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本课件说明岩石的物理、化学与生物风化过程，介绍风化产物的类型与元素释放特征，阐述土壤形成的实质即地质大循环与生物小循环的矛盾统一，分析气候、生物、母质、地形、时间五大成土因素，并讲解土壤剖面的发生层划分与形态描述方法。
第三章岩石风化和土壤形成
风化作用是地球表面或近地球表面的岩石在大气圈各种营力作用下所产生的物理化学变化。岩石发生物理和化学的变化称为风化。第一节岩石的风化过程
一、岩石风化作用的类型（一）物理风化岩石发生疏松、崩解等机械破坏过程，只造成岩石结构、构造的改变，一般不引起化学成分的变化的过程称为物理风化。(见下图）
岩石的层状剥落示意图
引起物理风化作用的因素很多，主要有：★冰劈作用进入岩石裂缝中的水反复融化与冻结，对岩面产生劈裂作用而引起。★风和流水的作用主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。★热力作用岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。球状风化冰劈作用
★冰川作用冰川底部和两侧的岩石会受到冰川的压力和磨蚀作用而破碎。★卸荷作用指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。在花岗岩分布区最为常见。玉龙雪山冰川槽
（二）化学风化作用岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。
新鲜花岗岩风化花岗岩网状风化
引起化学风化作用的主要因素有•溶解作用指岩石矿物溶解于水的作用。•水化作用指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。•水解作用指矿物与水发生反应而分解的作用。
氧化作用岩石中的很多矿物都能被自然界的氧氧化生成新矿物。•碳酸化作用碳酸与岩石中的金属离子发生反应形成碳酸盐的作用称之为碳酸化作用。这种现象在石灰岩地区最为常见。
（三）生物风化作用岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化称生物风化作用。生物风化作用主要有两个方面：•生物的机械破碎作用由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根劈作用（图）。
根劈作用根劈作用
生物的化学分解作用有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。▲▲上述3种风化类型之间相互影响，相互联系,只是在不同的外界条件下各有侧重。
矿物、岩石风化后形成的疏松碎屑物即风化产物，它是形成土壤的基础，又称为成土母质，简称母质。第二节风化产物与风化产物类型一、风化产物的生态类型：硅质风化物、长石质风化物、铁镁质风化物、钙质风化物，未成岩风化物与成土岩石特性有关。
風化程度主要物質主要特徵第一層完全風化似土壤物質偶然有少量小石塊第二層高度風化似土壤物質石塊較多較大第三層輕度風化岩體岩石的結構仍然清晰可辨；巨石之間有少量土質及小石塊第四層未被風化岩體沒有土質或小石塊花岗岩风化后形成的层次
二、成土母质的特性1．表面积的增加2．孔隙性的发展3．植物营养元素的释放
三、成土母质形成的阶段性（地球化学类型）1、风化壳地表风化作用的产物，由经搬运或未经搬运的物质构成的外壳。（类似土壤剖面）根据元素的迁移情况，成土母质的形成大致经过4个阶段：
．碎屑阶段是岩石风化的最初阶段，物理风化占优势，化学风化不明显，只有氯和硫元素发生移动，以机械破碎为主，其成分基本上与母岩一致。多发生在高山及两极地区风化后的碎屑物质
．钙积阶段这一阶段大部分氯和硫已淋失，Ca、Mg、K、Na等元素大部分保留下来，有些钙游离出来，形成碳酸钙，往往沉积在碎屑孔隙内，母质呈中至碱性反应。黑钙土、栗钙土等土类的发育就停留在这一阶段。中国北方的黑钙土
．酸性铝硅阶段（硅铝化类型）这一阶段的母质中Ca、Mg、K、Na都受到淋失，同时硅酸盐和铝硅酸盐中的硅酸也部分淋失，母质呈酸性反应，颜色以棕或红棕色为主，黄棕壤及部分棕色成土母质的发育至此阶段。黄棕壤
．铝阶段（富铝化类型）这一阶段母质中的盐基和硅酸全部淋失，残留的只是硅和铝的氧化物，形成鲜明的红色，母质呈酸性至强酸性。我国华南的红壤、砖红壤的成土母质发育至此阶段。黄壤红壤
、定积母质（原积物）局部•原积物也称残积物。指基岩风化后残留于原地的物质。母质的性质受母岩影响较大，一般上层颗粒细，下层粗，逐渐过渡到母岩层。四、成土母质的类型坡顶或山脊
、运积母质沐川县水土保持定位观测站坡下部（紫色土）•坡积物坡积物是基岩风化物被雨水或融雪水在重力作用下，沿斜坡运行，堆积在山坡和山麓的一种运积母质。肥力较高。
洪积物是山洪夹杂泥沙和碎石沉积在山前谷口一带的一种运积母质。洪积母质往往形成扇形，称为洪积扇。洪积物的母质层较深厚，养分丰富，形成的土壤肥力较高。•冲积物冲积物指被河水或山溪水搬运而沉积的物质。冲积物因流域广，成分复杂，养分也比较丰富。
洪积物（洪积扇）
河积物（甘孜道孚县）
湖泊沉积（静水沉积）•湖积物湖积物指原湖泊底部的沉积物质，以后由于湖水位的下降或陆地上升而出露的一种母质。
各种海岸地貌浅海沉积•浅海沉积物浅海沉积物指河流携带泥沙，在海岸边沉积的物质。
风积物沙尘暴•风积物风积物是经风搬运而堆积的物质，如风成砂和黄土。形成的土壤肥力低。一般风积物多为砂丘、砂岗等。
黄土及黄土状物质黄土是由风搬运沉积的第四纪陆相粉砂质富含碳酸钙的土状沉积物。黄土形成的土壤肥力一般较高。3、第四纪沉积物
第四纪红色粘土•第四纪红色粘土指第四纪温暖潮湿气候下形成的红色粘质残积物或运积物。质地粘重，呈红色、棕红色，养分含量少，酸至强酸反应。
冰川沉积物和冰水沉积物冰川沉积物由冰川搬运的粉砂、沙砾石和漂砾等混合的非层状沉积的物质。冰水沉积物指由冰川搬运，以后为冰川融水的水流所分选、沉积物质。在我国分布较广，但多不连续，呈小片分布。
冰川沉积物和冰水沉积物
海螺沟冰川沉积物
第三节土壤形成的实质（基本矛盾）土壤形成过程指的是在一定的时空条件下，母岩或母质与生物、气候因素以及土体内部所进行的物质与能量的迁移和转化过程的总体。这一过程的总体可用图13.1、图13.2予以说明。一、土壤形成过程的一般概念
单个土体是本世纪50年代美国土壤调查工作者首先提出来的，它是指土壤空间连续体在地球表层分布的最小体积，一般统计的平面面积为1~10m2不等，即在这个范围内，其土壤剖面的发生层次是连续的，均一的。图13.1土壤形成中物质迁移和转化示意图
图13.2土壤能量转换示意图
土壤个体(soil individual)，又称土体,在自然景观中，在其位置、大小、坡度、剖面形态、基本属性方面，具有一定相貌特征的三维土壤实体。
地球化学过程（地质大循环）•有机质积累过程（生物小循环）•土壤形成的实质二、土壤形成的实质★土壤形成不外乎是由土壤的有机质积累和地球化学两个基本过程组成的。这两个基本过程则是土壤形成的实质（基本矛盾）。
地球化学过程（地质大循环）地质大循环是指矿物质养分在陆地和海洋之间循环变化的过程。陆地上的岩石经风化作用产生的风化产物，通过各种外力作用的淋溶、剥蚀、搬运，最终沉积在低洼的湖泊和海洋中，并经过固结成岩作用形成各种沉积岩；经过漫长的地质年代，这些湖泊、海洋底层的沉积岩随着地壳运动重新隆起成为陆地岩石，再次经受风化作用。
这种物质循环的周期大约要几百万年至几亿年的周期。
有机质积累过程（生物小循环）生物小循环又称为养分循环，指营养元素在生物体和土壤之间循环变化的过程。植物从母质和土壤中选择吸收所需的可溶性养分，通过光合作用合成有机体；植物被动物食用后变成动物有机体；植物、动物有机体死亡后归还土壤，经微生物分解与合成转化为植物可以吸收的可溶性养分和腐殖质，腐殖质经过缓慢的矿质化，也为植物提供养分。
这种物质循环的周期较短，一般为1～102年。
土壤形成的实质从土壤形成的作用上看，地质大循环是陆地物质的流失，造成土壤系统养分的淋溶分散；而生物小循环是使流失中的物质保存和集中在地表，并不断在土壤与生物之间循环利用。
一般来说，如果风化作用和有机质的累积、分解与腐殖质合成作用较强，而淋溶作用较弱，土壤中养分保存多，肥力水平将逐渐提高；如果风化作用和有机质的累积、分解与腐殖质合成作用较弱，而淋溶作用较强，土壤中养分保存少，肥力水平将逐渐降低；当两种作用势均力敌时，土壤肥力的发展处于动态平衡状态。
由此可见，土壤形成的实质就是地质大循环和生物小循环的矛盾统一。
疏松物质(含养分)淋溶作用沉淀作用风化作用岩石江海
有机体微生物分解绿色植物合成疏松物质(含养分)
有机体微生物分解绿色植物合成养料元素土壤体风化作用淋溶作用岩石江海沉淀作用土壤形成的实质是地质大循环和生物小循环的矛盾与统一。
第四节土壤形成的因素我们在前面已经谈到，如果说存在于土壤体内部的生物小循环和地质大循环是推动土壤形成或发展的内因的话，那么存在外部的条件即则是土壤形成的外因。这些土壤形成因素通过土壤形成的内因推动或制约土壤的形成和发展。
、气候因素影响土壤形成方向和强度的基本因素之一。气候直接影响土壤的水热状况；影响土壤中矿物质、有机质及其产物的转化、迁移，淋溶和淀积过程。不同的气候带中水热状况及其配比不同，决定土壤具有不同的物理、化学和生物的作用过程及其变化。一、自然因素
、生物因素影响土壤发生、发育最活跃的因素。包括植物、动物和土壤中的微生物。俄国土壤学家ВР威廉斯继承和发展了道库恰耶夫土壤形成因素学说，认为生物是土壤形成的主导因素，并指出土壤的本质特性是肥力，而肥力是土壤形成过程中由生物（主要指绿色植物和微生物）创造的。
、母质因素母质形成土壤的物质基础，在气候和生物的作用下，由母质表层开始逐渐形成土壤。不同成土母质形成的土壤，养分含量不同，如钾长石风化所形成的土壤有较多的钾。母质的机械组成直接影响土壤的质地。非均质母质造成水分在土壤中运行状况不均一性，影响土壤中物质的淋溶和淀积过程。
、地形因素地形是影响土壤和环境之间进行物质、能量交换的一个重要条件。它们通过各成土因素对土壤起作用。主要通过影响水热条件从而影响土壤的发育。
、时间因素决定土壤形成的母质、气候、生物和地形等因素作用的强弱受时间因素的制约。
土壤形成因素可分为两大类：人为作用自然成土因素无论什么类型的土壤，总有它自己的起源，并始终是母质，生物，气候，地形和成土时间等自然成土因素综合作用的产物。这种关系，可以用以下的函数式表式：Soil＝f（parentmaterial，organism，climate，relief，time…）
人类的生产活动也可以影响成土过程的发展方向，对土壤肥力的发展起着重大作用。数学模型（函数表达式）Soil＝f（pm,o,c,r)无法显示该图片。+(managenment)式中，一自然土壤形成所需时间－土壤利用后持续时间t12t21tt1
第五节土壤剖面一.自然土壤剖面的形成随着土壤形成过程的进行，土体逐渐发生分异，形成各种不同的土体构型。各种土壤的剖面都是由特定的，并有内在联系的发生土层所组成，从而形成一定的土体构型。
.土壤剖面(soilprofile)土壤剖面是一个具体土壤的垂直断面，一个完整的土壤剖面应包括土壤形成过程中所产生的发生学层次，以及母质层次。
不同发生层的组合就构成了各种类型的土体构型，也就是各种各样的土壤类型。
.土壤层次（1）大致与地表平行的土壤层次---土层。在土壤形成过程中所产生的土层叫发生学土层（河滩地的土壤层次只叫土层，流水携带因重力分离沉积下来）。可用下列基本图示予以说明。
（2）土壤层次划分以国际代号为例，土壤层次总体可分为以下层次
、土壤发生层依据土壤剖面中物质累积、迁移和转化的特点，一个发育完全的土壤剖面，从上到下可划出三个最基本的发生层次，即A，B，C层，组成典型的土体构型。
淋溶层（A）：处于土体的最上部，又可称表土层，包括有机质的累积层或物质淋溶层。本层中生物活动最为强烈，进行着有机质的积累转化作用，形成一个颜色较暗、一般具有粒状结构。如果在比较湿润的地区，这一层内还发生物质（包括有机质和矿物质）的淋溶作用，所以又叫淋溶层。
淀积层（B）：在A层的下面，是由物质淀积作用而造成的。本层的淀积物主要来自土体的上部，也可以来自土体的下部及地下水。*淀积层一般在土体的中部或下部。亦可由表层聚集。*淀积层的物质多种多样，有粘粒，钙质物（碳酸钙、石膏）、铁、锰、铝等，它们和粘粒混杂，或各自形成单独的新生体。
*有些土壤的风化淋溶作用十分强烈，淋溶物质被彻底自土体淋失而无淀积层（如砖红壤）或淀积层发育得非常微弱（如初育土）。*许多土壤类型的诊断层次是淀积层，较能完整的反映成土过程的特征，而且比较稳定。
母质层(C)：处于土体最下部，没有明显的成土过程的土壤层次称为母质层。它是由风化程度不同的岩石风化物或地质沉积物所构成。
二、土壤剖面形态特征1.土壤属性我们已经知道，土壤是5大自然成土因素综合作用的自然产物。成土因素因作用的程度不同，形成的土壤和具有的内在的物理、化学、生物学性质，即土壤属性是不同的。土壤内在性质的外部表观特征，就是我们所说的形态特征，是土壤长期发育过程中形成的。据此可反映土壤属性。
土壤颜色腐殖质：黑色；氧化铁：铁锈色，黄色；石英、斜长石、方解石：白色；氧化亚铁：蓝色或青灰色。返回目录
土壤结构、质地和湿度土壤结构指土壤固体颗粒的空间排列方式。团聚体土壤质地是土壤中各种颗粒，如石砾、砂粒、粉粒和黏粒的组成。土壤湿度即土壤水分含量状况。返回目录
新生体与侵入体新生体是在土壤形成过程中新产生的或聚积的物质，如各种铁锰结核、盐斑等。而侵入体不是土壤形成过程中的物质，而是外来入侵土体中的物质，故称作侵入体。如砖头、瓦片等，在森林土壤中的炭屑等。返回目录
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