第一章土壤的形成和发育

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在成土过程中,地形是影响土壤和环境之间进行物质、能量交换的一个重要条件。它和母质、气候、生物等因素不同,在成土过程中,不提供任何新的物质,和土壤之间并未进行着物质和能量的交换。
其主要作用表现为:一方面是使物质在地表进行再分配;另一方面是使土壤及母质在接受水热条件方面发生差异。
(五)时间因素
时间和空间是一切事物存在的基本形式。土壤形成的母质、气候、生物和地形等因素的作用程度或强度,都随着时间的延长而加深。因此,土壤也随着时间的进展而不断地变化发展着。具有不同年龄,不同发生历史的土壤,在其它因素相同的条件下,必定属于不同类型的土壤。
风力的搬运沉积而成。我省雁北西南、西北沿黄河一带都是风积物。
特点:分选性强,砂粒磨圆度高,砂性大
7、黄土(loess)、
黄土性母质(loessal parent material)
黄土是第四纪地质时期的一种特殊沉积物。
特点:黄土为淡黄或暗黄色,土层厚度达数十米,粉砂质地,粗细适宜,通体颗粒均匀一致,疏松多孔,通透性好,具有发达的直立性状,含10%~15%的CaCO3常形成石灰质结核。
第一节 形成土壤母质的矿物岩石
一、主要的成土矿物
(一)矿物(mineral)的概念
矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物。
有的矿物是由单一元素所组成的。有的是由几种元素组成的化合物,它们具有一定的化学性质,内部构造和物理特性,并以各种形态,(固、液、气)存在于自然界中
(二)成土的主要矿物
其特点是有明显的层理,常含有化石、所含矿物成分极其复杂
常见的有砾岩、砂岩、页岩、石灰岩等。
3、变质岩(metamorphic rock)
变质岩是由岩浆岩、沉积岩在高温高压下发生变质作用所形成的,其矿物组成、结构和化学成分较岩浆岩、沉积岩有显著改变。
一般特点是片状(或片麻状)组织,变质后的岩石较变质前致密、坚硬、比较不容易风化。
1、原生矿物(primary mineral)
由地壳深处的岩浆冷凝而成的矿物,在风化过程中没有改变原来的化学成分和结构,只遭到物理性的破坏,而留存于土壤中。
在土壤中常见的原生矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、磷灰石等。
2、次生矿物(secondary mineral)
由原生矿物经过化学变化,(如变质作用和风化作用)形成的新矿物。
岩石在外力影响下,机械地分裂成碎屑,只改变大小与形状,而不改变其成分的过程。
影响物理风化的因素
(1)温度
温度主要影响岩石的膨胀及收缩。由于组成岩石的各种矿物具有不同的吸热和膨胀系数,因此,白天因增温而膨胀,夜间因降温而收缩的能力不均一,同时由于岩石导热率小,热量不易传导,白天岩石表面受热增温强度大于内部,夜间则相反,这样岩石的表面和内部因增温不均一就产生了上下交错的裂隙。天长日久,岩石则破碎崩解。
黄土中有新黄土,又称为马兰黄土(malan loess)。形成时间晚,淡灰黄色,较疏松、无层理、石灰含量高,轻壤土。
老黄土是离石黄土(lishi loess)和午城黄土(wucheng loess)的总称,又称为红色黄土,形成时间早,为棕黄色或红黄色,重壤土,有石灰结核。
黄土性母质又称次生黄土,是由马兰黄土经流水侵蚀,搬运后,再沉积而形成的。
土壤年龄分为绝对年龄和相对年龄两种:
绝对年龄是指该土壤在当地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,通常用年来表示。可以通过地质学上的地层对比法、孢粉分析法、放射性14C测定法等进行近似测算。
相对年龄则是指土壤的发育阶段或土壤的发育程度,无具体年份,一般用土壤剖面分异程度加以确定,在一定区域内,土壤的发生土层分异越明显,剖面发育度就高,相对年龄就大;反之相对年龄小。通常所谓的“土壤年龄”是指相对年龄。
常见的有片麻岩、板岩、石英岩、大理岩。
主要成土岩石的风化和风化产物
三、矿物岩石对土壤性质的影响
(一)影响土壤颗粒的粗细
如花岗岩、石英岩、片麻岩、含石英多、抗风化力强形成的土壤粗的颗粒多,土壤通气透水性好,保水保肥力差,由云母、角闪石、页岩、板岩、玄武岩形成的土壤粘重,其保水保肥性强。
(二)影响土壤的酸碱性
第一章 土壤的形成和发育
教学重点
了解主要成土矿物、岩石及其基本特性。
掌握风化作用的几种类型,影响物理、化学风化作用和生物风化作用的因素。
了解不同土壤母质类型的成因和特点。
正确理解岩石与母质的关系。
了解土壤的成土因素;熟悉主要成土因素在土壤形成过程中的作用,以及各成土因素之间的相互关系。
掌握自然土壤的形成过程和实质,并区别与农业土壤形成的不同之处。
它的性质、成分、形态都发生了变化。
土壤中颗粒最细的粘粒大都是次生矿物,由于这些次生矿物颗粒很细,又称粘土矿物。
它们有高岭石、蒙脱石、水云母(伊利石),含水氧化物和二、三氧化物,铝土矿Al2O3·3H2O、褐铁矿2Fe2O3·3H2O、针铁矿等。
不同地理环境中次生矿物形成的一般模式
二、成土的主要岩石
(一)岩石(rock )的概念
如石英的膨胀系数为0.000036,正长石为0.000017,角闪石为0.000028,方解石为0.00002。
(2)冻结
主要使冰的体积增大,使岩石分裂成大小不同的多角形碎块,一旦岩石有了裂隙,水分便可进入其中促使裂隙扩大加速崩解作用,一般冻结后体积可增大1/11,所产生的压力可高达960kg/cm2这种作用对含水的多的岩石(如砂岩含水10%~25%)特别明显。
岩浆岩是由地下的岩浆,经熔融作用以后上升到地表或地壳内,经过冷凝以后形成的岩石。
在地壳深处冷凝的叫侵入岩,岩浆流出地表形成的叫喷出岩。
(1)酸性岩含SiO2>65%,有花岗岩、花岗斑岩、石英斑岩、流纹岩,主要含石英、长石等难以风化的矿物。
(2)中性岩含SiO252%~65%,有正长石、粗面岩,所含矿物以石英、长石为主,闪长岩、安山岩主要含斜长石,角闪石。
岩石是由一种或数种矿物组成的自然集合体。
由多种矿物集合而成的岩石称为复成岩,如花岗石就是一种复成岩,它是由石英、长石和云母以及少量的其它矿物组成的。
由一种矿物组成的岩石称为单成岩,如烧石灰用的石灰岩,就是一种单成岩,是由方解石一种矿物组成的。
(二)成土的岩石
1、岩浆岩(magmatic rock )火成岩
云母1:ห้องสมุดไป่ตู้40000
石英1:10000(热水70°以上)
据估计,地球上所有的河流每年把溶解状态的盐类带入海洋的量达40亿公斤。
(2)水化作用
无水的矿物与水接触后,生成含水矿物的作用。常使矿物体积增大一半至一倍半,因而促进岩石崩解。
(3)水解作用
是化学风化过程中最基本的,也是最重要的作用,当水中含有CO2或其他酸类时,由于水的解离作用而产生氢离子。
随着农业生产的发展和科学技术的进步,人为因素对土壤形成的干预日益深刻和广泛,它在农业土壤的发展变化上已成为一个具有特殊重大作用的因素。
(一)母质因素
母质不同于岩石,它已有肥力因素的初步发展,可释放出少量的矿质养分,但释放的养分分散难以满足植物生长的需要;母质疏松多孔,有一定的吸附作用、透水性和蓄水性。母质又不同于土壤,其缺乏养分,几乎不含氮、碳。
第二节岩石矿物的风化与土壤母质
一、风化过程(weathering porocess)
(一)概念
岩石风化指的是露出地面的大块岩石,在地表各种自然因素的作用下,逐渐由大块散碎成小块,同时化学成分也发生了改变,岩石所发生的这一切变化,就叫岩石的风化过程。
(二)风化作用的类型
1、物理风化作用(physical weathering)
3、生物风化作用(biological weathering)
生物风化作是指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石的风化作用。
生物风化作用具有重要的意义。首先,没有生物的生命活动,大气成分中就不可能补充光合作用所消耗的大量的CO2,没有CO2化学风化就不能迅速进行,由于土壤中为数巨大的微生物生命活动的结果,每年可产生大量的CO2,这样就加强了岩石的化学风化作用,其次更重要的是,生物风化作用 不仅使岩石破碎,分解,而且还能积累养分,创造有机质,发展土壤肥力。
(三)生物因素
生物因素是影响土壤发生发展的最活跃因素。由于生物的生命活动,把大量的太阳能引进成土过程的轨道,才能使分散在岩石圈、水圈和大气圈中的营养元素有了向土壤聚积的可能,从而创造出仅为土壤所固有的肥力特性,并推动了土壤的形成和演化,所以从一定意义上说,没有生物的作用,就没有土壤的形成过程。
(四)地形因素
特点:土层深厚,无明显层次,颗粒细小均匀,为棕黄色粉砂质粘土,具有棱柱状结构,并含有大量铁、锰结核及胶膜。
第三节土壤的形成
一、成土因素
19世纪末,俄国土壤学家B•B•道库恰耶夫对俄罗斯大草原土壤进行了调查,提出了土壤是地理景观的一面镜子,是一个独立的历史自然体;土壤是在母质、气候、生物、地形和时间的综合作用下形成的,这五大成土因素始终是同时地、不可分割地影响着土壤的发生和发展,同等重要和不可相互代替地参加了土壤的形成过程,制约着土壤的形成和演化。
二、土壤母质
(一)土壤母质(soil parent material)
地表的岩石经过风化、搬运、堆积等过称所形成的在地质历史上最年轻的疏松矿物质层。
(二)母质的类型和特点
1、残积母质(residual parent material)
由当地基岩风化而成的,残留在原地未经搬运的母质。
特点:从上到下,由细变粗跟基岩接近,本身的性质和化学成分和基岩一致。
石灰岩地区,岩石内含CaCO3多,土壤为碱性、微碱性、花岗岩地区,由于含大量酸性硅酸盐土壤呈酸性反应。
(三)影响土壤养分状况
如母质中含长石、云母较多时,土壤中遗留的钾素较多,含有磷灰石则土壤中磷素含量增加,含辉石、角闪石、橄榄石、褐铁矿、白云母等矿物。土壤中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等养分物质较多。含石英较多时,则土壤中养分贫乏。
2、坡积母质(slope parent material)
山坡上部的风化碎屑物质,经雨水或融雪水的冲刷,搬运到山坡中,下部堆积形成。
特点:由上到下,逐渐增厚,颗粒逐渐变细,透水通气性好,养分较丰富
3、洪积母质(diluvial parent material)
由山洪所携带的泥砂冲刷到山前平缓地带,由于山洪的流速不同,形成扇形,称为洪积扇。
岩石在外界条件的影响下,引起化学成分的改变,产生新的物质的过程。
影响化学风化的因素
(1)水的溶解作用
指矿物溶于水的作用,一般矿物不溶于水,但在大量水分和较高温度下,也可以使矿物的溶解度增大,尤其是当水中溶有二氧化碳(生物呼吸作用和有机物分解产生)而形成碳酸时,可大大促进矿物的溶解。
例:滑石的溶解度1:115000
(3)水分
雨水冲刷的重力作用。如屋檐下的砖被雨水滴成洞,河流两岸的岩石,由于浪击,被磨蚀。
(4)风
将岩石表面的碎屑吹走,使岩石暴露,从而加速岩石的物理风化。
物理风化的结果,使紧密的实体变成了疏松的多孔体,给水分、空气进入创造了条件,风化产物较粗,形成的母质偏砂,石砾多,养分不易释放。
2、化学风化作用(chemical weathering)
(3)基性岩含SiO245%~52%,常见的有辉长岩、玄武岩等,含盐基丰富,无游离SiO2。
(4)超基性岩含SiO2<45%,常见的有橄榄岩、辉岩。
岩浆岩的共同特点是不具层理、不含化石,侵入岩多具大形的矿物结晶,喷出岩则具玻璃质结晶与气孔构造。
2、沉积岩(sedimentary rock)
沉积岩是由地壳上早期形成的各种岩石,经风化、搬运、沉积、胶结作用形成的岩石。
母质是形成土壤的物质基础,是土壤的“骨架”,是土壤中植物所需矿质养分的最初来源。
母质中的某些性质,例如机械性质、渗透性、矿物组成和化学特性等都直接影响成土过程的速度和方向。
(二)气候因素
气候支配着成土过程的水热条件,水分和热量不但直接参与母质的风化过程和物质的地质淋溶过程,而且更重要的是它们在很大程度上控制着植物和微生物的生长,影响土壤有机物质的积累和分解,决定着营养物质的生物学循环的速度和范围。
特点:分选性较差,颗粒粗细不同,洪积扇上部有大块砾石,细颗粒少,层次不明显,透水性能好,边缘沉积物质细,层次明显。
5、湖积母质(lacustrine parent material)
是湖泊的静水沉积物。
特点:质地偏粘、养分丰富、有机物含量高,淤泥厚,内陆地区有盐矿存在,改良后才能利用。
湖积母质
6、风积母质(wind-blown parent material)
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