土壤是怎么形成的
土壤
土壤的形成
在19世纪末,俄国土壤学家道库恰耶夫(V.V.Dokuchaiev)从土壤发生学的观点,认为土壤的性质是气候、生物、地形、母质和时间等成土因素综合作用的结果。 土壤是发育于地球陆地表面具有一定肥力且能够生长植物的疏松表层(包括海、湖浅水区)。它是地球表面上的附着物,人力可以搬动土壤
土壤形成因素:
(1)土壤形成的母质因素
风化作用使岩石破碎,理化性质改变,形成结构疏松的风化壳,其上部可称为土壤母质。如果风化壳保留在原地,形成残积物,便称为残积母质;如果在重力、流水、风力、冰川等作用下风化物质被迁移形成崩积物、冲积物、海积物、湖积物、冰碛物和风积物等,则称为运积母质。成土母质是土壤形成的物质基础和植物矿质养分元素(氮除外)的最初来源。母质代表土壤的初始状态,它在气候与生物的作用下,经过上千年的时间,才逐渐转变成可生长植物的土壤。母质对土壤的物理性状和化学组成均产生重要的作用,这种作用在土壤形成的初期阶段最为显著。随着成土过程进行得愈久,母质与土壤间性质的差别也愈大,尽管如此,土壤中总会保存有母质的某些特征。
首先,成土母质的类型与土壤质地关系密切。不同造岩矿物的抗风化能力差别显著,其由大到小的顺序大致为:石英→白云母→钾长石→黑云母→钠长石→角闪石→辉石→钙长石→橄榄石。因此,发育在基性岩母质上的土壤质地一般较细,含粉砂和粘粒较多,含砂粒较少;发育在石英含量较高的酸性岩母质上的土壤质地一般较粗,即含砂粒较多而含粉砂和粘粒较少。此外,发育在残积物和坡积物上的土壤含石块较多,而在洪积物和冲积物上发育的土壤具有明显的质地分层特征。
其次,土壤的矿物组成和化学组成深受成土母质的影响。不同岩石的矿物组成有明显的差别,使其上发育的土壤的矿物组成也就不同。发育在基性岩母质上的土壤,含角闪石、辉石、黑云母等深色矿物较多;发育在酸性岩母质上的土壤,含石英、正长石和白云母等浅色矿物较多;其他如冰碛物和黄土母质上发育的土壤,含水云母和绿泥石等粘土矿物较多,河流冲积物上发育的土壤亦富含水云母,湖积物上发育的土壤中多蒙脱石和水云母等粘土矿物。从化学组成方面看,基性岩母质上的土壤一般铁、锰、镁、钙含量高于酸性岩母质上的土壤,而硅、钠、钾含量则低于酸性岩母质上的土壤,石灰岩母质上的土壤,钙的含量最高。
(2)土壤形成的气候因素
气候对于土壤形成的影响,表现为直接影响和间接影响两个方面。直接影响指通过土壤与大气之间经常进行的水分和热量交换,对土壤水、热状况和土壤中物理、化学过程的性质与强度的影响。通常温度每增加10℃,化学反应速度平均增加1~2倍;温度从0℃增加到50℃,化合物的解离度增加7倍。在寒冷的气候条件下,一年中土壤冻结达几个月之久,微生物分解作用非常缓慢,使有机质积累起来;而在常年温暖湿润的气候条件下,微生物活动旺盛,全年都能分解有机质,使有机质含量趋于减少。
气候还可以通过影响岩石风化过程以及植被类型等间接地影响土壤的形成和发育。一个显著的例子是,从干燥的荒漠地带或低温的苔原地带到高温多雨的热带雨林地带,随着温度、降水、蒸发以及不同植被生产力的变化,有机残体归还逐渐增多,化学与生物风化逐渐增强,风化壳逐渐加厚 。
(3)土壤形成的生物因素
生物是土壤有机物质的来源和土壤形成过程中最活跃的因素。土壤的本质特征——肥力的产生与生物的作用是密切相关的。在生物作用下从岩石到土壤的形成过程见图9-7。
岩石表面在适宜的日照和湿度条件下滋生出苔薛类生物,它们依靠雨水中溶解的微量岩石矿物质得以生长,同时产生大量分泌物对岩石进行化学、生物风化;随着苔藓类的大量繁殖,生物与岩石之间的相互作用日益加强,岩石表面慢慢地形成了土壤;此后,一些高等植物在年幼的土壤上逐渐发展起来,形成土体的明显分化。
在生物因素中,植物起着最为重要的作用。绿色植物有选择地吸收母质、水体和大气中的养分元素,并通过光合作用制造有机质,然后以枯枝落叶和残体的形式将有机养分归还给地表。不同植被类型的养分归还量与归还形式的差异是导致土壤有机质含量高低的根本原因。例如,森林土壤的有机质含量一般低于草地,这是因为草类根系茂密且集中在近地表的土壤中,向下则根系的集中程度递减,从而为土壤表层提供了大量的有机质,而树木的根系分布很深,直接提供给土壤表层的有机质不多,主要是以落叶的形式将有机质归还到地表。动物除以排泄物、分泌物和残体的形式为土壤提供有机质,并通过啃食和搬运促进有机残体的转化外,有些动物如蚯蚓、白蚁还可通过对土体的搅动,改变土壤结构、孔隙度和土层排列等。微生物在成土过程中的主要功能是有机残体的分解、转化和腐殖质的合成。
(4)土壤形成的地形因素
地形对土壤形成的影响主要是通过引起物质、能量的再分配而间接地作用于土壤的。在山区,由于温度。降水和湿度随着地势升高的垂直变化,形成不同的气候和植被带,导致土壤的组成成分和理化性质均发生显著的垂直地带分化。对美国西南部山区土壤特性的考察发现,土壤有机质含量、总孔隙度和持水量均随海拔高度的升高而增加,而pH值随海拔高度的升高而降低[1]。此外,坡度和坡向也可改变水、热条件和植被状况,从而影响土壤的发育。在陡峭的山坡上,由于重力作用和地表径流的侵蚀力往往加速疏松地表物质的迁移,所以很难发育成深厚的土壤;而在平坦的地形部位,地表疏松物质的侵蚀速率较慢,使成土母质得以在较稳定的气候、生物条件下逐渐发育成深厚的土壤。阳坡由于接受太阳辐射能多于阴坡,温度状况比阴坡好,但水分状况比阴坡差,植被的覆盖度一般是阳坡低于阴坡,从而导致土壤中物理、化学和生物过程的差异。
(5)土壤形成的时间因素
在上述各种成土因素中,母质和地形是比较稳定的影响因素,气候和生物则是比较活跃的影响因素,它们在土壤形成中的作用随着时间的演变而不断变化。因此,土壤是一个经历着不断变化的自然实体,并且它的形成过程是相当缓慢的。在酷热、严寒、干旱和洪涝等极端环境中,以及坚硬岩石上形成的残积母质上,可能需要数千年的时间才能形成土壤发生层,例如在沙丘土中,特别是在林下,典型灰壤的发育需要1000~1500年。但在变化比较缓和的环境条件中,以及利于成土过程进行的疏松成土母质上,土壤剖面的发育要快得多。
土壤发育时间的长短称为土壤年龄。从土壤开始形成时起直到目前为止的年数称为绝对年龄。例如,北半球现存的土壤大多是在第四纪冰川退却后形成和发育的。高纬地区冰碛物上的土壤绝对年龄一般不超过一万年,低纬未受冰川收用地区的土壤绝对年龄可能达到数十万年至百万年,其起源可追溯到第三纪。
由土壤的发育阶段和发育程度所决定的土壤年龄称为相对年龄。在适宜的条件下,成土母质首先在生物的作用下进入幼年土壤发育阶段,这一阶段的特点是土体很薄,有机质在表土积累,化学-生物风化作用与淋溶作用很弱,剖面分化为A层和C层,土壤的性质在很大程度上还保留着母质的特征。随着B层的形成和发育,土壤进入成熟阶段,这一阶段有机质积累旺盛,易风化的矿物质强烈分解,在淀积层中粘粒大量积聚,土壤肥力和自然生产力均达到最高水平。经过相当长的时间以后,成熟土壤出现强烈的剖面分化,出现E层,并使A层和B层的特征发生显著差异,有机质累积过程减弱,矿物质分解进入最后阶段,只有抗风化最强的矿物残留在土体中,淀积层中粘粒积聚形成粘盘,土壤进入老年阶段,这一阶段土壤的肥力和自然生产力都明显降低。
(6)土壤形成的人类因素
在五大自然成土因素之外,人类生产活动对土壤形成的影响亦不容忽视,主要表现在通过改变成土因素作用于土壤的形成与演化。其中以改变地表生物状况的影响最为突出,典型例子是农业生产活动,它以稻、麦、玉米、大豆等一年生草本农作物代替天然植被,这种人工栽培的植物群落结构单一,必须在大量额外的物质、能量输入和人类精心的护理下才能获得高产。因此,人类通过耕耘改变土壤的结构、保水性、通气性;通过灌溉改变土壤的水分、温度状况;通过农作物的收获将本应归还土壤的部分有机质剥夺,改变土壤的养分循环状况;再通过施用化肥和有机肥补充养分的损失,从而改变土壤的营养元素组成、数量和微生物活动等。最终将自然土壤改造成为各种耕作土壤。人类活动对土壤的积极影响是培育出一些肥沃、高产的耕作土壤,如水稻土等;同时由于违反自然成土过程的规律,人类活动也造成了土壤退化如肥力下降、水土流失、盐渍化、沼泽化、荒漠化和土壤污染等消极影响。
成土因素学说的基本观点可概括为:
①土壤是一种独立的自然体,它是在各种成土因素非常复杂的相互作用下形成的。
②对于土壤的形成来说,各种成土因素具有同等重要性和相互不可替代性。其中生物起着主导作用。土壤是一定时期内,在一定的气候和地形条件下,活有机体作用于成土母质而形成的。
土壤是动植物生存及生长的自然体。人类生存依靠土壤,人们的生活水平往往取决于土壤的质量以及依土壤生存的动植物种类、数量和质量。肥沃的土壤是昌盛文化的重要自然资源之一,对土壤利用和管理不善以及土壤遭到破坏之时,会给动植物生存及生长带来灾难,使人们的生活水平下降,使文化陷入衰落。
土壤最早形成的时间,水成土壤要比陆地土壤的生成为早。植物大量在陆地上生活并广泛占据地表的时期,是距今约四亿年左右的古生代中期开始的。当植物着生于地表原始幼年土时,除其他自然条件外,植物必须从土壤获取物质和能量才能得到生存和发展,这就表现出了土壤本质及其特性—土壤具有肥力。
土壤母质是由矿物岩石经过风化而成。土壤母质的性质决定于矿物岩石的化学成分,分化特点和分解的产物。土壤矿物质一般占土壤固体物质的95%左右,是构成土壤的最基本物质。形成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中具有一定的物理性质、化学成分和内部构造的天然化合物,它以各种形态(固态、液态、气态)存在于自然中。大多数矿物是由两种以上元素所组成。自然界矿物种类很多,主要成土矿物是:石英、长石类(正长石、斜长石)、云母类(黑云母、白云母)、辉石和角闪石、铁矿类(赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿)、方解石、石膏、磷灰石和粘土矿物。成土的主要岩石:一是岩浆岩(又称火成岩),是由岩浆冷却而成,其中岩浆侵入地壳深层生成的称为深成岩(侵入岩);岩浆冲破地壳在地上形成的称为喷出岩(火山岩)。岩浆岩根据Sio2含量分为酸性岩(如花岗岩,流纹岩),中性岩(如正长石,粗面岩、安山岩),基性岩(如辉长石、玄武岩),超基性岩(如辉岩);二是沉积岩,由岩浆岩经过风化,搬运、沉积而成,或由生物遗体堆积而成的次生岩石,如砾岩、砂岩、页岩、石灰岩等;三是变质岩,是由岩浆岩或沉积岩在高温高压下使内部组织改变或重新结晶而成的岩石,如板岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩等。
岩石矿物经过风化作用产生的土壤母质,除少量仍然留在原来生成的地方外,大多数成土母质经风力、水力、冰川力或重力等外加的作用,沿地表进行搬运,并在一定地区堆积下来形成不同的成土母质:(1)定积母质(残积物),一般分布在山区比较平缓的高地上,是山区的主要成土母质;(2)运积母质是指流水沉积母质(包括坡积物,洪积物,淤积物),静水沉积母质,海水沉积母质,风积母质和重积母质,是我国三大平原农业基地(华北平原、东北平原、长江中下游)以及湖泊及滨海周围,西北地区的内陆性沙丘,黄河故道的河岸两傍沙地和山麓谷地等地区的主要成土母质;(3)第四纪沉积母质,其形成距今已有一百万年左右,在当时的外力作用下进行剥蚀,搬运的风化物,堆积覆盖在地层的最上层,这些沉积物是形成近代土壤的重要母质。
土壤的形成受自然因素(母质、气候、地形、生物、时间)和人为的耕种等的影响,经过不同的成土过程(如原始成土过程,有机质聚积过程,粘化过程,脱钙和积钙过程,盐化和脱盐过积,碱化和脱碱过程,灰化过程,富铝化过程,潜育化和潴育化过程,白浆化过程,熟化过程)形成了不同的土壤发育层次(如覆盖层、淋溶层、淀积层、母质层、母岩层)和剖面形态特征(如土壤颜色、土壤结构、土壤质地、土壤松紧度和孔隙状况、土壤湿度、新生体和侵入体),从而形成各种各样的土壤(如黑土、白土、黄土、红壤、绵土、塿土、粘土、砂土等),中国约分布有61个土类、231个亚类,2473个土种。
地球作为一个天体出现于宇宙,据说距今约45亿年.可是在那时候既无空气也无水分,当然也没有生物,所以也没有我们现在看到的土壤。利用太阳能形成自身的原始生物,出现在地球的时间,据推测距今约二十亿年,所以地球上土壤的发生,估计也在这个时期。
土壤与此种原始生物同时出现于地球上以后,就不停息地继续生存变化着,直至现在。相应地,虽然和地球几乎同时出现于宇宙的月球,距今已几十亿年了,但仍旧停留在原始的岩石状态,而没有我们在地球上所看到的土壤。这是由于月球上既无空气也无水分,因而也没有生物。因此,要形成土壤,生物是必要的不可缺少的。 也有一个时期认为土壤是岩石破碎后所生成的最终产物,土壤是静止不变的物质。然而,由 于参与了生物活动,土壤实际上继续不断地变化着,今后也将变化,它是活动的物质。特别对于耕作土壤,一方面由于作物的根引起化学变化,一方面由于施用有机物和化学肥料,而引起惊人的变化。当仔细观察土壤时,就可以发现土壤有千差万别的姿态。
生物活动过程
最初,地壳由大块坚硬的固态岩石组成。后来,这些岩石的外层缓慢地碎裂成越来越小的碎片。最终形成了石头、卵石和沙砾。它们置于空气中,经常处于适宜的湿气里,受到适宜的太阳能的作用,起初苔藓类生物滋生进来,苔藓能分解岩石,当苔藓死后,躯体变为粉末状,这种粉末中包含它们从岩石中吸收的矿物质,经过多年堆积,变成了最初的土壤。
于是不久,一些高等植物在上面依次发展起来。随着高等植物的生长,在地面以下,由于植物根的活动和腐植质逐渐增加,而形成了土壤,因而地下岩层逐渐变为土层。上述土壤形成的过程长的达几亿年,最快的也有几百万年的周期。
地球运动过程
从地球整体成土过程来看,土壤要经过不断地产生、消失和再产生的反复过程。地表部分的土壤不断地被剥蚀而搬运入海,但由于岩石从下方上升,所以陆地的容积自从陆地在地球上形成以来,古今变动不大。沧海良田,环境变迁。通过几百万年至几亿年的周期,土壤一面在地表显露出来,一面深入到地壳以内。我们通常遇到的冲积土和洪积土就是这种运动模式的产物。
冲积土和洪积土是已出现的土经过搬运和堆积而形成的。这些土中仍含有岩石和矿物质的碎片和细粒。为了形成土壤,必须在上面生长植物,植物的作用是不可缺少的 。
这就是说,土壤的形成是巨大地球运动中的一环,如果没有生物的作用, 就既不能形成土壤,也不能继续生存和变化
土壤的形成因素
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