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