和各单元的组合情况，对成土的因素和过程及分布带来不同的影响。 如隆起的山地，随着高程的增加而导致气温、土温、湿度和植被类型的变化，从而引起成土过程和土类分布亦依次发生更替，构成土壤垂直带。阴坡和阳坡，迎风坡与背风坡，陡坡与缓坡，对水热条件的再分配都起重要的作用。山脉的走向和排列方式以及山间盆地和谷地的组合情况等，对各成土因素和成土过程也有不同性质和程度的影响。即使是小的地势起伏也可形成局部的分异。例如，河谷地貌的演化，可由河漫滩向不同阶地演化成地带性土壤。
（五）土壤发育与时间的关系 • 时间因素是有别于其他成土因素的一类特殊因素。实际上它就是成土过程的历史背景。它在成土过程中作为一个强度因子，反映出土壤在各成土条件的共同作用下所经历的阶段和效果。当然，任何事物的发生发展，都离不开具体的时间、地点和条件。考虑成土过程的时间因素可促使人们从动态的发生的观点去研究土壤。具有不同年龄、不同发育历史的土壤，应归入不同的土壤类别，并表现出不同的土壤属性。
土壤的年龄通常可分绝对年龄与相对年龄。从土壤开始形成时起直至当前这段时间，称为其绝对年龄。相对年龄则指土壤发育的某个阶段或发育程度，可作为成土过程的强度及发育阶段更替速度的指标。土壤的年龄通常可分绝对年龄与相对年龄。从土壤开始形成时起直至当前这段时间，称为其绝对年龄。相对年龄则指土壤发育的某个阶段或发育程度，可作为成土过程的强度及发育阶段更替速度的指标。 • 所以，土壤相对年龄不仅取决于土壤存在的持续时间，而且也取决于各成土因素和土壤本身性质的改变情况。一般说，土壤个体发育中发生层的分化愈明显，其相对年龄愈长；反之，分化度较弱，其相对年龄较短。此外，相对年龄还可用来说明环境变迁中土壤类型的阶段发育问题。
表示土壤个体发育的相对年龄可用常见的一些实例来说明。表示土壤个体发育的相对年龄可用常见的一些实例来说明。 例如同一个地方其生物气候条件和土壤发育方向相同，因母岩的风化程度不同（如砂岩和页岩）而引起剖面发育的差异。又如同类土壤中，有的植被受人为破坏而引起表土的剥蚀流失，在后来次生植物群落下进行新的成土作用，皆发育着较年轻的土壤。在耕作土中，由于人为措施不同而导致土壤熟化程度的差异，其相对年龄也不同。 • 土壤的阶段发育是反映土壤的性质和类型随着时间的推移而发生的演变。 例如珠江三角洲地区随着海滩的向前发展，土壤经过脱盐化和脱沼泽化过程，土壤类型也从滨海盐土变为沼泽土再成为草甸土等阶段而演变。其中演变程度的差异就是相对年龄的差异。绝对年龄相同而相对年龄可以不同。
七、人为因素对土壤形成和演变的影响 • 土壤的发育除了与上述自然成土因素有密切关系外，人类的生产活动对土壤的形成和性质的影响也十分重要。由于人类活动对土壤的影响是有目的的，是在长期农业生产实践中，逐渐认识土壤发生发展客观规律的基础上，利用和改良土壤，定向地培育土壤，使原来的自然土壤经人工种植朝向肥沃土壤发育。
荒地红壤与耕型红壤（旱地）养分含量变化比较 • 人类的活动是具社会性的，它受着社会制度、社会生产力和科学技术水平所影响，在不同的社会制度，不同的社会生产力和科学技术的发展水平，人类活动对土壤的影响及其效果是有很大差别的，当前，人类还在继续探索和培育肥力更高的农业土壤。
三、土壤形成的基本规律 土壤形成的基本规律是，物质的地质大循环过程与生物小循环过程矛盾的统一。 （一）物质的地质大循环过程 • 坚硬块状结晶岩出露地表，受太阳辐射能及大气降水作用进行风化，形成疏松多孔体的母质，岩石不仅在形态上和性质上受到了改造，同时也把大量矿质养分释放出来，它们经受大气降水的淋洗，或渗入地下水或受地表径流的搬运作用，直至成为各种海洋沉积物，这些沉积物在地壳内营力作用下形成沉积岩，露出海面再次进行风化，以致成为新的风化壳——母质。这个需要时间极长、范围极广的过程，称为地质大循环过程。
（二）物质的生物小循环过程 物质的生物小循环是，有机质的合成与分解对立的统一过程。它从地球上出现生物有机体时起，就存在于自然界。 循环往复 （三）地质大循环和生物小循环的关系 物质的生物小循环是在地质大循环基础上发展起来的，没有地质大循环就不可能有生物小循环。没有生物小循环也就没有土壤。在土壤形成过程中，这两个循环过程是同时并存，互相联系，相互作用着，推动土壤不停地运动和发展。
四、主要的成土过程 • 根据成土过程中物质、能量的交换、迁移、转化、累积的特点，土壤形成有如下主要成土过程： • 1.原始成土过程 • 2.灰化过程 • 3.粘化过程 • 4.富铝化过程 • 5.钙化过程 • 6.盐渍化过程 • 7.碱化过程
8.潜育化过程 • 9.潴育化过程 • 10.白浆化过程 • 11.腐殖化过程 • 12.泥炭化过程 • 13.土壤的人工熟化过程 • 总之，通过人工熟化作用，肥力不断发展，由生土变熟土，由熟土变肥土，所以，随着熟化时间的延长，土壤理化性状和熟化度是不断地得到提高的。
14.其他过程 • 1）机械淋洗：包括粘粒淋洗与粘粒淀积。 • 2）土壤扰动：土壤受到扰动混合的过程，所有的土壤都有某些扰动混合。 • 3）络合淋溶作用：金属离子以络合物的形态在土壤剖面中自上而下淋溶，称为络合淋溶作用或螯合淋溶作用。 • 4）铁质网纹化作用:指在湿热气候条件下，母质中盐基、氧化硅淋失，而铁、铝相对地聚集，而形成的铁质网纹物质或砖红物质。 • 5）铁解作用：在周期性氧化铁还原为低价铁的影响下，土壤粘粒的分解和转化作用。 • 6）腐殖质与粘粒的结合：一方面，它与多聚状腐殖质化合物结合成吸收性复合物。另一方面，它是新生粘粒——常为富铁的蒙脱石。
综上所述，土壤形成是有多种过程的。一种土壤的形成并非一种过程，而是有一种主要的成土过程，同时还存在着其他若干次要的附加过程，综上所述，土壤形成是有多种过程的。一种土壤的形成并非一种过程，而是有一种主要的成土过程，同时还存在着其他若干次要的附加过程， 例如，在红壤、黄壤的形成过程中，不仅有强烈的富铝化过程，而且还伴有不同程度的腐殖质化过程，粘化过程。 • 当土壤形成的附加过程发展到一定程度时，土壤就朝向着另外的成土方向发展。 例如，在灰化土地区，由于森林植被的衰退和草本植被的侵入，导致了土壤腐殖化过程的发展，从而使原来的典型灰化土逐渐变成了生草灰化土 • 大多数情况下，自然界中的各种土壤是，某种主要成土过程和某些附加成土过程共同作用的结果。研究成土过程可以为土壤的分类和分布、土壤的利用和改良、土壤区划和农业生产规划等提供科学依据。
