第六章 地表化学元素迁移与土壤圈的形成

一、地表化学元素迁移的方式
四、地球化学屏障
（二）地球化学屏障的类型 1.机械屏障，如金沙矿或其他重金属砂矿。 2.物理-化学屏障，氧化、还原、碳酸盐、硫
酸盐、碱性、酸性、蒸发、吸附等 3.生物屏障，如硅藻对sio2有的富积作用
第二节 土壤的组成和性质
一、土壤和土壤圈的一般概念
1 矿质化过程 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 2 腐殖质化过程 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 合成一系列黑色高分子有机物的过程
（二）土壤有机质
有机质对土壤肥力的作用(补充了解)
1.
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。 2.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。 3. 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。

一、地表化学元素迁移的方式
（三）生物迁移
指化学元素被生物所吸收，并随生物循环而
发生的迁移。 陆地生物是生物迁移的主要方面 生物吸收系数：植物灰分（植物残体经过灼 烧所残余的物质，主要是无机盐类）中某些 元素含量与植物生长所处的岩石或土壤中该 元素含量之比。
《土壤中铬元素在中草药中的生物迁移
土壤的物质组成

土壤是由固相、液相和气相等三相物质组成的 。
矿物质、有机质、活的生物体、土壤溶液、土壤空气
（孔 按 ）
容 积
空 气 20－30 ％ 水 分 20－30 ％
矿物质 95 ％ 有机质 5 ％
隙
土 壤 固 体 （ 按 重 量 ）
二、土壤的物质组成及其变化

（一）土壤矿物质
土壤矿物质是土壤的主要组成物质，构
物质迁移
宏观的岩石块体的大规模移动：板块运动
中观的物质侵蚀与堆积
微观的地表化学元素迁移（景贵和，1986）
第六章 地表化学元素迁移与土壤圈的形成
第一节
地表化学元素迁移的一般规律 第二节 土壤的组成与性质 第三节 土壤圈形成理论 第四节 土壤类型划分
第一节 地表化学元素迁移的一般规律
三、土壤性质及其肥力意义

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

（一）土壤物理性质 1.土壤质地 粒级：根据土壤矿物质颗粒粒径大小将土壤矿物质颗粒划分出 不同的等级，如砾石、砂粒、粉沙粒、黏粒，这些级别在土壤 学上称为粒级。 各粒级的划分标准（粒径：mm）：

一、地表化学元素迁移的方式


四、地球化学屏障
（一）概念（重点） 地球化学垒，指在短距离内化学元素或化合物迁移 条件明显变化，并导致元素或化合物富积的地段。 富积往往形成有用的矿床，只有在短距离范围内迁 移条件的变化，元素或化合物的富积才能显现出来， 大范围迁移条件的渐变只能破坏地球化学屏障，减 轻富积强度，不利于矿床的形成或形成贫矿。
》
（鲁勇齐 ，2009） 对甘肃定西地区成熟期的5种中草药药用部分 的Cr元素含量及这5种中草药根系部分土壤中 Cr元素的含量用火焰原子吸收光谱进行了分 析, 实验结果发现,除了黄芪外,中草药中的铬 含量明显高于土壤中铬的含量,表明5种中草 药对土壤中Cr元素都有生物迁移作用,其迁移 作用由强到弱依次是柴胡、甘草、当归、板 蓝根和黄芪。
一、土壤和土壤圈的一般概念


单个土体：因为聚合土体内部性质最为均一，受力也比 较一致，所以在湿胀干缩或热胀冷缩过程中，就会形成 垂直方向上的规则破裂面，，将聚合土体分割成若干个 六棱柱状体，这些六棱柱状体可以代表聚合体的大部分 特征，文明将代表聚合土体大部分特征的最小体积单位 称为单个土体。 土壤形态：土壤的颜色、干湿度、松紧度、孔隙状况、 粗细程度、胶膜、结核等可鉴别土壤性质的外貌特征。 土壤剖面：单位土体的每一个垂直断面，即自地表垂直 向下的土壤断面。它是人们在野外观察认识土壤形态特 征的工作面。单个土体实质是土壤剖面的立体化。
地表化学元素迁移：自然地理系统中的化学
元素在各种力的作用下所发生的存在状态的 变化以及空间位置的变动。实质是元素的分 散、运移和聚集。 分散：不可移动状态 可移动状态 聚集：可移动状态 不可移动状态 运移：空间位置的变动
一、地表化学元素迁移的方式
（一）水迁移
（二）空气迁移 （三）生物迁移
次生矿物质
（一）土壤矿物质

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：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 可移动矿物变为难移动矿物的过程。
土壤圈在地理环境中的地位和作用
1
2
土壤圈与生物圈进行养分元素的循环，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。 土壤圈 与水圈 进行水分平衡与循环，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。
一、土壤和土壤圈的一般概念
一、土壤和土壤圈的一般概念
土壤圈：土壤在地球陆地表面呈断续分布，
共同构成了一个特殊的圈层。在地理环境中 总是占据一定的不变位置，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。 当前，从土壤圈的高度来认识全球土壤变化 及其对大气圈、生物圈、水圈和人类社会的 影响，是自然地理学关注的热点之一。 土被：某一地区全部土壤类型的集合。
一、地表化学元素迁移的方式
二、风化壳元素迁移强度的指标（了解）
一、地表化学元素迁移的方式
三、影响地表化学元素迁移的因素 （一）元素本身的内在因素 分子晶体最容易转变为气态或液态，离子晶体最容 易溶于水等。 （二）自然地理环境因素 1.水热条件 2.地表化学环境 3.生物条件 4.地质与地貌条件 （三）人类活动因素
一、土壤和土壤圈的一般概念


土壤发生层（土层）：在土壤剖面上，根据土壤形态特 征所划分出的大致呈水平延伸，厚度不等的层次。自上 而下，通常划分为A,B,C三个基本层次，A,B两层合称为 土体。 A层：腐殖质层、表土层、淋溶层，颜色较暗，根系较 多、疏松多孔。某些物质发生水平或垂直迁移（淋溶）。 B层：心土层或淀积层，由A层淋溶迁移下来的物质在 这里沉淀形成，颜色较淡，根系和孔隙较少，比较紧实。 C层：也叫母质层，保持着原始风化物的性质。 土体构型或土体层次构造：某一土壤剖面土层的数目、 厚度及其组合排列型式。是鉴别土壤类型的重要标志之 一。
有机质对土壤肥力的作用(补充了解)
4.
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。 5. 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。 6. 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。 7. 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。 分为：液态水、气态水、固态水。其中液态 水的绝大部分即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。 土壤液态水的存在状态可分为以下四种类型： 吸湿水、膜状水、毛管水、重力水
成土壤的“骨骼”。
土壤矿物主要组成元素 地壳中已知的90多种元素土壤中都存在 按成因土壤矿物质可以分为： 原生矿物质 次生矿物质

（一）土壤矿物质
原生矿物质
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。
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
二、土壤的物质组成及其变化 三、土壤性质及其肥力意义
一、土壤和土壤圈的一般概念
土壤：位于地球陆地表面具有一定肥力且能
够生长植物的疏松层。 土壤肥力：土壤本身所具有的能不断供应和 协调植物生长对水、肥、气、热（土壤的四 大肥力）需要的能力。 聚合土体：在水平方向上，土壤性质最为均 匀一致的最小单位。它是土壤的基本单位， 是土壤分类系统中的基层单元，如“土种”、 “土系”等。它经常被作为土壤野外调查制 图中观察、描述以及制图的重要对象。
土壤水分的来源及消耗
主要来源于大气降水、地下水和灌溉用水， 水汽的凝结也会增加极少量的土壤水 。 消耗主要有土壤蒸发，植物吸收利用和蒸腾， 水分的渗漏和径流
土壤水分平衡
△水=水收入-水支出
(四)土壤空气 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。
土壤生物生命活动的影响二氧化碳比大气中含量
吸湿水



土壤颗粒表面张力所吸收的水汽，不能移动， 植物不能吸收。（图6-6） 膜状水 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，在一定条件下能够移动且被植物吸 收利用。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。 毛管水 毛管孔隙中毛管力所吸附保存的水分，是自由 液态水，不因重力作用流出， 是土壤中植物利用的有效 水分。 有两种：毛管上升水和毛管悬着水。 重力水 土壤毛管孔隙充满水之后，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。即 土壤水分含量超过田间持水量（毛管悬着水达最大值）时 沿土壤非毛管孔隙向下移动的多余水分。 重力水不能在 土壤中保存很长时间，属多余水分。
高而氧气含量比大气低。 土壤空气中的水汽大于70% ，大气中小于4%， 相差甚远 土壤固氮微生物能固定一部分氮气，增加土壤氮 素含量，而土壤中进行的硝化作用和氮化作用， 氮素又转化为氮气和氨释放到大气中，二者基本 保持平衡。
（一）土壤物理性质
1.土壤质地 2.土壤结构性 3.土壤孔性
土壤圈在地理环境中的地位和作用
3
4
土壤圈与大气圈进行气体的交换，影响大气 圈的化学组成，水分与能量的平衡；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。 土壤圈与岩石圈进行着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。
（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
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 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
（二）土壤有机质 有机质的转化 两个过程

一、地表化学元素迁移的方式
（二）空气迁移 指自然地理系统中的气体成分、水汽、固体、液体 颗粒随气流运动所发生的迁移。 碳循环、水汽迁移、气溶胶迁移等。 气溶胶：以大气为分散介质、以固体和液体颗粒为 分散相所组成的分散体系或胶体体系。 固体颗粒：大陆陆面表层松散的堆积物、海洋中的 盐分、人类活动向大气排放的烟尘等 液体颗粒：浪花溅出、空气中的水汽凝结 气溶胶元素富积系数=固相气溶胶中元素的含量/大 陆地壳岩层中a元素的克拉克值。 克拉克值：化学元素在一定自然体系（通常为地壳） 中的相对平均含量。又称元素丰度。
一、地表化学元素迁移的方式
（一）水迁移 指风化壳中化学元素呈简单离子、络合离子、分子、 胶体、悬浮物状态在水体中的迁移。 水迁移系数Kx：某元素在水体中的平均含量/该元素 在水体所流经岩石中的平均含量。 水迁移序列：极强、强、中等、弱、极弱 元素迁移相对性系数Cx:不同元素水迁移序列中元素 迁移系数之比，作为元素迁移相对大小的定量指标。 值越大，即相对迁移性越强，越容易在迁移系数小 的那个序列的环境中发生富积。（图6-3）