第1页：第5章 土壤形成和发育
第5章 土壤形成和发育 Soil Formation & Development。
第2页：
第3页：土壤发生学说
土壤发生学说 soil genesis theory：岩石在各种自然和人为因素影响下风化而成母质，母质在气候、生物、地形作用下发育为土壤。
第4页：土壤形成因素
第一节 土壤形成因素及其作用 一、土壤形成因素 soil forming factor：影响土壤形成和发育的基本因素，是各种物质、力、条件、关系或它们的组合。
Soil: Clorpt。五大成土因素（俄国道库恰耶夫 Dokuchaev，1846—1903）：
- 气候 climate
- 母质 parent material
- 生物 biology
- 地形 topography
- 时间 time
第5页：母质的概念
二、母质因素（一）母质的概念：岩石风化形成风化壳，母质是风化壳的表层，指基岩经风化、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松的矿物质层。
第6页：母质的类型
（二）母质的类型：特征？（残积物、坡积物、洪积物、冲积物等类型的性质差异待对照原图补充）。
第7页：母质的作用
（三）母质的作用：
- 成土过程
- 土壤组成
成土过程愈久，母质与土壤性质差别愈大，但母质的某些性质仍会保留。
第8页：气候因素
三、气候因素：
- 影响矿物质的分解、合成及物质积累、淋失
- 控制植物生长和微生物活动，影响有机质转化，决定养料循环的速度（水、热）
第9页：湿度因子与中国气候分区
（一）湿度因子对土壤形成的影响：以中国气候分区说明降水与干燥度对成土过程的控制作用。
第10页：土壤水分状况类型
湿度对土壤形成的作用：
1、影响土壤中物质的迁移：
- （1）淋溶型
- 水分下行，物质淋溶，酸性强
- （2）非淋溶型
- 蒸发 > 降水，中性至微碱性土、盐基饱和，有钙积层
- （3）上升水型
- 蒸腾 >> 降水，地下水矿化度高则盐渍化；地下水只达剖面中部则为“半上升水型”
- （4）停滞型
- 地表常积水，沼泽化
第11页：湿度对物质转化的影响
2、影响物质分解、合成和转化：表土有机质含量；湿润地区的土壤矿物风化度；氧化物分布。
第12页：温度对土壤形成的影响
（二）温度对土壤形成的影响：温度增加 10℃，反应速率增加 1 倍。德国拉曼（Ramann）提出：风化因子 = 风化天数（>10℃）× 水解离度。
（三）温、湿度的共同影响：詹尼（美国 Jenny）的成土函数。
第13页：气候变化与土壤地带性
（四）气候变化与土壤形成——土壤地带性：
- 温带自西向东湿度递增
- 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
- 东部湿润区由北而南热量递增
- 暗棕壤、棕壤（褐土）、黄棕壤、黄壤、红壤和砖红壤
- 山地土壤垂直带谱
- 随海拔变化形成垂直带谱
第14页：生物因素：植物与动物
四、生物因素：根系、分泌物、凋落物、残茬 → 腐殖质。
- （一）植物
- 提供有机质与养分循环
- （二）动物
- 肥沃土壤中蚯蚓粪便可达 30 t/ha
第15页：植被类型与土壤类型
植被类型和土壤类型的关系（据 Bridges: World Soils）：不同植被气候条件下发育相应的土壤类型。
第16页：微生物在成土中的作用
（三）微生物在成土过程中的作用：
- 分解有机质，释放养料
- 合成腐殖质，改善土壤胶体性能
- 固定氮素，增加土壤含氮量
- 促进物质溶解迁移，增加有效度（如铁细菌）
第17页：地形与母质的关系
五、地形（一）地形与母质的关系：冲积物、坡积物、洪积物、残积物随地貌部位不同而异。
第18页：地形与水热条件
（二）地形与水热条件的关系：地形影响地表水热再分配，进而决定土壤水分状况。
第19页：地形与植被的关系
（三）地形与植被的关系：水成土 → 半水成土 → 地带性土，分别对应河漫滩、低级阶地与高级阶地。
作用链：母质、水热、植被（生物）、地形 → 土壤。
第20页：土壤年龄
六、时间（一）土壤年龄：土壤发生发育时间。绝对年龄（年）；相对年龄，指发育阶段或程度（老成土）。
第21页：土壤形成速率与时间
（二）土壤形成速率和所需的时间：不同母质与气候条件下形成稳定剖面所需时间差异很大。
第22页：土壤形成的阶段性
（三）土壤形成的阶段性：
- 初期：母质
- 早期：保留较多母质特征
- 中期：易风化矿物分解，粘粒明显增加
- 晚期：矿物分解近结束，含少数强抗风化的原生矿物
- 最终：土壤发育已完成，原生矿物彻底风化
第23页：人类活动对土壤的影响
七、人类活动：
- 有意识、有目的、定向
- 社会性，受社会制度和生产力影响
- 改变自然因素，有利或有害
- 两重性：保护或破坏
第24页：各成土因素的关系
各成土因素关系：
- 自然因素、人为活动
- 相互影响、相互制约
- 母质—物质基础；气候—能量来源；生物—物质循环和能量流动（无机能转化为有机能，太阳能转化为生物化学能）
- 地形、时间及人为活动影响土壤形成速度、发育程度及方向
第25页：地质大循环与生物小循环
第二节 土壤形成过程 一、土壤形成过程中的大小循环：
- 地质大循环
- 时间长，范围广
- 生物小循环
- 时间短，范围小
第26页：基本成土作用
二、基本成土作用：
- 原生矿物的风化：（1）物理风化和化学风化；（2）生物风化
- 粘粒矿物的形成
第27页：土壤物质迁移
3. 物质迁移：
- （1）向下
- 淋淀以及被彻底淋出
- （2）向上
- 养分生物富集作用，易溶性盐类、还原性铁锰等随毛管上升而在表土积聚
- 物质移动的机理
- 溶迁、还原迁移、螯迁、悬迁和生物迁移
第28页：主要成土过程
三、主要成土过程：
- 有机质积聚过程
- 粘化过程
- 积钙与脱钙过程
- 盐化脱盐过程
- 碱化与脱碱过程
- 富铝化过程
- 灰化过程
- 潜育化和潴育化过程
- 白浆化过程
- 熟化过程
- 退化过程
第29页：物理过程：粘化与盐化
主要成土过程（一）物理过程：
- 1. 粘粒淋溶淀积
- 机械移动、凝胶和溶胶转化，形成粘粒淀积层（粘化层 Bt）
- 2. 盐化—脱盐化过程
- 易溶性盐淋出土体或在表层聚集
- 3. 物理风化
- 温差、冰冻等引起的机械破碎
第30页：原始成土过程
（二）生物过程，包括固氮、有机质转化等。
（1）原始成土过程：N 素固定（自养型微生物，如地衣、苔藓等有机体形成）→ 异养型微生物（细菌、真菌等）分解有机残体 → 腐殖质合成 → 土壤 N 素 + 腐殖质；矿物岩石风化释放矿质养分 → 原始土壤。
第31页：腐殖化、泥碳化与草毡化
- （2）腐殖化过程
- 有机残体 → 腐殖质
- （3）泥碳化过程
- 过湿、沼泽条件下，大量湿生植物残体腐解形成泥炭
- （4）草毡化过程
- 干冷条件下，植物残体弱腐解形成草毡层
第32页：化学风化与灰化过程
（三）化学过程：
- 1. 化学风化（矿物的转变）
- （1）脱硅富铝化；（2）粘化
- 2. 化学淋溶（新组分淋溶）
- 灰化：Fe、Mn 有机络合、螯合物形成并淋溶，次生矿物分解、合成，形成灰白色层
第33页：富铝化与灰化剖面
剖面示意：脱硅富铝化过程（黄棕壤粘膜）、粘化过程、灰化层。
第34页：脱钙与积钙过程
（2）脱钙－积钙：CaCO3(淀积) + CO2 + H2O ＝ Ca(HCO3)2。
黑钙土中形成明显的钙积层。
第35页：氧化－还原过程
3. 氧化－还原：由于化合物变化引起物质形态、性质变化。
- （1）潜育化
- Fe+3（红、棕色）→ Fe+2（蓝灰色）
- （2）潴育化
- Fe+3、Mn+4 与 Fe+2、Mn+2 随水位升降交替：水位下降形成“红棕色锈层”，水位上升形成“蓝灰色层”
- （3）白浆化
- Fe+3、Mn+4 → Fe+2、Mn+2（淋失），形成白色脱 Fe、Mn 层（高价不溶、低价可溶）
- （4）漂灰化
- Fe+3、Mn+4 → Fe+2、Mn+2，形成灰白色脱 Fe、Mn 层（氧化物不溶、络合物可溶）
第36页：潴育化水稻土与潜育化
剖面示意：潴育化水稻土与潜育化土壤的层次特征对比。
第37页：土壤发育
第三节 土壤发育（soil development）：地壳表面的岩石风化体及其再积体，在环境因素作用下，形成具有一定剖面形态和肥力特性的土壤。
第38页：土壤剖面相关概念
- 土壤剖面 soil profile
- 由地表向下的垂直切面
- 土壤发生层 soil genetic horizon
- 具特定性质和组成、大致与地面相平行，并具有成土过程特性的层次；识别依据：颜色、质地、结构、新生体和紧实度等
- 土体构型 soil profile pattern
- 各土壤发生层在垂直方向有规律组合和有序排列状况
第39页：基本发生层
基本发生层：
- 1、淋溶层（A 层）eluvial horizon
- 是最重要的发生学土层，任何土壤都具有
- 2、淀积层（B 层）illuvial horizon
- 发育完全的土壤剖面须具备
- 3、母质层（C 层）parent material horizon
- 无明显成土作用
第40页：发生层与层次字母注记
土壤剖面发生层与层次字母注记
土壤剖面发生层代号与层次定义| 层次 | 定义 | 发生层 |
|---|
| O | 有机质层，水分不饱和，有机质含量 >35% | 有机质层 |
|---|
| H | 有机质层，水分长期饱和，有机质含量 >35% | 有机质层 |
|---|
| A | 淋溶层 | 淋溶层 |
|---|
| E | 灰化层，砂粒与粉粒聚集 | 灰化层 |
|---|
| B | 淀积层 | 淀积层 |
|---|
| G | 潜育层 | 潜育层 |
|---|
| P | 人工熟化层（水稻土中的渗育层） | 人工熟化层 |
|---|
| W | 潴育层 | 潴育层 |
|---|
| C | 母质层 | 母质层 |
|---|
| D | 沉积的砾质异元母质层 | 异元母质层 |
|---|
| R | 连续的坚硬岩层 | 坚硬岩层 |
|---|
第41页：土壤风化发育指标
四、反映土壤风化发育的指标：
- 1、Sa 值（Ki，硅铝率）
- SiO2/Al2O3
- 2、Saf 值（硅铝铁率）
- Saf = SiO2/(Al2O3 + Fe2O3)
- 3、ba 值（风化淋溶系数）
- (1) ba =（Na2O + K2O + CaO）/Al2O3（据 Harrasswitz）；(2) ba =（Na2O + K2O + CaO + MgO）/Al2O3（据 H. Jenny）
- 4、β 值（风化淋溶指数）
- β 值愈小，淋溶强度愈强
- 5、μ 值（土壤风化指数）
- 表征风化强度
第42页：CEC、铁的游离度与粘化率
- 6、CEC、ECEC 和 BS
- 阳离子交换量、有效阳离子交换量与盐基饱和度
- 7、铁的游离度
- 铁的游离度越大，风化程度越强
- 8、粘化率
- 粘化层中粘粒含量与淋溶层或下部母质层粘粒含量的比值；该值愈大，粘化度愈高。粘化层的粘化率大于 1.2，粘化极强的土壤可达 3～7
第43页：本章小结与思考题
小结
- 一、名词解释
- 地质大循环、生物小循环、土层、粘化层、钙积层、潜育层、富铝化、脱钙作用、潴育化
二、问答题：
- 为什么说土壤形成过程的实质是地质大循环和生物小循环矛盾的统一？
- 试分析五大成土因素间相互关系。
- 母质影响土壤的哪些性质？
- 气候和生物在土壤形成中有何作用？
