第七章 土壤形成和发育

goodzxm

六、人类活动对土壤发生演化的影响

    土壤形成作用的传统看法认为是母质、气候、生物、地形和时间五种因素相互作用的作用，而把人类的作用简单地包括在生物因素之内，这种观点贬低了人类对土壤影响所起的作用。

    人类活动在土壤形成过程中具独特的作用，但它与其他五个因素有本质的区别，不能把其作为第六个因素，与其他自然因素同等看待。这是因为：

1、人类活动对土壤的影响是有意识、有目的的、定向的。在农业生产实践中，在逐渐认识土壤发生发展客观规律的基础上，利用和改造土壤、培肥土壤，它的影响可以是较快的。

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不同的生产力水平下，人类活动对土壤的影响及其效果有很大的差别。

3、人类活动的影响可通过改变各自然因素而起作用，并可分为有利和有害两个方面（表07-08）。

07-08

表07-08 人类影响成土因素的作用（据E.M.Bridges,1982）

4、人类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，如我国不同地区的土壤退化主要是由于人类不合理地利用土壤引起的。

    上述各种成土因素可概分为自然成土因素（气候、生物、母质、地形、时间）和人为活动因素，前者存在于一切土壤形成过程中，产生自然土壤；后者是在人类社会活动的范围内起作用，对自然土壤进行改造，可改变土壤的发育程度和发育方向。各种成土因素对土壤的形成的作用不同，但都是互相影响，互相制约的。一种或几种成土因素的改变，会引发其他成土因素的变化。土壤形成的物质基础是母质，能量的基本来源是气候，生物则把物质循环和能量交换向形成土壤的方向发展，使无机能转变为有机能，太阳能转变为生物化学能，促进有机物质积累和土壤肥力的产生，地形、时间以及人为活动则影响土壤的形成速度和发育程度及方向。

goodzxm

五、成土时间对土壤发育的影响

    时间因素对土壤形成没有直接的影响，但时间因素可体现土壤的不断发展。成土时间长，受气候作用持久，土壤剖面发育完整，与母质差别大；成土时间短，受气候作用短暂，土壤剖面发育差，与母质差别小。

（一）土壤年龄

    正象一切历史自然体一样，土壤也有一定的年龄。土壤年龄是指土壤发生发育时间的长短，通常把土壤年龄分为绝对年龄和相对年龄。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，通常用年表示；相对年龄则是指土壤的发育阶段或土壤的发育程度。土壤剖面发育明显，土壤厚度大，发育度高，相对年龄大；反之相对年龄小。

    我们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

    地表的岩石转变为母质，形成土壤都需要一定的时间。但母质和环境条件的差异又会影响风化作用和土壤形成的速率。据报道，在湿润气候下，石灰岩只需100年就可产生剥蚀，而抗蚀性较强的砂岩经过200年才可看出风化的痕迹。我国南方的紫色砂岩经十余年的风化成土就可形成较肥沃的土壤。在俄罗斯平原上，3000年便可形成40厘米厚的黑钙土，形成速率达0.2毫米/年。 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。

(三)土壤发育过程的阶段性

    土壤发育过程大体上可分为如下5个阶段：

    1.初期：为未风化的母质；

    2.青少年期：风化已经开始，但许多母质物质仍保留在土壤中；

    3.壮年期：易风化的矿物大部分已分解，粘粒明显增加；

    4.老年期：矿物分解已处于最后阶段，只有少数强抗风化的原生矿物被保存；

    5.最后阶段：土壤发育已完成，原生矿物基本上彻底风化。

70-09

黄土剖面内埋藏的红褐色土壤条带，即属埋藏古土壤

goodzxm

四、地形与土壤发生的关系

    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，它与母质、生物、气候等因素的作用不同，不提供任何新的物质。其主要通过影响其它成土因素对土壤形成起作用。

（一）地形与母质的关系

    地形对母质起着重新分配的作用。不同的地形部位常分布有不同的母质：如山地上部或台地上，主要是残积母质；坡地和山麓地带的母质多为坡积物；在山前平原的冲积扇地区，成土母质多为洪积物；而河流阶地、泛滥地和冲积平原、湖泊周围、滨海附近地区，相应的母质为冲积物、湖积物和海积物。

（二）地形与水热条件的关系

7-3

图07-03 地形对土壤水分状况的影响

地形支配着地表径流，影响水分的重新分配，很大程度上决定着地下水的活动情况。在较高的地形部位，部分降水受径流的影响，从高处流向低处，部分水分补给地下水源，土壤中的物质易遭淋失；在地形低洼处，土壤获得额外的水量，物质不易淋溶，腐殖质较易积累，土壤剖面的形态也有相应的变化(图07-03)。

    此外,坡面的形态是光滑的还是粗糙的,是凹面还是凸面，对水分状况影响很大。凸坡和光滑的坡面不易保存水分，而凹坡与粗糙坡面水分较充足。平原地区因地下水位较高，因此微地形的差异会引起土壤水分状况很大的差别。

    地形的差别还可导致地形雨，在热带、亚热带低山区，随着海拔升高，降水量也随之增加，例如安徽黄山在海拔1840米的光明顶年约降水量为2339.4毫米，而山脚却只有1642毫米。此外背风面的降水量与迎风面也有很大的差异。

    地形对水分状况的影响在湿润地区尤为重要，因为湿润地区降水丰富，地下水位较高；而在干旱地区，因降水少、且地下水位较深，由地形引起的水分状况差异较小。

    地形也影响着地表温度的差异，不同的海拨高度、坡度和方位对太阳辐射能吸收和地面散射不同，例如南坡常较北坡温度高。

（三）地形与土壤发育的关系

    地形对土壤发育的影响，在山地表现尤为明显。山地地势高、坡度大，切割强烈，水热状况和植被变化大，因此山地土壤有垂直分布的特点。

    地形发育（即地形受地质营力的作用不断变化的过程）也对土壤发育带来深刻的影响。由于地壳的上升或下降，影响土壤的侵蚀与堆积过程及气候和植被状况，使土壤形成过程、土壤和土被发生演变。例如，随着河谷地形的演化，在不同地形部位上，可构成水成土（河漫滩） → 半水成土(低级阶地) → 地带性土(高级阶地)的发生系列。

    通常把在相同气候、母质、成土年龄下，由于地形和排水条件上差异引起的具有不同特征的一系列土壤称为土链。

goodzxm

（二）动物在成土过程中的作用

    土壤动物区系的种类多、数量大，其残体作为土壤有机质的来源，参与了土壤腐殖质的形成和养分的转化。动物的活动可疏松土壤，促进团聚结构的形成，如蚯蚓将吃进的有机质和矿物质混合后，形成粒状化的土壤结构，促使土壤肥沃。非洲象牙海岸的白蚁可筑起直径15米，高2～6米的坚固竖立土墩，直接影响土壤的发育和性态。土壤动物种类的组成和数量在一定程度上是土壤类型和土壤性质的标志，可作为土壤肥力的指标。

蚂蚁搬土动画

（三）微生物在成土过程中的作用

    微生物在土壤形成和肥力发展中的作用是非常复杂和多种多样的。微生物作为地球上最古老的生物体，已存在达数十亿年，因此它是古老的造土者。

    从生物化学的观点来看，微生物的功能是多方面的，如氮的固定、氨和硫化氢的氧化、硫酸盐和硝酸盐的还原以及溶液中铁化物、锰化物的沉淀等过程都有微生物的参与，在土壤能量和物质的生物学循环中起着是极为重要的作用。

    某些微生物（如自养细菌）与植物相似，也能自身合成有机质，而不利用太阳能。因此，远在绿色植物出现之前自养和异养微生物群落就已开始成土过程。但微生物作用最主要的特征在于它们能够分解植物残体，合成土壤腐殖质，这就是它们与植物、动物作用的差别。总的来说，微生物对土壤形成的作用可概括为：（1）分解有机质，释放各种养料，为植物吸收利用；（2）合成土壤腐殖质，发展土壤胶体性能；（3）固定大气中的氮素，增加土壤含氮量；（4）促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效度（如铁细菌能促进土壤中铁溶解移动）。  

    栖息于土壤中的各类植物、动物和微生物与地理环境之间，经常保持相互作用关系，这种相互作用的关系从根本上改变了土壤母质的物理学、化学和生物化学的性质，并促使后者成为土壤。

goodzxm

三、生物因素在土壤发生中的作用

（一）植物在成土过程中的作用

    植物在土壤形成中最重要的作用是利用太阳辐射能，合成有机质，把分散在母质、水体和大气中的营养元素有选择地吸收起来，同时伴随着矿质营养元素的有效化。  

    据估计，陆地植物每年形成的生物量约为3.5×1010吨,相当于2.13×1017 千卡的能量。不同的植被类型有机残体的数量不同，一般说来，热带常绿阔叶林>温带夏绿阔叶林>寒带针叶林，草甸>草甸草原>干草原>半荒漠和荒漠(表07-06)。

表07-06 不同景观的植被生产率(公担/公顷) (вазилевич等,1968)

3

大部分的植物有机质集中于土壤表面,但每年也有相当数量的新鲜有机质形成于根系，60～70%的根系通常集中于土壤上部30～50厘米的土层。在总的植物量中，根部有机质占20～30％至90%（表07-07）。

表07-07 陆地自然带土壤中贮于根系的植物量 (вазилевич等,1968)

2

  

    植物组织每年吸收的矿物质在组成和数量上差异很大。据研究，在冰沼地、森林冰沼地、针叶林和针叶/阔叶林混交林地，植物的灰分含量最低(仅1.5～2.5%)；在高山和亚高山草甸、草原和北方阔叶林以及草本/灌木林、稀树林等为中等(2.5～5%)；而盐土植被却高达20%，甚至50%以上。  

    木本植物和草本植物因有机质的数量、性质和积累方式不同，它们在成土过程中的作用也不同。木本植物以多年生为主，每年只有一小部分凋落物堆积于地表，形成的腐殖质层较薄（图07-02)，而且腐殖质主要为富啡酸，品质较差。凋落物中含单宁树脂类物质较多，分解后易产生较强的酸性物质，导致土壤酸化和矿物质的淋失。土壤形成的生物因素包括植物、土壤动物和土壤微生物。生物因素是促进土壤发生发展最活跃的因素，由于生物的生命活动，把大量的太阳能引进成土过程，使分散在岩石圈、水圈和大气圈中的营养元素向土壤表层富集，形成土壤腐殖质层，使土壤具备肥力特性，推动土壤的形成和演化，所以从一定的意义上说，没有生物因素的作用，就没有土壤的形成过程。 而草本植物多为一年生，无论是地上部分还是地下部分的有机体，每年都经过死亡更新，因此提供给土壤的有机物质较多，且分布深（图07-02）；有机残体多纤维素，少单宁和树脂等物质，不易产生酸性物质，其灰分和氮素含量大大超过木本植物，形成的土壤多呈中性至微碱性。

    此外，植物根系可分泌有机酸，通过溶解和根系的挤压作用破坏矿物晶格，改变矿物的性质，促进土壤的形成；并通过根系活动，促进土壤结构的发展。

1

图07-02 植被对土壤剖面中有机质分布的影响

    自然植被和水热条件的演变，引起土壤类型的演变。中国东部由东北往华南的森林植被和土壤的分布依次为：针叶林（棕色针叶林土）→针阔混交林（暗棕壤）→落叶阔叶林（棕壤）→落叶常绿阔叶林（黄棕壤）→常绿阔叶林（红壤、黄壤、赤红壤）→雨林、季雨林（砖红壤）。

goodzxm

（二）温度因素

1、温度影响硅酸盐类的水解过程 水的解离度与温度呈正相关。当温度<0℃时，土壤中的化学风化作用基本处于停止状态。只有当土温>0℃时，土壤风化作用速率才逐渐加快。由于水的解离度与温度有密切关系，因而不同温度带化学风化强度有着极大的差异。在赤道高温带，土壤的风化强度几乎为温带土壤的4倍，是极地寒冷带土壤的9倍。

2、温度影响土壤母质和风化层的厚度 土层厚度随土温升高而加厚。在湿热气候区，花岗岩风化壳的厚度可达30多米以上。如在云贵高原可见到数米厚的山地黄壤和母岩风化体；在干旱寒冷的西北高山区，岩石风化壳很薄，母质风化度低，形成粗骨性土壤。

3、温度影响土壤颜色 在寒温带，土色以灰色为主；在暖热半湿带，土色呈棕色－褐色；在湿热带，土色呈赤色、棕红色或黄色(如图07-01）。

12

表土颜色还与土壤有机质的含量有关，有机质含量多，表土一般呈黑灰色。表土以下的土色往往取决于Fe、Mn氧化物或氢氧化物的含量和分散度。在土温高、土体排水通畅的情况下，土壤中的Fe、Mn的氧化或水化作用强烈，土壤呈红、黄色，反之，土壤则呈青灰色。

4、温度影响土壤有机质、全氮的含量 在半湿润带，不论湿草原土壤还是森林土壤表土的有机质和含氮量，随气温升高呈下降趋势。这是由于湿度及温度同时升高，加强了微生物好气分解的结果。以上分析说明，气候影响土壤形成主要是降水和热量因子。它不仅表现在一个大的气候带，而且在一个小地域内，因小气候的差异，也会形成不同的土壤，如华北的丘陵地，南坡和北坡就分布着淋溶褐土和草甸褐土两种不同的土壤类型。

goodzxm

二、气候因素对土壤形成的影响

    气候在土壤形成的外在因素中决定着成土过程的水、热条件，并控制植物生长和微生物活动，影响有机质的分解与积累，影响营养物质的生物小循环的速度和范围。

1

2

re

（一）湿度因素

1、湿度影响土壤有机质和氮素的含量 一般而言，表土有机质含量与大气湿度呈正相关。在气候湿热多雨地区，植物生长茂盛，有机质年增长量大，每年进入土壤的有机质就多。而温度高，好气分解消耗的有机质也多，土壤有机质累积量较少。在气候温暖湿润地区，温湿同步，有利于植物生长，但干冷季节来得早，微生物活动受到抑制，植物残体分解缓慢，累积的有机质数量较多，如我国的东北地区土壤有机质含量比其他地区都高。在干旱少雨地区，植物生长稀疏，土壤有机质的合成量也少。

2、湿度对土壤矿物质组成的影响 在干旱地带，降水量少，土壤淋溶作用较弱，一些易溶性矿物成分和植物养料多保留于土壤中（见表07-02）。

表07-02 湿润区和干旱区土壤酸溶性的矿质组成的比较

2

干旱带与湿润带土壤中矿物质组成及养料含量差异明显，前者几乎是后者的两倍。另外，湿度因素还影响土壤中Na、K及Ca的淋溶迁移强度。在干旱地区，土壤中富K，并有Na盐积累而呈盐渍化土壤，其土壤的b值很高，如我国西北地区的土壤。而在南方多雨地区，K、Na遭到淋溶而损失，则出现大面积土壤缺K现象（见表07-03）。

表07-03 温带不同湿润区的土壤中K、Na淋溶值的比较

3

同样，Ca在剖面中的迁移亦与湿度有关。在干旱地带，CaCO3的移动量及迁移深度都很小，大多淀积在土壤中原来的位置，有的甚至累积于表层，我国西北地区的黄土高原，其特点是全剖面均有强烈石灰反应，剖面中有CaCO3积聚层，土壤中富含K、Na、Ca、Mg和P，盐基饱和度也高。

3、湿度影响土壤矿物质的风化度 一般来说，湿润多雨地带土壤风化作用强烈，尤其是化学风化作用的强度增大，矿物质和有机质分解速度加快且彻底。而干旱地带则矿物质风化度较弱（表07-04，07-05）。

表07-04 不同湿度区的土壤矿质养料含量比较*

4

表07-05 鄂东花岗片麻岩地区土壤的纬度分配性*

5

goodzxm

第七章 土壤形成和发育

第一节 土壤形成因素

    19世纪末，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,提出土壤是在气候、母质、生物、地形和时间五大因素作用下形成的。土壤是成土因素综合作用的产物，成土因素在土壤形成中起着同等重要和相互不可替代的作用，成土因素的变化制约着土壤的形成和演化，土壤分布由于受成土因素的影响而具有地理规律性。

一、母质对土壤形成的作用

（一）母质的概念 地壳表层岩石经风化作用形成的疏松堆积物，称为风化壳。风化壳的表层，即原生基岩经过风化、搬运、堆积等过程于地表形成的疏松、最年轻的地质矿物质表层，称为成土母质，它是形成土壤的物质基础，是土壤的前身。 母质不同于岩石，它已有肥力因素的初步发展，物质颗粒具有分散性，疏松多孔，有一定的吸附能力、透水性和蓄水性；可释放出少量矿质养分，但难以满足植物生长的需要。母质又不同于土壤，其缺乏养分，几乎不含氮、碳，通气性和蓄水性矛盾也不能同时解决。

（二）母质的类型 母质类型按成因可分为残积母质和运积母质两大类。残积母质是指岩石风化后，基本上未经动力搬运而残留在原地的风化物；运积母质是指经外力，如水、风、冰川和地心引力等作用而迁移到成土地点的成土物质。运积母质因搬运动力不同可划分为不同的类型，它们的颗粒大小、磨圆度、分选性和层理性等有较大的差别。

1

goodzxm

（三）母质在土壤形成中的作用

    母质是形成土壤的物质基础，它对土壤的形成过程和土壤属性均有很大的影响。

1．母质影响土壤的物理性状和化学组成 土壤在其形成发育过程中，幼年土壤的一些性状主要是继承母质的，而老年土壤与母质性质分化明显。如在石英含量丰富的花岗岩风化体上发育的土壤，由于抗风化强的石英砂、砾多，使土体疏松、透水性强，但盐基成分少，在强烈淋溶条件下，盐基易淋失使土壤呈酸性反应。相反，富含盐基成分多的玄武岩、辉绿石等基性岩风化体上发育的土壤，不含石英砂砾，粘粒含量高，盐基成分亦较丰富，抗淋溶作用强，一般土质粘重且通透性不良，土壤盐基代换量高、矿质养料多，土壤呈中性或碱性反应。

2．母质影响土壤的化学性状 母质所含硅、铝、氧三元素是构成土壤粘粒矿物的基本元素；铁、锰元素在土壤氧化一还原过程中，不同的氧还产物表现颜色不同；钾、钠等碱金属离子，使土壤粘粒分散，易使土壤粘闭，影响其通透性，碱金属钠盐的富集可使土壤盐碱化；钙、镁等碱土金属离子能促进粘粒凝聚，形成良好的团粒结构体，硫以FeS、FeS2（黄铁矿）的形态存在于土壤中，可被氧化成硫酸而使土壤酸化。硫酸钠盐在还原条件下生成硫化钠，与碳酸钙进行置换反应生成碳酸钠又可使土壤碱化。

3．母质影响土壤的成土过程 在成土过程中，水分在土体内的移动情况是促进剖面层次分化的重要因子。粗质地的山坡堆积物，水分自上而下迅速穿过，难以引起母质中的化学风化作用，故成土作用进行缓慢，土壤剖面发育不明显；细质地的母质，如湖积体等，由于土体渗透性极差，水分常滞留于土壤中，容易引起土壤潜育化的发展。

4．母质的层次性影响土壤的剖面构造 河流冲积形成的母质（冲积体），由于江河冲积物具有明显的质地层次性，所发育的土壤剖面，都带有原沉积层土体构型的特征。在泛滥平原中，这种砂粘交错的层次结构的土壤十分明显。

5．母质的化学组成影响土壤腐殖质特性 发育在石灰母质上的土壤，其腐殖质组成中富含CaO，而发育在火山灰母质上的土壤，腐殖质中含有较多的P2O5和K2O。石灰岩中钙对腐殖质起凝聚作用，形成腐殖酸钙而保存于腐殖质中（见表07-01）。

表07-01 母质的化学组成影响土壤腐殖质特性

tab-1

在湿润气候带，石灰岩中的主成分CaCO3易遭淋失，残留少量的铁、铝、锰氧化物和铝硅酸盐等，形成质地粘重和很薄的土层。剖面不显示土层分化，而粒状结构发育良好。如在石灰母质上发育的红色和黑色石灰土，土壤中钾、钠含量很低，原因是石灰岩风化物中高浓度的Ca2+对K+、Na+进行代换，而钾、钠又遭到淋失的结果。