大學土壤學課件風化與土壤形成

第二章

巖石風化和土壤形成主要內容礦物和巖石風化土壤母質類型土壤形成土壤剖面及其形態(tài)特征

掌握風化作用的類型、風化產物的母質類型理解土壤的形成過程和實質。2021/10/10星期日1風化類型(weathering)

物理、化學及生物風化物理風化：機械崩解作用，由溫度變化、水分凍結、碎石劈裂以及風力、流水、冰川的摩擦力等物理因素的作用引起，使巖石由大塊變成碎塊，再逐漸變成細粒，其形狀、大小改變(增大接觸面)，為化學風化創(chuàng)造條件，但成分發(fā)生的變化很小。2021/10/10星期日2化學風化：化學分解作用，由水、二氧化碳和氧氣等參與下進行的各種過程，包括溶解水化－礦物與水化合水解－由于水的H+從硅酸鹽礦物中，部分取代了堿金屬和堿土金屬的鹽基離子，生成可溶性鹽類氧化－濕潤條件下，含鐵、硫的礦物，實質為強酸化過程。2021/10/10星期日3生物風化：生活在巖石表面和土壤中的各種生物的生命活動，可直接參與巖石礦物的分解破壞，且加強了物理和化學風化的作用。

含鉀豐富的黑云母和長石易受到分解，是與細菌、真菌和藻類從中吸取鉀素分不開的。2021/10/10星期日4巖石風化的產物可溶性鹽：硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氯化物等。合成次生礦物：如伊利石、蒙脫石、高嶺石等粘土礦物，以及鐵鋁的氧化物和氫氧化物。殘余的碎屑：難風化的礦物和各種巖屑。

2021/10/10星期日5礦物風化的難易

影響因素：外界環(huán)境條件礦物的成分和結構在外界風化環(huán)境條件大致相同的情況下，常見的各種礦物抵抗風化的相對穩(wěn)定性：

橄欖石(孤立的硅氧四面體通過鹽基離子相互結合)<輝石(硅氧四面體單鏈)<角閃石(硅氧四面體雙/復鏈)<黑云母<鈣斜長石<鈣鈉斜長石<鈉斜長石<鉀長石<白云母<石英2021/10/10星期日6硅酸鹽的基本構造硅氧四面體(tetrahedra)

四個半徑1.32?的氧離子和一個位于它們中間的半徑0.39?的硅離子構成鋁水八面體(octahedra)

半徑0.57?的一個鋁離子和六個氧和氫氧離子構成2021/10/10星期日7硅酸鹽層

層狀硅酸鹽粘土礦物的基本單位，由鋁水八面體的兩個面上通過共用氧離子和硅氧四面體片結合。硅酸鹽礦物抵抗風化的穩(wěn)定性，從硅氧四面體和鋁水八面體結晶來看，取決于中央陽離子的大小對基本構造單位中央空間的適合程度。

2021/10/10星期日8同晶代換(isomorphoussubstitution)陽離子間的取代作用。只在原生礦物及次生礦物成礦時產生，其代替條件是價荷、半徑差異較小，將造成構造不穩(wěn)，價荷剩余。

2021/10/10星期日9影響風化的主要因子礦物風化構造：孤立<單鏈<雙鏈<層狀<架狀電荷平衡同晶代換量大小鹽基離子種類和數(shù)量能量狀態(tài)巖石風化礦物的組成、結構和構造形成時的熱力條件與目前所處環(huán)境的差異巖石的節(jié)理和裂隙發(fā)育狀況2021/10/10星期日10風化產物的類型一、生態(tài)類型

硅質、長石質、鐵鎂質、鈣質風化物和未成巖類物質巖石種類、礦物組成、化學成分風化物的厚度、通氣透水性、養(yǎng)分、酸堿度等2021/10/10星期日11二、地球化學類型

地球表面疏松的風化層，是形成土壤的母質。風化層的物質組成、化學成分及進一步風化的速率，決定于風化物的種類及其特性，也決定于風化環(huán)境的生物氣候條件。

遷移速率：Na>K>Mg>Ca>Al,Fe；

Cl-/SO42->CO32-2021/10/10星期日12在一定的生物氣候條件下出現(xiàn)的風化產物，可分為幾種地球化學類型。

母巖→碎屑類型(物理風化，干旱、半干旱、寒冷地區(qū)或山地；風化物的化學成分和礦物組成與原巖基本相同)→鈣化類型(化學風化，干旱和半濕潤條件；K,Na,Ca,Mg/Cl-/SO42-淋溶流失，CaCO3相對富集；淺層地下水中常含可溶性鹽分，礦化度較高；形成內陸鹽土分布區(qū))→硅鋁化類型(溫帶或暖溫帶雨量適中的條件；Cl-/SO42-強烈淋失，甚至溶解度較小的CaCO3也被淋溶，而Al,Fe,Si等元素尚有殘留；風化物的反應由堿性或中性變成微酸性，且形成伊利石、蛭石、蒙脫石等次生粘土礦物)→富鋁化類型(熱帶、亞熱帶，長期強烈的化學分解，鹽基成分全部淋失，硅酸也產生淋溶，風化物中只殘存一些最難風化的石英、鐵和鋁的氧化物及次生粘土礦物高嶺石)

2021/10/10星期日13三、母質類型定積母質/殘積物未經搬運的風化殘留物，分布在山區(qū)較平緩的高地上，是山區(qū)主要成土母質之一。地面上的殘積物經水流淋洗后，具粗骨性特征，其組成和性質與原巖有較大的差別。下層的風化物逐漸過渡至基巖，具連續(xù)性特征。2021/10/10星期日14運積母質據(jù)不同搬運作用的外力方式，可分為：1)流水沉積母質—據(jù)流水的性質和沉積的地形，分坡積物、洪積物和淤積物。坡積物：分選性較差，質地多為含礫質壤土，常存在埋藏土壤剖面，是山區(qū)的主要成土母質。在山麓的坡積物常形成寬闊的裙狀地形，稱為坡積裙。淤積物/沖積物/沉積物：受河流(經常性水流)侵蝕、搬運和堆積而成。具明顯的分層性，淤積沙、石的磨圓度很好，淤積物的分選性很好。多屬近代的河流沉積物。如我國三大沖積平原。2021/10/10星期日15洪積物：干旱與半干旱地區(qū)的山地，由于驟融的雪水，或是間歇性的暴雨，形成流速湍急的洪水，將山區(qū)的風化碎屑夾雜泥沙，搬運到山谷出口處，由于地勢寬坦而水流減緩，使所攜帶的物質沉積下來，形成扇面地形，稱為洪積扇。洪積物具粗略的分選性，但分選性很差，地勢高處含較多礫石和粗砂，在洪積扇的邊緣多為細砂質或粉砂質。山前交接洼地(扇緣與沖積平原銜接處)，地下水位過高，易形成沼澤化，或因地下水含鹽量較多，產生土壤鹽漬化。

2021/10/10星期日162)靜水沉積母質：如湖積物。質地粘重，有機質含量高，呈暗褐色或黑色。湖積物中的鐵質，在嫌氣條件下，與磷酸結合形成藍鐵礦(Fe3(PO4)2.8H2O)或菱鐵礦(FeCO3)，使湖泥呈青灰色(湖積物的重要特征)。3)海水沉積母質：如海積物。硅質含量高。濱海鹽土的一種成土母質。4)風積母質：風力所夾帶的礦物碎屑，經吹揚(風蝕)作用后沉積而成。如沙丘、沙漠。特點是分選性強，粗細均勻，砂粒磨圓度高，但因土壤缺水而肥力較低。5)重積母質/塌積物：山地陡崖上的風化巖石，受重力作用而坍塌墜落，是山麓及谷地局部地段上母質的類型。組成以碎石礫為主，無分選性也無層次，在山麓形成倒石堆地形。

2021/10/10星期日17第四紀沉積物黃土及黃土性物質：黃土是在干旱或半干旱，季節(jié)變化極明顯的條件下形成，與風力搬運堆積有關。常形成石灰質結核。黃土性物質又稱次生黃土，是由黃土經流水侵蝕、搬運后，再沉積而成。含大量鐵錳結核及膠膜。紅土：富含鐵、鋁質的紅色粘土，屬富鋁化類型的風化物，含較多的鐵、鋁氧化物和高嶺石等。質地粘重，通氣透水性不良，常呈酸性及強酸性反應。冰磧物：冰川期的遺跡2021/10/10星期日18土壤形成和土壤剖面土壤形成的實質：地質大循環(huán)(海洋?大陸，元素流失)生物小循環(huán)(植物?植物，元素富集)2021/10/10星期日19植物營養(yǎng)物質的地質大循環(huán)

風化產物流入海洋后，與流入海洋的巖塊和泥沙等在濃縮、沉淀、堆積的過程中，經膠結和硬化的成巖作用，形成沉積巖。在地殼上升的運動中，沉積巖由海洋底部上升形成大陸；沉積巖暴露于地表之后，又重新進行風化和淋溶，反復進行。植物營養(yǎng)物質由大陸流到海洋，海洋又變?yōu)榇箨懞螅@些物質又由新的大陸流向新的海洋。

2021/10/10星期日20營養(yǎng)物質的生物小循環(huán)

風化產生的母質給植物生長提供水分、空氣、養(yǎng)分等條件。原始幼年土壤上生活的、養(yǎng)分需求較少的低等植物，能吸收保存地質大循環(huán)過程中的一些可溶性養(yǎng)分，來建造自身的有機體。植物死亡后，經微生物的分解作用，有機殘體中的營養(yǎng)元素又變成無機物質，一部分又重新進入地質大循環(huán)的過程中，另一部分可為植物重新吸收利用。通過植物(包括所有參與這一過程的生物)的反復吸收利用和累積營養(yǎng)物質的過程。2021/10/10星期日21土壤形成的因素

自然成土因素：母質、生物、氣候、地形和時間人為作用:有益(精耕細作、合理施肥、灌溉排水等提高肥力)；破壞S=f(P,C,B,G,T,H)1.母質(內因)

巖石風化的產物，是自然土壤形成的物質基礎。對土壤的物理(質地)和化學性質(養(yǎng)分組成、酸堿性)影響明顯。2.生物

養(yǎng)分積累，改善土壤的肥力性狀；增加有機質，改善結構。2021/10/10星期日223.氣候

直接影響水、熱條件，很大程度上決定著各種植被類型的分布，從而影響土壤礦物和土壤有機質的分解和合成；溫度、降水量等影響礦物風化、礦質元素遷移速率。4.地形

對母質、水、熱條件、植被的再分配。5.時間

任何一個成土因素對土壤的影響都隨時間的延長而不斷加深。土壤形成過程的程度是以時間為轉移的，隨著成土過程持續(xù)的時間不同，土壤中物質的淋溶與聚積的程度不同，故受當?shù)氐刭|年齡的影響。

2021/10/10星期日23土壤剖面(soilprofile)自然土壤剖面：受自然成土因素的影響土壤剖面

從地面向下挖掘所裸露的一段垂直切面，深度一般在2米以內。依次為有機質層(O)、淋溶層(A)、淀積層(B)、母質層(C)和基巖層(D)。土壤剖面構造

土壤剖面從上到下不同土層的排列方式。各土層的特征與該層的組成和性質一致，是土壤內在性狀的外部表現(xiàn)，是在土壤長期發(fā)育過程中形成。2021/10/10星期日24淋溶作用

土壤中的下滲水，從土壤剖面的上層淋溶或浮懸土壤中某種成分的作用。淀積作用

下滲水到達剖面下層沉淀其中某些溶解物或懸浮物的作用。淋溶層

土壤剖面的上層。該土層中某些易溶性鹽類、含水氧化鐵、含水氧化鋁、硅酸和通過土壤有機質分解和腐殖質形成產生的各種有機酸和無機酸被土壤中的下滲水淋溶或浮懸。淀積層

土壤剖面的下層。該土層中的某些溶解物或懸浮物被到達剖面下層的下滲水所沉淀。2021/10/10星期日25物質的轉移作用

土壤水攜帶著溶解或懸浮的物質產生的移動。1)物理性轉移

礦物質與有機物質膠粒以及其他微粒，從A層移動到B層而沉淀下來。2)化學性轉移

礦物在風化過程中產生的可溶性鹽類等，從A層隨著下滲水下移，或淀積在B層或到達地下水層而流失。

2021/10/10星期日26耕作土壤剖面人類生產活動和自然成土因素的綜合作用表土層：分耕作層(0-20cm)和犁底層(耕作層下6-8cm)心土層：保水保肥，生長后期供應水肥的主要層次底土層：生土或死土2021/10/10星期日27土壤剖面形態(tài)特征重要的形態(tài)特征:顏色、結構、質地、堅實度、孔隙、濕度、新生體、侵入體、動物孔穴顏色物質成分①腐殖質含量(多，黑色；少，暗灰色)，②氧化鐵(鐵銹色/黃色)，③石英、斜長石、方解石、高嶺石、二氧化硅粉末、碳酸鈣粉末等(白色)，④氧化亞鐵(沼澤土、潛育土中，藍色或青灰色)；土壤的物理性狀(濕度、粗細、光線強弱)2021/10/10星期日28結構--土壤固體顆粒的空間排列方式

①單粒，②復粒：團聚體(粒間相連，利于根系發(fā)展；體間相連，多孔、溝通，通氣、水，供肥)和微團聚體，③核狀、片狀、棱角狀，④柱狀、棱柱狀，⑤塊狀質地

機械分析準確測定;野外指測法，分砂土、砂壤土、輕壤土、中壤土、重壤土、粘土。松緊和孔隙狀況

影響土壤通氣、透水和保水性，也影響土壤的溫度狀況。

2021/10/10星期日29濕度

分干、潮、濕、重濕、極濕。新生體

土壤形成過程中新產生或聚積的物質，是判斷土壤性質、土壤組成和發(fā)生過程等重要特性。按外觀分，鹽霜、鹽斑、結核等；按化學組成分，可由易溶性鹽類組成，可由晶質或非晶質的化合物組成。侵入體

位于土體