第五章土壤圈ppt课件.ppt

第五章 土壤圈,土壤圈是覆盖于地球和浅水域底部的土壤所构成的连续体或覆盖层，它处于地圈系统(大气圈、生物圈、岩石圈、水圈)的交界面，是地圈系统的重要组成部分，既是这些圈层的支撑者，又是它们长期共同作用的产物。,土壤母质矿物为原岩物理风化的产物，地表疏松层为矿物颗粒与岩块碎屑的混合层，次生矿物是在地表常温常压下成土过程中新生的矿物。,一.土壤及土壤肥力的概念,第一节 土壤圈的物质组成及特性,土壤的概念：土壤是地球陆地表面具有生物活性和孔隙结构、进行物质循环和能量交换的疏松表层。土壤有五大功能：无机质与有机质的循环生物栖息地建筑物地基水分供应及洁净支持植物生长,土壤在陆地生态系统中的功能示意图（据Brady，2000）,土壤肥力的概念：在植物生活全过程中，土壤供应和协调植物生长所需的水、养分、气、热的能力。它们之间相互联系和相互制约。土壤具有肥力是其最本质的特征，是其区别于其它事物的标志，是和生物进化同步发展的。自然肥力：指土壤在自然因子（气候、生物、地形等）综合作用下所具有的肥力。人为肥力：土壤在人为条件熟化(耕作、施肥、灌溉等)作用下所表现出来的肥力。土壤肥力的发挥与环境条件、社会经济条件、科学技术条件密切相关。,土壤肥力系统分析图,土壤生态系统组分主要土壤生物图,二.土壤圈在地理环境中的地位和作用,土壤圈在地理环境中总是处于地球大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的界面上，是地球各圈层中最活跃最富生命力的圈层之一，它们之间不断地进行物质循环与能量平衡。,1 土壤圈与生物圈:养分元素的循环，土壤支持和调节生物的生长和发育过程，提供植物所需养分、水分和适宜的理化环境，决定自然植被的分布。2 土壤圈与水圈:水分平衡与循环，影响降水在陆地和水体的重新分配，影响元素的表生地球化学迁移过程及水平分布，也影响水圈的化学组成。3 土壤圈与大气圈：大量及痕量气体的交换，影响大气圈的化学组成，水分与能量平衡；吸收氧气，释放CO2、CH4、H2S、氮氧化合物和氨气，影响全球大气变化。4 土壤圈与岩石圈：进行金属元素和微量元素的循环，土被覆盖在岩石圈的表层，对其具有一定的保护作用，减少各种外营力的破坏。,土壤圈在地球系统中的地位,土壤圈对地理环境的作用,1 土壤圈与地球生命作用：包括土壤物质循环的能量变化，生物转化，水循环，碳、氮、硫、磷循环及环境效应 2 土壤圈与人类生存条件：包括土壤资源区域性开发与管理，综合农业中的动态变化，土壤对农林适宜性评价，营养元素的空间调控，土壤圈的各障碍因素对农业生产的限制作用3 土壤圈与自然环境：包括重金属元素在土壤圈中的空间分布、迁移、转化及动态变化，土壤污染物质的来源、分布、变化、迁移、浓集对生物环境的影响及调控；土壤在复合农业生态系统中的功能及优化模式,4 土壤圈与全球土壤变化：包括自然与人为条件下的土壤圈内不同土壤类型历史演变；现代成土过程基本特性变化预测；土地退化，土壤痕量气体的通量及其对温室效应的影响。5 土壤物质的组成与性质：包括土壤胶体表面的性质。土壤中有害物质的化学行为，土壤水分性质，植物营养元素的化学性质，根据主要微生物的生理生态特性，土壤有机质组成，性质，土壤生态系统的结构，功能等。,土壤圈中物质能量循环过程,地球表层碳素循环过程（据Enger E D，1998）,土壤圈的地位、内涵、功能及研究趋向,分支学科及研究内容,（一）土壤物理 研究土壤中物理现象和过程的土壤学分支。主要研究土壤水、气、热运动及其调控的原理，其研究内容包括土壤水分、土壤质地、土壤结构、土壤力学性质、土壤溶质移动及土壤植物大气连续体(SPAC)中的水分运行和能量转移等。,（二）土壤化学 研究土壤化学组成，性质及其土壤化学反应过程的分支学科。重点研究土壤胶体的组成、性质，及土壤固液界面发生的系列化学反应。为开展土壤培肥、土壤管理、土壤环境保护提供理论依据,（三）土壤微生物 研究土壤中微生物区系、多样性及其功能和活性的土壤学分支。研究内容：1.土壤微生物生态；2.土壤微生物与土壤物质循环（陆地N,P,S,C素循环）；3.土壤酶活性；4.土壤微生物与土壤固氮作用；5.根际微生物与菌根；6.土壤微生物之间的相互作用；7.农业措施对微生物的影响；8.土壤微生物与土壤的污染防治；9.有益微生物的农业应用。,（四）土壤生物化学 研究土壤中的有机质组成，结构及生物化学转化过程的土壤学分支学科，研究内容包括：1.土壤腐殖质形成，特性、及其对土壤肥力的影响；2.土壤碳、氮、磷、硫的生物转化（有机碳、氮矿化作用和腐殖化作用）；3.土壤酶活性；4.有机生物制剂包括有机农药、杀虫剂、除草剂的生物降解及其对环境污染的影响等。,（五）土壤地理学 研究土壤发生、演变、分类、分布规律及其与地理环境之间关系的土壤学分支科学，是由土壤学与自然地理学交叉发展而成的边缘学科。主要研究内容包括:1.土壤发生和分类：重点研究土壤形成与自然成土因子和人为活动的复杂关系，地球表层系统多样性土壤的形成特点和机理，在此基础上，根据土壤的发生发育过程、土壤诊断学属性进行土壤分类。2.土壤分布规律：土壤是一个时间上处于动态、空间上具有垂和水平方向上分异性的三维连续体，搞清土壤和土被结构在地面空间上的分布规律，可以为因地制宜合理利用和保护土壤资源，搞好农业区划及生产布局，改善生态环境提供科学依据。3.土壤调查制图和土壤质量评价；主要研究内容是应用现代新技术（如3S技术），建立土壤数据库和土壤信息系统；研究土壤质量评价标准、指标体系和退化土壤的恢复重建技术与措施。,土壤剖面:,自地表向下直到土壤母质的垂直切面称为土壤剖面。这些土层大致呈水平状，是土壤成土过程中物质发生淋溶、淀积、迁移和转化形成的。,三.土壤形态,土壤形态是指土壤和土壤剖面外部形态特征(土壤剖面构造、颜色、质地构造、结持性、孔隙度)。这些特征是成土过程的反应和外部表现，以土壤的外部形态，可以区分土壤和风化壳的差别，是推断土壤形成过程、判断土壤发育阶段的依据，也是区别各土类的重要依据。,自然土壤剖面发生层的划分和命名,有机层（O）：以分解或未分解的有机质为主的土层。它可以位于土壤的表层，也可以被埋藏于一定的深度腐殖质层（A）：形成于表层或位于O层之下的发生层。土层中混有有机物质，或具有耕作、放牧或类似的扰动作用淋溶层（E）：硅酸盐粘粒、铁、铝等单独或一起淋失，石英或其它抗风化矿物的砂粒或粉粒相对富集的矿质发生层。该层一般接近表层，位于O层或A层之下，B层之上,淀积层（B）：在上述各层之下，并具有以下性质硅酸盐粘粒、铁、铝、腐殖质、碳酸盐、石膏或硅的淀积或碳酸盐的淋失残余二、三氧化物的富集 有大量二、三氧化物胶膜 具粒状、块状或棱柱状结构母质层（C）：多数是矿质土层，但有机的湖积层和黄土层等也划为C层 基岩（R）：坚硬岩石,一般将兼有两种主要发生层特征的土层称为过渡层，如AB层，BC层，BA层，CB层等，前一个字母代表优势土层,耕作土壤剖面,耕作层（表土层）属人为表层类，包括灌淤表层，堆垫表层和肥熟表层。土性疏松、结构良好、有机质含量高、颜色较暗、肥力水平较高犁底层（亚表土层）在耕作层之下，土壤呈层片状结构，紧实，腐殖质含量比上层少心土层（生土层）在犁底层之下，受耕作影响小，淀积作用明显，颜色较浅底土层（死土层）几乎未受耕作影响，根系少，土壤未发育，仍保留母质特征,土壤的一般形态特征,土壤发生层基本特征包括土壤的颜色、质地、结构、紧实度、孔隙状况、干湿度、新生体及侵入体等。,颜色：世界上许多土壤类型是按照其颜色来命名的，如红壤、黄壤、黑钙土、栗钙土等。质地：是指土壤颗粒的大小、粗细及其匹配状况，即土壤的组合特征。按砂粒、粉砂粒和粘粒三种粒级的百分数，可划分为砂土、壤土、粘土三类。结构：指土壤颗粒粘结状况，土壤中固体颗粒一般相互粘结在一起，形成一定形状和大小的团聚物，称为结构体(片状、柱状、棱柱状、角块状、粒状、团粒状等结构)。结持性：又称为土壤紧实度，系指土壤对机械应力所表现出来的状态。一般用小刀插入土壤中，视用力的大小来衡量，分为极紧实、紧实、稍紧实、疏松等级别。,孔隙状况：是指土粒之间存在的空间。决定土壤中液气两相的共存状态，并影响土壤养分和温度状况。可分为微孔隙、很细孔隙、细孔隙、中孔隙、粗孔隙、很粗孔隙及少孔隙、中孔隙、多孔隙等级别。干湿度：反映土壤中水分含量的多少。在野外靠人手对土壤感觉凉湿的程度及用手指压挤土壤是否出水的情况来判断，常分为干、润、潮、湿等级别。新生体：是指土壤发育过程中物质重新淋溶淀积和聚集而形成的新物质，包括化学起源（易溶盐类、石膏、碳酸钙、锈斑与铁锰结核）和生物起源（蚯蚓及其它动物的排泄物、蠕虫穴、鼠穴斑、根孔等）两种。侵入体：指由外界进入土壤的特殊物质（碎石、砾石、瓦片、砖块、玻璃、金属遗物等）。,单粒结构,粒状结构,片状结构,快状结构,柱状结构,棱柱状结构,土壤结构类型图,土壤母质层,土壤腐殖质层（Ah层）,砖红壤土壤剖面,黄棕壤土壤剖面,夏威夷红土剖面,黑土剖面,四.土壤物质组成,土壤由固相、液相和气相等三相物质组成。固相包括矿物质、有机质和一些活的微生物。按重量计，矿物质占固相部分95%，有机质占5%。,（一）土壤矿物质 土壤矿物质基本上来自成土母质，母质又起源于岩石，按成因分为原生矿物和次生矿物两大类。,土壤的组成（按容积计）,原生矿物:各种岩石受到不同程度的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原有的化学组成和晶体结构均未改变。次生矿物:由原生矿物质经风化后重新形成的新矿物。土壤次生矿物分为三类：简单盐类、次生氧化物类和次生铝硅酸盐类。,土壤矿物主要元素组成：地壳中已知的90多种元素土壤中都存在，但含量较多的十余种包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钛、钾、磷、硫及一些微量元素如锰、锌、硼、钼等。从含量看，前四种元素所占比例最多，若以SiO2、A12O3、Fe2O3氧化物形式而言，三者之和占土壤矿物部分的75。,(二)土壤有机质,土壤有机质：概指土壤中动植物残体、微生物体及其分解和生成的物质（土壤固相组成部分）。是植物和微生物生命活动所需养分和能量的来源。土壤有机质数量随少，然而是土壤中最基础的物质，对土壤土壤理化性质和肥力有直接影响。土壤有机质包括两大类，第一类为非特殊性有机质，主要是动植物残体及其分解的中间产物（蛋白质、糖类、有机酸等），占有机质总量的l0-15；第二类为土壤腐殖质、是土壤中特殊的有机物质，主要是动植物残体通过微生物作用发生转化而成，占土壤有机质的85-90。,3.有机质的转化 矿质化过程:指进入土壤的动植物残体，在土壤微生物的参与下，把复杂的有机质分解为简单有机质的过程。腐殖质化过程:是进入土壤的动植物残体，在土壤微生物的作用下分解后再缩合和聚合成一系列黑褐色高分子有机物的过程。,1.土壤有机质的化学组成 包括碳水化合物、含氮化合物、木质素、含硫和含磷化合物。2.土壤微生物对有机质转化的作用 土壤中的细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物等是土壤有机质转化的主要动力。,印度24等温沿线区表土有机碳含量与年降水量关系(据Jenny,1983),4.有机质对土壤肥力的作用,土壤有机质含有丰富的植物所需营养元素和多种微量元素，不断供应植物吸收利用。土壤有机质具有较强的代换能力，可以大量吸收保存植物养分，以免淋溶损失。土壤有机质和氨基酸等是络合剂，与钙镁铝形成稳定性络合物，能提高无机磷酸盐溶解性。二、三羧基酸与金属离子形成稳定络合物的能力较强，有活化土壤微量元素的作用。土壤有机胶体是一种具有多价酸根的有机弱酸，其盐类具有两性胶体的作用，有很强缓冲酸碱的能力。腐殖质是胶结剂，能使土壤形成良好的团粒结构，改善土壤耕作。腐殖质色暗，可增加土壤吸热能力，同时其导热性小，有利于保温。,(三)土壤水分 土壤水分是土壤重要组成成分和重要的肥力因素。它不仅是植物生活所必需的生态因子，而且也是土壤生态系统中物质和能量流动的介质，它存在于孔隙中。土壤水分来源：降水、地下水和灌溉用水。土壤水分消耗：土壤蒸发，植物吸收利用和蒸腾，水分的渗漏和径流。,水=水收入-水支出,土壤水分平衡：土壤水分的收入和损耗使土壤含水量相应变化的情况，其表达式为：,土壤水分含量受土壤水分收入和消耗的制约，当水分收入大于消耗时，土壤水分含量增大，反之则减小，当收入和消耗相等时，土壤水分的含量保持不变（动态平衡）,土壤水分类型划分表,土壤水分有效性综合示意图,凋萎系数与田间持水量之间的土壤水分,土壤空气是存在于土壤中的气体的总称。是土壤的重要组成之一。主要来自于大气，组成成分和大气基本相似，质和量上与大气有所不同。,土壤空气与大气组成的差异土壤空气中二氧化碳含量远大于大气。土壤空气中氧含量低于大气。土壤空气中相对湿度高于大气。土壤空气中常常出现一些微生物活动所产生的还原性气体，如甲烷、硫化氢等，在某些情况下甚至可能产生磷化氢及二硫化碳等气体，严重危害作物生长。,(四)土壤空气,五.土壤物质之间的相互作用,（一）土壤机械组成 组成土壤大小不同的土粒按不同比例混合在一起表现出来的土壤粗细状况称土壤的机械组成或土壤质地。土壤质地:土壤质地系指组成土壤的砂粒、粉粒及粘粒等不同大小之矿物粒子的含量百分比，一般大于2 mm以上的石砾则不考虑在内。土壤质地分类：土壤质地是根据土壤的颗粒组成划分的土壤类型。土壤质地一般分为砂土、壤土和粘土三类。,土壤发生层基本特征,国际制土壤质地分类三角,美国土壤质地分类三角,我国土壤质地分类,土壤质地的性质土壤质地影响土壤水分、空气和热量的运动，也影响养分的转化。质地和有效水容量之间有密切关系；不同质地的土壤毛管水传导度不同，砂土和砾质土孔隙度大，传导度很低；孔隙适中的壤质土毛管上升速率最大。土壤质地影响土壤结构类型，含粘土高的土壤易形成水稳定性团聚体和裂隙，细砂或极细砂比例大的土壤只能形成不稳定结构，粗砂无法团聚。,不同质地土壤的有效水分含量,（二）土壤胶体的性质,胶体分类：土壤矿质胶体：包括次生硅酸盐，简单的铁、铝氧化物，二氧化硅等。有机胶体：包括腐殖质有机酸蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。有机无机复合胶体：土中有机胶体和无机胶体通过各种键(桥)力相结合的有机-无机复合体。土壤胶体性质：巨大的表面和表面能、带电性(大部分带负电荷)、分散和凝聚性 土壤的离子交换：土壤胶体表面与溶液介质中电荷符号相同的离子相交换。,土壤胶体是指土壤中高度分散粒径在1100 mm(nm)之间的物质。很多物理和化学性质都与胶体有直接关系,（三）土壤溶液,不纯净的降水及其在土壤中接纳的O2、CO2、N2等溶解性气体无机盐类，Ca、Mg、K、Na和氨有机化合物类，如各种单糖、多糖、有机酸、蛋白质及其衍生物类无机胶体类，如各种粘粒矿物和铁、铝三氧化物络合物类，如铁、铝有机络合物,土壤溶液是土壤中水分及其所含溶质的总称。溶液中所含物质有以下几类：,土壤的酸碱反应：指土壤中的酸性物质和碱性物质解离出 H+和 HO数量中和的结果。土壤的氧化还原反应：氧化剂物质与还原剂物质的电子得失过程 氧化剂 m+n 电子 还原剂m-n 土壤的缓冲性：土壤加酸或加碱时具有缓冲酸碱度改变的能力。主要来自土壤胶体及其吸附的阳离子和土壤所含的弱酸及其盐类,按pH值划分的土壤类型,2001年全国降水pH值分布图,中国土壤有机碳密度（0100cm）分布,第二节 土壤形成与地理环境的关系,的。母质层与环境之间发生了频繁的物质能量交换和转化形成土壤腐殖质和粘土矿物，发育了层次分明的土壤剖面，也出现了具有肥力的土壤。,土壤是成土母质在一定水热条件和生物作用下，并经过一系列的物理、化学和生物化学过程形成,一.成土因素学说,为土壤；K为气候；O为生物；E为岩石；P为地形；T为时间,德国科学家亚历山大封洪堡在亚洲地质学和气候学片断中，揭示了欧亚大陆中西部气候与植被的规律性变化；俄国现代土壤地理学奠基人道库恰耶夫，19世纪末在科学调查的基础上，将广阔地域土壤与其自然条件联系起来，创立了成土因素学说。其函数关系方程,=f(K,O,E,P)T,土壤是母质、气候、生物、地形和时间五大自然因素综合作用的产物。所有的成土因素始终同时存在并同等重要和相互不可替代地参与了土壤形成过程。土壤永远受制于成土因素的发展变化而不断地形成演化；土壤是一个运动着的和有生有灭或有进有退的自然体。土壤形成因素存在着地理分布规律，特别是有由极地经温带至赤道的地带性规律。,基本观点,20世纪40年代美国土壤学者詹尼(HJenny)提出与道库恰耶夫相似的函数关系式,式中，S为土壤；CL为气候；O为生物；R为地形；P为母质；T为时间；点号为尚未确定的其他因素。根据各种成土因素的地区性组合，以及某一因素在土壤形成中所起的主导作用，他又提出下列各种函数式：,二.成土因素对土壤形成的作用,(一)母质因素,岩石风化的产物称成土母质，简称母质，是土壤形成的物质基础。多数土壤的属性均继承了母质的特性。母质层具有不同的质地层可影响土壤的物质迁移转化过程。不同母质对土壤的次生矿物有影响。不同母质所形成的土壤养分状况不相同。成土母质影响土壤的质地,（二）气候因素,气候因素影响土壤水热状况，而水热状况又直接或间接地影响岩石的风化过程、高等植物和低等植物及微生物的活动、土壤溶液和土壤空气的迁移转化过程。因此决定了土壤中的物理、化学和生物的作用过程，影响土壤形成过程的方向和强度。气候影响次生矿物的形成，气候影响岩石矿物风化强度，气候对土壤有机质的积累和分解起重要作用，气候影响土壤微生物的数量和种类，气候影响土壤的地带性分布规律。,一般情况下，降水量增加和温度增高，岩石矿物的风化作用加强，土壤粘粒含量增多。矿物的风化有物理作用和化学作用，其风化速度与温度有关，当温度增加10时，化学反应速度平均增长23倍；温度由0增到5时，土壤水中化合物的离解度增加7倍；热带风化强度比寒带高10倍，比温带高3倍。潮湿积水和长期冰冻地区有利于有机质积累，而干旱、高温、好气、微生物活跃地区有机质矿化速度快，积累少。因此，黑土分布地区，气候冷湿、有机质积累量高；栗钙土分布地区气候属半干旱，有机质质含量低。气候影响土壤微生物的数量和种类：微生物在草甸土中数量最多，黑土中每克土含微生物可达数千万个；而在栗钙土、棕钙土和灰钙土中微生物含量在数百万到数千万个之间：红壤和砖红壤中较少。,（三）生物因素,土壤形成的生物因素包括植物、土壤微生物和土壤动物，它们是土壤有机质的制造者，也是分解者，是土壤发生发展过程中最活跃因素。绿色植物利用太阳能进行光合作用制造成活体有机质，再以有机生物残体形式聚集于母质表层，推动了土壤的形成和演化。土壤微生物分解动植物有机残体释放其中潜藏的能量和养分供生物再吸收利用促进土壤肥力不断发展；还参与土壤腐殖质的形成。土壤中的原生动物，各种昆虫等的残体也是土壤有机质来源之一，它们参与土壤有机残体的分解、破碎及翻动、搅拌疏松土壤和搬运土壤。,（四）地形因素,不同地形影响地表水热条件的重新分配 主要表现在不同高度、坡度和坡向等对太阳辐射的吸收和地面辐射的差异。地形支配着地表径流 斜坡：排水快，物质易遭淋溶砾质薄层土壤。低洼：易积水，细土粒和腐殖质易积累土色较暗，土层深厚。地形影响成土母质的分配 地形影响土壤的发育过程,（五）时间因素,土壤有绝对年龄和相对年龄 绝对年龄：是指土壤在当前新风化层或新的母质上开始发育时起直到目前所经历的时间。相对年龄：是指土壤发育的阶段或发育的程度。一般而言，绝对年龄越大，相对年龄也越大。,土壤发育的时间（成土年龄）可说明土壤在历史进程中发生发展和演变的动态过程，是研究土壤特性和发生分类的重要基础。,最年轻的冲积土或发育在新鲜露头上的土壤，其经历的年代最短，绝对年龄最小。一些最古老的土壤，第三纪已存在，绝对年龄达数千万年。我国西北地区的黑钙土、栗钙土、灰钙土和黑垆土等，多分布在黄土沉积区，在厚23m左右的土壤剖面中，其成土年龄：上段15003000年，中段40007000年，下段800012000年。在3 m以下到10 m或2030 m更深的土层，埋藏多层古土壤，成土年龄数万年到数十万年。古土壤埋藏愈深，成土年龄愈早。祁连山和天山等西北地区山地的高山土壤，基本上是发育在自全新世早期到现在冰川退缩后遗留的新老冰碛物上，这些冰碛母质由现代冰川末端外延数千米到十多千米、其上发育的原始土壤、高山寒漠土、原始高山草甸土、高山草甸土和钙积高山草甸土在新老冰碛物上依次排列，它们的成土年龄分别是数年至20(或30)年，30800(1000)年，10002000年，20006000年和600011000年。,通常所谓的“土壤年龄”是指土壤的发育程度，而不是指年数，亦即通常的所谓相对年龄。发育程度高的土壤，所经历的时间大多比发育程度低的土壤为长。但是有些土壤所经历的时间虽然很长然而出于某种原因，其发育程度仍停留在比较低的阶段。土壤剖面发生层次明显、剖面构型复杂和土层厚度较大的土壤，其发育程度较高；剖面分异不明显、构型简单、土层厚度较薄的土壤，发育程度较低；地形平坦的地方，土壤发育程度较高；易受侵蚀的山坡，土壤发育程度较低。,(六)人类生产活动,人类生产活动对土壤形成和性质的影响是有意识有目的的，是在认识土壤客观性质的基础上对土壤进行利用改造定向施肥，创造不同熟化程度的耕作土壤。人类活动改变自然环境条件，如修筑梯田、灌排工程，放牧，砍伐林木等。人类活动改变土壤内在组成，加速土壤形成过程，改变发展方向，如施肥、灌溉排水等。,成土因素的相互作用,各成土因素间相互作用、相互影响。各成土因素相互作用、相互影响普遍而长期存在。成土因素中任何一因素发生变化，引起其他因素发生相应变化，土壤发生及其类型也会相应变化。不同成土因素对土壤形成具有同等重要性。成土因素不可能在相同的水平上作用于土壤，它和其他因素之间呈动态平衡。土壤形成是各个动态因素作用的总和，是成土因素综合作用的结果。,土壤形成过程的特点,土壤形成过程是复杂的物质与能量迁移和转化过程的综合,母质与气候之间的辐射能量交换是这一综合过程的基本动力，土体内部物质和能量的迁移和转化则是土壤形成过程的实际内容。土壤形成过程是随着时间进行的。土壤形成过程由一系列生物、物理、化学、物理化学的基本现象构成。它们之间的对立统一运动，导致土壤向某一方向发展，形成特定类型的土壤。土壤形成过程是在一定的地理位置、地形和地球重力场之下进行的。地理位置影响着这一过程的方向、速度和强度。地球重力场是引起物质(能量)在土体中作下垂方向移动的主要条件。地形则引起物质(能量)的水平移动。,三.土壤形成的基本规律,自然土壤形成的基本规律是地质大循环与生物小循环过程矛盾的统一。,地质大循环 是指结晶岩石矿物在外力作用下发生风化变成细碎而可溶物质，被流水搬运迁移到海洋经过漫长的地质年代变成沉积岩，当地壳上升，沉积岩又露出海面成为陆地，再次受到风化淋溶。过程：基岩出露地表风化淋溶风化壳搬运沉积物沉积岩；时间极长、范围极广意义：形成疏松多孔的成土母质，为植物生长提供了基础。,生物小循环 是指植物吸收利用大循环释放出来的可溶性养分，通过生理活动制造成植物的活有机体，当植物有机体死亡之后，在微生物的分解作用下，又重新变为可被植物吸收利用的可溶性有机物。有机质的合成与分解对立的统一过程。过程：低等生物使母质积累有机质和养分地衣、苔藓高等绿色植物：意义：控制了自然界养料物质无限制的淋失，使有限的营养元素得到无限的利用，使母质转化成土壤，促进土壤从简单到复杂、由低级到高级不停地运动和向前发展。,土壤形成过程中物质迁移和转化示意图,四.主要成土过程,1.原始成土过程：在裸露的岩石表面或薄层岩石风化物上着生细菌、放线菌、真菌等微生物，即后生长藻类，再后生长地衣、苔藓，它们开始积累有机物并为高等植物生长创造条件。2.灰化过程：土体亚表层SiO2残留、R2O3及腐殖质淋溶及淀积的过程。3.粘化过程：土体中粘土矿物的生成和聚集过程。4.富铝化过程：土壤形成中土体脱硅富铝铁的过程。,5.钙化过程：碳酸盐在土体中淋溶淀积的过程。6.盐渍化过程：土体上部易溶性盐类的聚集过程。7.碱化过程：土壤吸收复合体上交换性钠占阳离子交换量30%以上，pH大于9，呈碱性反应，并引起土壤物理性质恶化的过程。8.潜育化过程：低洼积水地区土体发生还原的过程。9.潴育化过程：土壤形成过程中的氧化还原过程（受地下水浸润的土层）。,10.白浆化过程：土壤表层由于土体上层滞水而发生的潴育漂洗过程。11.腐殖质化过程：在生物因素影响下，在土体中尤以土体表层进行的腐殖质累积过程。12.泥炭化过程：有机质以植物残体形式的累积过程。13.土壤的人为熟化过程：在人类合理耕作利用改良及定性培育下，使土壤向着肥力提高的方向发展的过程。,土壤形成过程,有机物与无机物以固体、液体或气体的形式加到土壤中。这些物质从土壤中丧失。在土壤内部物质从一处迁移到另一处。在土壤内部有机物或无机物的转化。,第三节 土壤的分类及空间分布规律,一.土壤分类,（一）国外土壤分类1.前苏联 强调土壤与成土因素和地理景观之间的相互关系，以成土因素及其对土壤的影响作为土壤分类的理论基础，以成土过程和土壤属性(土壤形态、土壤物理、土壤化学、矿物及生物等)作为土壤分类的依据。土壤分类系统中分土类、亚类、土属、土种、亚种、变种、土系、土相等级。,.美国 分类的具体指标是可以直接感知和定量测量的土壤属性，土壤类型划分只根据土壤的诊断层和诊断特性。诊断层：凡是用于鉴别土壤类型，在性质上有一系列定量说明的土层。诊断特性：用于鉴别土壤类型的依据，具有定量说明的土壤性质。土壤分类系统按土纲、亚纲、土类、亚类、土族、土系级，共分出11个土纲。,（二）中国的土壤分类,1.中国土壤发生学分类 以成土因素、成土过程和土壤属性作为基础。分类系统采用土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种、变种7级，以土类和土种为基本分类单元，共分12土纲，27亚纲，60土类，234亚类。2.中国土壤系统分类 以诊断层和诊断特性作为分类的基础，以定量化、标准化为特点。,中国土壤系统分类诊断层和诊断特性,中国土壤系统分类土纲和亚纲,二.土壤空间分布规律,土壤分布的地带性规律是指广域土壤与大气和生物条件相适应的分布规律。它包括由于大气候生物条件纬度、经度及海拔高度变化所引起的土壤地带性分布规律。,（一）土壤分布与地理环境的关系 土壤是特定的历史地理因子的产物，它的形成、发展和变化与地理环境有密切关系，土壤类型随着空间转化而变化、是以三维空间（经、纬和高度）形态存在的。土壤带的三维成土分布因素函数 S=f(W*J*G）式中 S 为土壤分布特征；W 为纬度；J 为经度 G 为海拔高度,在一定区域范围内，土壤带受 W 控制则形成纬度地带性，受 J 控制则形成经度地带性、受 G 控制可形成垂直地带性，其函数式为：,三种土壤地带性中，纬度地带性是干湿度地带和垂直地带性的基础，纬度地带性和干湿度地带性共同制约着土壤水平分布规律，垂直地带性决定山地和高原的土壤分布规律，而在广阔的青藏高原之上，W、J、G共同制约着土壤地带性分布规律。,(二)土壤的水平分布规律,1.纬度地带性分布规律,太阳辐射从赤道向两极递减，气候生物等成土因子也按纬度方向呈有规律的变化，地带性土壤大致呈平行于纬线并以纬线呈带状分布。土壤纬度地带性两种表现形式：全球性的土壤纬度地带性：由北而南的冰沼土带、灰化土带和砖红壤带。区域性的土壤纬度地带性：由于地区性因素影响使有些土壤带出现间断、尖灭、偏斜，以中纬地区表现得最为典型。如中纬大陆边缘，土壤带走向与纬度偏离，由森林土壤系列组成，我国东部自北而南依次是灰土(灰化土)、淋溶土(暗棕壤、棕壤和黄棕壤)、富铝土(红壤、黄壤、砖红壤)。,2.干湿度地带性规律,由于海陆分布的态势不同，水分条件和生物因素从沿海向内陆发生有规律的变化，土壤带从沿海向内陆呈大致平行于经线的带状分布规律。一般是从沿海到内陆依次出现湿润森林土类，半湿润的森林草原土类，半干旱的草原土类及干旱的荒漠土类，以中纬度地区表现最为典型。如从我国东北到宁夏，土壤干湿度带性分布表现为淋溶土（棕壤)、均腐土(黑土、黑钙土、栗钙土)、干旱土（棕钙土、灰漠土和棕漠土)。在温暖带范围内，土壤干湿度地带性由东而西为淋溶土（棕壤、褐土）、均腐土（黑垆土)、干旱土(灰钙土、荒漠土)。,世界土壤分布的纬度地带性和干湿度带性,土壤的垂直地带性是指随山体海拔升高，热量递减，降水在一定高度内递减，超出一定高度后降低，引起植被等成土因素随海拔高度发生有规律的变化。土壤类型也相应呈垂直分带现象。三地土壤各类型的垂直排列顺序结构型式，称土壤垂直带谱。位于山地基部与当地的地带性相一致的土壤带，称为基带。除基带外，垂直带谱中的主要土壤带称建谱土带，其土类称建谱土类。土壤垂直带谱由基带土壤开始随随山体高度增高，依次出现一系列与较高纬度带(或较湿润地区)相应的土壤类型。但垂直带性不能简单地视为水平地带的立体化，垂直带并不完全与水平带等同。如垂直带中的山地草甸土带在水平带中并不是一个独立的地带性土类,（三）土壤的垂直地带分布规律,在相似的经度上从低纬到高纬垂直带谱由繁到简，同类土壤的分布高度有由高降低的趋势。如地处热带海拔1879m的海南五指山，由五个土壤垂直带谱组成；而位于温带，海拔2170m的长白山则有四个垂直带。在相似的纬度上由湿润到半湿润，半干旱及干旱地区，山地土壤垂直带谱由复杂趋向简单，同类土壤的分布高度则逐渐升高。如温暖带湿润区海拔1100m的千山有山地棕壤和山地暗棕壤两个土壤垂直带；半湿润区海拔2050m的灵雾山自下而上有褐土、淋溶褐土、棕壤、暗棕壤、山地草甸土五个土壤垂直带。在相同或相似的地理位置，山体越高，相对高差越大，土壤垂直带谱越完整。,南迦巴瓦峰是西藏林芝地区最高的山，海拔7782米,三.土壤的地域分布规律,（一）土壤的中域性分布规律 在中型地形条件下地带性土类与非地带性土类按不同地形部位呈现有规律性的组合现象,一般有枝形、扇形和盆性三种组合形式。（二）土壤的微域性分布规律 在小地形影响下在短距离内土种变种甚至土类和亚类既重复出现又依次更替的现象。,四.耕作土壤分布规律,同心圆式分布：一般以居民点为中心，距居民点愈近，受认为作用愈强，熟化程度愈高。阶梯式分布：在山地丘陵区修建梯田，耕作培肥，形成不同性质的土壤，呈阶梯状分布。棋盘式分布：平原地区，实行大地园林化，条田化、丰产方和吨粮田，使土地方整化，规格化，布局成棋盘状。框式分布：是在低洼圩区和湖荡地区，由于长期人为改造，不断挖低垫高，形成了桑（遮）基渔塘，呈框状分布。,亚欧大陆土壤分布规律 在大陆内部自北向南依次为冰沼土、灰色、森林、土黑钙土、栗钙土、棕钙土、荒漠土、高寒土、红壤及砖红壤等；在大陆西岸自北向南为冰沼土、灰化土、棕壤、褐土、荒漠土；大陆东岸自北向南依次为冰沼土、灰化土、棕壤、红黄壤、砖红壤。,五.世界土壤分布,非洲大陆土壤分布规律 以赤道为基准，向南北呈对称性地带分布依次为砖红壤、红壤、红褐土、红棕土、荒漠土。澳大利亚土壤分布规律 土壤分布呈半环状，自北、东、南三面向内陆河西部依次分布为热灰化、土红壤和砖红壤、变性土、红棕壤、红褐土、灰钙土、荒漠土。南北美洲土壤分布规律 北美洲由于西部科迪勒拉山系呈南北走向延伸，土壤表现为干湿度地带性分布，由东而西土壤类型为湿草原土、黑钙土、栗钙土、荒漠土；东部因南北走向山体不高，土壤表现为纬度地带性分布，由北至南为冰沼土、灰化土、棕壤、红黄壤。,第四节 土壤类型特征,中国土壤分类系统以诊断层和诊断特性为基础，是一个定量化、标准化和国际化的分类，既与国际接轨，又充分体现了中国土壤特色，代表了当前世界土壤分类的新方向。中国土壤分类系统把中国土壤划分出14个土纲：有机土、人为土、灰土、火山灰土、铁铝土、变性土、干旱土、盐成土、潜育土、均腐土、富铝土、淋溶土、雏形土和新成土。,第五节 土壤资源的合理利用和保护,一.土壤资源的概念,土壤资源(soil resource)是指具有农业、林业、牧业生产力的各种土壤类型的总称，是人类生存与发展过程中最基本、最广泛、最重要的自然资源之一，属于地球上陆地生态系统的重要组成部分。土壤资源具有质(土壤肥力)和量(面积)两方面内容。土地资源除了土壤以外，还包括岩石及其风化物、生物、地形、气候等自然体。土壤资源是土地资源的基础。,土壤和土地的区别：土壤资源具有一定生产力，其生产力高低除了与土壤的自然属性有关外很大程度上决定于人类的生产科学技术水平。土壤资源具有可耕性和可培育性，人类可以利用土壤的发展变化规律，应用先进技术，促使肥力不断提高，生产更丰富的产品，满足人们生活需要。土壤资源的空间存在形式具有地域分异规律，表现在时间上由季节变化的周期性，土壤性质及其生产特性也随季节变化而发生周期性变化。土壤资源位置情况有其固定性，面积有其有限性，同时具有其他资源不能代替的性质。,二.世界及我国土壤资源概况,（一）世界土壤资源概况 地球上陆地总面积约149106km2,而无冰覆盖的面积约130106km2，其中可耕地30106km2,约占陆地总面积的23%，已耕地仅有14106km2，只占陆地面积的10.7%。在世界上耕地分布很不平衡，特别是与人口的分布不相适应。如亚洲人口占世界总人口的56，而可耕地只占20。,世界各大洲土地利用状况,（二）我国土地资源概况,中国现有森林面积17491万公顷，森林覆盖率18.21，仍然是一个少林国家，林产品供需矛盾依然突出，与世界差距巨大。中国人均森林面积和蓄积量只占世界的134位和122位；森林覆盖率仅为世界平均水平的61.3，单位面积森林蓄积量仅为世界平均水平的84.8。,我国耕地总面积排世界第4，仅次于美国、印度和加拿大。人均耕地面积(1.4亩)相当于世界人均耕地面积的1/4。目前我国已经有666个市县的人均耕地在联合国确定的人均耕地0.8亩的警戒线以下。,三.土地资源开发利用中存在的问题,（一）耕地逐年减少，人地矛盾突出（二）土壤侵蚀的危害（三）土壤退化、生产力下降（四）土壤盐碱化（五）土地沙化（六）土壤污染,四.土壤资源和合理利用和保护,（一）扩大耕地面积、盘活土地存量（二）综合整治，合理布局（三）改造土壤资源的障碍因素 防治土壤侵蚀 改良盐碱土 改良沙土地 防治土壤污染 培肥土壤提高单位面积产量,