环境土壤学第七章学习教案.pptx

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1、会计学1环境环境(hunjng)土壤学第七章土壤学第七章第一页，共75页。2红壤红壤(hngrng)7.1 Soil-forming factors and its functions 土壤形成因素及其在土壤发生中的作用土壤形成因素及其在土壤发生中的作用7.2 Pedogenic processes 土壤形成过程土壤形成过程(guchng)7.3 Soil development 土壤发育土壤发育7.Soil Formation and Development土壤土壤(trng)形成和发育形成和发育第1页/共74页第二页，共75页。3 In later nineteenth-century R

2、ussia,V.V.Dokuchaev Dokuchaev originally originally identified identified the the principal principal soil-forming soil-forming factors factors as as climate,biota,parent material,relief and landscape ageclimate,biota,parent material,relief and landscape age.土壤形成土壤形成(xngchng)因素因素7.1 Soil-forming fac

3、tors and its functions 土壤形成因素土壤形成因素(yn s)及其在土壤发生中的作用及其在土壤发生中的作用 又称成土因素，是影响土壤形成和发育的基本因素，它是又称成土因素，是影响土壤形成和发育的基本因素，它是一种物质、力、条件或关系或它们的组合，其已经一种物质、力、条件或关系或它们的组合，其已经(y jing)对土壤形成发生影响或将影响土壤的形成。对土壤形成发生影响或将影响土壤的形成。l成土因素学说成土因素学说第2页/共74页第三页，共75页。4The The influence influence of of environment environment factors

4、 factors on on soil soil formation formation was was considered considered in in a a more more systematic systematic manner manner following the work of Jenny(1941).following the work of Jenny(1941).Soil=f(cl,o,r,p,t,(h)Soil=f(cl,o,r,p,t,(h)climate climate 气候气候气候气候(qhu)(qhu)organisms organisms 生物生物生

5、物生物 relief relief 地形地形地形地形 parent material parent material 母质母质母质母质 time time 时间时间时间时间 human active human active 人为活动人为活动人为活动人为活动Clorpt 函数函数(hnsh)式式第3页/共74页第四页，共75页。5l成土因素学说的基本原理成土因素学说的基本原理l土壤是成土因素综合作用的结果土壤是成土因素综合作用的结果l成土因素具有同等成土因素具有同等(tngdng)重要性和不可替代性重要性和不可替代性l成土因素的时空分异导致土壤演化持续进行成土因素的时空分异导致土壤演化持续进行

6、 The operation of pedogenic processesis controlled by a number of environmental factors operating through the medium of time and that these determine the type of soil produced in any particular location.The soil-forming factors operate in combination.It is no tpossible to rank them in order of impor

7、tance they are all equally important,although within any one environment certain factors may have a more dominant influence on soil formation than others.第4页/共74页第五页，共75页。6l地带性土壤地带性土壤(trng)（Zonalsoils）At the regional and global scale,climate and biota will have a dominant influence on soil formation

8、,and soil types can be related in general terms to bioclimatic zones.The remaining factors will then account for variations in soil formation within a particular bioclimatic zone.Zonal soils:soil varied with latitude according to climatic and vegetation conditions.Intrazonal soils:soils were more cl

9、osely associated with parent material or drainage conditions.Azonal soils:soils were poorly developed,duo mainly to lack of time.第5页/共74页第六页，共75页。7全球全球(qunqi)(qunqi)土壤土壤-植被景观图植被景观图第6页/共74页第七页，共75页。8全球气温时空(sh kn)变化对土壤形成的影响第7页/共74页第八页，共75页。9全球降水量时空变化(binhu)对土壤形成的影响第8页/共74页第九页，共75页。10Surfacerock Surfac

10、erock weathering weathering WeatheringcrustWeatheringcrust（风化壳）（风化壳）SoilSoil Parent material is main mineral sources of soil formation,and its nature is fundamental to many soil characteristics.母质母质母质母质(Parent material)(Parent material)对土壤发生对土壤发生对土壤发生对土壤发生(fshng)(fshng)的作用的作用的作用的作用Parentmaterial（母质）

11、Organisms active and organic matter accumulation（pedogenic processes）第9页/共74页第十页，共75页。11lDefinition of parent materiall 母质是风化母质是风化(fnghu)壳壳(weathering crust)的表层，是指原生基的表层，是指原生基岩岩(original bedrock)经过风化经过风化(fnghu)、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松、搬运、堆积等过程于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。物质基

12、础，是土壤的前身。风化壳是地壳表层的岩石风化壳是地壳表层的岩石(ynsh)经过风化后形成的疏松堆积物。经过风化后形成的疏松堆积物。母质既不同于岩石：有初步肥力，颗粒分散，疏松多孔，有一定母质既不同于岩石：有初步肥力，颗粒分散，疏松多孔，有一定吸附、透水和蓄水性能吸附、透水和蓄水性能(xngnng)。也不同于土壤：缺乏养分，几乎不含也不同于土壤：缺乏养分，几乎不含C、N，通气和蓄水不能，通气和蓄水不能同时解决。同时解决。第10页/共74页第十一页，共75页。12残积母质残积母质(residual parent material)：岩石风化后，基本上未经动力：岩石风化后，基本上未经动力搬运而残留在

13、原地的风化物；搬运而残留在原地的风化物；运积母质运积母质(carried parent material)：母质经外力，如水、风、冰川和：母质经外力，如水、风、冰川和地心引力地心引力(dxn ynl)等作用而迁移到其它地区的物质。等作用而迁移到其它地区的物质。lTypes of parent material（类型（类型(lixng)）母母质质类类型型水风冰川(bngchun)冰积母质地心引力重积母质（崩积物）流水沉积流水沉积湖积母质湖积母质海积母质海积母质黄土母质黄土母质沙丘沙丘冲积母质冲积母质坡积母质坡积母质洪积母质洪积母质第11页/共74页第十二页，共75页。13 The major i

14、nfluence of parent material on soil formation is expressed principally in terms of weathering,as this determines the amount of mineral material available to a soil profile and also the subsequent weathering characteristics of the soil itself.The nature and extent of weathering will be determined by

15、the resistance of the minerals which make up the parent material and also by various physical characteristics of the parent material itself.The nature of weathering as determined by parent material is fundamental to many soil characteristics.lFunctions of parent material in soil formation（作用（作用(zuyn

16、g)）第12页/共74页第十三页，共75页。14p 影响成土过程的速度、性质和方向影响成土过程的速度、性质和方向p 影响土壤理化性状（如养分等）影响土壤理化性状（如养分等）p 岩浆岩：花岗岩形成的土壤富钾而缺磷；玄武岩形成的土壤岩浆岩：花岗岩形成的土壤富钾而缺磷；玄武岩形成的土壤缺钾而富磷；缺钾而富磷；p 沉积岩：砂岩形成的土壤盐基养分较贫乏沉积岩：砂岩形成的土壤盐基养分较贫乏(pnf)(pnf)；页岩形；页岩形成的土壤盐基养分较丰富。成的土壤盐基养分较丰富。p 影响土壤矿物组成影响土壤矿物组成p 影响土壤发育和形态特征影响土壤发育和形态特征(morphologicalcharacterist

17、ic)(morphologicalcharacteristic)p 总之，成土过程进行得愈久，母质与土壤的性质差别就愈总之，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。大。但母质的某些性质却仍会顽强地保留在土壤中。lFunctions of parent material in soil formation（作用（作用(zuyng)）第13页/共74页第十四页，共75页。15气候气候气候气候气候气候(Climate)(Climate)(Climate)与土壤与土壤与土壤与土壤与土壤与土壤(trng)(trng)(trng)发生的关系发生的关系发生的

18、关系发生的关系发生的关系发生的关系 母质风化母质风化母质风化母质风化气候气候气候气候(qhu)(qhu)因素因素因素因素 土壤水热状况土壤水热状况土壤水热状况土壤水热状况 植物生长、微生物活动、植物生长、微生物活动、植物生长、微生物活动、植物生长、微生物活动、有机质的合成与分解有机质的合成与分解有机质的合成与分解有机质的合成与分解 Climate Climate is is of of particular particular importance importance in in terms terms of of determining determining the the tempe

19、raturetemperature,and and therefore therefore rate,rate,at at which which pedogenic pedogenic processes processes operate,operate,and and also also the the availability availability of of waterwater,which which is is fundamental fundamental to to many of these processes.many of these processes.第14页/

20、共74页第十五页，共75页。16 Climate influences the transformation of organic components by its effect on rates of organic matter decay;maximum rates of decay usually take place in the temperature range 25-35C(Ross,1989).The rate of mineral transformation via crystal lattice breakdown increases with temperature

21、;in general the rate of chemical reactions doubles for every 10C rise in temperature(Curtis,1976).The transfer of soil materials is also highly dependent on temperature and moisture.Soil losses are controlled via climatic influences on water and wind transport,and also indirectly by influences on bi

22、ota.第15页/共74页第十六页，共75页。17 湿度（湿度（humidity）影响土壤影响土壤(trng)中物质的迁移中物质的迁移 影响土壤中物质的分解影响土壤中物质的分解(fnji)、合成和转化、合成和转化 温度温度(temperature)影响矿物和有机物质的风化、分解影响矿物和有机物质的风化、分解(fnji)与合成。与合成。每增加每增加10温度，反应速率可成倍增加。温度，反应速率可成倍增加。温度和湿度的共同影响温度和湿度的共同影响（交互作用）（交互作用）实际上水热两因子是共同作用着的，只有两者互相实际上水热两因子是共同作用着的，只有两者互相 配合，才能促进配合，才能促进(cjn)土壤

23、的形成发展。土壤的形成发展。气气候候的的影影响响第16页/共74页第十七页，共75页。18不同温度带风化壳分异图式(t sh)(据GerrardJ,2000年资料改编)第17页/共74页第十八页，共75页。19不同地带土壤中苜蓿碎屑分解速率的实验模拟(据Jenny,1983)热带雨林波哥大草原内华达山地积雪第18页/共74页第十九页，共75页。20Relation of soil organic matter concentration to climate and altitude in zonal soils of ChinaWanhong Dai,Yao Huang，Catena65(2

24、006)8794第19页/共74页第二十页，共75页。21美国中部土壤碳酸钙层出现深度与年降水量关系图(据Jenny,1983)印度24等温沿线区表土有机(yuj)碳含量与年降水量关系图(据Jenny,1983)第20页/共74页第二十一页，共75页。22土壤剖面(pumin)发育与气候湿润度的关系图第21页/共74页第二十二页，共75页。23土壤地带性土壤地带性(soil zonality)纬度地带性：在东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依纬度地带性：在东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依次为暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、红壤和砖红壤次为暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、红壤和砖红壤经度地带

25、性经度地带性:在温带，自西向东大气湿度递增，依次出现棕漠在温带，自西向东大气湿度递增，依次出现棕漠土、灰棕漠土、灰漠土、棕钙土（灰钙土）、栗钙土、黑钙土、灰棕漠土、灰漠土、棕钙土（灰钙土）、栗钙土、黑钙土和黑土。土和黑土。垂直地带性垂直地带性:山区土壤呈与海拔高度相对应的带状分布规律山区土壤呈与海拔高度相对应的带状分布规律土壤是气候变化土壤是气候变化(binhu)的记录者的记录者 气候的变化气候的变化(binhu)往往在土壤性质中可以得到体现，往往在土壤性质中可以得到体现，所以我们可以通过研究古土壤的性质，来追朔过去的气候。所以我们可以通过研究古土壤的性质，来追朔过去的气候。l 气候变化气候变

26、化(climatic change)与土壤与土壤(trng)形成形成第22页/共74页第二十三页，共75页。24第23页/共74页第二十四页，共75页。25 Biota Biota are are influenced influenced to to a a large large extent extent by by climate,climate,but but they they also also have have a a direct direct effect effect on on soil soil formation formation via via rates r

27、ates of of organic organic matter matter addition addition and and decomposition,decomposition,and and the the type type of of material material involved.involved.They They can can also also influence influence weathering weathering and and the the transfer transfer of of soil soil components compon

28、ents in in solution solution and by mechanical mixing.and by mechanical mixing.生物因素生物因素生物因素生物因素生物因素生物因素(yn s)(Biota)(yn s)(Biota)(yn s)(Biota)在土壤发生中的作用在土壤发生中的作用在土壤发生中的作用在土壤发生中的作用在土壤发生中的作用在土壤发生中的作用 生物因素是促进土壤发生发展最活跃的因素。生物（植物、土壤动物和土壤微生物）在土壤形成过程中起主导作用：把太阳能引入成土过程,使营养元素在土壤积聚,产生腐殖质,形成土壤团粒结构,改善(gishn)母质理化性质

29、,形成具有肥力的土壤。一定意义上，没有生物因素的作用，就没有土壤的形成。第24页/共74页第二十五页，共75页。26l lIn soils,additions of organic matter will depend largely on the type and density of flora and fauna,but these will in turn be determined by climatic conditions.l lTransformation of organic matter via the processes of decomposition will be

30、determined by the type of vegetation and the proportion of organisms of different functions.l lBiota can influence the transfer of both organic and mineral material.l lOrganisms will determine soil losses in term of gaseous outputs,and surface and subsurface lateral removal.第25页/共74页第二十六页，共75页。27 Be

31、cause of the close association between biota and climate,it is often not easy to distinguish biosequences from climosequences.BiotaSoil animal microorganismmicroorganismvegetation第26页/共74页第二十七页，共75页。28生物群落及其对成土过程(guchng)的作用图式第27页/共74页第二十八页，共75页。29 植物植物植物(vegetation)(vegetation)(vegetation)的作用的作用的作用能

32、量转换能量转换能量转换(conversion of energy)(conversion of energy)(conversion of energy)及有机质形成及有机质形成及有机质形成 太阳能太阳能太阳能化学能化学能化学能(潜能潜能潜能)矿物质富集作用矿物质富集作用矿物质富集作用(enrichment)(enrichment)(enrichment)及有效化及有效化及有效化 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。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。把分散在母质、水体和大气中的营养元素有选择地

33、吸收起来，同时伴随着矿质营养元素的有效化。促进土壤形成及结构体的发展促进土壤形成及结构体的发展促进土壤形成及结构体的发展 植物根系分泌有机酸，通过植物根系分泌有机酸，通过植物根系分泌有机酸，通过(tnggu)(tnggu)(tnggu)溶解和根系挤压作用破坏矿物晶格，改变矿物的性质，促进土壤形成；并通过溶解和根系挤压作用破坏矿物晶格，改变矿物的性质，促进土壤形成；并通过溶解和根系挤压作用破坏矿物晶格，改变矿物的性质，促进土壤形成；并通过(tnggu)(tnggu)(tnggu)根系活动，促进土壤结构发展。根系活动，促进土壤结构发展。根系活动，促进土壤结构发展。第28页/共74页第二十九页，共7

34、5页。30Litter input rates for different ecosystemsLitter input rates for different ecosystems Ecosystem Litter input(t ha-1 a-1)Tundra (冰沼植被)1.5Boreal forest (北方森林)7.5Temperate deciduous forest (温带落叶阔叶林)11.1Temperate grassland (温带草原)7.5Savanna (热带稀树干草原)9.5Tropical forest (热带森林)30.0 Source:Swift et al.

35、1979第29页/共74页第三十页，共75页。31第30页/共74页第三十一页，共75页。32第31页/共74页第三十二页，共75页。33不同植物(zhw)作用下形成土壤的有机质垂直分布比较(据熊毅，1990)第32页/共74页第三十三页，共75页。34 自然植被和水热条件的演变，引起土壤类型的演变自然植被和水热条件的演变，引起土壤类型的演变自然植被和水热条件的演变，引起土壤类型的演变 由东北往华南由东北往华南由东北往华南(Hunn)(Hunn)(Hunn)的森林植被和土壤的分布依次为：的森林植被和土壤的分布依次为：的森林植被和土壤的分布依次为：针叶林针叶林针叶林(棕色针叶林土棕色针叶林土棕色

36、针叶林土)针阔混交林针阔混交林针阔混交林(暗棕壤暗棕壤暗棕壤)落叶阔叶林落叶阔叶林落叶阔叶林(棕壤棕壤棕壤)落叶常绿阔叶林落叶常绿阔叶林落叶常绿阔叶林(黄棕壤黄棕壤黄棕壤)常绿阔叶林常绿阔叶林常绿阔叶林(红壤、黄壤、赤红壤红壤、黄壤、赤红壤红壤、黄壤、赤红壤)雨林、季雨林雨林、季雨林雨林、季雨林(砖红壤砖红壤砖红壤)北北南南第33页/共74页第三十四页，共75页。35 pp微生物微生物微生物微生物(microorganism)(microorganism)的作用的作用的作用的作用pp分解有机质，释放潜能和养分分解有机质，释放潜能和养分分解有机质，释放潜能和养分分解有机质，释放潜能和养分pp参与

37、腐殖质形成，增强土壤肥力参与腐殖质形成，增强土壤肥力参与腐殖质形成，增强土壤肥力参与腐殖质形成，增强土壤肥力pp生物固定大气中的生物固定大气中的生物固定大气中的生物固定大气中的N Npp分解矿物，促进土壤物质的溶解和迁移分解矿物，促进土壤物质的溶解和迁移分解矿物，促进土壤物质的溶解和迁移分解矿物，促进土壤物质的溶解和迁移pp土壤动物土壤动物土壤动物土壤动物(dngw)(soil animal)(dngw)(soil animal)的作用的作用的作用的作用pp参参参参 与与与与 有有有有 机机机机 体体体体 的的的的 分分分分 解解解解，破破破破 碎碎碎碎；腐殖质的形成腐殖质的形成腐殖质的形成腐

38、殖质的形成pp疏松土壤，搬运土壤疏松土壤，搬运土壤疏松土壤，搬运土壤疏松土壤，搬运土壤pp参与土壤团粒结构的形成参与土壤团粒结构的形成参与土壤团粒结构的形成参与土壤团粒结构的形成第34页/共74页第三十五页，共75页。36第35页/共74页第三十六页，共75页。37 Relief Relief influences influences soil soil formation formation via via influence influence the the movement movement of of material material on on slopes slopes an

39、d and control control on on drainage,drainage,which can affect transformation,transfers and losses.which can affect transformation,transfers and losses.High High slope slope angles angles will will encourage encourage downslope downslope movement movement and and rapid rapid drainage,drainage,wherea

40、s whereas low low slope slope angles angles will will limit limit these these processes processes and and can can therefore therefore give give rise rise to to such such as as peat accumulation and gleying.peat accumulation and gleying.地形地形地形地形(relief,landform)(relief,landform)与土壤与土壤与土壤与土壤(trng)(trn

41、g)发生的关系发生的关系发生的关系发生的关系 地形地形 主要是影响水热条件主要是影响水热条件(tiojin)及母质的再分配，及母质的再分配，进而影响土壤的形成进而影响土壤的形成.第36页/共74页第三十七页，共75页。38nRelationship between relief and parent material 地形与母质的关系地形与母质的关系n 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。的母质。n山地上部或台地上，主要是残积母质山地上部或台地上，主要是残积母质(residual material)n坡地和山麓

42、坡地和山麓(shnl)地带的母质多为坡积物地带的母质多为坡积物(slope wash)；n在山前平原的冲积扇地区，在山前平原的冲积扇地区，成土母质多为洪积物；成土母质多为洪积物；n河流阶地、泛滥地和冲积平原、河流阶地、泛滥地和冲积平原、湖泊周围、滨海附近地区，相应湖泊周围、滨海附近地区，相应的母质为冲积物、湖积物和海积物。的母质为冲积物、湖积物和海积物。第37页/共74页第三十八页，共75页。39nRelationship between relief and water or temperature condition 地形与水热条件地形与水热条件(tiojin)的关系的关系n地形对水分状况

43、的影响地形对水分状况的影响(湿润地区尤为重要湿润地区尤为重要)n地形支配地表径流，影响水分重新分配，决定地下水的活动；地形支配地表径流，影响水分重新分配，决定地下水的活动；n坡面形态坡面形态(光滑或粗糙光滑或粗糙,凹面或凸面凹面或凸面)对水分状况影响很大；对水分状况影响很大；n地形的差别还可导致地形雨地形的差别还可导致地形雨(geographical rain)n地形影响地表温度地形影响地表温度n 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。同，例如南坡常较北坡温度高。第38页/共74页第三十九页，共7

44、5页。40第39页/共74页第四十页，共75页。41土链有机(yuj)土潜育土淋溶土地形(dxng)对水分运动的影响(据John Gerrard，2000)第40页/共74页第四十一页，共75页。42n Relationship between relief and soil development Relationship between relief and soil development 地形与土壤发育的关系地形与土壤发育的关系n地形对土壤发育的影响，山地表现尤为明显地形对土壤发育的影响，山地表现尤为明显n 山地地势高、坡度大，切割强烈，水热状况和植山地地势高、坡度大，切割强烈，水热状

45、况和植被变化大，因此山地土壤有垂直分布的特点。被变化大，因此山地土壤有垂直分布的特点。n地形发育地形发育(地形受地质营力的作用也在不断发生变化地形受地质营力的作用也在不断发生变化)也对也对土壤发育带来深刻的影响土壤发育带来深刻的影响n 由于地壳由于地壳(dqio)(dqio)上升或下降，影响土壤侵蚀上升或下降，影响土壤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。被发生演变。n n 第41页/共74页第四十二页，共75页。43土链有机土潜育土淋溶土 相同气候、母质、成土年龄下，由于地形和排水条件上差异相同气候、母质、成土

46、年龄下，由于地形和排水条件上差异(chy)引起的具有不同特征的一系列土壤成为土链。引起的具有不同特征的一系列土壤成为土链。第42页/共74页第四十三页，共75页。44河谷(hg)地形发育对土壤形成、演化的影响示意图 随着河谷地形演化，不同地形部位上，可构成随着河谷地形演化，不同地形部位上，可构成(guchng):地带性土地带性土(zonal soil)(高级阶地高级阶地 higher terrace)半水成土半水成土(semi-aquatic soil)(低级阶地低级阶地 lower terrace)水成土水成土(aquatic soil)(河漫滩河漫滩 flood land)高高低低第43页

47、/共74页第四十四页，共75页。45土壤特性及其相互关系图式(t sh)(据Furley，1968年资料改编)第44页/共74页第四十五页，共75页。46 Time Time does does not not exert exert a a direct direct control control on on soil soil formation,formation,but but is is the the medium medium through through which which all all the the other other environmental enviro

48、nmental factors factors operate,operate,and and its its role role in in soil soil formation is integral to the understanding of soil-forming environments.formation is integral to the understanding of soil-forming environments.Soils Soils generally generally become become more more developed develope

49、d through through time time with with the the progressive progressive operation operation of of pedogenic pedogenic processes.processes.After After a a certain certain period period of of time,time,soils soils may may reach reach an an equilibrium equilibrium condition,condition,when when they can b

50、e said to be fully developed.they can be said to be fully developed.成土时间成土时间成土时间成土时间(shjin)(Time)(shjin)(Time)(shjin)(Time)(shjin)(Time)对土壤发育的影响对土壤发育的影响对土壤发育的影响对土壤发育的影响 时间因素对土壤形成没有直接(zhji)作用，但可体现土壤的发育程度。第45页/共74页第四十六页，共75页。47 n土壤年龄土壤年龄(soil age)n n 土壤年龄是指土壤发生时间的长短和发育的土壤年龄是指土壤发生时间的长短和发育的程度。程度。n绝对年龄绝对