第七章土壤形成和发育.ppt

1,UNITE 2SOIL ENVIRONMENTAL PROCESSES土壤环境过程7.SoilFormation and Development 土壤形成和发育8.Soil Colloidal Chemistry and Surface Reaction土壤胶体化学和表面反应9.Soil Acidity/Alkalinity and Re-dox Reaction土壤酸碱性和氧化还原反应10.Soil Nutrient Cycling 土壤养分元素循环,2,红壤,7.1 Soil-forming factors and its functions 土壤形成因素及其在土壤发生中的作用7.2 Pedogenic processes 土壤形成过程7.3 Soil development 土壤发育,7.Soil Formation and Development土壤形成和发育,3,In later nineteenth-century Russia,V.V.Dokuchaev originally identified the principal soil-forming factors as climate,biota,parent material,relief and landscape age.,7.1.1 Soil-forming factors土壤形成因素,7.1 Soil-forming factors and its functions 土壤形成因素及其在土壤发生中的作用,又称成土因素，是影响土壤形成和发育的基本因素，它是一种物质、力、条件或关系或它们的组合，其已经对土壤形成发生影响或将影响土壤的形成。,成土因素学说,4,The influence of environment factors on soil formation was considered in a more systematic manner following the work of Jenny(1941).Soil=f(cl,o,r,p,t,(h)climate 气候 organisms 生物 relief 地形 parent material 母质 time 时间 human active 人为活动,Clorpt 函数式,5,成土因素学说的基本原理土壤是成土因素综合作用的结果成土因素具有同等重要性和不可替代性成土因素的时空分异导致土壤演化持续进行,The operation of pedogenic processesis controlled by a number of environmental factors operating through the medium of time and that these determine the type of soil produced in any particular location.,The soil-forming factors operate in combination.It is no tpossible to rank them in order of importance they are all equally important,although within any one environment certain factors may have a more dominant influence on soil formation than others.,6,地带性土壤（Zonalsoils）,At the regional and global scale,climate and biota will have a dominant influence on soil formation,and soil types can be related in general terms to bioclimatic zones.The remaining factors will then account for variations in soil formation within a particular bioclimatic zone.Zonal soils:soil varied with latitude according to climatic and vegetation conditions.Intrazonal soils:soils were more closely associated with parent material or drainage conditions.Azonal soils:soils were poorly developed,duo mainly to lack of time.,7,全球土壤-植被景观图,8,全球气温时空变化对土壤形成的影响,9,全球降水量时空变化对土壤形成的影响,10,Surfacerock weathering Weatheringcrust（风化壳）Soil,Parent material is main mineral sources of soil formation,and its nature is fundamental to many soil characteristics.,7.1.2 母质(Parent material)对土壤发生的作用,Parentmaterial（母质）,Organisms active and organic matter accumulation（pedogenic processes）,11,Definition of parent material 母质是风化壳(weathering crust)的表层，是指原生基岩(original bedrock)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。,风化壳是地壳表层的岩石经过风化后形成的疏松堆积物。,母质既不同于岩石：有初步肥力，颗粒分散，疏松多孔，有一定吸附、透水和蓄水性能。也不同于土壤：缺乏养分，几乎不含C、N，通气和蓄水不能同时解决。,12,残积母质(residual parent material)：岩石风化后，基本上未经动力搬运而残留在原地的风化物；运积母质(carried parent material)：母质经外力，如水、风、冰川和地心引力等作用而迁移到其它地区的物质。,Types of parent material（类型）,母质类型,水风冰川冰积母质地心引力重积母质（崩积物）,流水沉积湖积母质海积母质黄土母质沙丘,冲积母质坡积母质洪积母质,13,影响成土过程的速度、性质和方向 影响土壤理化性状（如养分等）岩浆岩：花岗岩形成的土壤富钾而缺磷；玄武岩形成的土壤缺钾而富磷；沉积岩：砂岩形成的土壤盐基养分较贫乏；页岩形成的土壤盐基养分较丰富。影响土壤矿物组成 影响土壤发育和形态特征(morphologicalcharacteristic)总之，成土过程进行得愈久，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。,Functions of parent material in soil formation（作用）,14,7.1.3 气候(Climate)与土壤发生的关系,母质风化气候因素 土壤水热状况 植物生长、微生物活动、有机质的合成与分解,Climate is of particular importance in terms of determining the temperature,and therefore rate,at which pedogenic processes operate,and also the availability of water,which is fundamental to many of these processes.,15,湿度（humidity）影响土壤中物质的迁移,影响土壤中物质的分解、合成和转化 温度(temperature)影响矿物和有机物质的风化、分解与合成。每增加10温度，反应速率可成倍增加。,温度和湿度的共同影响（交互作用）实际上水热两因子是共同作用着的，只有两者互相 配合，才能促进土壤的形成发展。,气候的影响,16,土壤剖面发育与气候湿润度的关系图,17,土壤地带性(soil zonality)纬度地带性：在东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依次为暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、红壤和砖红壤经度地带性:在温带，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。垂直地带性:山区土壤呈与海拔高度相对应的带状分布规律土壤是气候变化的记录者 气候的变化往往在土壤性质中可以得到体现，所以我们可以通过研究古土壤的性质，来追朔过去的气候。,气候变化(climatic change)与土壤形成,18,Biota are influenced to a large extent by climate,but they also have a direct effect on soil formation via rates of organic matter addition and decomposition,and the type of material involved.They can also influence weathering and the transfer of soil components in solution and by mechanical mixing.,7.1.4 生物因素(Biota)在土壤发生中的作用,生物因素是促进土壤发生发展最活跃的因素。生物（植物、土壤动物和土壤微生物）在土壤形成过程中起主导作用：把太阳能引入成土过程,使营养元素在土壤积聚,产生腐殖质,形成土壤团粒结构,改善母质理化性质,形成具有肥力的土壤。一定意义上，没有生物因素的作用，就没有土壤的形成。,19,生物群落及其对成土过程的作用图式,20,植物(vegetation)的作用能量转换(conversion of energy)及有机质形成 太阳能化学能(潜能)矿物质富集作用(enrichment)及有效化 把分散在母质、水体和大气中的营养元素有选择地吸收起来，同时伴随着矿质营养元素的有效化。促进土壤形成及结构体的发展 植物根系分泌有机酸，通过溶解和根系挤压作用破坏矿物晶格，改变矿物的性质，促进土壤形成；并通过根系活动，促进土壤结构发展。,21,Litter input rates for different ecosystems,22,不同植物作用下形成土壤的有机质垂直分布比较(据熊毅，1990),23,自然植被和水热条件的演变，引起土壤类型的演变 由东北往华南的森林植被和土壤的分布依次为：针叶林(棕色针叶林土)针阔混交林(暗棕壤)落叶阔叶林(棕壤)落叶常绿阔叶林(黄棕壤)常绿阔叶林(红壤、黄壤、赤红壤)雨林、季雨林(砖红壤),北南,24,微生物(microorganism)的作用分解有机质，释放潜能和养分参与腐殖质形成，增强土壤肥力生物固定大气中的N分解矿物，促进土壤物质的溶解和迁移土壤动物(soil animal)的作用参与有机体的分解，破碎；腐殖质的形成疏松土壤，搬运土壤参与土壤团粒结构的形成,25,Relief influences soil formation via influence the movement of material on slopes and control on drainage,which can affect transformation,transfers and losses.High slope angles will encourage downslope movement and rapid drainage,whereas low slope angles will limit these processes and can therefore give rise to such as peat accumulation and gleying.,7.1.5 地形(relief,landform)与土壤发生的关系,地形 主要是影响水热条件及母质的再分配，进而影响土壤的形成.,26,Relationship between relief and parent material 地形与母质的关系 地形对母质起着重新分配的作用，不同的地形部位常分布有不同的母质。山地上部或台地上，主要是残积母质(residual material)坡地和山麓地带的母质多为坡积物(slope wash)；在山前平原的冲积扇地区，成土母质多为洪积物；河流阶地、泛滥地和冲积平原、湖泊周围、滨海附近地区，相应的母质为冲积物、湖积物和海积物。,27,Relationship between relief and water or temperature condition 地形与水热条件的关系地形对水分状况的影响(湿润地区尤为重要)地形支配地表径流，影响水分重新分配，决定地下水的活动；坡面形态(光滑或粗糙,凹面或凸面)对水分状况影响很大；地形的差别还可导致地形雨(geographical rain)地形影响地表温度 不同的海拨高度、坡度和方位对太阳辐射能吸收和地面散射不同，例如南坡常较北坡温度高。,28,Relationship between relief and soil development 地形与土壤发育的关系地形对土壤发育的影响，山地表现尤为明显 山地地势高、坡度大，切割强烈，水热状况和植被变化大，因此山地土壤有垂直分布的特点。地形发育(地形受地质营力的作用也在不断发生变化)也对土壤发育带来深刻的影响 由于地壳上升或下降，影响土壤侵蚀与堆积过程及气候和植被状况，使土壤形成过程、土壤和土被发生演变。,29,河谷地形发育对土壤形成、演化的影响示意图,随着河谷地形演化，不同地形部位上，可构成:地带性土(zonal soil)(高级阶地 higher terrace)半水成土(semi-aquatic soil)(低级阶地 lower terrace)水成土(aquatic soil)(河漫滩 flood land),高低,30,Time does not exert a direct control on soil formation,but is the medium through which all the other environmental factors operate,and its role in soil formation is integral to the understanding of soil-forming environments.Soils generally become more developed through time with the progressive operation of pedogenic processes.After a certain period of time,soils may reach an equilibrium condition,when they can be said to be fully developed.,7.1.6 成土时间(Time)对土壤发育的影响,时间因素对土壤形成没有直接作用，但可体现土壤的发育程度。,31,土壤年龄(soil age)土壤年龄是指土壤发生时间的长短和发育的程度。绝对年龄(absolute age)：土壤在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（年）；相对年龄(relative age)：土壤的发育阶段或发育程度。土壤剖面发育明显，土壤厚度大，发育度高，相对年龄大；反之相对年龄小。通常说的土壤年龄是指土壤发育程度，而不是年数，即所谓的相对年龄。,32,土壤形成速率和所需的时间母质和环境条件差异会影响风化和土壤形成的速率 土壤发育速率随时间的变化而变化 一般当土壤处于幼年阶段时，土壤的特性随时间变化很快，但随着成土年龄的增加，速率渐渐转慢，且不同的成土过程在时间上的变化强度也是不同的。不同地区、类型的土壤，形成的时间有很大的差异,短的需要几百年，长的需要上万年。,33,土壤形成的阶段性 热带地区(tropic region)土壤形成分为5阶段（Mohr&Van Baren)初期(early days)：未风化的母质；青少年期(adolescence)：风化已经开始，但许多母质物质仍保留在土壤中；壮年期(mature period)：易风化的矿物大部分已分解，粘粒明显增加；老年期(senility)：矿物分解处于最后阶段，少数强抗风化原生矿物被保存；最后阶段(final stage)：土壤发育完成，原生矿物彻底风化,34,人类活动具独特作用，与其它因素有本质区别：人类活动对土壤的影响是有意识、有目的、定向的。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。人类活动的影响可通过改变各自然因素而起作用，并可分为有利和有害两个方面。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。,7.1.7 人类活动对土壤发生演化的影响,35,36,Summary,Soil-forming factors土壤形成因素Climate 气候Biota(organisms)生物Relief 地形Parent material 母质Time 时间Human active 人为活动,37,7.2 Pedogenic processes 土壤形成过程一、土壤形成过程中的物质循环MaterialcyclesinSoil-formingprocesses土壤形成是一个综合性的过程，它是物质的地质大循环与生物小循环矛盾统一的结果。地质大循环Macro-geologicalcycle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，是地球表面恒定的周而复始的大循环。特点：涉及空间大，时间长，植物养分元素不积累。,38,特点：涉及空间小，时间短，可促进植物养料元素的积累，使土壤中有限的养分元素发挥作用。地质大循环和生物小循环的关系Relationshipsoftwocycles,macro-geologicalcycle,micro-biologicalcycle,soil,生物小循环Micro-biologicalcycle植物营养元素在生物体与土壤之间的循环。,39,二、土壤发生中的基本成土作用,40,Surface rock weathering Weathering crust organisms active and organic matter accumulation Soil,Soil-forming(Pedogenic)processes,三、土壤发生中的主要成土过程,41,7.3 Soil development 土壤发育,土壤发育是指地壳表面的岩石风化体及其再积体，接受其所处的环境因素的作用，而形成具有一定剖面形态和肥力特性的土壤。土壤的个体发育Individual development of soil 具体的土壤从岩石风化产物(weathering product)或其它新的母质上开始发育的时候起，直到目前状态真实土壤的具体历程。它只涉及到土壤的个体（即具体的个别土壤）。,42,Redsoil红壤,43,土壤的系统发育Systematic development of soil 土壤发生类型在漫长地质时期内的发生和发展过程。土壤既是独立的历史自然体，也是整个地表的自然要素。土壤是独立的而不是孤立的，具有自身特殊的发生规律，但这种发展不是孤立地进行的，而是与周围的外在环境条件相互发生作用，辩证地发展着。在漫长的地质时期内，土壤与环境之间的不断作用过程，也是新的土壤类型不断产生的过程。,44,土壤剖面(soil profile)：从地面向下直到土壤母质的垂直切面，具有若干个大体与地面平行的土壤发生层。,土壤剖面、发生层和土体构型Soil profile,horizon and pedon pattern,土壤发生层(soil horizon)：土壤形成过程中所形成的具有特定性质和组成的、大致与地面平行的，并具有成土过程特性的层次。,土体构型(pedon pattern)：各土壤发生层在垂直方向上有规律的组合和有秩序的排列状态。,土壤性质的内在综合表现为肥力，而其外在特征则反映于土壤剖面的形态、发生层或土体构型上。,45,Redsoil红壤,Yellowsoil黄壤,发育完全的土壤剖面有3个发生层：淋溶层（A层）淀积层（B层）母质层（C层）,46,反映土壤风化发育的标准,土壤的风化发育度可根据土壤的形态特征、微形态特征、矿物风化程度及一些物理化学指标加以确定。,47,本章小结,一、名词解释,地质大循环 生物小循环 土层 成土因素,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斗争的统一?试分析五大成土因素之间相互关系?3.母质因素会影响土壤的哪些性质?4.为什么说没有生物的发展，就没有土壤的形成?,