3第三节土壤形成过程
《土壤学》第八章土壤形成分类与分布
肥力的提高；利用不当，就会破坏土壤。
四、土壤的基本成土过程
（一）基本的成土作用 物理作用：团聚、迁移、富集、侵蚀、堆积、冻融、
干湿交替、膨胀、收缩、剥落 化学作用：水化、水解、溶解、黏粒矿物形成、氧
土种也常与土类、亚类、土属连用成一段，如
粘壤质厚层 黄土性 草甸 黑土
土种
土属 亚类 土类
三、土壤系统分类
十九世纪50年代美国G. D.Smith进行定量化土壤分类研究， 1960年推出。
1975年正式出版了《土壤系统分类（Soil Taxonomy）》。
特点：在发生学思想的基础上，把土壤发生学土层和土壤特 性给予了定量化，建立了一系列的诊断层和诊断特性。依据 土壤属性归纳土壤类型。
经
风
沉
化
积
植物
释放
养分
土壤破碎物
土壤发生中普遍存在的基本成土作用： • 有机质的形成和分解 • 原生矿物的分解 • 粘粒矿物的形成及物质的迁移
二、土壤剖面的发育
（一）土壤剖面：是指从地面向下挖掘而暴露出来 的垂直切面。
（二）土壤发生层：母质经成土过程发生分异而形 成的土壤层次，简称土层 。
（三）土体构型 土壤剖面中土壤发生层的
一、土壤分类的概念
（一）土壤分类的概念 ➢ 土壤分类是指根据土壤性质和特征，按照一定
系统原则、指标体系对土壤进行科学的分门别 类过程。
在国际上，影响最大的三大分类制为
美国土壤系统分类制（土壤诊断层及诊断特性为 主要依据）
联合国土壤图例单元（FAO/Unessco） 国际土壤分类参比基础（IRB）.
土壤的形成发育过程
土壤发育的阶段性
七、人类活动对土壤发生演化的影响
人类活动在土壤形成过程中具独特的作用，与其他5 个因素有本质的区别：
1、人类活动对土壤的影响是有意识、有目的和 定向的。 2、人类活动是社会性的，它受着社会制度和社 会生产力的影响，在不同的社会制度和生产力水平 下，人类活动对土壤的影响及其效果有很大的差别。 3、人类活动可通过改变各种自然因素而起作用， 这种作用可分为有利和有害两个方面（表5-6）。 4、人类活动对土壤的影响也具有两重性。利用 合理，有助于土壤肥力的提高；利用不当会破坏土 壤。
二母质的类型资料仅供参考?????运积母质残积母质成土母质类型????????????????????????????????????崩积物重积母质地心引力冰碛母质冰川砂丘黄土母质风海积母质湖积母质洪积母质坡积母质冲积母质流水沉积水资料仅供参考三母质在土壤形成中的作用11母质对成土过程的速度性质和方向有影响
2、生物小循环(micro-biological cycle)：是植物营
养元素在生物体与土壤之间的循环。即植物从土壤中吸
收养分，然后又通过动植物残体回到土壤中，在微生物 的作用下又转化为植物所需养分，并促进土壤肥力形成 和发展的过程。是从土壤到土壤的一个过程。 3、地质大循环和生物小循环的特点
地质大循环涉及空间大，时间长，植物养分元素不
通常说的土壤年龄是指土壤的发育程度，而不是 年数，亦即通常所谓的相对年龄。
（二）土壤形成速率和所需的时间
1、土壤形成速率受母质和环境条件差异的影响。
在湿润气候条件下，石灰岩只需100年就风化，而砂岩
则需要200年。 2、土壤发育速率与时间变化有关。一般当土壤处 于幼年阶段时，土壤的特性随时间变化很快，但随着 成土年龄的增加，速率渐渐转慢，且不同的成土过程 在时间上的变化强度也是不同的; 3、不同地区、类型的土壤，形成的时间有很大的 差异。
第三章__土壤的孔性、结构性与耕性
孔隙度计算*：
非活性孔度=非活性孔容积/土壤容积*100% 毛管孔度=毛管孔隙容积/土壤容积*100% 通气孔度=通气孔隙容积/土壤容积*100% 土壤总孔隙度=非活性孔度+毛管孔度+通气孔度
小 孔 隙
大 孔 隙
三、土壤的密度和容重
土壤孔隙一般很难直接测定，常常通过土壤容重和土壤密度来 计算。同时在土壤其他性状的研究中，其应用也十分广泛。
土壤容重的在农业上的应用：
1）反映土壤松紧状况
相同质地时，疏松的土壤容重较小，紧实的土壤容重较大。 不同质地时，一般砂土〉壤土〉粘土。
2)计算土壤三相比
孔隙度＝Ｖ孔／Ｖ土体＝（Ｖ土体－Ｖ固体）／Ｖ土体＝１－Ｖ固体／Ｖ土体 ＝１－（ｗ／土壤密度）／（ｗ／土壤容重）＝１－土壤容重／土壤密度
固相率＝１－孔隙度＝土壤容重／土壤密度 液相率（土壤容积含水量）＝土壤质量含水量×土壤容重 气相率＝１－固相率－液相率＝孔隙度－液相率 土壤三相比＝固相率：液相率：气相率 适宜的土壤三相百分数为： 固相率50%左右； 容积含水率25-30%； 气相率15-25%。
4、改良耕性和有利于作物根系伸展。
团粒之间接触面积减少而大大减弱了土壤的粘结性与粘 着性，改善土壤耕性；并且团粒间疏松多孔，利用根系 伸展，而团粒内部，孔隙小利于根系的固定和支撑。
总之团粒结构使土壤孔性良好，协调土壤水肥气热的能 力强，耕性优良。
高产田并非一定要有水稳性团粒，没有也可
土壤结构性的评价
容重 孔隙度＝ 1－ 密度
土壤总孔度=孔隙容积/土壤容积*100% 旱地耕层土壤以50%～５６％适宜大多数作物生长。一般砂土孔度30%-45%，壤 土40%-50%，粘土45%-60%。
孔隙比=孔隙容积/土粒容积=孔度/（1-孔度） 1，稍大
第三章土壤质地和结构
（3）各粒级的主要特征
①石块：主要是残留的母岩碎块，山区的土 壤中常见，土壤中含石块多，对耕作和作物 生长是不利的，一般可发展林业与果树，如 农业利用时要设法除去。 ②石砾：多为岩石碎块，山区土壤与河漫滩 土壤中常见，含量多时，孔隙过大，易漏水 漏肥，损坏农具，应进行改良。
③砂粒：常以单粒存在。主要为石英颗粒。 通透性好、保水肥能力差。比表面积小，无 粘着性、可塑性和胀缩性等性质。矿质养分 含量低。
细粒部分则根据颗粒半径与颗粒在静水中沉 降速率的关系（斯托克斯定律），计算不同 粒级土粒在静水中的沉降速度，把土粒看作 光滑的实心圆球，取与此粒级沉降速率相同 的圆球直径，作为该土粒的直径，这样所得 到的土粒直径，就叫做当量粒径。
土粒和水的 密度差
重力加速度
土粒半 径
水的粘滞系数
至于如何把土粒按大 小分级，分成多少个 粒级（粒组），各粒 级间的分界点定在哪 里，至今尚缺乏公认 的标准，不同国家和 部门所采用的土粒分 级制都是不同的。
63
＜0.005 10
长石
14
12
15
8
10
云母
——
——
7
21
67
角闪石 ——
4
2
5
7
其它矿 物
——
3
4
3
6
总计
100
100
100
100
100
从表中数据可以看出：
由于石英的抗风化能力最强，所以它的分 布规律是粒径越大者含量越多；
云母的抗风化能力较弱，在越细的粒级中 分布越多；
角闪石极易风化，甚至彻底分解而消失， 只在较细粒级中有所残留。
砂粒 粉粒 粘粒
土的形成。
土壤的形成
土壤的形成是一个复杂的过程，它涉及到多种因素的相互作用。
以下是土壤形成的主要过程：
1. 岩石风化：岩石在受到气候、水文和生物作用等因素的影响下，逐渐破碎和分解成小颗粒。
这个过程包括物理风化（如温度变化引起的热胀冷缩、冻融循环等）和化学风化（如水和气体与岩石中的矿物质发生反应）。
2. 植物和动物作用：植物的根系通过渗透作用和力学作用，将岩石颗粒分离并促进风化过程。
植物的根系还释放有机酸和二氧化碳，进一步加速化学风化。
动物的活动（如掘洞、挖土）也能改变土壤的结构。
3. 有机物质的积累：植物和动物的残骸、腐殖质和粪便等有机物质逐渐积累在土壤中。
这些有机物质提供养分和能量，支持微生物的生长和活动。
4. 淋溶作用：降雨将水中的溶解物质带入土壤中，同时还会将土壤中的溶解物质冲走。
这个过程被称为淋溶作用，它有助于养分的循环和迁移。
5. 水分和气候：水分和气候条件对土壤的形成起着重要的作用。
水分影响岩石的风化和有机物质的分解，而气候则影响土壤的温度和湿度，从而影响土壤的形成和发育。
在土壤形成的过程中，这些过程相互作用，共同促进土壤的形成和发展。
土壤的形成是一个长期而缓慢的过程，需要几千年甚至几万年才能完成。
第三章 土壤的孔性、结构性与耕性.
本节重点难点：
重点：掌握土壤孔隙的概念、类型 及调控。 难点：土壤比重和容重的区别。
第二节
土壤结构
土壤结构和土壤质地是土壤的两项基本物理性质， 两者密切相关，并有互补性。土壤结构是指土粒（单粒 和复粒）的排列、组合形式，包含两重意义：结构体和 结构性。通常所说的土壤结构多指其结构性。
一、土壤结构体的类型及其特性
（2）毛管孔隙 当量孔径为0.02-0.002mm，土 壤水吸力为150-1500KPa。植物的细根、原生动物和真 菌等很难进入毛管孔隙中，但植物根毛和一些细菌可 在其中活动，有利于养分的吸收与转化，毛管孔隙保 存的水分可被植物吸收利用。为有效孔隙。 （ 3 ）通气孔隙 当量孔径大于 0.02mm ，相应的 土壤水吸力小于 150KPa 。通气孔隙的水分主要受重力 支配而排出，因而成为空气流动的通道，不具有毛管 作用，所以叫通气孔或非毛管孔。
土壤结构体或结构单元，它是土粒互相排列和团聚 成为一定形状和大小的土块和土团。他们具有不同程度 的稳定性，以抵抗机械破坏（力稳性）或泡水时不致分 散（水稳性）。 土壤结构性是由土壤结构体的种类、数量（尤其是 团粒结构的数量）及结构体内外的孔隙状况等产生的综 合性质。
土壤结构体的分类
1．块状结构 2．核状结构 3. 柱状结构 4．片状结构 5. 团粒结构
有团粒结构的土壤水肥气热比较相互协调故团粒结构被称为土壤肥力调节三土壤团粒结构的形成一土壤团粒结构的形成过程目前主要有多级团聚说和粘团说两种观点但无论哪种观点团粒结构的形成都包括以下两个阶段
第三章 土壤的孔性、结构性与耕性
土壤孔性、结构性是土壤重要的物理性质。通过 本章学习，让学生掌握土壤中孔隙、结构的概念、类型 及对土壤肥力和生产性能的影响；重点介绍团粒结构的 肥力特征及创造机理；物理机械性的概念及与耕性的关 系，从而了解土壤物理性状对土壤肥力的影响。
第五章 土壤的形成与发育
第五章 土壤的形成与发育第一节 土壤形成因素及其作用 第二节 土壤形成过程第三节 土壤发育第一节 土壤形成因素 • 土壤母质• 气候因素• 生物作用• 地形地貌• 时间• 人类作用一、土壤成土因素• 土壤形成因素又称成土因素，是影响土壤形成和发育的基本因素，它是一种物质、作用力、条件及其相互关系的组合，对土壤形成发生影响或将影响土壤的形成。
• 土壤发生学说（soil g enesis t heory）认为土壤是在各种自然和人为因素的影响下由岩石风化成母质，再由母质演化成土壤。
五大成土因素• 五大成土因素：• 19世纪未，俄国土壤学家B.B.道库恰耶夫(Dokuchaev, 1846-1903)通过对俄罗斯大草原土壤的调查，提出土壤的五大成土因素，即：– 气候-climate– 母质-parent material– 生物-biology– 地形-topography– 时间-time母质在土壤形成中的作用• 首先，直接影响着成土过程的速度、性质和方向。
• 其次，母质对土壤理化性质有很大的影响。
• 一般地说，成土过程进行得愈久，母质与土壤的性质差别就愈大。
但母质的某些性质却仍会顽强地保留在土壤中。
岩石类型• 岩浆岩：溶化岩浆形成的岩石• 火山岩：冷却凝固的岩浆• 沉积岩：由悬浮液或溶液沉淀形成的物质 • 变质岩：在高温和压力作用下改变的岩石地质大循环 (Reeves, 1998)风化壳• 处于岩层上部，岩石破碎形成的碎屑物 • 可以直接由下层岩石形成• 也可从别处搬运而来• 厚度不一成土母质• 风化壳的上层已发生许多变化 • 下层最初的风化壳即为土壤母质 – 未经搬运的风化壳母质– 经搬运的风化壳母质• 冰碛物• 河流沉积物• 湖泊沉积物• 风成物• 崩积物冰碛物• 冰川搬运和沉积的碎屑物质• 不均一性，大小混杂、缺乏层次性河流沉积物• 由水流沉积而成，包括冰川溶化水• 砾石、砂粒和粉粒，圆形、大小规则、层次分明湖泊沉积物• 大小规则、层次分明，通常缺乏大块砾石风成沉积• 大小规则、层次分明，中细砂粒或粉粒崩积物• 大小混杂、缺乏层次，在重力作用下形成二、气候与土壤发生的关系• 湿度因子对土壤形成的影响中国气候大区划分指标气候大区年干燥度自然景观湿润<1.0 森林半湿润 1.0～1.6 森林草原半干旱 1.6～3.5 草原干旱 3.5～16.0 半荒漠极干旱>16.0 荒漠据《中国自然地理》（1981）湿度的影响主要有以下方面1.影响土壤中物质的迁移：• 根据土壤中水分收支情况对物质运移的影响，可分以下几种土壤水分类型：①淋溶型水分状况：降水量大于蒸发量②非淋溶型水分状况：蒸发量略大于降雨量，部分淋溶③上升水型水分状况：其特点是蒸发、蒸腾总量大大超过降水量，其差额由地下水补充，如果地下水矿化度高，则会导致盐渍化；如果地下水达不到地表，而只能达到剖面中部，则称为“半上升水型”水分状况。
土壤的生产过程说明
土壤的形成是一个漫长的历史过程，首先是露出地表的岩石，在各种自然因素（如日晒、风吹、雨淋、冰冻、根系穿插等）的作用下而发生变化，形成大小不等、形状各异的矿质颗粒，即“成土母质”。
岩石风化为母质后，变得疏松多孔，具有了通气透水和保水等性能，也逐渐释放出某些可溶性物质，为低等生物的生长提供了条件。
成土母质进一步在自然成土因素生物、气候、地形和时间的作用下，特别是在以生物为主导的综合因素作用下，逐渐释放和积累了各种养分，逐渐形成了自然土壤。
1、地形可以使物质在地表进行再分配，使土壤及母质在接受光、热、水等条件方面发生差异。
2、使土壤及母质在接受光、热、水等条件方面发生差异。
时间是阐明土壤形成发展的历史动态过程，母质、气候、生物和地形等对成土过程的作用随着时间延续而加强。
3、土壤不是凭空产生的，也不会凭空消失。
土壤来源于岩石，最终又归于岩石。
4、从唯物辩证法的哲学原理出发分析土壤形成因素学说，有助于进一步揭示其中的辩证关系。
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一、土壤形成的基本规律
地质大循环和生物小循环过程的矛盾统一
土壤形成过程指的是在一定的时空条件下， 母岩或母质与生物、气候因素以及土体
内部所进行的物质与能量的迁移和转化过程的总体。
图3.1 土壤形成中物质迁移和转化示意图
图3.2 土壤能量转换示意图
1.物质的地质大循环过程
坚硬结晶岩出露 （太阳辐射能、降水等作用） 风化 （岩石形态、性质受改造） 疏松多孔母质— —同时大量矿质养分释放出来 （淋洗下渗、搬运） 海洋沉积物 （再风化） 新风化壳——…
Material can be lost from soils in four main forms: gases, solutes, particulate material and via vegetation removal. Gases are produced during organic matter decomposition and lost to the atmosphere. Solutes are taken up as nutrients by vegetation and then lost when the vegetation is removed, for example by harvesting of crops or removal of trees. Particulate material is lost by water and wind erosion.
—(C, 4H) + 2O2 enzymic oxidationCO2 + 2H2O + energy
This process is known as mineralization, and is an important source of plant nutrients such as nitrogen, sulphur, phosphorus and some mineral elements (Ca2+, Mg2+, K+).
Redeposition of material carried in solution will occur when a change in soil conditions renders it insoluble. The most obvious cause is removal of water supply as soil dries out, but other changes can also be important, such as pH, temperature, exchange sites or oxygen availability.
Mineral transformations
Original mineral weathering
Mechanical (physical) weathering Chemical weathering Biological weathering
Clay mineral formation
三、主要的成土过程
1、原始成土过程 3、灰化过程 5、富铝化过程 7、盐碱化过程 9、潜育化过程 11、白浆化过程
2、腐殖质化过程 4、粘化过程 6、钙化过程 8、泥炭化过程 10、潴育化过程 12、熟化过程
5.白浆化过程 6.富铝化过程 7.灰化过程
指表层由于上层滞水而发生的潴育漂洗过程。 指土体中脱硅富铁铝的过程 指在土体表层，特别是亚表层SiO2残留，R2O3及腐殖 质淋溶沉积的过程
Plant roots Soil fauna Microorganisms
Vegetation growing in the soil
Animals living at surface
Wind-blown leaves Stems carried by running water Dead tree falling down a steep slope Manure added to soil to assist cultivation
2.生物小循环过程
植物利用太阳能把二氧化碳、水、土壤中营养元 素合成大量有机质——植物死亡后，以有机残体状态 累积在土表 （在微生物作用） 一方面可形成热能和 矿质养分供植物再利用；另一方面形成腐殖质作为土 壤保留植物营养元素。
这个过程特点是：所需时间短、涉及范围小，植 物营养元素有被向上富积的趋势
（2）土壤形成过程中，两个循环过程是同时并存，互相 联系、相互作用着，推动土壤不停运动和发展；
（3）从物质养料动态关系看：地质大循环过程总趋势是 植物养分元素的释放淋失过程；而生物小循环则是植 物养分元素的累积过程，它使有限营养元素纳入无穷
利用的途径。
二、土壤发生中的基本成土作用
团聚作用
迁移与富集
土壤形成过程中的氧化-还原过程
12. 熟化过程：在人为的干预下，土壤兼受自然因素和人为因素 的综合 影响下进行的土壤发育过程
原始成土过程
是土壤形成作用的起始点。在裸露岩 石表面或薄层的岩石风化上着生低等植物： 地衣、苔藓及真菌、细菌等微生物，开始 累积有机质。 基本特点：土层浅薄；腐殖质累积量少， 无明显腐殖质层。
物质流失 Losses
Losses from the soil, like additions to it, can occur via ether the surface or subsurface.
Surface losses may be by natural erosion processes or human activity, while subsurface losses involve solute leaching or material removed in suspension through large pores or pipes.
During organic material decomposition, an additional set of processes, known as humification, occurs. The complex reaction of various decomposition products to produce large, complex molecular chains or polymers result in the formation of a stable end-product known as humus.
Above-ground inputs
Subsurface additions
Added in a Added by similar way human activity
Material of local origin
Transported Transported Locally
Material
derived
Surface rock weathering Weathering crust organisms active and organic matter accumulation Soil
物质加入 Additions
Material added to a soil
Organic matter
Mineral material
迁移机理 溶迁作用：土体内物质形成真溶液后随水的迁移 还原迁移：还原过程是不易移动元素变得易移动 螯迁作用：土体内金属离子以螯（络）合物的形态移
动 悬迁作用：粘粒的悬浮迁移 生物迁移：植物根系吸收深层养料元素，死亡后回归
地表
三、土壤发生中的主要成土过程
Soil-forming (Pedogenic) processes
soil
micro-biologicalcycle
土壤形成的实质是地质大循环和生物小循环的矛盾与统一。 有机体
微生物 分解
绿色植物 合成
养料元素土壤体
风化 作用
淋溶 作用
岩石
江海
沉淀作用
3.地质大循环和生物小循环的关系
（1）生物小循环是在地质大循环的基础上发展起来的， 没有地质大循环就不可能有生物小循环，没有生物小 循环就没有土壤；
8.有机质积累过程
指在各种植物与微生物的作用下，在土体中特 别是土体最表层进行的腐殖质的积累过程
最普遍的一个成土过程
9.泥炭化过程 指有机质以植物残体形式累积的过程 主要发生在地下水位很高或地表有积水的沼泽地段
10. 潜育化过程 11. 潴育化过程
在土体中发生的还原过程(潜育层)(土体染成 灰蓝色或青灰色。
Al-
(Mg,Fe,Al)
Chlorite
14Å intergrade
Fig. Pathways of clay mineral
transformation
物质迁移 Transfers
Pedogenic transfers can operate in two main ways — by water or mechanically. Water transfers material in solution or suspension, while mechanical transfer can occur by many processes, including bioturbation, alternating expansion and contraction, freezing, density loading, crystal growth, gravity movement, upwelling water and earthquakes.
这个过程特点是：所需时间极长、涉及范围极 广，植物营养元素有被向下淋失的趋势
地质大循环Macro-geologicalcycle 指地面岩石的风化、风化产物的淋溶 与搬运、堆积，进而产生成岩作用，是 地球表面恒定的周而复始的大循环。 特点：涉及空间大，时间长， 植物养分元素不积累。