第一章土壤形成1

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1、土壤学与农作学 王庆祥 沈阳农业大学,第一章 土壤形成、组成、分类,第一节 土壤的概念与土壤肥力（soil fertility）,一、土壤的概念 土壤是发育于地球陆地表面，能够生长绿色植物的疏松多孔结构表层。它是生物、气候、母质、地形、时间等自然因素和人类活动综合作用下的产物。自然界土壤由矿物质、有机质（土壤固相）、土壤水分（液相）和土壤空气（气相）三相物质组成。 土壤与其他自然界物质不同之处在于土壤具有肥力，构成了土壤的本质属性、是土壤与其它自然界物质的本质区别、是土壤能够生长万物的根源。,俄罗斯科学家道库恰耶夫 .，18461902）在发表的著作俄罗斯黑钙土中，全面地阐述了土壤发生、发展过

2、程，创立了土壤发生学派。,（一）土壤肥力概念 土壤在植物生活的全过程中，同时而又不断地供给植物以最大量的有效养分和水分的能力。 该观点特点； a强调了肥力的两个基本要素：水分和养分，且特指“有效” b供给的水平和质量为在全生育期，不断地供应。,二土壤肥力,前苏联土壤学家威廉姆斯（）,肥力是土壤的本质（属性），是指土壤为 植物生长供给和协调营养条件和环境条件的能力。 注意：协调能力，说明土壤肥力要素间有一定相互关系，并不是孤立存在的。,肥力是土壤的本质,肥力与肥沃度区别：肥沃度皆是指土壤养分含量 肥力与生产力（productivity）区别： 土壤生产力（productivity）：有土壤肥力属

3、性和发挥 肥力作用的环境条件所决定的生产植物收获物的能力。 “肥力”是决定生产力的基础，其次生产力还依赖于环 境条件：气候条件、光照条件、地形、水文条件、人为 耕作、栽培等土壤管理措施，病虫害、有害元素、污 染程度等。 问题：土壤愈肥沃，生产力就一定愈高吗？为什么？,（二）土壤肥力类型,1按照肥力因素的有效性分为： （1）有效肥力：（active fertility，Useful fertility）：在当季作物生产上能够表现出来的肥力叫有效肥力。有效肥力已经产生了经济效益，也有人叫经济肥力。 （2）潜在肥力（potential fertility）：在当季作物生产中不能直接表现出来的肥力叫潜

4、在肥力。 有效肥力和潜在肥力并没有明确的界限，二者可以互相转化，转化的条件是环境因素与人为因素。 2按照肥力的来源分为（成因）： （1）自然肥力（Natural fertility）：在自然因素的联合作用下所形成的肥力。是成土过程的产物。-自然土壤 （2）人为肥力（man-caused ，artificial fertility）：人类各种生产、管理活动作用所形成的肥力。-农业土壤,第二节 土壤形成因素及其在土壤发生中的作用 一、土壤形成因素(soil forming factor),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。,土壤发生学说(soil genesis theor

5、y) 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。,五大成土因素: 19世纪未，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(clorpt) 气候-climate 母质-parent material 生物-organism 地形relief -topography 时间-time,1.气候与土壤发生的关系,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，影响有机质的积累

6、和分解，决定养料物质循环的速度。,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，许多土壤学家非常重视气候在土壤形成中的作用，并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。,土壤垂直地带性分布,我国的土壤由南到北、由西向东虽然具有水平地带性分布规律。 随着海拔增高，一般每升高100米，气温要降低0.6度；自然植被随之变化，土壤分布也发生相应的变化。土壤随海拔高度增加而变化的规律

7、，叫做土壤的垂直地带性分布规律。 喜马拉雅山由山麓的红黄壤起，经过黄棕壤、山地灰棕壤、山地飘灰土、亚高山草甸土、高山草甸土、高山寒漠土、直至雪线。喜马拉雅山具有最完整的土壤垂直带谱，为世界所罕见。,2、母质对土壤发生的作用 母质的概念 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。,母质在土壤形成中的作用 首先，直接影响着成土过程的速度、性质和方向。 其次，母质对土壤理化性质有很大的影响。 一般地说，成土过程进

8、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。,3、生物因素在土壤发生中的作用,生物因素包括：植物、土壤动物和土壤微生物。,据科夫达估计，在陆地上植物每年形成的生物量约为3.51010吨,相当于2.131017千卡的能量,（1）植物在成土过程中的作用,（2）动物在成土过程中的作用,非洲象牙海岸的白蚁可筑起直径15米，高26米的坚固竖立土墩 ！ 肥沃土壤中蚯蚓的粪便可达30吨/公顷！,（3）微生物在成土过程中的作用,微生物作为地球上最古老的生物体，已存在达数十亿年，它是最古老的造土者。,微生物对土壤形成的作用可概括为： （1）分解有机质，释放各种养料，为植物吸收

9、利用； （2）合成土壤腐殖质，发展土壤胶体性能；（3）固定大气中的氮素，增加土壤含氮量；（4）促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效度（如铁细菌能促进土壤中铁溶解移动）。,4、地形与土壤发生的关系,（1）地形与母质的关系,冲积物,坡积物,洪积物,残积物,（2）地形与水热条件的关系,大地形 垂直气候带 海拔、坡度、坡向,小地形 岗、塝、冲,5、成土时间对土壤发育的影响,（1）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

10、程度。,（2）土壤形成速率和所需的时间,许多土壤中在100年内就可使土壤有机质达到准平衡；在较有利的条件下，一个弱发育的B层可在数百年内形成;在400500年的成土时间内,就可看出粘粒由A层向B层的迁移。,6、人类活动对土壤发生演化的影响,1、人类活动对土壤的影响是有意识、有目的的、定向的。 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。 4、人类对土壤的影响也具有两重性，利用合理，有助于土壤肥力的提高；利用不当会破坏土壤，如我国不同地区的土壤退化主要是

11、由于人类不合理地利用土壤引起的。,二、 土壤形成本质,1、土壤形成过程中的大小循环,地质大循环是指地面岩石的风化、风化产物的淋溶与搬运、堆积，进而产生成岩作用. 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，在微生物的作用下转化为植物需要的养分，促进土壤肥力的形成和发展。,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,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。,2、自然土壤土体构型 1、覆盖层 植被枯枝败叶组成。 2、淋溶层 eluvial horizon：处于土体

12、最上部，故又称为表土层，它包括有机质的积聚层和物质的淋溶层。本层中生物活动最为强烈，进行着有机质的积聚或分解的转化过程。在较湿润的地区，该层内发生着物质的淋溶，故称为淋溶层。 3、淀积层 illuvial horizon：它处于A层的下面，是物质淀积作用造成的。淀积的物质可以来自土体的上部，也可来自下部地下水的上升，可以是粘粒也可以是钙铁锰铝等，淀积的部位可以是土体的中部也可以是土体的下部。 4、母质层 parent material horizon:处于土体最下部,没有产生明显的成土作用的土层,其组成物就是前面所述的母质。,第三节 土壤组成,三相五成分,典型的土壤按容积计: 矿物质约占38%

13、， 有机质约占12%。 液相、气相50%,。 按重量计: 矿物质可占固相部分的95%以上， 有机质约占5%左右。,一、土壤矿物,1.原生矿物： 指那些经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。,（一）土壤矿物质种类和性质,原生矿物的特点,土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。,土壤中原生矿物类型和数量的多少在很大程度上决定于矿物的稳定性。 石英最稳定，是粗土粒的主要成分；白云母和长石较稳定，在粗土粒中较多；黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。,土壤原生矿物是植物养分的重要来源.经化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需养分。Ca、Mg、K、P、S等 。,图示土壤颗

14、粒大小与矿物类型的关系,1）硅酸盐、铝硅酸盐类矿物： 2）氧化物类矿物： 3）硫化物类矿物 。 4）磷酸盐类矿物 常见石英、长石、云母、辉石、角闪石等。,原生矿物主要种类：,2.次生矿物,1）概念： 岩石在化学风化过程中新生成的土壤矿物，如粘土矿物。 2）性质和意义： 土壤矿物质中最细小的部分（粒径0.002毫米），具胶体的性质，所以又常称之为粘土矿物或粘粒矿物。 具有吸附保存呈离子态养分的能力，使土壤具有一定的保肥性。,3）种类： 根据其组成、构造和性质可分为三类：,（2）次生氧化物矿物 氧化铁的类型 ：针铁矿(-FeOOH)：晶体较大者为黄色，较小者为棕色，存在于湿润土壤有较高氧化性的亚表

15、层，锈纹锈斑，铁结核。 氧化铝矿物 氧化锰矿物 次生氧化硅,（1）简单盐类 包括各种碳酸盐、重碳酸盐、氯化物等，它们都是原生矿物经化学风化后的最终产物，结晶构造都较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。,（3）次生铝硅酸盐类-粘土矿物 包括伊利石、蒙脱石、高岭石等。它们是构成土壤粘粒的主要成分。,铝硅酸盐粘土矿物晶体是由硅氧四面体片和铝氧八面体片两种基本晶片连接而成的薄片层状结晶体。,晶型构造晶片晶格次生铝硅酸盐类矿物,概念： 土壤中的各种含碳有机化合物，包括动植物残体、微生物体和这些生物残体的不同分解阶段的产物，以及由分解产物合成的腐殖质等。,二、土壤有机质(soil organic mat

16、ter),类型： 非特异性土壤有机质 土壤腐殖质。,（一） 土壤有机质的组成及转化,（1）来源：微生物、动物来源、植物来源：,1、有机质的组成,高等植物残体 ： 森林草原荒漠； 森林植被，热带森林亚热带森林温带森林寒温带针叶林； 草原植被，热带稀树草原温带草原荒漠化草原荒漠植被。,碳水化合物：土壤微生物主要能源之一，形成土壤结构的良好胶结剂，对肥力有一定影响； 含氮化合物：植物氮素营养主要给源之一，生物圈中氮素的重要存在形式； 木质素：有机化合物中最难分解的一种物质，但可被真菌分解 ； 含磷、含硫化合物 ：磷、硫的主要补给源； 脂肪、蜡质、单宁、树脂：都不溶于水，除脂肪较易分解外，一般在土壤中很难分解。,（2）有机质化学组成）,（3）土壤腐殖质,土壤腐殖质(soil humus)是土壤特异有机质，也是土壤有机质的主要组分，约占有机质总量的5065。 是土壤微生物利用植物残体及其分解产物重新合成的高分子化合物。,60%,（4）土壤微生物,