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地球表层系统中自然地理环境的五大要素:
大气圈、生物圈、岩石圈、水圈和土壤圈,其中,土壤圈覆盖于地球陆地表面,处于其他圈层的交接面上,成为它们连结的纽带。
1、土壤与大气圈的关系土壤与大气间在近地球表层进行作频繁的水、热、气的交换和平衡。
土壤能够接收大气降水以供生命需要。
并能向大气释放二氧化碳和某些痕量气体,动物和植物的生产生活需要空气中的氧气。
2、土壤与生物圈的关系地球上所有的生物群落组成了生物圈。
而地球表面的土壤,不仅是高等动植物乃至人类生存的基地,也是地下部分微生物的栖(qi)息场所。
土壤为绿色植物的生长提供了养分、水分和物理、化学条件。
由于土壤肥力的特殊功能,使陆地生物与人类协调共存,生生不惜。
不同类型的土壤养育作不同类型的生物群落,形成生物的多样性,为人类提供各种可开发利用的资源。
3、土壤与水圈关系水是地球系统中连接各圈层物质迁移的介质,也是地球表层一切生命的源泉。
由于土壤的高度非均匀性,影响降雨在地球陆地和水体的重新分配,影响各元素的组成。
植物—大气连续系统中,植物生长需要的水分及其有效性,在很大程度上取决于土壤的理化和生物学过程。
虽然水是地球上最丰富的化学物质,但可利用的淡水资源不足,我国可利用的淡水资源更少,已限制到我国的工农业发展。
4、土壤与岩石圈的关系土壤是岩石经过风化和成土作用的产物。
从地球的圈层位置上看,土壤位于岩石圈和生物圈之间,属于风化壳的一部分。
虽然土壤的厚度只有1~2米左右,但它作为地球的保护层,对岩石圈起作保护作用,以减少其遭受各种外营力的破坏。
三、土壤是地球陆地生态系统的基础
生态系统包含着一个广泛的概念。
任何生物群体与其所取的环境组成一个统一体,都形成不同类型的生态系统。
在陆地生态系统系统中,土壤是最活跃的生命层,生产者、消费者、分解者都离不开土壤。
土壤在陆地生态系统中起作极重要作用。
主要包括:
①保持生物活性,多样性和生产性;
②对水体和溶质流动起调节作用;
③对有机、无机污染物具有过滤、缓冲、降解、固定和解毒作用。
④具有贮存并循环生物圈及地表的养分和其他元素的功能。
四、土壤是珍贵的自然资源
土壤资源的特点:
(一)土壤资源的数量有限性
土壤资源与光、热、水、气资源一样被称作为可再生性资源。
但从土壤的数量来看又是不可再生的,是有限的自然资源。
在这个星球上,只有一个地球,就人类的历史而言,它的数量不会增加。
而在地球表面形成1厘米厚的土壤,约需要300年或更长的时间。
所以它不是取之不尽,用之不竭的资源。
我国土地资源由于受海陆分布、地形地势、气候、水分配和人口增加、工业化扩展的影响,耕地土壤资源短缺,后备耕地土壤资源不足,影响到我国的经济和社会发展。
(二)土壤资源质量的可变性
土壤质地特征是肥力。
土壤肥力是由母质向土壤演化过程中,在自然成土因素,或自然因素和人为因素共同作用下形成的。
在成土过程中,植物、动物和微生物可以不断地繁衍和死亡;
土壤腐殖质可以不断地合成和分解;
土壤养分及其元素随着土壤的运转,可以积聚和淋洗,这些过程处于周而复始的动态平衡。
土壤费力就在这些周而复始的循环和平衡中不断地获得发育和提高。
但是破坏性地经营和利用土壤资源,会造成土壤肥力下降,甚至退化。
(三)土壤资源空间分布上的固定性
覆盖在地球表面各种不同类型的土壤,在地面空间位置上有相对的固定,在不同生物气候带内分布作不同地带性土壤,如热带雨林分布着砖红壤,热带稀树草带分布着红棕壤,亚热带常绿阔叶林分布着红壤和黄壤,在温带阔叶林分布着棕壤等。
第二节土壤及土壤科学的发展
一、什么是土壤?
土壤是发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结构表层。
二、土壤肥力和生产力
(一)什么是土壤肥力?
是土壤从营养条件和环境条件方面,供应营养和协调植物生长的能力。
(二)自然肥力和人为肥力
1、什么是自然肥力?
是指在自然因子即五大成土因素(气候、生物、母质、地形和时间)的综合作用下发育而来的肥力,它是自然成土过程的产物。
2、什么是人为肥力?
是耕作熟化过程发育而来的肥力,是在耕作施肥、灌溉及其它技术措施等人为因素影响作用下所产生的结果。
(三)潜在肥力与有效肥力
1、什么是潜在肥力?
在当季作物生产中没有直接反应的肥力叫做潜在肥力。
2、什么是有效肥力?
在当季作物生产中能反应出来,而产生经济效益的这一部分肥力叫做有效肥力。
思考题:
1、区别岩石、母质、土壤,三者之间的关系?
2、什么是母质?
母质在土壤形成过程中的作用?
3、成土母质有哪些类型?
各自的特点?
.第一章土壤母质与土壤的形成
土壤是由母质形成的,母质是由岩石风化而来,岩石又是由一种或几种矿物所组成。
第一节土壤母质的形成
一、土壤母质的来源
(一)什么是母质?
是指岩石经过风化、搬运、堆积等过程在地表形成的一层疏松、最年轻的地质矿物质层,它是形成土壤的物质基础,是土壤的前身。
(二)地壳物质的元素组成
岩石是构成整个地壳的基本物质。
地壳中的各种化学元素均化合物的形式存在于地壳中,被植物吸收利用的元素很少,都以难溶的化合物封闭在坚硬的岩石中,处于极分散状态。
这些坚硬的岩石必需成为母质,在生物作用下形成土壤。
(三)成土的主要矿物
1、矿物——矿物是一类天然产生于地壳中且具有一定化学组成、物理特性和内部构造的化合物或单质化学元素。
2、原生矿物——起源于岩浆而存在于岩浆中的矿物。
3、次生矿物——原生矿物经过风化作用,使其组成和性质发生改变,而形成新的矿物。
3、成土的主要矿物:
(见表1—2,P5)
石英——是土壤中沙粒的主要来源
长石和云母——是土壤中钾素和粘粒的来源之一。
方解石——容易风化,风化后释放出钙、镁元素是土壤中碳酸盐和钙镁的主要来源。
磷灰石——风化后是磷素营养的主要来源。
铁矿(赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、黄铁矿)——其中黄铁矿分解形成硫酸盐为土壤中硫的主要来源。
高岭石、蒙脱石和伊利石这三种矿物是长石和云母的次生矿物,是土壤中粘粒的主要来源
(四)成土的主要岩石
1、什么是岩石?
岩石是各种矿物的集合体。
根据岩石的成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
2、主要成土岩石(见表1—4)P7
(1)岩浆岩由岩浆冷凝而成的岩石统称岩浆岩。
它们的共同特征是没有层次、没有化石、不含有机沉淀物。
岩浆一般处在地下深处,具有很高的温度和压力且含有许多挥发性物质(水气、二氧化碳、硫化氢、S等)的硅酸熔融体,活性很大。
喷出地面的叫喷出岩;
浸(jin)入到地壳的叫浸入岩;
在地壳深处冷凝的叫深成岩。
(2)沉积岩由各种先成岩(岩浆岩、变质岩、原有的沉积岩)经风化、搬运、沉积、重新固结而成的。
它们的特征具有成层性,常含有化石。
(3)变质岩由于地壳的运动使岩石内部发生剧烈的变化,矿物重新结晶或重新排列,而形成的新岩石叫变质岩。
它们的特点有的岩石含有化石。
二、岩石的风化与母质的形成
(一)什么是风化作用
地壳表面的岩石在外界环境因素的影响作用,逐渐发生崩解破碎和分解作用,大的石头变小块,小块变细,同时改变岩石的矿物成分和化学成分。
产生风化作用的原因有内因和外因,最主要的外因是温度、水、氧气、二氧化碳生物的作用。
根据产生风化作用的原因和特点,风化作用可分为物理风化、化学风化和生物风化。
1、物理风化作用——是指岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。
(1)引起物理变化的主要原因是温度,(地球表面白天和四季都有温度变化,一年四季的温度变化可达40~50℃,影响到30米左右深的岩层。
昼夜温度有时也达到20~30℃,干旱的沙漠地区昼夜温差更大。
温度对岩石的是,因为岩石是热的不良导体,热的传递很慢,暴露在地球表面的岩石,白天烈日曝晒,岩石表面受热温度升高快,膨胀迅速;
而岩石内部受热少,温度升高慢,膨胀小,这样内外不同程度的膨胀,使之产生一系列与岩石表面相平行的细小裂纹,白天气温高,晚上迅速下降,表层岩石最先散热,冷却收缩快,而内部散热慢,冷却收缩也慢,这样造成表里收缩不均匀,使之产生与岩石表面相垂直的放射状裂缝。
长期以来岩石崩解破碎。
)其次还有冰冻的挤压、流水的冲刷、风、冰川等自然动力对岩石的破碎,以其植物根系的穿插均能加速岩石的破碎。
(2)物理风化的结果:
岩石由大块变小块再变为细粒,岩石的矿物组成和化学成分没有发生变化。
2、化学风化——岩石受到化学因素而引起的破坏过程。
其特点是破碎的岩石进一步变细,岩石的矿物组成和化学成分发生改变。
引起化学风化的因素有水、二氧化碳、和氧气,其中最主要的是水。
化学风化一般包括溶解、水化、水解和氧化等作用。
(1)溶解作用:
水最广的溶剂,岩石的矿物成分在水中或多或少有一定溶解度,溶解是化学作用。
(2)水化作用:
是指岩石中的矿物与化合成一种含水化合物,这种水化物与原来矿物相比较体积增大,硬度降低低,成为易崩解的疏松状态,因此对岩石的风化起促进作用。
例:
CaSO4+2H2O-----CaSO4.2H4O(硬石膏)(结晶石膏)
2Fe2O3(赤铁矿)+nH2O-----Fe2O3.nH2O(褐铁矿)
(3)水解作用:
是部分水离解成氢离子,与矿物中的碱金属(钾、钠)或碱土金属(钙、镁)作用,使岩石矿物遭到破坏,加速风化作用。
(见课本第10页)
水解作用能使岩石中的矿物发生彻底分解,引起岩石内部矿物组成和性质的彻底改变。
所以水解作用是化学风化中最主要的作用与基本环节。
(4)氧化作用:
是空气中的氧做为氧化剂与岩石的矿物作用,发生化学反应,加速风化作用。
总之,化学风化的结果,不仅仅是使岩石由大变小变细,而且它改变了原来岩石的矿物组成和性质,产生了一批新的次生矿物,它们呈胶体分散,使母质开始具有吸附能力、粘性和可塑性,并出现毛管现象,有一定的蓄水性。
同时释放出一些简单可溶性物质。
3、生物风化作用-----是指岩石在生物的影响下所引起的破坏作用。
如机械破碎和动植物的分泌物的腐蚀。
生物一参与风化作用意味着土壤的形成开始
(二)母质的特性发育
岩石的风化结果形成土壤母质,母质进一步风化形成土壤。
土壤母质的特性:
1、岩石在物理风化作用下由大块变小块再变细,从坚硬致密状态变成松散,产生了对水和空气的通透性,为进一步风化创造条件。
2、岩石随着化学风化的进行彻底分解,产生了细微粘粒,粘粒之间具有毛管空隙,具有一定的蓄水性。
3、母质中还释放出一些可溶性物质为植物提供矿质营养。
母质不是土壤,因为它缺乏完整的肥力。
例,营养元素得不到保证,一些可溶性的盐基处于分散状态,易随雨水淋失,母质缺乏氮素。
(三)母质的风化程度与土壤肥瘦的关系
在地球的表面上,由于不同母质、母质的风化度不同,形成不同类型的土壤,同一母质风化度不同,引起土壤的肥力也不同。
在了解土壤母质的风化程度与土壤肥瘦的关系之前,先了解几个概念:
1、脱盐基作用——是指岩石在化学风化过程中先失去碱金属元素,风化产物转变为碳酸盐类的溶液,能被雨水淋溶而流失,同时产生一种不稳定的硅酸,这一过程称脱盐基作用。
2、脱硅作用——在碱性条件下,不稳定的硅酸水解,分离出胶状氧化硅,氧化硅被雨水淋溶流失的过程。
称脱硅作用。
风化程度深,硅酸和盐基流失越多,铁铝氧化物在母质中积累。
3、富铝化作用——在湿热的气候条件下随着脱硅作用的加深,母质或土壤中的大多数硅酸被碱性溶液带走,只剩下含水氧化铝和含水氧化铁的胶体在土壤或母质中富集起来,形成水铝矿和含水赤铁矿。
此过程称富铝化过程或富铝化作用。
4、硅铁铝率——母质中二氧化硅与铁铝氧化物的分子比率(用SiO2/R2O3表示,R2O3代表Fe2O3+AlO3)。
SiO2/R2O3分子比值越大,说明母质的风化程度浅,淋溶作用弱。
反之,母质的风化程度深,淋溶作用强。
5、高硅母质——指在干燥的气候条件下,风化程度浅,淋溶作用弱,多形成蒙脱土型的矿物,其中SiO2/R2O3>
2,称高硅母质。
6、低硅母质——指在湿热气候条件下,由于温度高、雨量多,化学风化彻底,淋溶作用强,则风化度深,多形成高岭型的粘土矿物,其中SiO2/R2O3<
2,称为低硅土
7、母质的风化程度与土壤肥瘦的关系:
岩石在化学风化过程中进行脱盐基作用,失去碱金属元素,风化产物转变为碳酸盐类的溶液,能被雨水淋溶而流失,同时产生一种不稳定的硅酸。
在碱性条件下,进行脱硅作用,不稳定的硅酸水解,分离出胶状氧化硅,氧化硅被雨水淋溶流失的过程。
在湿热的气候条件下随着脱硅作用的加深,进行富铝化作用,母质或土壤中的大多数硅酸被碱性溶液带走,只剩下含水氧化铝和含水氧化铁的胶体在土壤或母质中富集起来,形成水铝矿和含水赤铁矿。
并不是所有的都要进行上述的风化过程,因为每一个风化过程都是在一定的条件下发生的。
如富铝化过程,在湿热的气候条件下进行。
(四)母质在土壤形成过程中的作用
1、母质直接影响到成土过程的速度、性质和方向。
2、母质对土壤理化性质有很的影响。
如砂岩发育成砂性土,长石和云母发育成粘性土。
3、不同的成土母质发育的土壤的矿物组成有较大的差别。
4、母质层次的不均一性影响土壤的发育和形态特征。
三、风化产物搬运与堆积的类型
岩石风化形成的母质,很少能残留在原来的地方,大多数的情况下,是经过各种自然力(如水、风、冰川、重力等)搬运到其他地方,形成各种沉积物。
成土母质的类型及其特点根据风化产物搬运动力与沉积特点的不同,将成土母质分为:
残积物、坡积物、洪积物、河流冲积物、湖积物、海积物、风积物、冰碛物。
1、残积物——是指未经外力搬运迁移而残留于原地的风化产物,多布于山地与丘陵顶部较高的部位。
特点:
风化物未经搬运分选,没有明显的层次性,且层次薄,颗粒成分极不均匀,有大块疏松岩石,也有细小粉砂和粘粒,质地疏松,通气性好。
2、坡积物——在重力和雨水冲刷的影响下,将山坡上部的风化产物搬运到坡脚或谷地堆积而成。
搬运距离不远分选度差,层次不明显,大小石块夹在一起,粗粒细粒同时
混存,通透性良好。
3、洪积物——由于山区临时性的洪水爆发,洪水夹杂岩石碎片、砂粒、粘粒和生物等沿山坡下泻至山前平缓地带沉积而成。
外形是以山谷出口为尖端向四处分散的扇形,分选性差,由扇沿顶部至扇缘,形成的土壤由粗到细,肥力逐渐提高。
4、河流冲积物——岩石的风化产物受经常性的流水侵蚀、搬运,在河流减缓时沉积于河谷地的沉积物。
主要分布在我国东北平原、华北平原、长江中下游平原、珠江三角洲等。
特点:
(1)成层性由于季节性的雨季的差异,河水的流速和流量不同,因此具有明显的成层分选性。
(2)成带性;
由于流速不同。
河流上下游及河流远近,其质地均有不同,上游粗下游细;
近河粗,离河远细。
(3)成分复杂性:
河流冲积物源于上游各地,矿物质的种类多养分,也比较丰富。
尤其是下游的冲积平原,多形成肥沃的土壤。
5、湖积物——是湖水泛滥时沉积在湖周围的沉积物。
成层性,分选性,有机质丰富等特点。
6、海积物——由于海岸上升或江河入海的回流淤积物露出水面而形成的沉积物。
质地粗细不一,有全为沙的沙滩,也有全为粘粒的沉积物,质地细的养分含量高,质地粗的养分含量低。
7、风积物——风力吹来的泥沙堆积而成的沉积物。
分砂丘和黄土两类。
(1)砂丘的特点:
质地粗,砂性大、水分、养分缺乏,土壤肥力低。
(2)黄土的特点:
颗粒成分以粉砂为主,大小均一土质疏松多孔,通透性好,易受侵蚀,风化程度低,含盐成分丰富,易形成肥沃的土壤。
8、冰碛物——由于冰川夹来的物质搬运沉积而成。
无成性和分选性,大小石块夹杂在一起。
思考题的解析:
1、区别岩石、母质、土壤,三者之间的关系
(1)岩石、母质和土壤的区别:
岩石是由矿物组成的集合体,矿物是一类天然产生于地壳中,具有一定的化学组成,物理特性和内部构造的化合物或单质化学元素,岩石不同于母质和土壤,它一般比较坚硬,不具肥力而不能生长植物。
母质则是由岩石经过风化作用后破碎而成的疏松多孔体,具有部分的肥力特点,但不完整,它是形成土壤的原始物质。
土壤是地球陆地表面上能够生长植物收获物的疏松表层,是由母质经过漫长的成土作用而形成,适合植物生长。
(2)三者的关系:
岩石、母质和土壤的关系可以下列的关系式表示出来
1、人类生产活动对土壤形成有哪些作用?
2、影响土壤形成的自然因素有哪些?
各有起哪些作用?
3、根据土壤剖面所表现出来的内容,分析土壤的生产性?
第二节土壤的形成
一、生物在土壤形成中的作用
1、生物有选择性地吸收养分,把母质改造成土壤。
2、植物有集中养分的能力。
土壤中养分都是在源源不断地向根际移动。
3、植物有保蓄养分的能力。
植物吸收养分供本身的生长发育需要,养分就保蓄在植物体內。
4、生物的固氮作用,为土壤提供氮元素。
5、生物的有机质的合成与分解是土壤形成过程主要内容。
生物的作用在土壤形成过程中的主导因素
二、地质大循环与生物小循环对土壤肥力的影响
1、什么叫地质大循环?
岩石矿物经风化作用所释放可溶性的养料和粘粒等风化产物,随雨水流到低处进入江河最后汇入大海,沉积以后,经过漫长的地质年代,又重新形成岩石。
这种从岩石——母质——岩石的长期循环过程,称为植物营养物质的地质大循环。
2、什么叫生物小循环?
由风化释放出的无机养分转变为生物有机质,再转变为无机养分的循环,称植物营养物质的生物小循环
3、大小循环的关系?
二者是相互矛盾,相互关联,相互统一的因为地质大循环是营养元素淋失过程,生物小循环是营养元素集中过程,所以相互矛盾。
但是没有生物小循环,土壤肥力就不会产生与发展;
没有地质大循环生物,岩石的营养不能释放,生物不能生存,生物小循环不能进行。
生物小循环是在地质大循环的基础上进行,成土过程和风化作用是交织在一起,同时同地进行。
生物小循环在土壤形成过程中起主导作用,因此是矛盾的主要方面,生物小循环是开放式的成螺旋上升的循环。
生物小循环释放出养分可以参加到地质大循环中去,地质大循环释放养料又不断地加入到生物小循环中来。
三、各种自然因素在土壤形成中的作用
影响土壤形成的五种主要因素:
母质、气候、生物、地形和时间。
(一)母质在土壤形成中的作用:
母质是地球表面的岩石和矿物经过风化作用形成的疏松多孔体。
它是形成土壤的基础物质,在土壤形成过程中,其作用如下:
(1)构成土壤的基本骨架,是形成土壤的原始材料。
(2)母质的理化特性深刻地影响到形成土壤的理化特性。
(3)母质层次性深刻地影响到形成土壤的层次性。
(二)气候在土壤形成中的作用:
气候是影响土壤形成的五大因素之一,它是主要通过温度和雨量二个方面影响到土壤的形成和发展的,具体来说主要通过下面几个方面影响到土壤的形成和发展。
(1)影响到土壤中矿物的风化度。
(2)影响到土壤中物质的淋溶与淀积。
(3)影响到土壤有机质的合成与分解。
(4)影响到植物的生长发育程度。
(三)生物在土壤形成中的作用:
生物在土壤形成过程中的作用在许多情况下,是起到主导的作用生物一旦参与风化作用,就标志着土壤形成的开始,在生物因素中,包括动物、植物和微生物等三种,其中对土壤形成贡献最大的是植物和微生物。
生物活动的结果,形成了生物小循环。
具体来说,生物的作用有下列五个方面:
(1)集中养分。
(2)保蓄养分。
(3)合成土壤氮素。
(4)合成土壤腐殖质。
(5)把母质改造成土壤。
(四)地形对土壤形成的作用
地形是影响到土壤形成的五大成土因素之一,它是通过间接的作用影响到土壤的形成和发展,具体来说,通过下面二个方面进行:
(1)影响到土壤形成的水热再分布。
(2)影响到土壤形成的母质再分布。
(五)时间对土壤形成的作用
时间因素是影响到土壤形成的五大成土因素之一,它对土壤形成的影响是无形的。
土壤的形成与发展是在时间上进行的,土壤是在母质、气候、生物和地形等成土因素综合作用下,随着时间的进展而不断发展和变化的,时间越长,成土因素作用就越深,土壤性质和肥力的变化就越大。
各成土因素的作用有本质上的差别,但是它们是同等重要彼此不可代替。
四、人类生产活动对土壤形成的作用
1、什么是土壤的熟化过程?
是土壤在正确的耕作制度下,通过耕作、施肥、灌溉、排水等各项农业技术措施和土壤改良措施,改善理化生物特性,定向地培育肥力的过程。
2、人类生产活动对土壤形成的作用:
(1)栽培作物,作物吸收土壤中的水分、养分等营养物质,作物的残体和根系分泌物回到土壤,影响土壤的结构性能。
豆科植物的固氮作用,提高土壤的氮含量。
(2)耕作改善土壤的理化性状,创造了土壤的疏松耕作层,增加土壤的通透性改善微生物的生活环境,加速有机质的分解。
耕作结合施肥,改善土壤的养分条件、物理性和生物性。
(3)合理的灌溉排水,通过水分调节土壤的空气、温度条件,促进有机质的`合成与分解,以满足作物生长要求。
(4)人类活动对土壤资源也起到破坏作用,如破坏森林,造成水土流失,土壤砂化,不注意用养结合,不注重施用有机肥,使土壤变质退化,次生盐碱化,以及土壤污染等。
因此,人类的生产劳动对土壤的影响存在着二重性。
五、土壤的形态特征
1、土壤发生层:
是指土壤形成过程中所形成的具有特