过程与土层

第二节 土壤形成过程

（1）土壤形成过程是复杂的物质与能量迁移和转化过程的综合。

（2）土壤形成过程是随着时间进行的。 （3）土壤形成过程由一系列生物的、物理的、化学的、物理化学的基本现象构成。

（4）土壤形成过程是在一定的地理位置、地形和地球重力场之下进行的。

辐射能交换

蒸发

生物的能量交换

反射

土壤与空气间的对流和传导引起的能量交换

由沉淀引起获得或损失能量

土体内部的能量转化：

传导 凝结 对流 蒸发 渗透 非饱和流

由侧向转移引起获得或损失能量

能量来源与贮存矿物转化 有机质转化 生物活动 磨擦 干湿交替 冻融交替

侵蚀引起的获得或损失能量

侧向和垂直方向转移的能量损失

地热

图1.11 土壤中能量来源与转换示意图

物质的生物小循环

获得能量

水分损失 物质的表面沉积

侵蚀造成的表层物质损失

获得水分

损失能量

土 土体内的转化（土壤过程的风化过程的）

土体内的转移

体 地球化学风化供应物质 水分和其它物质的淋失

图1.12 土壤中物质迁移与转化示意图

一、土壤形成过程与地质风化过程：

1．土壤形成过程：指在地质风化过程的基础上，发生在成土母质之内的物质转移、转化等一系列物理的、化学的、生物的过程以及它们的复合过程。

2．地质风化过程：岩石和原生矿物发生崩解，遭受破坏，产生母质的过程，包括地球物理风化、地球化学风化与生物化学风化。

3．地质大循环：指地表岩石与矿物发生风化作用，其风化产物经淋溶与搬运、沉淀与堆积，进而再发生成岩作用的物质循环，它在地球表面周而复始，永不停息。

4．生物小循环：生物在地质风化产物中吸收营养元素，并将其富集、保蓄在土壤中，使之暂时脱离地质大循环的轨道。生物小循环是在地质大循环的控制之下，地球表生带系统之内的一个子系统。生物小循环是土壤肥力发生的核心过程。

物质的地质大循环是指地面岩石的风化、风化产物的淋溶与搬运、堆积，进而再次成岩作用，这是地球表面恒定的周而复始的大循环。而生物在其风化产物的基础上进行植物营养元素的富集、保蓄，使部分营养元素暂时脱离地质大循环的轨道，这就是营养元素的生物小循环，如下图所示：

大气圈 水、热、阳光、空气 岩石圈 沉积岩变质岩岩浆岩 风化作用 生物吸收 活有机物 土壤发生和发展 地壳上升岩石碎屑与可溶性物质 (二)地质风化过程与成土过程

一般土壤的组成，其矿物质占95%以上，即所谓矿质土壤。其中的矿物质主要为硅酸盐和铝硅酸盐两大类，如石英、长石、云母、辉石等。如按化学组成来看，其中SiO2含65%～69%；Fe２O３、Al２O３占17%～20%；CaO、MgO为5%～７％，这些都是所谓大量元素。岩石风化，主要是这些原生矿物在一定生物气候条件下，其矿物结构遭受破坏、转化与粘土矿物合成的过程。一般将这种风化分为地球物理风化、地球化学风化与生物化学风化三大类。在两极、高山及干旱地区，以地球物理风化为主。地球化学风化一般是指在湿热条件下的原生矿物的彻底分解，形成高岭石与三水铝石，它的风化强度远比地球物理风化大得多（图1.16）。生物化学风化是指植物根系对岩石矿物的撑胀产生物理风化，和有机酸对

矿物的化学蚀变风化作用。

海底沉积岩 成岩过程 腐殖质 淋溶、搬运 腐殖质化 松散堆积物 矿质化 生物吸收 死亡 可溶和难溶的有机质和矿物质 微生物有机残体 分解 地质大循环（周期166～108年） 生物小循环（周期160～102年）

可淀积为硅质层

风 KOH Si(OH)4 化或脱水为硅粉 原作生 用 NaOH Al3+ 或Al(OH)3多Al.O.OH 聚体

矿两性胶体，可形 物 石英+ Ca(OH)2 + Fe3+ 或Fe(OH)3

Fe.O.OH 成氧化物粘粒

Mg(OH)2 Fe2+ 或

Si(OH)2 Si.Al.O.OH 负胶体，可形

成铝硅酸盐类

矿物

一、（以固相 二、（离子 三、（离子或分子， 四、（带图1.16 各种矿物在地球化学风化中的产物（俞震豫） 电荷的

残渣存在） 或分子存在 因pH、Eh不同而 胶体） 于溶液） 变，存在于溶液）

从某种意义上讲，矿物的化学风化过程是地质大循环的深入反映，如果说，元素的地质大循环与生物小循环是土壤形成的基础的话，那未，以化学风化为主体内容（当然，还有物理风化和生物风化）的风化过程与成土过程两者是永远相伴随的，且前者是后者的基础，只有通过矿物的氧化、还原、水解等这一系列过程才能为植物营养元素的富集创造条件。

母抗风化残遗物 成土过程 石英、锆石等 风化过程 质 氧化 蚀变化合物 淋溶，淀积， 还原 水化氧化物，氧化 脱钙，机械淋溶， 水化 硅、粘土矿物 灰化，脱硅，腐殖化， 水解 粘粒矿物 气矿质化，棕壤化， 溶解 红色化，铁质化， 风化溶液 候潜育化等 Na+、K+、Ca2+、Mg2+ HCO- 3、Cl- SO2- 4、H2PO4-、SiO4- 4 生 物腐殖质化 腐殖质NO- 3、NH+ 4 地下水 N素转化 有机酸 地表水 （三）地质风化度与土壤淋溶程度

时间

，

土 壤 图1.17土壤形成过程中风化过程与成土过程的关系（参照Yaalon、1960改制）

二、地质风化度与土壤淋溶程度

1、土壤风化淋溶系数（ba值）： ba值指的是母质或土壤中各种盐基的氧化物与氧化铝的分子比值。b代表Na2O、K2O及CaO、MgO分子数之和；a代表Al2O3的分子数。

ba=（Na2O+K2O+CaO+MgO）/ Al2O3 （式9） ba值愈大，表示盐基淋溶愈弱；反之，ba值愈小，表示风化体或土壤中保存的盐基含量愈低，淋溶作用愈强。

2、土壤淋溶系数（β值）：是通过对比淋溶层和母质层中钾、钠氧化物的淋溶状况，以鉴别成土过程的淋溶强度如何，β值即淋溶层钾钠氧化物与氧化铝的分子比与母质层钾钠氧化物与氧化铝的分子之比的比值：

K2O+Na2O K2O+Na2O β值 = —————(淋溶层) / —————(母质层) （式10） Al2O3 Al2O3 土壤淋溶系数β值越小，说明它的淋溶强度越大，反之则越小。什么条件下，才可以通过比较淋溶层与母质层，来阐明土壤的淋溶强度？

3、土壤风化指数（μ值）：是通过淋溶层和母质层中氧化钾与氧化钠的比值，了解土壤矿物质风化程度。

K2O K2O μ值 = ———(淋溶层) / ——— (母质层) （式11） Na2O Na2O 土壤风化指数μ值越小，说明它的风化强度越强。因为，K比Na的活性大，所以K比Na易于淋失。同样，什么条件下，才可以通过比较淋溶层与母质层，来阐明土壤的淋溶强度？

4、硅铝率（Sa值） 是指土壤物质（粒径<2mm）或粘粒(粒径<0.002mm)中SiO2与Al2O3的分子比，即它们的全量分别除以它们各自的分子量后再相除。 Sa=SiO2/Al2O3 （式12）

如某土壤的粘粒的SiO2占40%，Al2O3占34%；则Sa=40/60÷34/102=2.00。

Sa值是常用来表示土壤风化程度的系数，Sa值越小，表明土壤风化程度越高。读文献时要特别注意是指土壤物质（粒径<2mm）的Sa值，还是粘粒(粒径<0.002mm) 的Sa值。粘粒(粒径<0.002mm) 的Sa值反映了粘土矿物类型。

5、硅铁铝率（Saf值） 是指土壤物质（粒径<2mm）或粘粒(粒径<0.002mm)中SiO2的分子数与Al2O3和Fe2O3分子数之和的比值，即：

Saf=SiO2/（Al2O3 +Fe2O3 ） （式13）

Saf值与Sa值的物理意义相同。

6、铁的游离度 铁的游离度是指土壤中游离氧化铁（未被铝硅酸盐禁锢）的铁占土壤全铁量的百分数。

游离氧化铁通常用连二硫酸盐-柠檬酸盐-碳酸氢钠混合提取液（DCB浸提液）提取。铁的游离度越大，土壤风化越强。

反映土壤风化淋溶强度的系数还有盐基饱和度（BS）、阳离子代换量（CEC）、有效阳离子代换量（ECEC）等。

三、土壤发生中的基本过程

1．物质（有机的和无机的）在土体内的位移 2．物质（有机的和无机的）在土体内的转化 3．物质（有机的和无机的）迁移出土体（地质大循环轨道）

4．物质（有机的和无机的）追加到土体内（严格地说这是地质过程）

三、主要成土过程类型

1．原始成土过程：微生物在岩石上着生到高等植物定居之前这一段发生的过程。自养型微生物（岩漆阶段）-异养型微生物（地衣阶段）-苔藓。岩石风化与原始成土过程同步？还是有先后？

2．有机质积聚过程：指有机质在土壤中积累的过程 2-1腐殖质化过程：植物有机残体，在微生物的分解作用下形成腐殖质的过程。是最普遍的土壤发生过程。

黑土具有黑色的深厚的腐殖质层，腐殖质化现象明显。

2-2粗腐殖化过程：有机残体分解不彻底，产生大量半分解的有机物的过程。

一般森林土壤和沼泽土壤表层具有大量半分解的植物残体，显现粗腐殖化过程特征。

森林土壤中并非没有腐殖质化过程，草原土壤中也并非无粗腐殖质化过程，只是表现程度不同。粗腐殖质化过程是腐殖质化过程的先期阶段。

2-2-1泥炭化过程：往往发生在沼泽、河湖岸边的低湿地段，在过湿、缺氧条件下，植物残体不能分解，日积月累堆积成深厚的分解很差（或未分解）的泥炭。也是粗腐殖质化过程的一种。

低位泥炭：泥炭化过程初始阶段，沼泽植物以草本为主，它们的残体堆成的泥炭富灰分元素，称低位泥炭。

高位泥炭：低位泥炭上生长藓类植物，藓类残体堆积成的泥炭贫灰分元素，称高位泥炭。 中位泥炭：森林植物残体混有草类与藓类残体堆积的泥炭。

2-2-2毡状凋落物层形成过程：寒冷、干燥缺水条件下，森林凋落物不能分解，而堆积在地表。

3．粘化过程：

是指粘粒在剖面中部富集的过程。 分为残积粘化与淋淀粘化

3-1残积粘化：指土壤中原生矿物分解转化为次生粘土矿物的过程。它是土壤中的基本过程，既可发生在B层，也可发生在A层，B层水热条件好，残积粘化作用强烈。

3-2淋淀粘化：指土壤中的粘粒在重力作用下，随水分由淋溶层迁移到淀积层，而在淀积层聚集的过程。形态上可在土壤结构体面上见粘粒胶膜，或薄片显微观察可见光性定向粘粒。形成条件？

4．钙积过程：

指土壤剖面中碳酸盐富集的过程，包括淋溶与淀积过程一个问题的两个方面： CaCO3＋H20＋CO2=Ca（HCO3)2

a．条件：干湿交替和钙质母质，多发生在半干旱、半湿润地区；

b．现象：碳酸钙假菌丝体、松软粉沫、结核。 4-1复钙过程：脱钙基础上，外来碳酸钙追加到土壤表面，使表层土壤的碳酸钙大于心土层的。可看作为地质过程。

4-2泥灰岩化过程：地下潜水富含碳酸氢钙，在季节潜水位变化，或水温变化时，碳酸氢钙脱水、失二

氧化碳形成石灰粉沫与其他土壤矿质颗粒混合呈泥浆状。如石灰固结呈沙姜状，则称沙姜化过程。

5．盐化与脱盐化过程：

5-1盐化：干旱、半干旱气候下，含盐地下水借助土壤毛管上升到达地表而在土表和土体上部积累的过程。

条件：蒸发蒸腾量大于降水量，土壤水分上行为主；地下水矿化度高（含盐）；

5-2脱盐化：土壤中的盐分在水分携带下，由表层迁移到底土或迁移出土体的过程。

6．碱化与脱碱化过程：

6-1碱化过程：指土壤吸收性复合体为钠离子饱和的过程。

现象：pH > 9．0，土壤分散，干时坚硬，湿时泥泞，透水性差；

发生类型：脱盐交换，生物积累，硫酸盐还原 6-2脱碱化过程：碱化土壤去钠，pH值降低的过程，表现在土色变白、硅铝酸盐矿物破坏，出现二氧化硅粉沫。

7．灰化过程

冷湿气候、针叶林下产生的酸性淋溶过程，包括灰化、隐灰化和漂灰化过程。

7-1灰化过程：寒带、寒温带，冷湿气候条件，针叶林下，真菌分解富含单宁、树脂和多酚类物质的植物残体，产生酸性很强的富里酸及其他腐殖质酸，使矿物发生蚀变分解，Ca、Mg、Fe、Al在有机酸的络合淋溶下，由淋溶层迁移到淀积层，淋溶层（E）富集Si02，淀积层（Bhs）富集Fe、Al和腐殖质酸复合物的过程。

7-2隐灰化作用：半湿润的冷凉山地，灰化过程弱，矿物分解产生的Si02在冻结作用下析出，附着于土壤结构体或石块表面，而没有明显的E层和Bhs层的过程，所以也称准灰化过程。

7-3漂灰化过程：热带、亚热带山地凉湿气候下，

酸性淋溶，矿物蚀变破坏，但土壤粘重滞水，矿物分解释放出来的铁、锰被还原，随侧渗水流被带出土体，而出现灰白色土层的过程。

8．白浆化过程：

土体中某一层位发生滞水，铁、锰被还原淋洗出该层，产生白色土层-白浆层的过程。

多发生在冷凉湿润气候条件下（淮北也有白浆土。），土壤质地粘重或冻层顶托滞水，有机质作为还原剂。

白浆层板结、透水性差，有机质含量极低。

9．富铁铝化过程

湿热气候条件，硅铝酸盐强烈水解释放盐基，产生碱性风化液，造成硅酸淋失，而铝、铁、锰、钛等沉淀富集的过程。

9-1富铁化阶段的富铁铝化：较弱的富铁铝化，三二氧化物中以褐铁矿为主，形成包膜，使土壤呈红色，也称红化作用，其土壤粘土矿物主要为高岭石和氧化铁，还有相当数量的伊利石或蒙托石，没有或极少量的三水铝石。红壤与黄壤

9-2砖红壤阶段的富铁铝化：强度的富铁铝化阶段，土壤粘土矿物主要是铁、铝氧化物（赤铁矿与三水铝石）和高岭石，极少或没有伊利石、蒙托石等2：1型晶格粘土矿物。

9-3聚铁网纹化过程：砖红壤性物质在地下潜水影响下，氧化还原交替，形成斑杂的红白色条纹，现已不受地下水影响，该层物质含铁丰富，坚实，暴露晒干后可能硬结不能逆转。

10．潜育化过程

地下水位1m以上的低洼处，季节性或长年积水，土壤中缺氧，微生物嫌气分解有机质，产生还原性物质（如H2、H2S、CH4），土壤氧还电位低，铁、锰还原成低价态（亚锰无色、亚铁绿色）或亚铁化合物（如蓝铁矿Fe3（PO4）2，菱铁矿FeCO3），使土壤呈青灰色或灰绿色，季节性干旱，亚铁化合物氧化时，蓝铁矿

呈蓝色，菱铁矿呈棕色。所以潜育层（r）在蓝灰色的基底上有时还有黄棕色锈纹。

11．腐泥层过程

季节性积水沼泽，如有机残体分解较强，形成腐殖质或细分解的有机质，与土壤矿质颗粒结合在一起，形成腐泥层（Hh）。

12．潴育化过程

下部土层经常受地下潜水的干湿季周期性升降影响，铁、锰化合物氧化还原交替，移动与淀积，使该土层出现锈纹锈斑或铁、锰的软结核，称潴育层（Bg）。 FeCO2＋H20----Fe（HCO3）2

（难溶） （可溶）

4Fe（HCO3）2+O2+2H20----4Fe（0H）3＋8CO2

Fe2O3〃H2O

13．熟化过程

人为作用（灌、排、施肥、耕作等）下，土壤障碍因素被克服，土壤的水、肥、气、热等方面向着有利于作物生长的方向发展。分为旱耕熟化和水耕熟化，菜园土？水稻土？

第三节 土壤剖面形态与发生土层

一、土壤剖面

土壤形成过程产生的土壤剖面层次：

A层：表土层，可能是淋溶层，因含较多的腐殖质，色暗

B层：心土层，可能是淀积层，类型多样； C层：母质层；

R层：岩石。母岩与基岩?

土壤剖面=A＋B＋C(Profile) A+B称为土体（Solum）

不同的土壤发生层的组合构成不同的土壤类型

单个土体： 三维的，面积上1～10m，能反映土层的变化，方便描述。土壤剖面就是二维的？

土壤个体：一群在性质上相似的单个土体，可对其进行分类。

土壤景观：以土壤为主体的景观。土壤与景观的统一性

二、发生土层表示符号

H层： 泥炭层。 O层： 枯枝落叶层。 A层 矿质表土层。

E层 抗风化矿物（石英）中的砂和粉砂占有较高的含量，较淡的颜色。E层在过去也用A2层表示。 B层 矿质心土（淀积）层。母质的特征已经消失或仅微弱可见，表现出下列特性的一个或多个： （1）硅酸盐粘粒、铁、铝或腐殖质以单独的形式或以联合的形式淀积或累积；

（2）相对于母质来说，三二氧化物残积浓缩； （3）成土母质由它原始的状态发生变化，可表现如下形式之一或几个：①硅酸盐粘粒形成，②氧化物被释放，③色调变红或棕，④形成屑粒、团块、块状或棱柱状结构体。

B层可以是各种各样的，对应着各种B层的是不同的成土过程。

b：埋藏的发生土层。

c：指物质以结核状累积。如Bck。

g：氧化还原过程所形成的具有锈纹、锈斑或铁锰结核的土层, 如Bg。

h：指矿质土层积累有机质，如Ah。h与p是彼此排斥的。

k：指碳酸盐的聚积, 如Bk表示钙积层 m：指土层被胶结、固结、硬结，如Cmk层表示形成了石灰结磐层。

n：钠的累积。如Btn，表示碱化层。

p：经耕翻或其他耕作措施引起的扰动,如Ap表示耕层。

q：指硅质聚积。如Cmq表示C层已为硅质胶结成硅化层。

r：地下水引起的强还原作用产生了蓝色的潜育层。

s：指铁、铝氧化物的累积。如Bs表示富铁、铝化产生的砖红壤性土层。

t：指粘粒聚积的土层，如Bt

y：指石膏聚积，如By表明有石膏淀积。 z：比石膏更易溶解的盐分的累积，如Az表示盐化表土层。

w：B层中就地发生了结构、颜色、粘粒含量变化，而淀积特征不明显，就用Bw表示。 x：出现了脆磐。

u：当主要土层A和B不被其他小写字母修饰，即

不能确定A和B的性质，但必须在垂直方向上续分为亚土层时加u。加u无特别意义，只是为了避免与旧的标志系统A1、A2、A3、B1、B2、B3混淆。在A层与B层不需要划分为亚土层时，则无需加u。

阿拉伯数字后缀修饰发生亚层，如Bt1-Bt2.

阿拉伯数字前缀表示岩性（母质）的不连续性，如Bt1-2Bt1.

第四节 土壤地理分布

一、土壤分布的水平地带性 1．土壤的纬度地带性分布规律

土壤的纬度地带性分布规律是指地带性土类沿经线东西方向延伸，按纬度南北方向逐渐变化的规律。 2．土壤的经度地带性分布规律

土壤的经度地带性分布规律是指地带性土类沿纬线南北方向延伸，按经度东西方向逐渐变化的规律。

二、土壤分布的垂直地带性

随着海拔高度的变化，水热条件与植被类型发生有规律的变化，土壤类型也相应地出现有规律的变化。

三、土壤分布的区域规律

在一定的地带内，因地形或母质的变化，土壤发生相应的变化的规律。

1．受地形影响的：扇形土壤组合，树枝状土壤组合，同心圆状土壤组合

2．受母质影响的：规律性不明显

3．土壤组合与土壤复区：土壤制图的表达方式，前者有规律，制图上可表示出来，后者规律性不明显，制图上无法表示。

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