第二章巖石風(fēng)化與土壤形成

1、第二章 巖石風(fēng)化與土壤形成內(nèi)容提要 三種風(fēng)化作用類型 影響風(fēng)化作用因素 風(fēng)化產(chǎn)物三種類型土壤形成的五大因素土壤形成實(shí)質(zhì)第一節(jié) 風(fēng)化作用（風(fēng)化過(guò)程）地表的巖石在大氣和水的聯(lián)合作用以及溫度變化和生物活動(dòng)影響下，所發(fā)生的一系列崩解和分解作用。巖石發(fā)生風(fēng)化作用的原因巖石處在它生成的環(huán)境條件下是穩(wěn)定的（處于一種平衡狀態(tài)），但條件發(fā)生變化，為了適應(yīng)新的環(huán)境，必然發(fā)生變化，以達(dá)到適應(yīng)新環(huán)境的新平衡。這種變化是慢長(zhǎng)的，如果環(huán)境不斷發(fā)生變化，則巖石或風(fēng)化物可能一直在變化。一、風(fēng)化作用的概念風(fēng)化作用實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)為一系列崩解和分解風(fēng)化作用崩解：巖石由大塊變成碎塊，再漸變成細(xì)粒，其形狀和大小改變了，但化學(xué)成分不發(fā)生變化

2、。 自然界中，三種風(fēng)化作用通常是聯(lián)合進(jìn)行與相互助長(zhǎng)的， 劃分它是為了討論方便。物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化分解：巖石風(fēng)化過(guò)程中化學(xué)成分發(fā)生變化生物風(fēng)化二、風(fēng)化作用類型1. 物理風(fēng)化指巖石在外力影響下，機(jī)械地分裂成碎屑，只改變其大小與外形，而不改變成分的過(guò)程。(1) 溫度作用 引起巖石內(nèi)外脹縮不一致，巖石是熱不良導(dǎo)體。(2) 結(jié)冰作用（冰劈作用）(3) 風(fēng)和水的磨蝕作用 風(fēng)沙磨蝕巖石，使之表面裸露，加速物 理風(fēng)化。風(fēng)化作用寒裂風(fēng)化風(fēng)化作用2. 化學(xué)風(fēng)化指巖石在外界條件的影響下，引起化學(xué)成分的改變，產(chǎn)生新的物質(zhì)的過(guò)程。（1）溶解作用 水是一種極性溶劑，巖石中的礦物都是無(wú)機(jī)鹽， 雖然占絕大部分的硅酸鹽和鋁硅酸鹽

3、礦物溶解度很小， 但很大的地質(zhì)年代中，水溶解的規(guī)模是相當(dāng)大的， 況且地表的水常常溶有CO2、NO2以及有機(jī)酸等， 這樣大大提高了水的溶解能力。風(fēng)化作用（2）水化作用 指無(wú)水礦物與水結(jié)合成為含水礦物的作用。 CaSO42H2O CaSO4.2H2O2Fe2O33H2O 2Fe2O3.3H2O 赤鐵礦 褐鐵礦 風(fēng)化作用（）水解和碳酸化作用水解2KAlSi3O83H2O H2 Al2Si2O8. H2O 4SiO22KOH 鉀長(zhǎng)石 高嶺石碳酸化水解作用2KAlSi3O8CO22H2O H2 Al2Si2O8. H2O 4SiO2K2CO3 CO2溶于水時(shí)，對(duì)碳酸鹽的溶解力，較純水增強(qiáng)幾十倍。 水解和

4、碳酸化作用的實(shí)質(zhì)，礦物中的鹽基離子被氫離子取代。風(fēng)化作用 CaCO3 H2CO3 Ca(HCO3) 2 溶解度很低 溶解度較高 平衡的變化：(1)當(dāng)CO2充足時(shí)，且有一定的濕度，平衡一直向右(2)當(dāng)濕度較小，Ca(HCO3) 2脫水并放出CO2，平衡向左進(jìn)行。(H2O+CO2)石筍石灰?guī)r的風(fēng)化風(fēng)化作用自然界的許多石灰?guī)r溶洞不斷地進(jìn)行著以上反應(yīng)， 形成千姿百態(tài)的地形。如石筍、石鐘乳、石柱、石林等，（）氧化作用 空氣中的氧在有水的條件下，氧化能力很強(qiáng)。4FeS22H2O15O2 2Fe2（SO4）32H2SO4濕潤(rùn)的條件下含鐵、硫的礦物（含變價(jià)元素）普遍地進(jìn)行著氧化過(guò)程。深色礦物（因含二價(jià)鐵）容易

5、風(fēng)化。風(fēng)化作用小結(jié):各種巖石在化學(xué)風(fēng)化作用下，逐漸遭破壞， 一部分形成不溶物質(zhì)（如各種粘土礦物、氧化鐵等）殘留在原地， 另一部分形成可溶性物質(zhì)（如碳酸鹽類、硫酸鹽類等）隨水淋失或搬運(yùn)到其他地方。 3. 生物風(fēng)化指巖石中的礦物在生物及其分泌物或有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)物的作用下，進(jìn)行的機(jī)械性破碎和化學(xué)分解過(guò)程。 生物風(fēng)化的作用因素是生物及其代謝物發(fā)生的風(fēng)化，是物理和化學(xué)風(fēng)化并存。風(fēng)化作用微生物、植物根系、動(dòng)物等，在巖石風(fēng)化初期主要是低等生物如細(xì)菌、真菌、 地衣等。根劈作用風(fēng)化作用總之，各種巖石在風(fēng)化作用下，逐漸遭破壞，穩(wěn)定性礦物以原生礦物留下，不穩(wěn)定性礦物， 一部分形成不溶物質(zhì)（如各種粘土礦物、氧化鐵等）殘

6、留在原地，另一部分形成可溶性物質(zhì)（如碳酸鹽類、硫酸鹽類等）隨水淋失或搬運(yùn)到其他地方。原生礦物可溶性鹽粘土礦物風(fēng)化產(chǎn)物風(fēng)化產(chǎn)物土壤砂粒土壤細(xì)粒土壤溶液離子三、 影響風(fēng)化的因素1. 內(nèi)因（巖石的性質(zhì)）巖石本身的性質(zhì)以及組成巖石的礦物純度影響著風(fēng)化的速度和強(qiáng)度。 組成巖石的礦物成分和性質(zhì)巖石的結(jié)構(gòu)巖石的構(gòu)造巖石特征（1）組成巖石的礦物成分和性質(zhì) 組成巖石的礦物顏色、顆粒大小。 組成巖石的礦物的化學(xué)結(jié)構(gòu) 即穩(wěn)定性 注：在外界環(huán)境條件大致相同的情況下，常見(jiàn)的各種礦物抗風(fēng)化的穩(wěn)定性順序如下：石英白云母正長(zhǎng)石斜長(zhǎng)石黑云母角閃石輝石橄欖石（結(jié)合礦物結(jié)晶順序圖）影響因素（）巖石的結(jié)構(gòu)隱晶或等粒細(xì)粒的穩(wěn)定性大于等

7、粒粗?；虬郀睿ㄎ锢盹L(fēng)化）。 但是一當(dāng)巖石破碎崩解，細(xì)粒由于表面積大，容易受到水、空氣、CO2等化學(xué)物質(zhì)作用而發(fā)生化學(xué)風(fēng)化。（）巖石的構(gòu)造堅(jiān)硬而致密結(jié)構(gòu)的巖石，比疏松多孔的巖石抗風(fēng)化能力強(qiáng)，有層理、片理、節(jié)理和裂隙的巖石，水分、空氣容易侵入而引起風(fēng)化。影響因素巖石的形成環(huán)境與所處環(huán)境差別越大越容易風(fēng)化。巖漿巖、變質(zhì)巖主要是在高溫高壓下形成的，在 地表極易風(fēng)化；沉積巖抗風(fēng)化能力比巖漿巖等強(qiáng)；花崗巖、片麻巖露頭多呈疏松分解狀態(tài)；砂巖露頭則常常保持良好。影響因素總 結(jié)2. 外因（巖石所處的環(huán)境條件） （1）氣候 ：控制風(fēng)化作用的類型和速度 a.極地氣候區(qū) b.沙漠干旱氣候區(qū) c.溫帶濕潤(rùn)氣候區(qū) d.熱

8、帶炎熱氣候區(qū)（2）地形和植被：地形可影響風(fēng)化作用的速度、 深度及風(fēng)化產(chǎn)物的堆積厚度和分布狀況。影響因素四 、風(fēng)化產(chǎn)物的類型地表的風(fēng)化產(chǎn)物構(gòu)成一層薄薄的外殼-風(fēng)化殼 碎屑物質(zhì) 風(fēng)化產(chǎn)物 難溶物質(zhì) 形成不同類型的風(fēng)化殼。 溶解性物質(zhì) 生態(tài)類型 （根據(jù)風(fēng)化產(chǎn)物對(duì)土壤肥力性狀的影響作為分類）地球化學(xué)類型 （根據(jù)風(fēng)化物化學(xué)成分特點(diǎn)分類 ）母質(zhì)類型 （根據(jù)風(fēng)化產(chǎn)物的成因分類）（1）硅質(zhì)巖石風(fēng)化物SiO2含量很高的巖石 ：如石英巖、石英砂巖、由硅質(zhì)膠結(jié)的巖石（硅質(zhì)礫巖或頁(yè)巖）。特 點(diǎn)：硅質(zhì)巖類抗物理風(fēng)化和化學(xué)能力強(qiáng)土壤肥力性狀：硅質(zhì)巖類風(fēng)化物的厚度極薄，砂質(zhì)，多石礫，各種營(yíng)養(yǎng)元素也十分貧乏，分散的石英顆粒及

9、巖石碎屑保水能力很低。生態(tài)類型1. 生態(tài)類型（2）長(zhǎng)石質(zhì)巖石風(fēng)化物富含正長(zhǎng)石成分的巖石：花崗巖、正長(zhǎng)巖、酸性斑巖、流紋巖、長(zhǎng)石砂巖、片麻巖特 點(diǎn)： 抗物理風(fēng)化能力差，易崩解，形成厚層風(fēng)化殼土壤肥力性狀：由于這類巖石除了含有較多的長(zhǎng)石外，還有一定量的石英，正長(zhǎng)石在濕熱的環(huán)境下易分解生成次生粘礦， 粘土礦物和石英混合存在，使土壤砂粘適中，表現(xiàn)出較好的肥力。生態(tài)類型（3）鐵鎂質(zhì)巖石風(fēng)化物富含深色礦物的巖石：輝長(zhǎng)巖、玄武巖、閃長(zhǎng)巖、安山巖等。特 點(diǎn)： 抗物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化均較弱，形成厚層風(fēng)化殼。土壤肥力性狀：由于這類巖石中SiO2含量很少，發(fā)育形成的土壤質(zhì)地較粘，含有較豐富的營(yíng)養(yǎng)成分（除K以外），pH

10、微酸性，雖然質(zhì)地偏重，但是林地一般排水條件好，所以這種巖石發(fā)育的土壤一般肥力較高，宜林性好。生態(tài)類型 （4）鈣質(zhì)巖石風(fēng)化物含CaCO3的巖石：石灰?guī)r、大理巖、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)砂巖和頁(yè)巖特 點(diǎn)：抗物理風(fēng)化強(qiáng)，抗化學(xué)風(fēng)化弱，形成薄層土壤。土壤肥力特性：風(fēng)化過(guò)程主要是碳酸鈣淋溶，殘留下來(lái)的主要是粘土礦物（片巖砂巖花崗巖。注意：雖然母質(zhì)從多方面影響土壤的性質(zhì)，但以上的性質(zhì)是在其他條件相同的情況下表現(xiàn)出來(lái)的差異。2. 氣候（主要決定著成土過(guò)程中水熱條件）水熱 ： 一方面影響母質(zhì)風(fēng)化過(guò)程速度及物質(zhì)的淋溶； 另一方面控制了植物和微生物的生長(zhǎng)決 定了有機(jī)質(zhì)的積累和分解。氣候?qū)ν寥佬再|(zhì)的影響(1)對(duì)土壤

11、礦物的風(fēng)化及其組成的影響(2)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量和腐殖質(zhì)組成的影響(3)對(duì)土壤膠體性質(zhì)的影響(4)強(qiáng)烈地影響土壤風(fēng)化和淋溶度。 不同氣候下土壤的形成分析南方濕熱 風(fēng)化強(qiáng)烈 鹽基淋失多 土壤pH低 原生礦物少，且粘土礦物以Ki值較低 的高嶺石為主南方濕熱 生物生長(zhǎng)旺盛 微生物活動(dòng)強(qiáng)烈 有機(jī)質(zhì)積累少H/F0.5 東北地區(qū)冷濕 風(fēng)化不強(qiáng) 鹽基淋失少（鹽基飽和） pH高 東北地區(qū)冷濕 有機(jī)質(zhì)分解慢，積累多，但品質(zhì)較差，C/N 高 H/F低 3. 生物：是形成土壤的主導(dǎo)因子生物對(duì)土壤性質(zhì)的影響表現(xiàn)在：顏色、結(jié)構(gòu)、層厚度、pH（針 葉草甸.草原）、養(yǎng)分腐殖質(zhì)組成等。 4. 地形 (1)影響母質(zhì)在地表進(jìn)行再分

12、配 地形主要通過(guò) (2)影響水分和熱量分布（海拔. 坡度.坡向）土壤絕對(duì)年齡:母質(zhì)從開始形成土壤直到現(xiàn)階段發(fā)育時(shí)間的總和。 又稱真實(shí)年齡。土壤相對(duì)年齡:反映土壤發(fā)育階段的先后及時(shí)間。 5. 年齡地質(zhì)年代地質(zhì)年代是指地球歷史的紀(jì)年和標(biāo)定地球歷史事件的時(shí)間順序，亦即地球歷史階段，是地質(zhì)科學(xué)中用來(lái)說(shuō)明地殼中各種巖層形成時(shí)間和順序的一種術(shù)語(yǔ)。地質(zhì)年代的表示方法有兩種：絕對(duì)地質(zhì)年代：用放射性元素測(cè)得的地球?qū)嶋H年齡。相對(duì)地質(zhì)年代：根據(jù)地層順序中所保存的化石來(lái)進(jìn)行劃分的，用地層系統(tǒng)及代號(hào)來(lái)表示。第四紀(jì)（系Q）、第三紀(jì)（系R）、白堊紀(jì)（系K）、侏羅紀(jì)（系J）三疊紀(jì)（系T）、二疊紀(jì)（系P）、石炭紀(jì)（系C）、泥盆

13、紀(jì)（系D）志留紀(jì)（系S）、奧陶紀(jì)（系O）、寒武紀(jì)（系E）、震旦紀(jì)（系Z）地層系統(tǒng)及代號(hào)參考教材P40中的表1-6 地質(zhì)年代表 除上述五種因素外，人類的生產(chǎn)活動(dòng)也直接影響土壤的肥力性狀，而且也會(huì)對(duì)自然土壤成土因素有所影響。長(zhǎng)期以來(lái)，不少自然土壤為人類開墾利用，為了提高土壤生產(chǎn)力，人類積極地控制自然成土因素，使之向著對(duì)生產(chǎn)力有利的方向發(fā)展，但不合理的利用則使土壤肥力下降。花崗巖風(fēng)化物剖面略圖風(fēng)化殼剖面構(gòu)造風(fēng)化強(qiáng)烈，腐殖質(zhì)多礦物質(zhì)分解較差，腐殖質(zhì)較少半風(fēng)化巖石層，巖石外貌尚可辨別，但已經(jīng)開始風(fēng)化未經(jīng)作用的巖石 土壤形成過(guò)程就是建筑在地質(zhì)大循環(huán)(營(yíng)養(yǎng)元素的釋放和淋溶過(guò)程)和生物小循環(huán)(營(yíng)養(yǎng)元素被生物吸

14、收累積和釋放過(guò)程)的基礎(chǔ)上的。三、主要的成土過(guò)程(1) 有機(jī)和礦物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的形式添加到土壤中(Addition)；(2) 有機(jī)和礦物質(zhì)從一個(gè)發(fā)生層或一個(gè)土壤中損失(Loss)； (3) 有機(jī)和礦物質(zhì)從土壤中的一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)點(diǎn)(translocation)；(4) 有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)變(transformation)。所有土壤都按照不同的速率發(fā)育，成土過(guò)程也發(fā)育到不同的程度，任何土體的主要成土過(guò)程也導(dǎo)致其具有明顯的特征。所有土壤的發(fā)生過(guò)程都包含以下幾個(gè)方面： 1、原始成土過(guò)程從巖石露出地表著生微生物和低等植物開始到高等植物定居之前形成的土壤過(guò)程?！皫r漆”階段“地衣”階段

15、“苔蘚”階段如綠藻、硅藻等。自養(yǎng)性微生物如細(xì)菌、真菌、地衣等。異養(yǎng)性微生物2、有機(jī)質(zhì)積聚過(guò)程 在木本或草本植被下， 有機(jī)質(zhì)在土體上部積累的過(guò)程。 這一過(guò)程在各種土壤中都存在。土壤剖面中粘粒形成和積累的過(guò)程， 可分為殘積粘化和淀積粘化殘積粘化是土內(nèi)風(fēng)化 作用形成的粘粒產(chǎn)物， 由于缺乏穩(wěn)定的下降 水流，粘粒沒(méi)有向深 土層移動(dòng)，而就地積 累，形成一個(gè)明顯粘 化或鐵質(zhì)化的土層淀積粘化是風(fēng)化和成土作用形成 的粘粒，由上部土層向下懸遷 和淀積而成殘積粘化過(guò)程多發(fā)生在溫暖的半濕潤(rùn)和半干旱地區(qū)的土壤中淀積粘化則多發(fā)生在暖溫帶和北亞熱帶濕潤(rùn)地區(qū)的土壤3、粘化過(guò)程鹽化過(guò)程是指地表水、地下水以及母質(zhì) 中含有的鹽分，

16、在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下， 通過(guò)土壤水的垂直和水平移動(dòng)，逐漸向 地表積聚，或是已脫離地下水或地表水 的影響，而表現(xiàn)為殘余積鹽特點(diǎn)的過(guò)程。 前者稱為現(xiàn)代積鹽作用，后者稱為殘余 積鹽作用。鹽化土壤中的鹽分主要 是一些中性鹽，如NaCl、 Na2CO3、MgCl2、MgSO4土壤中可溶性鹽通過(guò)降水或 人為灌溉洗鹽，這一過(guò)程 稱為脫鹽過(guò)程。4、鹽化與脫鹽過(guò)程堿化過(guò)程是交換性鈉或交換性鎂不斷 進(jìn)入土壤吸收復(fù)合體的過(guò)程，該過(guò)程 又稱為鈉質(zhì)化過(guò)程。堿化過(guò)程的結(jié)果 可使土壤呈強(qiáng)堿性反應(yīng)，土 壤物理性質(zhì)極差，作物生長(zhǎng)困難，但 含鹽量一般不高。5、堿化與脫堿過(guò)程6、富鋁化過(guò)程又稱為脫硅過(guò)程、脫硅富鋁化過(guò)程。 它是熱帶、

17、亞熱帶地區(qū)土壤物質(zhì)由 于礦物的風(fēng)化，形成弱堿性條件， 隨著可溶性鹽、堿金屬和堿土金屬 鹽基及硅酸的大量流失，而造成鐵 鋁在土體內(nèi)相對(duì)富集的過(guò)程。因此 它包括兩方面的作用，即脫硅作用 和鐵鋁相對(duì)富集作用。潛育化過(guò)程是土壤長(zhǎng)期漬水，有機(jī)質(zhì)嫌氣分解， 而鐵錳強(qiáng)烈還原，形成灰藍(lán)一灰綠色土體的過(guò)程。 潴育化過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)氧化還原交替過(guò)程，指 土壤漬水帶經(jīng)常處于上下移動(dòng)，土體中干濕交替 比較明顯，促使土壤中氧化還原反復(fù)交替，結(jié)果 在土體內(nèi)出現(xiàn)銹紋、銹斑、鐵錳結(jié)核和紅色膠膜 等物質(zhì)。該過(guò)程又稱為假潛育化(Pseudogleyzation)7、潛育化和潴育化過(guò)程四、土壤剖面及形態(tài)特征是地面向下直到土壤母質(zhì)的垂直切面，一般在2m以內(nèi)。土壤剖面構(gòu)造反映了土壤的發(fā)育程度、土壤形成特點(diǎn)以及土壤的形成演化過(guò)程。 從上往下：O、A、B、C、RO(L F H）AABB1B2BCC枯落物層腐殖質(zhì)層淀積層母質(zhì)層1自然土壤剖面2耕作土壤剖面表土層心土層表土層底土層耕作層犁底層受耕作、施