第六章讲稿土壤圈

第六章土壤圈

大气圈、水圈和岩石圈是地理环境中无生命的圈层，而土壤圈和生物圈则是地理环境中具有类生命和生命性质的圈层。从地球演化历史方面考察，这后两个圈层形成较晚，属于地理环境中比较“年轻”的成员，在进化阶段上，土壤比生物低级，其结构和功能比生物体亦简单得多。土壤通是指位于陆地表层和浅水域底部，由有机物质和无机物质组成的、具有一定肥力而能够生长植物的疏松层，其厚度一般为1～2m以内。土壤有地球表面所构成的覆盖层称为土壤圈或土被层。

现代土壤科学不但研究土壤类型的组成、性质及其与各成土因素之间的关系，还将土壤圈内部的物质迁移转化过程及与地球其他圈层之间的物质交换过程、速率、机制及其相互影响作为研究重点，以便为保持和改善人类生存环境、发展农林牧业生产和全球变化研究服务。

第一节土壤的组成和性质

一、土壤剖析

（一）土壤剖面、单个土体和聚合体

自然界的土壤是一个时间上处于动态、空间上具有垂直和水平方向上各异的三维连续体，因此，认识和研究土壤需从具体的土壤剖面及单个土体划分及其剖析入手。

1．土壤形态特征

从地面垂直向下至母质的土壤纵断面称为土壤剖面。土壤剖面中与地面大致平行的物质及性状相对均匀的各层土壤，称为土壤发生层，简称土层，土壤发生层是土壤剖面的基本组成单元，如图6.1所示。奥地利土壤学家库比纳（Kubiena）早在1953年就提出了A、B、Bh、B／C、C和G土壤发生层，根据这些土层的组合将土壤划分为(A)—C、A—C、A—（B）—C、A—B —C、B／A—B—C型5种土壤。后来这一观点得到发展和进一步的完善，并构成了土壤形态发生学的基础。在土壤剖面之中土层的数目、排列组合形式和厚度，统称为土壤剖面构造或土体构型，它是土壤最重要的形态特征。

依据土壤剖面中物质迁移转化和累积的特点，一个发育完整的土壤剖面可以划分出三个最基本的土壤发生层，即A、B、C层。在同一土壤剖面中的每个土层与其上下相邻的土层之间，在土壤颜色、结构体、质地、有机质含量等方面具有明显差别，这种差别也是逐渐变化的。但是对某一类型的土壤而言，它具有特定的典型土壤剖面构型。

2．聚合土体

由于土壤无论在时间和空间上均是呈连续状态存在的，故土壤科学的学习与研究总是首先从土壤剖面观察、采样及化验分析入手，以了解土壤的物质组成、性状及其与成土环境的关系。土壤剖面的立体化就构成了单个土体（图 6.1）。单个土体是土壤的最小体积单位，单个土体

的形状大致为六面柱状体，根据土壤剖面的变异程度，单个土体的水平面积一般为1.10 m2。在空间上相邻、物质组成和性状上相近的多个单个土体便组成聚合土体。聚合土体相当于土壤系统分类中的基层单元中的土系，是一个具体的土壤景观单位，它经常被作为土壤野外调查、观察、制图及其研究的重要对象。

土壤形成的周期非常漫长，多数土壤经过了数千万年的发育历史。J．Thorp（1965）曾指出，经过7 000～10 000年的发育时间，冰碛物上的土壤仍处于原始阶段。据报道，在石灰岩上形成2.5 cm厚的细土层，大约需要240～500年的时间。相对于人类社会来说，土壤资源也可以被认为是不可再生资源，它一旦遭到破坏，很难恢复。所以我们要十分珍惜土壤资源，合理开发利用和保护土壤资源。

土壤肥力是指土壤为植物生长发育供应、协调营养因素（水分和养分）和环境条件(温度和空气)的能力。虽然植物生长所必需的基本因素即光能和热量主要来源于太阳辐射，空气（主

要为O

2和CO

2

）取自大气圈，而水分和养分却主要通过根系从土壤中吸取。植物之所以能立足

于自然界经历风雨而不倾倒，也是由于其根系伸展在土壤圈之中，并从中获得土壤机械支持的缘故。土壤肥力及其生产力是农林牧业生产的基本保证，农林牧业生产过程包括植物性生产和动物性生产两个基本部分，其基本功能是为人类社会提供充足的食物和纤维等生活必需品。土壤不仅是植物生产的基本生产资料和基础，也是动物生产的基础，因为任何养殖业均以植物作为饲料，动物只能利用绿色植物通过光合作用合成的有机物之中的化学能和营养物来维持其生命活动。常言道“万物土中生”，就是这个道理。人们通过改良、合理开发与持续利用土壤资源以提高农林牧业的生产力，如开垦荒地、平整土地、耕作施肥、灌溉排水等。于是作为历史自然体的土壤便在人类活动的影响下，逐渐向肥力更高的耕作熟化土壤方向演化，使土壤最终成为人类劳动的产物。一般来说开垦之前的土壤是在自然因素综合作用下形成的，称为自然土壤；自然土壤在被开垦利用之后，土壤虽仍然受自然因素的作用，但同时也承受人类活动的影

图6.1 土壤剖面、单个土体和聚合土体

响，人类通过有意识地改变土壤与地理环境要素之间的物质能量迁移转化过程，直接参与了土壤的发育过程，使自然土壤发育成为耕种土壤。因此，影响土壤圈演化的因素除了自然成土因素之外，人类活动也是其重要因素。人类活动的介入使土壤圈演化进入了新的阶段。当人类开发利用合理时，土壤肥力会不断提高，反之，则会引起土壤退化，如土壤侵蚀、土壤风蚀沙化、土壤次生盐碱化、土壤污染等。

（三）土壤自净能力

土壤自净能力是指土壤对进入土壤中的污染物通过复杂多样的物理过程、化学及生物化学过程，使其浓度降低、毒性减轻或者消失的性能。有的学者也称这种能力为净化器的功能。土壤自净能力包括以下几类：

1．物理自净

即通过扩散与稀释、淋洗、挥发、吸附、沉淀等使土壤中污染物浓度或者活性降低的过程。

2．化学自净

即通过氧化还原、化合分解、酸碱反应、络合与螯合等过程，使土壤中污染物浓度或者活性降低、毒性减小或者消失的过程。

3．物理化学自净

即通过土壤胶体的吸附、解吸和凝聚等物理化学过程，使土壤中污染物浓度或者活性降低、毒性减小或者消失的过程。

4．生物自净

即指通过生物生理代谢，即生物降解与转化作用使土壤中污染物的浓度或者活性降低、毒性减少或者消失的过程。故土壤具有容纳消化污染物的性能（即土壤环境容量）。

但土壤的自净性能是有限的，如果利用不当就会导致土壤自净性能的衰竭以至丧失。由于现代工业生产排放大量工业“三废”（废渣、废水和废气），大都市所排放的大量生活污水不断渗入土壤；现代农业高强度施用化肥和化学农药，已经对区域土壤环境产生了深刻的影响，导致土壤自净能力衰竭以至丧失，形成日益严重的土壤污染。土壤污染不但直接影响到农副产品的品质，威胁人类的健康与安全，而且也会影响土壤的“净化器”功能，妨碍土壤维护和改善人类生存环境质量的重要作用。因此，预防土壤污染，开发修复被污染土壤的新技术等也成为现代土壤科学研究的新课题。

（四）土壤圈的特征

土壤圈下部同岩石圈和水圈相接触，上部与大气圈和生物圈相接触，处于岩石圈、大气圈、水圈、生物圈四大地理圈层的交接部位，各圈层之间的物质和能量交换大都通过土壤中转，因此土壤圈对四大圈层的组成、性质具有重要影响作用。例如，大气降水首先落到土壤上，然后通过土壤渗透才能到达地下水，在渗透过程中土壤中的一些可溶性物质可以进入地下水，从而

影响地下水的化学组成和性质。再如，土壤中的有机物质在分解过程中可以产生CO

2、CH

4

等气

体，它们散逸到大气中后可以引起气温上升，进而引起一系列自然地理系统的变化。

土壤圈处于人类、大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的界面与相互作用交叉带是联系有机界与无机界的中心环节，也是结合地理环境各组成要素的纽带。土壤圈与大气圈相互作用结合形成了土壤空气；与水圈相互作用结合形成了土壤溶液；与岩石圈相互作用结合形成了土壤矿物；与生物圈相互作用结合形成了土壤生物；与四大地理圈层及人类共同相互作用下形成了土壤肥

力。

土壤圈是绿色植物生长的自然环境，地球上每年有550×lO8t的植物有机体在这一环境中形成和分解，其中90％转入气相，10％则转化为中间产物保存在土壤圈中，其富集的灰分物质每年近10×lO8t，与此同时，由于径流的溶解作用，每年约有3××lO8t的物质被注入江河大海。这足以说明土壤圈物质循环在全球物质循环中的重要地位和作用。在大气圈、水圈、生物圈、岩石圈与土壤圈相互作用的界面上，新的土壤在不断地形成；同时已有的土壤又不断地被剥离、搬运和堆积，这种错综复杂的耦合关系形成了土壤圈物质循环的基本轮廓。另外土壤圈在保蓄水分、供给水源、净化水质、保持陆地生物多样性，以及净化有机废弃物等方面具有广泛的生态环境功能。

土壤是反映环境的一个信息系统和信息载体，土壤的空间构型、诊断土层、形态特征、物质组成及其理化性状，都记录着地理环境变迁的历史，它们能提供历史时期地理环境要素和人类活动的信息。土壤圈作为地理环境变化的记录体具有以下特性：

1．广泛性和相对稳定性

即土壤广泛分布于地球陆地表层，易于发现和采集；一般来说土壤形成发育过程中的物质空间运动范围较地质地貌过程小，故区域性较强。

2．综合性和聚集性

即土壤是成土因素综合作用的产物，一种土壤记录不可能专一地反映某一种环境变化现象，它反映的是成土环境之综合作用，因而使土壤记录的环境信息具有综合性。反之。一种地理环境要素的变化不可能仅引起特定土壤记录体发生变化，而会引起多种土壤记录体的变化，这构成了土壤记录信息的聚集性。因此，可从多方面对土壤进行解剖，以得到更多更综合的信息。

3．滞后性

即土壤各相(固、液、气)及土壤生物有机体对地理环境变化的反应具有不同的速率，可用特征反应时间(CRT)即某个土壤性状达到与环境条件准平衡所需要的时间来表示。一般地讲，气相约10-3～10-1年；液相约10-2～100年；土壤生物约10-2～～10-1年；固相约100～106年，其中土壤固相是重要的环境记录体。将土壤性状信息解译成环境变化信息将是土壤地理学家和环境学家的共同任务。

二、土壤的组成

土壤由矿物质、有机质、活的生物体、土壤溶液和土壤空气五种成分组成。按重量计，土壤矿物质一般占95％左右，有机质占5％左右。若按容积计，土壤矿物质一般占38％～45％，有机质占5％～12％，两者共占50％左右；土壤液相和气相共占50％左右，并且两者相互消长。可见土壤是一种疏松的物质体系。

(一) 土壤的无机组成

1．矿物质的组成

矿物质是土壤中最基本的组分，重量占土壤固体物质总重量的90%以上。矿物质通常是指天然元素或经无机过程形成并具结晶结构的化合物。地球上多数土壤矿物都来自各种岩石，例

如花岗岩中的石英、云母、正长石和斜长石等，这些矿物经物理和化学风化作用从母岩中释放出来，就成为土壤矿物质和植物养分的主要来源。

土壤矿物质按其成因类型可分为原生矿物和次生矿物两类（表 6.1）。土壤原生矿物是指由岩浆岩、变质岩和某些沉积岩仅经过物理风化，破碎变小后残留下来的矿物，这些矿物的组成和性质与原岩中的同类矿物完全相同。原生矿物是土壤矿物质的主体，大多数是抗风化能力较强的石英和长石类矿物，颗粒一般较大。土壤次生矿物是指原生矿物的风化产物在一定条件下重新形成的矿物。这类矿物包括简单盐类、氧化物(氧化铁、氧化铝、氧化锰、次生氧化硅等)和次生铝硅酸盐，其中次生铝硅酸盐是土壤次生矿物的主体。

表6.1 土壤中的主要原生矿物和次生矿物

土壤次生铝硅酸盐的种类很多，但最主要的是高岭石、蒙脱石和伊利石。这些矿物的颗粒都很小，可缩性和黏结性等胶体性能比较明显，故也称之为黏土矿物。在显微镜下观察，次生铝硅酸盐晶体呈薄层片状，其主要化学成分是Al、Si和O等，所以又称为层状铝硅酸盐。不同类型的次生铝硅酸盐具有不同的层状构造，也表现出不同的性质，高岭石、蒙脱石和伊利石的主要性质见表6.2。

表6.2 高岭石、蒙脱石和伊利石的主要性质比较

2．矿物质的变化

土壤矿物质的种类和数量始终处于两个截然相反的变化过程之中：一方面是矿物质的风化

分解，由大颗粒变为小颗粒，或由不溶性矿物变为易溶性矿物，或由难移动性矿物变为可移动性矿物的过程；另一方面是风化产物重新合成新矿物，由小颗粒变为大颗粒，或由易溶性矿物变为不溶性矿物，或由可移动性矿物变为难移动性矿物的过程。不管哪一个过程都与矿物所处的环境条件有关。

关于岩石和矿物的风化过程详见第五章第一节有关内容。下边仅介绍黏土矿物的形成与变化。

黏土矿物是原生矿物在风化过程中所形成的分解产物经过相互絮凝、与环境物质相互吸收和交换等过程重新合成的新矿物。原生矿物分解产物中的SiO

2

带负电荷，当遇到带正电荷的

Al（OH）

3和Fe（OH）

3

时便相互絮凝，形成非晶质次生矿物。在碱性或干旱环境中，非晶质次

生矿物吸收K+等盐基离子，易形成晶质蒙脱石或伊利石；在高温多雨的环境中，经过结晶易形成高岭石。由此可以看出，黏土矿物的形成与环境条件密切相关，不同自然地理区域中出现的主要黏土矿物类型不同（图5.2）。

（二）土壤有机质

1．有机质的组成

根据成因和复杂程度，土壤有机质可分为普通有机质和腐殖质两类。普通有机质是一类比较简单的、有机化学界已经研究得比较清楚的有机化合物。土壤普通有机质的种类很多，如碳水化合物（单糖、双糖和多糖），各种有机酸(脂肪酸中的草酸、甲酸、柠檬酸等及芳香族酸中的原儿茶酸、香草酸、咖啡酸等)，木质素，各种含氮、磷、硫的有机化合物（蛋白质、氨基酸、核酸等）以及其它有机化合物（树脂、单宁、鞣质等）。土壤普通有机质直接来源于动植物残体和微生物残体，是土壤生物的食物和能量源泉，分解后可为植物提供养分。

腐殖质是土壤普通有机质的分解产物经缩合或聚合重新形成的一类复杂的有机化合物。腐殖质是土壤有机质的主体，约占有机质总量的50％～65％。腐殖质主要由胡敏酸和富里酸组成，两者约占腐殖质总量的60％。胡敏酸和富里酸的性质差异很大，且对土壤性质有重要影响（表6.3）。

表6.3 胡敏酸和富里酸的性质比较

2．有机质的转化

土壤有机质的转化是指在土壤生物的作用下所发生的土壤有机质存在形态之间的变化。土

壤生物特别是土壤微生物是土壤有机质转化的主要动力因素。土壤微生物数量大而且种类很多，是有机质分解转化的主力军。据统计，每克土壤中至少有数千万个微生物，最多可达10多亿个，每公顷微生物量可达5.8 t。土壤微生物是通过分泌一种叫做“酶”的物质对土壤有机质进行分解转化的。土壤酶是一种生物催化剂，具有高度的专一性。也就是说，种微生物能分泌一种特殊的酶，而一定的酶又能参与一定的生物化学反应。在微生物的作用下，土壤有机质的转化有两个不同的方向：一是土壤有机质的矿质化过程，二是土壤有机质的腐质化过程。

土壤有机质的矿质化过程是指土壤普通有机质和腐殖质在微生物的作用下，分解成简单的有机化合物，或最终形成简单无机盐类的过程。有机质矿质化的速度与有机质本身的组成和环境条件有关。有机质组成越复杂，分解速度就越慢。在氧化条件下，分解速度快，形成的中间

产物少，最终产物是无机盐类、CO

2和H

2

O等，不利于有机质的积累。相反，在还原条件下，

分解速度慢，形成的中间产物多，有利于有机质的积累。

土壤有机质的腐殖化过程是指在微生物的作用下，土壤有机质的一些分解中间产物重新缩合或聚合成复杂腐殖质的过程。一般认为，该过程分两个阶段进行：一是在微生物分解有机残体过程中形成腐殖质的组成原料，如酚类化合物、氨基酸和多酞等；二是这些腐殖质的组成原料经过多次缩合和聚合形成复杂的腐殖质分子。在湿润的森林条件下易形成富里酸，在较干旱的草原条件下易形成胡敏酸。

（三）土壤水分

1．土壤水分形态类型及水分常数

任何土壤或多或少都含有一定数量的水分，其存在状态可分为液态水、气态水和固态水。其中固态水不能移动，也不易被植物吸收利用；气态水虽然可以在土壤孔隙中发生扩散运动，但也不能被植物吸收利用；液态水的绝大部分既可以运动也可以被植物吸收利用，是土壤水分的主要形态类型。每一种土壤水分形态类型达到最大时的含水量叫水分常数。土壤液态水的存在状态又可分为以下四种类型(图6.2)。

（1）吸湿水它是气态水分子在分子引力和静电引力的作用下吸附在土壤固相颗粒表面的水分（图6.2a）。吸湿水的水分子与土壤固相表面之间的结合力非常大（大约是3.14×106～1.Ol ×109Pa)，水分不能自由移动，不能被植物吸收利用。当土壤吸湿水含量达到最大时的含水量称为吸湿系数或最大吸湿水含量。

（2）膜状水它是吸附在吸湿水外层的水分，呈水膜状态包裹在土壤固相颗粒表面(图6.2b)。膜状水的水分子与土壤固相表面之间的结合力比吸湿水要小(大约是6.33×105～3.14×106Pa)，所以膜状水在一定条件下能够移动且被植物吸收利用。但是膜状水黏滞性强，移动缓慢，不能有效补充植物所需水分，植物利用受到一定限制。当土壤膜状水含量达到最大时的含水量称为最大分子持水量。当植物缺水出现永久性萎蔫(即经过蒸腾量最小的夜间仍不能恢复失去的膨压)时的土壤含水量叫萎蔫点或凋萎系数，它介于最大分子持水量和吸湿系数之间。

（3）毛管水它是在毛管力作用下吸附保持在土壤毛管孔隙中的水分（图 6.2c）。所谓毛管孔隙是指土壤中孔径O.001～1mm的孔隙。存在于毛管中的液体在毛管力的作用下，可以沿毛管运动一定距离并保持在毛管孔隙中，而不因重力的作用流出。这种现象称为毛管现象。根据水源和运动方向不同，毛管水可分为毛管上升水和毛管悬着水两种类型。毛管上升水是指地下水沿毛管上升并保持在毛管孔隙中的水分，毛管悬着水是指在降水或灌溉后水分沿毛管下降并保持在毛管孔隙中的水分。毛管水受力较小（大约是 3.38×104～6.33×105Pa），可以流动，能顺利地被植物吸收利用，又能在土壤中保持较长时间，因此是土壤中最有效的水分。当土壤毛管水含量达到最大时的含水量叫毛管持水量或最大毛管持水量，其中当毛管悬着水含量达到最大时的土壤含水量称田间持水量，它反映了某种土壤能够最大保持水分的能力。

（4）重力水土壤毛管孔隙充满水分之后，倘若水分进一步增加，那么土壤非毛管孔隙中也可存在一定数量的水分。像这种存在于非毛管孔隙中，能在重力作用下向下移动或沿坡侧渗的水分叫重力水。重力水受到的引力为零，可以被植物吸收利用，但在大多数情况下，重力水不能在土壤中保存很长时间，属多余水分。只有当地下水位很浅或出露地表时，或土壤下部有隔水层存在时，土壤毛管孔隙和非毛管孔隙才能被水分全部填充，达到饱和状态（图6.4d）。此时的土壤含水量叫土壤饱和持水量或最大持水量。

2．土壤水分的有效性

所谓有效性是指土壤水分能够被植物吸收利用的性能，通常用土壤有效水分含量来表示。通常人们根据土壤水分类型来分析水分的有效性，认为介于田间持水量与萎蔫点之间的土壤水分既可以保持在土壤中，又可以被植物顺利吸收利用，是土壤有效水分。因此，土壤有效水分含量的计算如下：

土壤有效水分含量=田间持水量－萎蔫点

土壤有效水分含量的大小与其矿物质粗细程度密切相关（表 6.4），随着黏粒含量增加，田间持水量和萎蔫点增加的幅度不同。当土壤矿物质粗细程度中等时，有效水分含量最高，偏粗或偏细土壤有效水分含量都下降（图6.3）。

对于任一给定土壤来说，土壤有效水分含量都不是一个定值。土壤水分有效性大小还与土壤导水性质、水分扩散性质、植物根系分布深度、有效根密度以及水分蒸腾的气象条件等都有密切关系。对于一定含水量的土壤来说，植物蒸腾越强烈，植物吸水能力就越强，给定水量的有效份额就越大。

表6.4 土壤水有效性与土壤质地的关系（30cm土层内)

（四）土壤空气

1．土壤空气的组成

由于土壤空气主要来源于近地面大气，部分来源于土壤生物活动产生的气体，因此土壤空气与近地面大气相比既有相似之处又存在着差异。相似之处在于，土壤空气和大气的主要气体

成分都是由N

2、0

2

和C0

2

组成的。差异之处主要表现在三个方面：首先，土壤空气是不连续的。

由于不易交换，局部孔隙之间的空气组成往往不同。其次，0

2和C0

2

的体积比不同，大气C0

2

含量为0.03％，而土壤空气中含量很高。据研究(B.A.柯夫达，1973)，土壤表层15～30cm土

层空气中C0

2含量高达0.3％～8.0％，土壤下层空气中C0

2

含量更高，可达10％～19％。大气

2

含量在21％左右，而土壤空气中含量较低，变化于15.10％～20.65％之间。第三，土壤空

气中含有较多的CH

4、N

2

0、NO、CO、H

2

S、H

2

、醇类等气体。出现上述差异主要是土壤生物及根

系的呼吸作用消耗0

2而排放C0

2

，以及微生物在分解有机质的过程中易产生温室气体和还原性

气体等的缘故（表6.5）。

图6.3 土壤矿物质粗细程度与有效水分含量的关系

表6.5 不同地点表土空气成分与大气空气成分的比较（体积%)

土壤通气性在很大程度上取决于土壤的孔隙度、孔隙分布以及充水孔隙的比例。孔隙度高的土壤在水分长期过多时通气性也会很差，而中等以下孔隙度的土壤在水分适宜和孔隙大小适中时，其通气性也相当好。一般认为既能维持土壤和大气间经常的气体交换，又具有较高的有效水分含量和土壤溶液含量的壤土，最适宜于植物的生长。

2．土壤呼吸作用

土壤不断从大气中获得新鲜O

2，而将其本身所含的CO

2

等温室气体和还原性气体排放到大

气中的过程称为土壤的呼吸作用。土壤和大气间的气体交换主要是通过土壤空气与大气之间个

别气体成分的扩散作用完成的。例如大气中O

2分压高，土壤空气中O

2

分压低，这就形成从大

气指向土壤的O

2分压梯度，造成大气中的O

2

不断向土壤孔隙扩散。与此相反，土壤中的CO

2

、

CH

4、N，O、NO、CO、H

2

S、H

2

和醇类等气体则向大气扩散。

3．土壤空气对全球变暖的影响

最近一二十年来，人们对土壤痕量温室气体向大气扩散导致大气温室气体上升问题非常关

注。自工业革命以来，大气中CO

2、CH

4

、N

2

O、NO等温室气体含量的上升、全球变暖已成不容

争辩的事实。土壤既是温室气体的“源”又是“汇”。

大气中的CO

2

被植物固定之后，相当一部分的碳以有机质的形式保留在了土壤之中，土壤也可吸收一定数量的其它大气温室气体；另一方面土壤痕量温室气体向大气扩散是大气温室气体的重要来源之一。在自然状态下，土壤温室气体的源与汇是平衡的。近一二十年来由于土地利用和土地覆盖变化(LUCC)打破了源与汇的平衡，使源的性质明显地表现了出来。据研究(B.G.Rozanov，1990)，在人类活动明显作用于土壤之前，全球土壤中储存的有机碳为 1.7×

1015 kg，目前已下降到1.4×1015 kg，土壤有机质的下降已使大气中CO

2

浓度上升了近140ppmv。

有人估计(N.Van Breemen，1990)，每年由土壤向大气排放的CO

2

为2×1011～9×1011kg，土壤

向大气释放的CO

2占全球释放总量的5％～20％。全球稻田CH

4

年排放总量为60×1012～170×

1012g，占全球年排放量的20％左右。全球土壤每年排放N

2

0为7.5×1012g，占总排放量的53.6％。可见土壤在全球变暖中的作用是不容忽视的，应引起科学界的高度重视。

三、土壤性质及其肥力意义

（一）土壤物理性质

1．土壤质地

任何土壤的矿物质颗粒大小都不是均匀一致的，有些土壤大颗粒多一些，有些土壤小颗粒

多一些。为了研究方便，通常根据土壤矿物质颗粒粒径大小将土壤矿物质颗粒划分出不同的级别，如砾石、砂粒、粉砂粒和黏粒等。这些级别在土壤学上称为粒级。各粒级的划分标准如下（粒径：mm ）：砾石 > 2，极粗砂2.0～1.0，粗砂1.0～0.5，中砂0.5～O.25，细砂O.25～0.1，极细砂0.1～0.05，粉粒0.05～0.002，黏粒

（1）砂质土类 砂质土类是指以砂粒为主的土壤，通常砂粒含量在70％以上。由于颗粒组成粗大，相应的空隙也较大，排水和通气条件良好。但也有保水和蓄肥能力弱的缺点，土体多呈松散状态，结构性不强。砂质土壤中还可以区分出两种具体的质地类型：砂土和壤砂土。 （2）黏质土类 黏粒占优势的土壤属于黏质土类，黏粒的含量一般不低于40％。由于黏质土的颗粒细小，具有巨大的表面积，所以对水分和养分有很强的保持力。黏质土中虽然空隙较多，但都属于小空隙。水、气的运动缓慢，排水和通气状况不佳。黏质土通常有较强的黏结性和可塑性；而且湿时黏着，干时硬结，胀缩幅度较大。黏质土类中根据所含砂粒和粉砂的比例，可分出黏土、砂质黏土和粉砂黏土三个具体类型。

（3）壤质土类 壤质土可以看作是砂粒、粉砂粒和黏粒三者在比例上均不占绝对优势的一类混合土壤。兼有砂质和黏质土壤的一些特性，并调和了它们的一些不利因素。因此是一种物理性质介于砂土和黏土之间的土壤。大多数农业价值较高的土壤都属于壤质土。 2．土壤结构性

图6.5 土壤质地分类三角表

图6.4 土壤的粒相分析

通常所说的“土壤结构”实质上包括两方面的涵义：一是土壤结构体，二是土壤结构性。土壤结构体是指各粒级的土粒在各种胶结力和胶结物质以及外力的作用下相互团聚所形成的大小不等、形状各异的土粒复合体。胶结力有静电引力、分子引力、毛管力等，胶结物质有黏土矿物、腐殖质等，外力包括干湿交替缩胀力、冻融交替胀缩力、植物根系生长压力等。依据形状，可把土壤结构体分为六种基本类型(图6.6)：

团粒结构体：在三维空间等距离发育，呈球状，棱角和边面不明显，多见于有机质含量较高的表土层。

块状结构体：在三维空间等距离发育，外形不规则，棱角和边面不明显，多见于有机质含量较低的表土层。

核状结构体：在三维空间等距离发育，外形不规则，棱角和边面明显，多见于有机质含量较低的黏质土壤中。

柱状结构体：在三维空间沿纵轴发育较好，沿两横轴发育较差，呈柱状，棱角和边面不明显，顶部浑圆，多见于干旱和半干旱地区土壤的底土层和碱土的心土层。

棱柱状结构体：在三维空间沿纵轴发育较好，沿两横轴发育较差，呈柱状，棱角和边面明显，多见于质地黏重且干湿交替明显的底土层。

片状结构体：在三维空间沿两横轴发育较好，沿纵轴发育较差，呈扁平状，多见于土壤耕作层下部的犁底层。

在上述各种土壤结构中，球状团粒结构对土壤肥力的形成具有最重要的意义，因为团粒内部存在大量的毛管孔隙，吸水力强，能储存很多水分；团粒之间则为非毛管孔隙，易于排水且经常充满空气。因此，具有团粒结构的土壤既能蓄水，又能通气，可协调土壤水分和空气的关

系。团粒内部属嫌气环境，有机质分解缓慢，有利于养分的保存；团粒之间为好气环境，有机质分解迅速，能保证养分的供应。因此，具有团粒结构的土壤兼具好气和嫌气的条件，能较好地解决养分供给与保存的矛盾。当降雨或灌溉时，水分可通过团粒间的非毛管孔隙渗入土壤内部，既可减少地面径流的损失，又可增加深部土层的湿润度；雨后或停止灌溉时，表层团粒因蒸发而失水收缩，使之与下层团粒间毛管的联系被割断，形成一隔离层，下层团粒中保存的水分便不易被蒸发掉。因此，具有团粒结构土壤的抗旱与防涝性能均较好。总之，团粒结构是肥沃土壤的重要标志之一。

土壤结构性是指土壤结构体的种类、大小、空间排列组合状况以及结构体之间的孔隙状况等的综合特征。结构体内部粒间孔隙小，多为毛管孔隙，持水性能好；结构体之间多为非毛管孔隙，通气透水性能好。所以土壤结构性的形成使土壤既能蓄水又能通气，并且其温度变化缓慢、养分能持续释放和供应，为植物生长营造了较理想的生活环境。

3．土壤孔隙

按照体积百分比，理想的土壤含有大约45％的矿物质、5％的有机质和50％的孔隙。在孔隙中，水分和空气各占约25％的体积。

土壤的质地与结构对土壤孔隙、土壤容重和土壤密度有很大影响。当容重和密度增加时，孔隙的体积便减小；反之，孔隙的体积则增大。可见，要测定土壤的孔隙，必须考察土壤的容重和密度。

土壤容重指单位体积（包括孔隙）烘干土壤的重量，一般用每立方厘米的克数表示。容重的计算公式为

容重=土壤固体重量/土体体积

如充满加400cm3土芯的烘干土重量为600g，则该土样的容重是1.5g/cm3。容重从一个侧面反映了土壤的松紧程度。不同土壤和同一土壤不同土层的容重存在着明显的差异。通常含腐殖质较多且结构良好的粘土、粘壤土和壤土，容重为1.0～1.6 g/cm3；含腐殖质较少且结构不良的砂壤土和砂土等，容重为1.2～1.8 g/cm3；紧实的底土层容重可达2.0 g/cm3以上。

土壤密度指单位体积（不包括孔隙）土壤固体物质的重量，也用每立方厘米的克数表示。但它不随颗粒间土壤孔隙的数量而变化，对于许多土壤来说，颗粒密度的平均值约为 2.6g /cm3，近似为一个常数。

土壤的总体积包括固体和孔隙两部分，知道了其中一部分，便可测定另一部分的值。由于土壤的容重和土壤密度都是以g/cm3表示的，根据二者的数值就可以计算出单位体积土壤中孔隙体积所占的百分数，即土壤孔隙度。先计算土壤固体颗粒体积所占的百分数，由总体积减去这一百分数即可得到土壤孔隙度。

土壤的孔隙度受到土壤质地和土壤结构的影响。就表土来说。砂质土壤的孔隙度一般为35％～50％，壤土和粘性土则为40％～60％，有机质含量高，且团粒结构好的土壤的孔隙度甚至可以高于60％。但紧实的淀积层的孔隙度可低至25％～30％。

土壤孔隙的大小不同，粗大的土壤颗粒之间形成大孔隙（孔径大于0.1mm），细小的土壤颗粒如粘粒之间则形成小孔隙（孔径小于0.1mm）。一般来说，砂土的容重大，总孔隙度较小，但大部分是大孔隙，由于大孔隙易于通风透水，所以砂质土的保水性差。与此相反，粘土的容重小，总孔隙度较大，且大部分是小孔隙，由于小孔隙中空气流动不畅，水分运动主要为缓慢

的毛管运动，所以粘土的保水性好。由此可见：土壤孔隙的大小和孔隙的数量是同样重要的。

4．土壤温度

温度既是土壤肥力的因素之一，也是土壤的重要物理性质，它直接影响土壤动物、植物和微生物的活动，以及粘土矿物形成的化学过程的强度等。例如，在0℃以下。几乎没有生物的活动，影响矿物质和有机质分解与合成的生物、化学过程是很微弱的；在0～5℃之间，大多数植物的根系不能生长，种子难以发芽。

土壤吸收的热量主要来源于地面吸收的太阳辐射能，后者大约占进入大气圈顶的太阳辐射能的50％。被吸收的辐射能转化为热能，并以水分蒸发、长波辐射、加热土壤以上的空气和加热土壤层等途径散失。从长期平均来看，土壤的热量收支是大致平衡的。但从短期来看，白天和夏季的热量收入显著超过热量的支出。使土温上升；夜晚和冬季则相反，热量的支出显著超过热量的收入，使土温下降。

土壤温度的状况受到土壤质地、孔隙度和含水量的影响，主要表现为不同土壤的比热和导热率的差异。土壤比热指单位质量(g)土壤的温度增减1K所吸收或放出的热量(J/g·K)，它仅相当于水的比热的1/5。因此，水分含量多的土壤在春季增温慢，在秋季降温也慢；相反，水分含量少的土壤在春季增温快，在秋季降温也快。此外，不同质地和孔隙度的土壤，其比热也不同，砂土的孔隙度小，比热亦小，土温易于升高和降低，粘土则相反。

土壤导热率指单位截面（1cm2）、单位距离（1cm）相差1K时，单位时间内传导通过的热量，单位是J/(cm2·s·K)。土壤三相组成中以固体的导热率最大，其次是土壤水分，土壤空气的导热率最小。因此，土壤颗粒愈大，孔隙度愈小，则导热率愈大；反之，土壤颗粒愈小，孔隙度愈大，则导热率愈小。例如砂土的导热率比粘土要大，其升温和降温都比粘土迅速。

5．土壤颜色

土壤的颜色是观察者直接获得的最早和最强烈的土壤信息。事实也如此，土壤颜色是许多土壤性质的直接反映。颜色与土壤的矿物质成分、有机质含量、排水条件和通气状况密切相关。如前所述，铁离子和有机质是染色效果特别强的物质。许多土壤的颜色都与它们的含量和变化有关。

许多的热带和亚热带土壤因为含有较多的氧化铁（赤铁矿，Fe

20

3

）而明显地呈现出红色。

高度水化后的氧化铁（Fe

20

3

·3H

2

O）则偏黄色，所以在同一地带内比较阴湿的林下或降水丰富

的山地上部，往往出现黄色的土壤；较干的地方或山地的下部则出现红色的土壤。

温带或寒冷地区的土壤中，由于含有大量腐解的有机质，所以表层多呈暗黑色。虽然热带土壤中也含有有机物质，但在含量较低时往往被氧化铁掩盖，仍显红色。在含量较高时，则混合为红褐色。

干旱和半干旱地匿的土壤内部与盐土的表层出现偏灰白色调，原因是碳酸钙、石膏和可溶性盐的聚集。

排水不良的土壤颜色灰暗，通常呈浅灰色、蓝灰色或蓝绿色。原因是变价离子都处于低价还原状态(如FeO，MnO等)。如果排水情况稍好，在大的空隙中有空气流通，空隙周围的铁受到氧化，就会在蓝灰的底色上出现许多黄褐色斑点或条带。

（二）土壤的化学性质

存在于土壤孔隙中的水通常是土壤溶液，它是土壤中化学反应的介质。当NaCl溶解在土壤溶液中时，它分离为带正电的钠离子Na+和带负电的氯离子Cl-。在土壤中，一些离子只携带

一个电荷，而另一些离子则携带两个甚至三个电荷，如硫酸离子，铝离子Al3+等。这些溶

解于土壤溶液中的离子构成了植物养分的来源。土壤溶液中的胶体颗粒担当着离子吸收和保存的作用；土壤溶液的酸碱度决定着离子的交换和养分的有效性；土壤溶液的氧化还原反应则影响着有机质分解和养分有效性的程度。因此，土壤化学性质主要表现在土壤胶体性质、土壤酸碱度和氧化还原反应三个方面，下面分别予以介绍。

1．土壤胶体性质

如前所述，次生粘土矿物和腐殖质是土壤中最为活跃的成分，它们呈胶体状态，具有吸收和保存外来的各种养分的性能，是土壤肥力形成的主要物质基础。

胶体一般是指物质颗粒直径在1～lOOnm之间的物质分散系。土壤胶体颗粒的直径通常小于1μm，它是一种液——固体系，即分散相为固体，分散介质为液体。根据组成胶粒物质的不同，土壤胶体可分为有机胶体（如腐殖质）、无机胶体（粘土矿物）和有机——无机复合胶体三类。由于土壤中腐殖质很少且呈自由状态，常与各种次生矿物紧密结合在一起形成复合体，所以，有机—无机复合胶体是土壤胶体存在的主要形式。

由于胶体颗粒的体积很小，所以胶体物质的比面（单位体积物质的表面积）非常大。土壤中胶体物质含量越多，其所包含的面积也就越大。据估算，在104m2的土地面积上，如果20cm 深的土层内含直径为1μm的粘粒10％，则粘粒的总面积将超过7×lO8m2。根据物理学的原理，一定体积的物质比面越大，其表面能也越大。因此，胶体含量越高的土壤，其表面能也越大，从而养分的物理吸收性能便越强。

胶体的供肥和保肥功能除了通过离子的吸附与交换来实现之外，还依赖于胶体的存在状态。当土壤胶体处于凝胶状态时，胶粒相互凝聚在一起，有利于土壤结构的形成和保肥能力的增强，但也降低了养分的有效性；当胶体处于溶胶状态时，每个胶粒都被介质所包围，是彼此分散存在的，虽可使养分的有效性增加，但易引起养分的淋失和土壤结构的破坏。土壤中的胶体主要处于凝胶状态，只有在潮湿的土壤中才有少量的溶胶。

2．土壤酸碱度

土壤酸碱度又称土壤反应，它是土壤盐基状况的一种综合反映。土壤酸度是由H+引起的，而土壤碱度则与OH-的数量有关。H+大大超过OH-的土壤溶液呈酸性；而OH-大大超过H+的土壤溶液呈碱性；如果两种离子的浓度相等，土壤溶液则呈中性。

土壤的活性酸度是由土壤溶液中游离的H+造成的，通常用pH值表示。化学上把溶液中氢离子浓度的负对数定义为pH值，对于土壤而言，pH值就是土壤溶液中氢离子浓度的负对数。根据pH值的高低，可将土壤分为若干的酸碱度等级（表6.6）。

表6.6 土壤酸碱性的分级

另一种酸度称为潜在酸度，是土壤胶体所吸附的H+和AP3+被交换出来进入土壤溶液中所显示的酸度。因为这些离子在被交换出来之前并不显示酸度因此得名。

活性酸度和潜在酸度在本质上并没有截然的区别，二者保持着动态平衡的关系，可用反应

式表示：

吸附的H+和AP3+H+和AP3+

潜在酸度活性酸度

假如加入石灰物质来中和土壤溶液的氢离子使酸度降低，上述反应将向右进行，结果是更多地吸附性氢和铝移动出来进入土壤溶液，变为活性酸度，使土壤酸度不会降低过快；而当较多的氢离子加入到土壤溶液之中时，溶液酸度升高，上述反应将向左进行，更多的氢离子被胶核所吸附，变为潜在酸度，使土壤酸度不会升高过快。土壤这种对酸化和碱化的自动协调能力称为土壤的缓冲作用，它使得土壤pH值具有稳定性，从而给高等植物和微生物提供了一个比较稳定的化学环境。

研究表明，土壤pH直接影响着微生物种类、分布和活动。例如，一般细菌和放线菌适宜的土壤pH在中性附近，固氮菌适宜的pH为6.8，硝化细菌适宜的pH为6.0～8.0。微生物是土壤有机质分解的主要承担者，过酸过碱的土壤环境必然影响有机质分解和养分供应。在不同pH条件下，养分的有效性是不同的(图6.7)。就大多数养分来说，土壤pH在中性附近有效性最大，除个别养分外，偏酸偏碱都会降低其有效性。碱性土中Na+的含量很高，Na+可促使胶体分散，导致土壤结构破坏，孔隙度下降，通气状况恶化，出现“湿时膨胀泥泞，干时收缩坚硬”等不良的土壤物理性质，影响植物正常生长。所以强酸性和强碱性土壤是性质不良的土壤，在农业生产实践过程中要对其进行改良。最常用的改良办法是用石灰改良酸性土，用石膏改良碱性土。

3．氧化还原反应

在土壤溶液中经常地进行着氧化还原反应，它主要是指土壤中某些无机物质的电子得失过程。根据化学的知识，一个原子或离子失去电子称为被氧化，它本身是还原剂；而一个原子或离子得到电子称为被还原，它本身是氧化剂。土壤中存在着多种多样的氧化还原物质，在不同的条件下，它们参与氧化还原过程的情况是不同的。

土壤中的氧化作用主要由游离氧、少量的和高价金属离子如Mn4+、Fe3+等引起，它们是

土壤溶液中的氧化剂，其中最重要的氧化剂是氧气。在土壤空气能与大气进行自由交换的非渍

+4H++4e 水土壤中，氧是决定氧化强度的主要体系，它在氧化有机质时，本身被还原为水：0

2 0。在土壤淹水的条件下，大气氧向土壤的扩散受阻，土壤含氧量由于生物和化学消耗而→2H

2

降低。如果土壤中缺氧，则其他氧化态较高的离子或分子成为氧化剂。

土壤中的还原作用是由有机质的分解、嫌气微生物的活动，以及低价铁和其它低价化合物所引起的，其中最重要的还原倒是有机质，在适宜的温度、水分和pH值等条件下，新鲜而未分解的有机质还原能力很强，对氧气的需要量非常大。

一般来说，氧化态物质有利于植物的吸收利用，而还原态物质不但有效性降低，甚至会对植物产生毒害。

图6.7 土壤pH与养分有效性和微生物的影响

小结

土壤是由矿物质、土壤有机质、土壤水分溶液、土壤空气组成的。土壤肥力同水、肥、气、热和土壤的物理性质（土壤质地、土壤结构、土壤孔隙、土壤温度、土壤颜色）和土壤的化学性质（土壤胶体性质、土壤酸碱度和氧化还原反应）密切相关，土壤肥力是这些性质的综合反映。土壤具有肥力是土壤与岩石的根本区别，因面成为土壤的基本特征。

复习思考题

1．原生矿物与次生矿物有何不同？

2．什么是土壤结构？土壤有哪些主要的结构类型？

3．土壤的水分有哪些类型？什么叫“田间持水量”？

4．为什么说土壤的颜色能反映土壤的形成环境？

5．简述影响土壤有机质分解和转化的因素。

第二节土壤形成过程

土壤圈是自然地理系统的一个子系统，它的形成和发展离不开土壤圈系统的环境条件，即大气圈、生物圈、岩石圈和水圈。土壤就是在这四大圈层相互作用下逐渐形成和发育起来的。土壤圈形成的实质是母质和其它各土壤形成因素（简称成土因素）之间所发生的复杂的物质、能量的迁移和转化过程。

一、土壤剖面形态特征

（一）土壤剖面形态的形成过程

土壤剖面形态，即土壤剖面的外部形态特征及其表现的土壤性状，它是土壤形成过程的产物。土壤剖面形态全面地反映并代表了土壤发生学特征、物质组成、性质及其综合属性，以及土壤景观（成土环境条件）的总体特征。因而，它已经成为诊断土壤性状的基础和进行土壤分类的重要依据。随着土壤形成过程的进行，土体中物质（能量）的迁移、转化与积累过程的持续，使土体逐渐地发生了分异，形成了各种不同的发生土层和土体构型。

首先，各种具体的成土过程，都会形成与之适应的一个模式土层（该过程的典型土层），这是使土体发生分异的基本原因。

其次，各种具体的成土过程都发生于土壤剖面的某一层位，但每个具体成土过程都与整个土体的物质（能量）运动相联系。例如，由灰化过程形成的灰化淋溶层，其下必然有灰化淀积层。由碱化过程产生的碱化淀积层，在其上必定有碱化淋溶层，其下则有盐分聚集层。显而易见．由某个具体成土过程所形成的模式土层，都与其上下的土体有着特定的发生学层位关系，甚至可以认为是一种函数关系。所以，成土过程中的物质（能量）的聚集、淋溶物的淀积，也是土体发生分异的重要原因。

其三，就某一具体土壤而言，它可以是在一种具体成土过程的作用下形成的，也可以在两种或两种以上具体成土过程的复合作用下形成的，这样就使得土壤剖面分异过程异常复杂化。所以，针对不同类型的土壤，其土壤剖面都是由特定的、具有内在联系的发生土层所组成的，从而形成了一定的土体构型。

（二）土壤剖面的重要形态特征

土壤剖面，即地表至母质（母岩）的土壤垂直断面，包括整个土体和母质层在内。最具有代表性的土壤剖面形态特征是土壤剖面构型，系指由发生上有内在联系的不同土层垂直序列组合构成的，简称土体构型。它显示了土壤发生过程和土壤类型的特征。土体构型与土壤剖面构型相当，但前者一般不包括“非土壤”的母质层或母岩层。土壤剖面构型的基本图式可由图6.8予以综合说明。

1．有机质层

一般都出现在土体的表层，它是土壤的重要发生学层次。依据有机质的聚集状态，可以将土壤有机质层细分为腐殖质层、泥炭层和凋落物层。参考传统的土层代号和国际土壤学会(以

下简称国际土层代码)拟定和讨论的土层名称(1968)，拟将上述三个有机质土层分别用大写字母A、H、O表示。

图6.8 土壤剖面构型的一般综合图式

2．淋溶层

，国际由于淋溶作用使得物质迁移和损失的土层（如灰化层、白浆层）。传统的代号为A

2

土层代码为大写字母E，本教材拟采用后者。在正常情况下，E层区别于A层的主要标志是有机质含量较低，色泽较淡。

3．淀积层

土壤物质积累的层次。该层次常和淋溶层相伴存在，即上部为淋溶层，下部为淀积层。淀积层的代号以大写字母B表示，但因淀积的土壤物质成分不同，常需用词尾(小写字母)加以限定，以表示具体淀积的是何种土壤物质。如果淀积的是腐殖质，则用Bh表示；如果淀积的是氧化铁类物质，则用Bs表示；如果淀积的是氧化铁、氧化锰构成的锈纹锈斑质，则用Bg表示；如果淀积的是碳酸钙类物质，则用Bk表示；如果淀积的是次生黏土矿物，则用Bt表示等。 4．母质层和母岩层

严格地讲，母质层和母岩层不属于土壤发生层，因为它们的特性并非由土壤形成过程所产生。但是，它们是土壤形成发育的原始物质基础，对土壤发生过程具有重要的影响且它们之间的界限也是逐渐过渡常是模糊不清的。由此可见，母质层和母岩层也是土壤发生发育不可分割的组成部分，也应作为土壤剖面的重要成分列出。较疏松的母质层用C表示，坚硬的母岩层以R示之。

5．过渡层

兼有两种主要的发生层特性的土层。其代号用两个大写字母联合表示，例如AE、EB、BA 等，第一个字母表示占优势的主要土层。此外，为了使主要土层名称更为确切，可在大写字母之后附加组合小写字母。词尾字母的组合是反映同一主要土层内同时发生的特性(Anz、Btg)。但一般不应超过两个词尾。适用于主要土层的常用词尾字母，附录如下：

b代表埋藏或重叠土层，如Btb。

c代表结核状聚积，此词尾常与其他表明结核化学性质的词尾结合应用，如Bck、Ccs。 g代表反映氧化还原变化的锈纹锈斑，如Btg、Cso

h代表有机质在矿质中的聚积，如Ah、Bh，词尾h用于A层，仅限于自然土壤。

k代表聚积碳酸钙。

m代表强烈胶结、固结、硬结，常与表明胶结物质的其他词尾结合应用。如Cmk表示c层中的石灰结盘层，Bms表示B层中的铁盘。

n代表聚积钠质，如Btn。

p代表经耕翻或其他耕作措施扰动，如Ap。

q代表聚积硅质，如Eq。

r代表由地下水影响产生的强还原作用，如Cr。

s代表聚积三二氧化物，如Bs。

t代表黏粒淀积聚积，如Rt。

y代表聚积石膏，如Cy、By。

z代表比石膏更溶盐类的聚积，如此、Azn。

二、土壤圈形成的CLORPT模型

土壤是在各种成土因素综合作用下形成的，成土因素包括母质、气候、生物、地貌和时间等五大自然成土因素。土壤与成土因素之间的关系是因变量和自变量的关系。这就是著名的土壤圈形成的“CLORPT模型”（H.詹尼，1983）。

CLORPT模型强调各成土因素在土壤圈形成过程中是同等重要的、相互不可替代的。各成土因素在土壤圈形成中都具有独特的作用，离开任一种因素都不可能形成土壤圈，也就是说土壤圈是各种成土因素综合作用的产物。这里说的“同等重要”并不是指各成土因素所起的作用时时刻刻都完全一样，相反，在某一具体地域或特定时段内各成土因素的作用是不完全相同的，往往以某一因素为主导成土因素，其它因素为次要成土因素（图6.9）。

第六章 土壤圈

第六章土壤圈 一，名词解释 土壤：是发育于陆地表面具有生物活性和孔隙结构，进行物质循环和能量转换的疏松表层。土壤肥力：是指土壤供应与协调植物正常生长发育所需的养分，水分，空气和热量的能力。土壤圈：是覆盖于地球表面和浅水域底部的土壤所构成的连续体或覆盖层。 土壤新生体： 原生矿物：直接来源于母岩，特别是岩浆岩，它只受不同程度的物理风化，而其化学成分和结晶构造并未改变。 土壤有机质：概指土壤中动植物残体微生物体及其分解和合成的物质。 次生矿物：指由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都经过改变而不同于原生矿物。 毛管水：毛管空隙中毛管力吸附保存的水分。 田间持水量：土壤中毛管悬着水的最大含量。 凋萎系数：植物发生永久凋萎时的土壤含水量。 土壤年龄：土壤的发育程度。 诊断层：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：如果用来鉴别土壤类型的依据不是土层而是具有定量说明的土壤性质，则称土壤诊断特性。 土壤资源：是指具有农林牧业生产性能的土壤类型的总称，是人类生产和生活最重要的自然资源，属于地球上陆地生态系统的重要组成部分。 土壤污染：是指进入土壤中的废物和有毒有害物质数量超过了土壤自净能力，破坏了土壤系统自然平衡状态，从而造成土壤质量完全恶化衰退现象。 二，简答 1，土壤圈的特征有哪些？ 空间上：处于四个圈层的交接处 性质上：是生物有机体和无机环境之间强烈的相互作用 功能上：与其他圈层进行着不断地物质与能量交换 2，原生矿物与次生矿物的特点有哪些？ 均来源于成土母质，不同之处在于原生矿物直接来源于母岩，只受不同程度的物理风化，而其化学成分和结晶构造并未改变；次生矿物由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都经过改变而不同于原生矿物，且次生矿物是土壤物质中最细小的部分。 3，母质（气候，生物，地形）在土壤形成过程中的作用？ 气候：影响土壤水热状况 影响次生黏土矿物的形成 影响岩石矿物风化强度 对土壤有机物质的积累和分解起重要作用 影响土壤微生物的数量和种类 影响土壤的地带性分布规律 生物：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和分解者，是土壤发育过程中最活跃因素。

第六章 土壤

第六章土壤环境影响评价 1．教学内容 （1）土壤特征和影响土壤环境质量的主要因素； （2）土壤环境影响识别； （3）土壤及其环境现状的调查与评价； （4）土壤环境影响预测和评价。 2．重点与难点 重点:影响土壤环境质量的主要因素，土壤环境影响识别方法，现状调查内容及评价方法。难点:土壤环境影响预测方法。 3．教学基本要求 （1）了解土壤的主要特征，影响土壤环境质量的主要因素； （2）熟练掌握土壤环境影响识别类型； （3）掌握土壤环境质量现状评价； （4）了解工业、农业、水利、矿业、交通、能源等工程建设项目的土壤环境影响识别；（5）掌握防治土壤污染、退化、破坏的对策和措施。 第一节土壤特征和影响土壤环境质量的主要因素土壤是地球陆地表面具有肥力、能生长植物的疏松表层，由岩石风化而成的矿物质、动植物残体腐解产生的有机质、土壤生物（固相物质）以及水分（液相物质）、空气（气相物质）等组成。本章主要介绍重大建设项目对土壤环境影响的识别、土壤污染和土壤退化的预测和评价方法。 一、土壤的主要特征 在人类环境系统中占据着特有的空间地位：处于大气圈、生物圈、岩石圈和水圈的交接地带； 具有肥力：具有能够不断供应和协调植物生长所必需养分、水分、空气和热量的能力。（土壤区别于其他自然体的本质特征。） 具有缓冲性 具有净化功能 两个基本概念 土壤退化：土壤沙化、盐渍化、沼泽化和土壤侵蚀等引起的土壤肥力下降的现象。 土壤破坏：土壤资源的损失，即被非农、林、牧长期占用，或土壤极端退化而失去土壤肥力的现象。 二、影响土壤环境质量的主要因素 建设项目影响土壤环境污染的因素：建设项目类型、污染物性质、污染源特点、污染源排放强度、污染途径、土壤所在区域的环境条件、土壤类型和特性。 影响土壤退化、破坏的主要因素 自然因素：干旱、洪涝、狂风、暴雨、火山、地震等。

自然地理作业 第6章 土壤圈(答案)

第六章土壤圈 一、名词解释 1、土壤质地:土壤颗粒的组合特征。 2、原生矿物：指岩石受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 组成和结晶构造均未改变。 3、次生矿物：指原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都经过改变而 不同于原生矿物。 4、土壤有机质：土壤中动植物残体微生物体及其分解和合成的物质。 5、土壤胶体：土壤中高度分散粒径在1—100nm之间的颗粒。 6、土壤溶液：土壤中水分及其所含溶质的总称。 7、母质：岩石风化后形成的疏松碎屑物。 8、盐渍化:土体上部易溶性盐类的聚积过程。 9、腐殖质化:在生物因素作用下，土体中尤其是土体表层进行的物质累积过程。 10、诊断层:在性质上有一系列的定量说明的土层。 11、土壤的纬度地带性:指因太阳辐射从赤道向极地递减，成土因子也按纬度方向呈有规 律地变化，导致地带性土壤大致平行于纬线呈带状分布的规律。 12、土壤的干湿度地带性:指因海陆分布态势不同，水分条件和生物因素从沿海至内陆发 生有规律的变化，土壤带谱也从沿海至内陆呈大致平行于海岸线的带状分布规律。13、土壤的垂直地带性:指随山体海拔升高，热量递减，降水在一定高度内递增，超出一 定高度后降低，引起成土因素按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。 14、土壤的垂直带谱:山地土壤各类型的垂直排列顺序。 15、基带:位于山地基部与当地的地带性一致的土壤带。 二、填空题 1、土壤由固体土壤、粒间空隙和土壤生物体组成。其中，固体物质和粒间孔隙约分别占土壤总容积的50%，前者由矿物质和有机质构成，后者由土壤空气和构成。 2、在土壤矿物质中，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称为原生矿物。 3、土壤有效水分是指从凋萎系数到田间持水量之间的土壤水分。 4、土壤潜在酸度是指由土壤胶体表面上吸收的交换性H+和Al3+所引起的酸度。 5、土壤胶体可分为三种类型：矿质胶体，有机胶体，有机-无机复合胶体。 6、在众多成土过程中，在寒温带针叶林发育的SiO 2残留、Fe 2 O 3 及________淋溶 与淀积过程为_________过程。 7、______是指大小不同土粒不同组合反映的土壤粗细状况，它会影响土壤水分、空气、热量运动和土壤________类型。 8、土壤空气与近地表大气的组成，其差别主要有以下几点：土壤空气中CO 2 含 量高于大气、O 2 含量低于大气、水汽其含量一般低于大气，另外，土壤空气中含

《自然地理学》第六章土壤圈

《自然地理学》第六章土壤圈 一、名词解释 1、土壤 2、腐殖化过程 3、砖红壤 4、腐殖质 5、土壤分布的纬度地带性 6、土壤形态 7、土壤肥力 8、矿质化过程 9、土壤资源10、地表物质的地质大循环11、有机质的矿化12、土壤质地13、土壤结构14、土壤剖面15、泥炭化过程16、灰化过程17、铁铝化过程18、钙化过程19、土壤的缓冲性20、粘化过程21、潜育化过程22、盐化过程23、变形土24、盐积层25、潜育土26、水稻土27、泥炭土28、土壤新生体29、盐成土壤30、冲积土31、壤侵入体32、新成土33、灰土34、淋溶土 二、填空题 1、从地面垂直向下的土壤纵断面称为。土壤剖面中与地表大致平行的层次，是由成土作用而形成的，称为（），简称（）。由非成土作用形成的层次，称为（）。 2、土壤是个多相分散体系，由（）、（）、（）、（）等四种不同物质组成。 3、根据风化的性质可以把土壤矿物质的风化过程分为（）、（）、（）三种类型。 4、土壤水份包括（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）等类型。 5、在一定的区域范围内，土壤分布主要受某个因素的控制，则可以相对地划分相应的（）、（）和（）。 6、从发生学分类制角度看，我国东部土壤地带分布规律基本上与纬度带相一致，即由南而北依次为（）、（）、（）、（）、（）、（）。 7、岩石风化成土壤的过程虽然是一个连续的渐变过程，但根据其代表性矿物可以划分出（）、（）、（）、（）等阶段。 8、世界土壤资源存在的问题主要有：(1) （）；(2) （）；(3) （）；(4) （）；(5) （）。 9、土壤中的有机质可以分为两大类：一类为（）、另一类为（）。 10、土壤资源的丧失与退化比较严重和突出的问题主要有（）、（）、（）、（）、（）。 11、土壤最大的特点是具有（），土壤四个肥力因素是（）、（）、（）、（）。 12、土壤的（）结构最适合农作物生长；卡庆斯基将土壤质地分为（）、（）、（）三大类，其中（）在农业上是较理想的一种质地。 13、土壤结构体及其内部存在许多大小不一的孔隙，通常分为（）、（）两类。 三、简答题 1、对比土壤粒组、土壤质地、土壤结构的特点。 2、气候怎样对土壤形成影响？ 3、简述土壤污染 4、母质在土壤形成中的作用主要表现在哪些方面？ 5、地貌对土壤形成有什么影响？ 6、举例说明人类对土壤形成和发育的影响。 7、从植物生长的需要来分析土壤中水分的特点。 8、谈谈母岩和气候对土壤酸度的影响。 9、简述腐殖化过程的特点。 10、简述非地带性土壤的特征 四、论述题 1、中国土壤资源开发的主要问题及对策。 2、土壤资源有哪些基本特点？

第六章讲稿土壤圈

第六章土壤圈 大气圈、水圈和岩石圈是地理环境中无生命的圈层，而土壤圈和生物圈则是地理环境中具有类生命和生命性质的圈层。从地球演化历史方面考察，这后两个圈层形成较晚，属于地理环境中比较“年轻”的成员，在进化阶段上，土壤比生物低级，其结构和功能比生物体亦简单得多。土壤通是指位于陆地表层和浅水域底部，由有机物质和无机物质组成的、具有一定肥力而能够生长植物的疏松层，其厚度一般为1～2m以内。土壤有地球表面所构成的覆盖层称为土壤圈或土被层。 现代土壤科学不但研究土壤类型的组成、性质及其与各成土因素之间的关系，还将土壤圈内部的物质迁移转化过程及与地球其他圈层之间的物质交换过程、速率、机制及其相互影响作为研究重点，以便为保持和改善人类生存环境、发展农林牧业生产和全球变化研究服务。 第一节土壤的组成和性质 一、土壤剖析 （一）土壤剖面、单个土体和聚合体 自然界的土壤是一个时间上处于动态、空间上具有垂直和水平方向上各异的三维连续体，因此，认识和研究土壤需从具体的土壤剖面及单个土体划分及其剖析入手。 1．土壤形态特征 从地面垂直向下至母质的土壤纵断面称为土壤剖面。土壤剖面中与地面大致平行的物质及性状相对均匀的各层土壤，称为土壤发生层，简称土层，土壤发生层是土壤剖面的基本组成单元，如图6.1所示。奥地利土壤学家库比纳（Kubiena）早在1953年就提出了A、B、Bh、B／C、C和G土壤发生层，根据这些土层的组合将土壤划分为(A)—C、A—C、A—（B）—C、A—B —C、B／A—B—C型5种土壤。后来这一观点得到发展和进一步的完善，并构成了土壤形态发生学的基础。在土壤剖面之中土层的数目、排列组合形式和厚度，统称为土壤剖面构造或土体构型，它是土壤最重要的形态特征。 依据土壤剖面中物质迁移转化和累积的特点，一个发育完整的土壤剖面可以划分出三个最基本的土壤发生层，即A、B、C层。在同一土壤剖面中的每个土层与其上下相邻的土层之间，在土壤颜色、结构体、质地、有机质含量等方面具有明显差别，这种差别也是逐渐变化的。但是对某一类型的土壤而言，它具有特定的典型土壤剖面构型。 2．聚合土体 由于土壤无论在时间和空间上均是呈连续状态存在的，故土壤科学的学习与研究总是首先从土壤剖面观察、采样及化验分析入手，以了解土壤的物质组成、性状及其与成土环境的关系。土壤剖面的立体化就构成了单个土体（图 6.1）。单个土体是土壤的最小体积单位，单个土体

第六章水资源总量

第六章 水资源总量的计算与水量平衡分析 第一节 区域水资源总量的计算 在分析计算降水量、河川径流量和地下水补给量之后，尚需进行水资源总量的计算。 过去，有的部门将河川径流量与地下水补给量之和作为水资源总量。由于河川径流量中包括一部分地下水排泄量，而地下水补给量中又有一部分由河川径流所提供，因此将两者简单地相加作为水资源总量，成果必然偏大，只有扣除二者之间的重复水量才等于真正的水资源总量。据此，一定区域多年平均水资源总量的计算公式可以写成 重复地下河川总W u W W -+= （6-1） 式中，总W ——多年平均水资源总量（亿m 3 ）； 河川 W ——多年平均河川径流量（亿m 3 ）； 地下 u ——多年平均地下水补给量（亿m 3 ）； 重复 W ——多年平均河川径流量与多年平均地下水补给量之间的重复量（亿m 3 ）。 若区域内的地貌条件单一（全部为山丘区或平原区），公式（6-1）中右端各分量的计算比较简单；若区域内既包括山丘区又包括平原区，水资源总量的计算则比较复杂。在后一种情况下，区域水资源总量的计算方法如下。 一、河川径流量的计算 将计算区域划分为山丘区和平原区两大地貌单元，分别计算多年平均河川径流量，计算方法参见第四章。 二、地下水补给量的计算 山丘区和平原区地下水的补给方式不同，其计算方法也不相同。 1.山丘区地下水补给量 如前所述，山丘区地下水补给量难以直接计算，目前只能以地下水的排泄量近似作为补给量，计算公式为 （6-2） 式中，山u ——山丘区多年平均地下水补给量（亿m 3 ）； 山基W ——多年平均河川基流量（亿m 3）； 潜u ——多年平均河床潜流量（亿m 3）； 开 山潜泉侧潜山基山q E u u u W u +++++=

自然地理学(土壤圈)

《自然地理学》第六章土壤圈 第四节土壤类型特征 第五节中国土壤系统分类之间的参比第六节土壤资源的合理利用和保护

生命科学学院 2010级环境科学专业 第四节土壤类型特征 20世纪50年代初到80年代末，苏联的土壤发生学分类对我国土壤学发展影响很深，不足之处是缺乏定量标准。从20世纪60年代兴起、70年代广为应用的土壤系统分类成为当今世界土壤分类的主流。中国的土壤系统分类以诊断特性为基础，是一个定量化、标准化和国际化的分类，该系统分类把中国土壤划分出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、富铁土、淋溶土、雏形土和新成土。 一、有机土 1.土纲定义与成土环境 有机土是在地面积水或长期土壤水分饱和，生长水生植物的条件下，以泥炭灰化成土过程为主，富含有机物质的土壤，相当于土壤发生分类中的有机水成土，全球低洼地区都有分布。有机土虽属非地带性土壤，但也有其特殊的成土环境。首先是只要有潮湿潴水低地，无论寒带或温带都可发育有机土；通常所在地形相对低洼，地表潴水，或具有不透水的冻土层的高寒山地，坡麓，河流宽谷低阶地，

山麓潜水渗溢地段，湖滨平地，古冰责洼地。 2.成土过程 包括泥炭积累过程和潜育化过程。 3.主要诊断层和诊断特性 包括：①具有潮湿土壤水分状况，大多数年份土温>5℃时的某一时期，全部或某些土层被地下水或毛管锋水饱和并呈还原状态；②草根层是泥炭土的最上层，厚50～60cm，有活的或死亡的沼泽植物茎叶根系玮充分分解密集于地表；③泥炭层为半分解的植物残体组成，厚度>50cm；④腐泥层为分解充分的细粒有机物质层；⑤潜育层为滞水还原条件下形成的灰蓝色黏质土层，有锈纹锈斑及铁、锰结核。 二、人为土 人为土是人为耕作灌溉、施肥培育活动下创造的具有新性质的土壤，相当于土壤发生分类中的水稻土、灌淤土、菜园土。其特征是具有不同种类嗑资鉴定的人为诊断层，厚度>50cm，土壤肥力比起源土壤高，且多蚯蚓、土壤动物及砖块、瓦片等土壤侵入人体。人为土广泛分布于世界各大河流沿岸平原及三角地带，分为水耕人为土和旱耕人为土。 三、灰土 1.土纲定义与成土环境 灰土是具有铁铝螯合淋浴作用、土表至60cm范围内具有灰化层的土壤，相当于土壤发生学分类的灰化土、漂灰土。主要分布于俄罗斯、北欧和加拿大等地，我国仅见于大兴安岭北端及长白山北坡，气候寒冷湿润，植被为寒温性湿润针叶林或针阔混交林。

第6章 红壤类土壤(铁铝土)解析

第6章红壤类土壤（铁铝土） 铁铝土：又称富铝土，是我国热带、亚热带湿润地区具有明显脱硅富铝化特征的土壤系列，包括热带的砖红壤、南亚热带的赤红壤、中亚热带的红壤和黄壤等4个土类。铁铝土由于它们分布在我国水热条件最优越的地区，所处地形又以低山、丘陵、台地为主，故其开发利用价值高，是我国极为重要的土壤资源。共性：①都含有不同程度的氧化铁、铝，是不同程度富铝风化的产物；②主导成土过程是脱硅富铝化。大多数具有多元发生，即形成于古老富铝风化壳。 1.分布情况 呈三个土壤带分布于我过南方： （1）北纬22°以南砖红壤广东雷州半岛、海南、滇南及台南等地 （2）北纬22°—22°赤红壤南岭山脉以南（广东西部和东南部、广西西南部、福建东南部、台湾云南部分地区） （3）北纬22°—22°红壤和黄壤大巴山和长江以南地区 其中红壤主要分布于江南丘陵和云贵高原，黄壤主要分布于贵州高原和四川盆地。2.形成条件 砖红壤：热带雨林、季雨林。 赤红壤：南亚热带常绿阔叶林和季雨林。 红壤和黄壤：中亚热带常绿阔叶林（红壤偏干，黄壤偏湿）。 3.基本成土过程 3.1脱硅富铝化过程 （1）脱盐基酸化，肥力下降 （2）铁铝相对富集，形成铁铝残余聚积层。表现为铁子、铁盘等结核。粘粒的硅铝率（Ki ＝SiO2／Al2O3）和硅铝铁率（Saf=SiO2／R2O3）的不断降低，粘粒矿物由2：l型向1：1型和铁、铝氧化物简单化的矿物演变。 （3）形成大量的游离氧化铁（铁的游离度）：砖红壤：85%；红壤：50%-60%。进而使土壤染成不同颜色。 赤铁矿赤褐铁矿针铁矿褐铁矿 Fe2O3Fe2O3.5H2O Fe2O3 H2O Fe2O3.1.5H2O Fe2O32-n.H2O 红色红棕色黄棕色黄棕色黄色 （4）随着粘粒Ki值降低，粘粒矿物简单化，胶体品质变差，负电荷减少，并产生正电荷，净负电荷减少，保肥力减弱。 3.2我国几种土壤的脱硅富铝化特征 （1）我国大面积红壤具有深厚的红色土层，受到古气候的深刻影响，其粘粒Ki值较低。 土类砖红壤赤红壤红壤黄壤 Ki值 1.5-1.8 1.7-2.0 1.9-2.2 2.0-2.5 （2）脱硅富铝化程度不同，粘粒矿物的组成也不同 3.3养分的生物富集过程 养分的循环迅速而强烈。体现： （1）合成量大 （2）分解速度快 （3）耕层富盐基作用耕层富盐基作用（生物自肥作用）：植被将分散下移的养分集中地表而表土养分含量增高的过程。 4.砖红壤

第六章 土壤圈

第六章土壤圈 1、简述土壤、土壤肥力的概念。P237 答：土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层； 土壤肥力是指土壤为植物生长不断地供应和协调时养分、水分、空气和热量的能力。 2、土壤肥力的四个因素是什么？P237 答：养分、水分、空气、热量； 3、土壤的形态特征有哪些？P240-242 答：土壤剖面构造：从地面垂直向下的土壤纵剖面； 土壤颜色：可作为判断和研究成土条件、成土过程、肥力特征和演变的依据；（黑色: 表示土壤腐殖质含量高，含量减少则呈灰色；白色:与土壤中含石英、高岭石、碳酸盐、长石、石膏和可溶性盐有关；红色:是土壤中含较高的赤铁矿或水化赤铁矿；黄色:是水化氧化铁造成的；棕色:含大量的伊利石、云母类矿物质和不同水化程度的氧化铁混合物；紫色: 游离氧化锰含量高；绿色或蓝色:土壤积水处于还原状态，含大量的亚铁氧化物） 质地：土壤颗粒的组合特征；一般土壤质地分为砂土、壤土和粘土等 结构：土壤颗粒胶结情况；有团粒结构、块状结构、核状结构、柱状结构、棱柱状结构、片状结构； 松紧度（结持性：指土壤风干状态在手中挤压的破碎难易程度）：土壤疏松或紧实的程度； 孔隙：土粒之间存在的空间； 干湿度：土壤中水分含量；分为干、润、潮、湿 新生体：土壤发育过程中物质重新淋溶淀积和聚积的生成物； 侵入体：有外界进入土壤中的特殊物质。 4、简述自然土壤剖面的层次特征。P240 答：①枯枝落叶层（覆盖层）：以A0或O表示。由地面上枯枝落叶堆积而成。 ②腐殖质-淋溶层（A层）：成土作用最活跃；明显的腐殖质积累，颜色较深、团粒状结构和富含养分；产生淋溶过程，易溶性物质淋失，难溶性物质如铁、铝及粘粒等发生化学的和机械的迁移；下段留下难移动的抗风化最强的矿物颗粒，;颜色浅淡（常为灰白色）、颗粒较粗、养分贫乏。 ③淀积层（B层）：淀积着上层淋洗下来的物质，质地偏粘、土体较紧实，具块状或棱柱状等结构，出现新生体。 ④母质层（C层）。由风化残积物或堆积物所组成，是形成土壤的母体或基础；成土作用甚微。 ⑤母质层之下则为未风化的基岩（用D或R表示）。 5、根据土壤的质地类型，土壤可分为哪几类？简述其特点。P245 答：砂土：通气透水性能良好，作物根系易于深入和发展，土温增温和有机质矿质化都比较快，担保水供水性能差，易旱； 壤土：通气透水性差，作物根系不易伸展，土温上升慢，土壤中有机质矿化作用也慢，保水保肥供肥能力较强； 粘土：有大孔隙也有相当的毛管孔隙，通气透水性能良好，保水保肥性能强，土温较稳定，