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1、陕西师范大学土壤地理学复习资料绪论1.1 土壤的基本概念1.2 土壤圈与全球变化1.3 土壤圈演化与人类社会的发展 1.4 土壤地理学简介1.5 土壤地理学的发展简史关键词土壤(soil) 土壤剖面(soil profile) 单个土体(pedon) 土壤聚合体(polypedon) 土壤圈(pedosphere) 土壤肥力(soil fertility)土壤自净能力(soil purification) 土壤圈物质循环(material cycle of pedosphere)土壤地理学(soil Geography)1.1土壤的基本概念1.1.1 土壤的定义 土壤是地球陆地表面具有肥力能够

2、生长植物的疏松层，是独立的历史自然体。其特征：有生物活性、孔隙结构；其功能：有肥力及生产性能 缓冲与净化功能。 1.1.3 土壤剖析 土壤剖面是指从地面垂直向下至母质的土壤纵断面；土壤剖面的立体化就构成了单个土体(pedon)，如图1-2所示。第2章 土壤固相组成及其诊断特性 2.1 土壤矿物 2.2 土壤有机质2.3 土壤固相的物理诊断特性1. 掌握土壤固相物质组成及其诊断特性关键词土壤矿物(soil mineral) 原生矿物(primary mineral)次生矿物 (secondary mineral)土壤腐殖质(soil humus)胡敏酸(humic acids) 富啡酸(fulv

3、ic acid)有机-矿质复合体(organo-mineral complex)土壤微生物 (soil microorganism）土壤质地(soil texture) 粒级(particle fraction)土壤结构(soil structure) 土壤颜色(soil color) 土壤是由固相、液相、气相和土壤生物体四部分组成。适于植物生长的典型壤质土壤的体积组成为土壤孔隙占50，内含水分和空气；土壤固体占50%，其中矿物质占45，有机质占5%；土壤生物体均生活在土壤孔隙之中，如图2-1所示。2.1 土壤矿物土壤矿物主要来自成土母质或母岩，是土壤的主要组成物质。土壤矿物构成了土壤的“骨骼

4、”，它对土壤组成、性状和功能具有巨大的影响。按照发生类型可将土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可溶性矿物三大类。原生矿物 (primary mineral)直接来源于母岩特别是岩浆岩。其中包括铝硅酸盐类、长石类矿物、云母类矿物、橄榄石类矿物、辉石与角闪石类矿物、氧化物类、硫化物类和磷灰石类，如图2-2所示。原生矿物的风化过程不仅在时间上有阶段性，在空间上也有地带性，原生矿物在风化和成土过程中新形成的矿物称为次生矿物，它包括简单盐类、次生氧化物和铝硅酸盐类。它们是土壤矿物中最细小的部分，具有活动的晶格、呈现高度分散性，并具有强烈的吸附代换性能、能吸收水分和膨胀，因而具有明显的胶体特性，又称为黏土

5、矿物。如图2-4、 2-5、2-6、2-7、2-8所示。在中国次生矿物分布的地带性表现为： 新疆、甘肃西部和内蒙古西部为水云母地带； 内蒙中部、黄土高原北部和东北西部为水云母-蒙脱石地带； 华北大部和东北平原为水云母蛭石地带； 北亚热带湿润区为水云母-蛭石-高岭石地带； 江南丘陵、四川盆地及云贵高原为高岭石-水云母地带； 华南及云南南部为高岭石-二三氧化物地带土壤矿物质是由风化与成土过程中形成的不同大小的矿物颗粒组成。其直径相差很大，从10-110-9 m不等，不同大小土粒的化学组成、理化性质差异巨大。据此可将粒径大小相近、性质相似的土粒归为一类，称为粒级。世界各国对土壤粒级的划分标准不尽一致

6、一般来说，土粒愈细，SiO2含量愈少，而Al2O3、Fe2O3等含量愈多。随着粒径的减小，孔隙度、吸湿量、持水量、比表面面积、膨胀潜能、吸附性能、塑性和粘结性将增加，而土壤通气性、透水性、密度将降低 自然土壤的矿物是由大小不同的土粒组成的，各个粒级在土壤中所占的质量百分数，称为土壤质地(soil texture)。土壤质地分类及划分标准世界各国不一，当今国际土壤学界常用的是美国土壤质地分类标准，如图2-12所示。 2.2 土壤有机质土壤有机质是土壤中重要的固相成分之一，是土壤肥力、缓冲及净化功能的物质基础，也是土壤形成发育的主要标志。它可分为两大类：非特异性土壤有机质和土壤腐殖质。生物残体及其

7、代谢产物是土壤有机质的重要来源，如图2-13所示。 土壤腐殖质(soil humus)是土壤特异有机质，也是土壤有机质的主要组分，约占有机质总量的5065。它是一种结构复杂、抗分解性强的棕色或暗棕色无定形胶体物，是土壤微生物利用植物残体及其分解产物重新合成的高分子化合物。土壤腐殖质可为胡敏酸、富啡酸、棕腐酸和胡敏素 土壤圈物质循环主要是指土壤圈内部的物质迁移转化过程，以及土壤圈与地球其他圈层之间的物质交换过程。其中土壤营养元素(如N、C、P、S等)循环是当今研究的重点，土壤中的营养元素是维持生物体生理代谢过程所必需的化学元素， 2.3 土壤固相的物理诊断特性土壤固相组成的物理诊断特性主要包括土

8、壤结构、密度、孔隙度、土壤颜色和土壤质地，它们是土壤发生的重要标志，也是影响土壤与环境间热量、水分、养分和气体交换，以及土壤中物质迁移转化的重要因素，因此，成为土壤分类和土壤资源开发利用的重要依据。土壤固相颗粒很少呈单粒存在，它们经常是相互作用而聚积形成大小不同、形状各异的团聚体(aggregate)，这些团聚体的组合排列称为土壤结构(soil structure)。土壤结构是成土过程的产物，故不同的土壤及其发生层都具有一定的土壤结构，如图2-22所示。粒结构 粒状结构 片状结构 块状结构 柱状结构 棱状结构 大块状结构土壤固相物质组成、土壤质地和土壤结构是决定土壤许多重要物理特性的物质基础，

9、而土壤颗粒密度、土壤密度、孔隙度、土壤磁性和土壤颜色则是反映土壤物质组成和土壤发生条件的重要定量指标。 第3章 土壤流体组成及其诊断特性 3.1 土壤空气及其运动3.2 土壤热量状况3.3 土壤水分及其特性3.4 土壤分散系及其特征3.5 土壤肥力与生态环境功能 重点土壤空气(soil air) 土壤通透性(soil permeability)土壤水(soil water) 土水势(soil water potential)土壤酸度(soil acidity) 土壤胶体(soil colloid)土壤温度状况(soil temperature regime) 土壤水分状况(soil water

10、 regime)土壤肥力因子(soil fertility factor) 土壤生态系统功能(function of soil ecosystem)3.1 土壤空气及其运动 土壤空气是土壤的重要组成成分，它和土壤水分共同存在于土壤孔隙之中，是影响土壤肥力与土壤自净能力的因素之一。土壤空气的组成与大气层中空气的组成有明显的不同，如表3-1所示。 土壤中不断进行的动植物呼吸作用和微生物对有机质物的生物化学分解作用，使得土壤空气中O2不断消耗和CO2逐渐累积，其结果是土壤空气中O2、CO2浓度与近地层大气中O2、CO2浓度之间差异的扩大，这样必然引起O2、CO2气体分子扩散的发生，如图 3-1所示。

11、图3-1 土壤空气与近地大气之间气体扩散过程示意图3.3 土壤水分及其特性水分是土壤的重要组成部分之一，土壤水分含量对土壤形成发育过程及肥力水平高低都有重要的影响作用。土壤水分状况及其运动规律是土壤地理学、资源环境科学的重要研究内容之一。全球水循环模式与土壤水分类型，如图3-4、3-5、3-6和表3-6所示。图 3-5 土壤水分有效性综合示意图 3.4 土壤分散系及其特征 土壤是由多相态物质如固相物质、液相物质、气相物质及生命体构成的复杂综合体。当某种土壤物质微粒子分布在土壤液态水之中，就构成了土壤分散系。它包括土壤溶液、土壤胶体和土壤浊液。 土壤胶体对土壤养分元素、污染物的迁移转化有重要作用

12、，这种作用与土壤胶体类型及其性质密切相关，土壤胶体均具有双电层结构，如图3-9所示。土壤胶体可分为三种类型： 土壤矿质胶体； 有机胶体； 有机-无机复合胶体。 土壤溶液(soil solution)是土壤水分及其所含气体、溶质的总称。分析土壤溶液组成、特性及其中化学过程，是土壤地理学、环境科学研究的重要内容。土壤溶液的溶质主要包括：无机盐类；简单有机物；溶解性气体。土壤溶液中溶质成分具有巨大的时空差异性，它与许多因素存在相互作用，如图3-1014所示。 土壤对酸碱的缓冲性能是指土壤系统具有的抵抗因外界因子作用引起的酸碱剧烈变化的性能。 氧化还原过程对土壤形成发育有重要作用，土壤之中存在有多种氧

13、化-还原体系，如表3-7所示。3.5 土壤的生态环境功能 土壤肥力是指土壤为植物正常生长发育提供并协调营养物质和环境条件的能力。它是土壤的综合属性和基本功能。土壤中植物养分、水热的输入、输出与储存之间的相互作用，是土壤肥力的核心所在，如图3-163-18所示。 土壤肥力包括土壤营养因素和土壤环境条件两个方面。由于土壤环境条件范围相当广泛，这两者之间并无严格区别。土壤肥力因素状态都是与土壤的组成成分、土体构型、土壤结构，以及土壤生态系统紧密联系的，如图3-19所示。 第4章 土壤形成因素学说4.1 道库恰耶夫成土因素学说 4.2 土壤形成的气候因素4.3 土壤形成的生物因素4.4 土壤形成的母质

14、因素4.5 土壤形成的岩石圈(地形)因素4.6 土壤形成的水圈(水文)因素4.7 土壤形成的时间因素4.8 土壤形成的人为因素成土因素、 母质 、 土壤发生 、 风化壳土壤发育序列 土壤地形序列 、 土壤年代序列 4.1 道库恰耶夫成土因素学说 德国科学家亚历山大封洪堡在亚洲地质学和气候学片断中，揭示了欧亚大陆中西部气候与植被的规律性变化；现代土壤地理学奠基人道库恰耶夫，19世纪末在科学调查的基础上，将广阔地域土壤与其自然条件联系起来，创立了成土因素学说。 道库恰耶夫(1881年) 首次建立了 f(, , , ) 表示土壤与成土因素之间的发生关系。式中：表示土壤；, , , 分别表示气候、生物

15、、母质和时间因素。道库恰耶夫认为地形只对“隐域土”有重要意义，故未将地形因子列入。他还提出土壤是一个独立自然体，成为现代土壤科学及土壤地理学的独特研究对象。 美国土壤学家H.詹尼(Jenny H) 对土壤与成土因素进行了深入研究，于1941年发表Factors of Soil Formation，提出S = f ( Cl, O, R, P, T, )，简称clorpt函数式，成为土壤形成的通用公式。詹尼认为在成土过程中的生物主导并不是千篇一律的现象，在不同地区、不同类型的土壤往往有某一因素占优势，如图4-1所示。 4.2 土壤形成的气候因素 气候是土壤形成的能量源泉。土壤与大气之间经常进行水分

16、和热量的交换。气候直接影响着土壤的水热状况、土壤中物质的迁移转化过程，并决定着母岩风化与土壤形成过程的方向和强度。气候要素如气温、降水及风力对土壤形成发育具有重要的影响，如图4-24-11所示。 4.3 土壤形成的生物因素 生物将太阳辐射能转变为化学能引入成土过程，并合成土壤腐殖质。在土壤中生活着有数百万种植物、动物和微生物，它们的生理代谢过程构成了地表营养元素的生物小循环，使得养分在土壤中保持与富集，从而促使了土壤的发生与发展，如图4-124-15所示。4.4 土壤形成的岩石圈(母质)因素 母质是土壤形成的物质基础，在生物气候作用下，母质表面逐渐转变成土壤。但母质并不仅是被改造的材料，同时对

17、成土过程有一定作用，这种作用愈是在成土过程的初期愈较显著。母质对成土过程和土壤特性的影响是在母质风化和成土过程中施加影响的，可见，母质的这种影响属于钝性的。4.5 土壤形成的岩石圈(地形)因素 岩石圈表面形态即地形，它是土壤形成发育的空间条件，对成土过程的作用与母质、气候、生物等不同，它通过影响地表物质能量的再分配，从而影响成土过程。新构造运动及地形演变更是影响土壤发生发育的重要因素，如图4-164-19所示。 图4-19 河谷地形发育对土壤形成、演化的影响示意图 总之，地形制约着地表物质和能量的再分配，地形的发育支配着土壤的演替，在不同的地形形态上，就形成不同土壤类型。4.6 土壤形成的水圈

18、(水文)因素 水分是所有生物活动，特别是高等植物生长发育不可或缺的生命要素和营养元素的载体；是土壤发生发育过程必需的物质及物化与生物反应过程的重要介质。水分参与了土壤形成中的物质与能量的迁移转换和交换过程。水分在母岩风化与成土过程的作用，如图4-204-21所示。4.7 土壤形成时间因素的作用 时间和空间是一切事物存在的基本形式。气候、生物、母质、水文和地形都是土壤形成的空间因素。时间作为成土因素则是阐明土壤形成发展的历史动态过程。母质、气候、生物、水文和地形等对成土过程的作用随着时间延续而加强，如图4-22、4-23所示。 不同地带土壤剖面发育与成土年龄相关示意图4.8 土壤形成的人为因素

19、人为活动对土壤的影响受社会制度和社会生产力水平的制约，而且这种影响具有双向性，即可通过合理利用，使土壤朝向良性循环方向发展，也可因不合理利用引起土壤退化。人类活动一是通过改变成土条件，二是通过改变土壤组成和性状来影响成土过程，如图 4-244-28所示。第5章 土壤形成过程5.1 土壤形成过程的概念 5.2 基本土壤形成过程5.3 土壤剖面形态特征 掌握土壤物质迁移转化规律 图5-8土壤形成过程中物质迁移和转化示意图 5.2 基本土壤形成过程 在自然界中，土壤形成过程的基本规律是统一的，但是，由于成土条件的复杂性和多变性，决定了土壤形成过程总体的内容、性质及表现形式也是多种多样的。因此，根据土

20、壤形成中的物质能量迁移、转化过程的特点，划分出以下基本成土过程，如图5-105-13所示。土壤腐殖质化过程示意图 与土壤有机质迁移转换相关的成土过程有： 泥炭化过程(paludization) 矿质化过程(mineralization)P代表年均降水量；PE代表年均陆面蒸发量图5-11 灰化过程图解 与土壤矿物迁移转换相关的成土过程有： 黏化过程(clayification) 富铝化过程(alitization)图5-12 钙化过程图解图5-13 盐化过程图解 受土壤水分状况影响的成土过程有： 碱化过程(solonization) 潜育化过程(gleyization) 白浆化过程(albicb

21、leaching) 潴育化过程(redoxing) 土壤熟化过程是人为培养土壤的过程。通过耕作、灌溉、施肥和改良等方法，在土壤上部形成人为表层(Ap)，并不断改变原有的土壤某些过程和性状，使土壤向有利于作物高产方面发育。土壤熟化可分为：改造不利的自然成土阶段；培肥熟化阶段；高肥阶段，如图5-14和5-15所示。图5-15 中国黄土高原南部人为旱耕的土垫过程示意图 土壤退化过程(soil degradation)是指因自然环境不利因素和人为开发利用不当而引起的土壤物质流失、土壤性状与土壤质量恶化以及土壤肥力下降，作物生长发育条件恶化和土壤生产力减退的过程。联合国粮农组织(FAO)将土壤退化分为侵

22、蚀、盐碱、污染等10种类型。5.3 土壤剖面形态特征 土壤剖面形态包括土壤颗粒微形态、结构体形态、土层形态、土壤剖面形态、土被结构形态。其中土壤剖面形态、土层形态、土壤结构体形态的观察是土壤资源调查和土壤地理研究的基础性工作。土壤剖面构型基本图式，如图5-16所示。 图5-16 土壤剖面构型的一般综合图式 图5-17土壤剖面发育的一般图式 总之，从土壤发生学观点看，成土因素是土壤形成的外部环境条件，土壤形成过程是土壤发育内部变化的依据。外因通过内因起作用。土壤形态特征则是土壤形成过程的结果。土壤发生类型必然要和它们所处的环境相统一，与成土因素处于动态平衡。第6章 土壤分类6.1 土壤分类概述6

23、.2 中国土壤分类6.3 国际土壤分类的发展土壤发生分类 土壤系统分类 土壤类别 诊断表层 诊断表下层 国际土壤分类参比基础6.1 土壤分类概述 土壤分类是在深入研究聚合土体发生发育、土壤系统发育与演替规律的基础上，根据土壤不同发育阶段所形成的性状和特征，对土壤圈中的各异聚合土体所做的科学区分。土壤是地球陆地表面连续存在的自然体即土壤圈，如图6-1所示。 Simonson先后提出了单个土体(pedon)与聚合土体(polypedon)的概念，并以此建立了土壤多级系统，按聚合土体物质组成和形态特征，首先，将相似的聚合土体归并为土纲；其次，据土纲的差异性，将土纲细分为亚纲，再按亚纲内次级土壤性状的

24、差异性，将亚纲细分为土类，。图6-1 土壤圈及其组成的解析示意图 土壤圈中土壤类型的多样性，是在不同成土因素的综合作用下，处于不同发育阶段的土壤所构成的。土壤性状特征是成土因素综合作用的产物，也是在土壤野外调查、实验室分析过程中能够直接定量化测量的土壤特征。故土壤发生学是土壤分类的理论基础。 土壤分类的目标是按土壤发生学理论构建一有严密逻辑、多等级、谱系式的分类系统(hierarchy), 根据聚合土体相似性和差异性进行归纳与划分类别；并按聚合土体的相似程度逐级区分，形成土壤分类的等级体系(category)。 土壤分类是土壤调查制图的工具；也是土壤科学和其他学科研究的重要基础；土壤分类还是合

25、理利用土壤资源、发挥土壤生产潜力，进行土地评价和土地利用规划的重要依据；同时土壤分类也是国内外土壤科学研究、进行土壤信息交流的重要媒介。 土壤分类是随着社会实践的需求和发展、土壤知识的积累和认识水平的提高、土壤科学技术的进步而不断前进和发展的。从古迄今，土壤分类发展大致经历了三个重要阶段：古代朴素的土壤分类阶段； 近代土壤发生学分类发展阶段； 定量化的土壤系统分类(或诊断分类)阶段。 19世纪末俄国道库恰耶夫创立了土壤地理发生分类，奠定了现代土壤分类的科学基础，到20世纪中叶已形成了地理发生、形态发生、历史发生三大学派；定量化土壤分类的研究起始于20世纪中期，以1975年发表的美国土壤系统分类

26、 (soil taxonomy) 为代表，在国际土壤科学界掀起了一场土壤分类的重大变革。 目前国际上主要土壤分类体系有：美国土壤系统分类(ST)、联合国世界土壤图图例单元(FAO/Unesco)、国际土壤分类参比基础(IRB) 、世界土壤资源参比基础(WRB)、以俄罗斯为代表的土壤地理发生分类等。形成了多种土壤分类并存的局面。 中国土壤地理发生分类系统(1992)分类原则和依据: (1)综合发生学原则 (2)统一性原则 (3)生产性原则 中国土壤分类系统(1992年)设立土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种和亚种等7级分类单元,将中国土壤划分为铁铝土、淋溶土、半淋溶土、钙层土、干旱土、漠土、初育

27、土、半水成土、水成土、人为土和高山土等共12个土纲，如表6-1所示。 土壤发生分类的不足表现在： 主观性与理论推理性强； 过分强调生物、气候等地带性因素； 强调中心概念，但土类界限较模糊； 发生分类缺乏定量指标。 中国土壤系统分类是以诊断层(diagnostic horizons)和诊断特性(diagnostic characteristics)为基础的系统化、定量化土壤分类。中国土壤系统分类为多级分类制，即土纲、亚纲、土类、亚类、土族和土系6级，如表6-2所示。 中国土壤系统分类单元名称以土纲为基础，其前叠加反映亚纲、土类和亚类性状的术语，就分别构成了亚纲、土类和亚类的名称。土纲名称一般为3

28、个汉字，亚纲为5个、土类为7个、亚类为9个汉字。 以诊断层和诊断特性为基础的美国土壤系统分类被世界上越来越多的国家所接受。中国土壤系统分类理论和方法也是在其影响下建立和发展起来的。中国土壤系统分类与其既有共性，也有自身特性。中国土壤系统分类(CST)制、美国土壤系统分类(ST)和国际土壤资源参比基础(WRB)作一简单参比，如表6-4所示。 森林土纲系列(forest soil order system)草原与荒漠土纲系列(steppe-desert soil order system) 水成型土纲系列(hydromorphic soil order system)过渡土纲系列(transiti

29、onal soil order system)岩成型土纲系列(lithomorphic soil order system)人为土纲(anthropogenic soil order system) 中国土壤系统分类将中国境内的所有土壤划归为14个土纲，这些土纲之间的发生联系，如图7-1所示。中国土壤系统分类单元土纲发生系列示意图 按土壤景观特征可将14个土纲归并为： 土壤形成发育主系列，即新成土干旱土 均腐土灰土淋溶土富铁土铁铝土； 过渡系列：新成土雏形土变性土； 副系列：水成型的盐成土有机土潜育土；岩成型的新成土和火山灰土；人为土。 7.1 森林土纲系列 森林土纲系列是土壤形成发育主系列的

30、重要组成部分，它包括有灰土、淋溶土、富铁土、铁铝土等土纲。 7.1.2 淋溶土1. 地理分布和成土环境 淋溶土广泛分布于温带湿润气候区，淋溶土约占全球陆地面积的14.7%，横跨了5个大自然带。中国淋溶土从寒温带、温带、暖温带到亚热带均有分布，约占中国土地面积的13%(约 125104km2)。2. 主导成土过程与特性 淋溶土具有淀积黏化和次生黏化作用。淋溶土的土体构型为OABtC。土壤剖面通体无石灰反应，土壤呈微酸性至酸性，pH值多为6.07.0，土壤阳离子代换量较高，淋溶土质地黏重，次生黏土矿物以2：1型水云母、蛭石为主，如图7-4和图7-5所示。 3. 分类与利用 淋溶土纲分为冷凉淋溶土、

31、干润淋溶土、常湿淋溶土和湿润淋溶土4个亚纲。淋溶土是中国重要的森林土壤资源，也是重要的农业土壤资源，因气候湿润易发生水土流失，在利用中应加防治。7.1.3 富铁土1. 地理分布和成土环境 富铁土广泛分布于世界亚热带地区。在中国富铁土则广泛分布在江苏、江西、浙江、安徽、湖南、湖北、四川、福建大部分地区，以及广东、广西、海南、台湾、贵州、云南、西藏部分地区。 2. 主导成土过程与特性 其主导成土过程有：中度风化作用、强烈盐基淋失作用、明显脱硅和铁铝氧化物富集作用。富铁土的土体构型为AhBsC。土壤剖面通体呈酸性或强酸性，土壤质地黏重，黏粒硅铝率在2.02.4之间，黏土矿物以高岭石为主，如图7-6和图7-7所示。3. 分类与利用 富铁土分为干润富铁土、常湿富铁土、湿润富铁土3个亚纲。富铁土区降水和热量丰富，可种植各种经济作物或粮油作物，生产潜力很大。但因质地黏重，易于遭受侵蚀，在开发利用应加防范。7.1.4 铁铝土1. 地理分布和成土因素 铁铝土广泛分布于世界热带雨林气候区、热带季雨林气候区和热带海洋性气候区。在中国铁铝土分布于海南、广东、广西、福建、台湾及云南等省区。2. 主导成土