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绪言
重点:掌握土壤及肥力的概念,掌握土壤地理学的研究内容与方法。
一、土壤肥力及其概念
土壤:覆盖在地球陆地表面上能够生长植物的疏松层。土壤是可以剖析的物质实体和一个运动、开放的系统。
土壤肥力:是指土壤为植物生长供应和协调养分、水分、空气、热量的能力。土壤的基本属性和本质特征是具有肥力。
二、研究内容与方法
土壤地理学是土壤学与自然地理学之间的交叉学科,是研究土壤的发生、发展、分异、分布规律,进而为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据的科学。
研究内容
①土壤发生的研究:研究土壤形成与地理环境的关系及土壤的形成过程。
②土壤分类的研究:根据土壤自身的发生发展规律,并入相当的分类单位,纳入一定的分类系统。
③土壤地理分布规律的研究:认识和探讨土壤在空间分布上是有规律的,是土壤地理学的基本任务和研究内容。
④土壤调查、制图及土壤资源数量统计与质量评价的研究:土壤是一种资源,认识和利用这种资源,需要进行土壤调查,在其基础上还要进行土壤资源的数量统计和质量评价。
⑤土壤生态系统的研究:不同土壤系统中营养物质循环和能量传递;区域土壤生态系统的演变同环境之间的关系;人类活动对土壤生态环境的影响与预测。
⑥土壤保护的研究:土壤资源是有限的,如何做到土壤资源的可持续利用是土壤地理学的一项重要研究内容。
研究方法:①土壤野外调查研究方法。②定位或半定位动态观测研究方法。③室内分析研究方法。④数理统计研究方法。⑤遥感、地理信息系统在土壤研究中的应用。
第一章土壤剖析
重点:掌握土壤剖面发生层的划分;掌握土壤流体物质组成及其主要诊断特性;掌握土壤固相物质组成及其特性;掌握有机质的组成及特征;掌握土壤质地、结构等主要物理性质。
土壤形态
一、土壤剖面发生层的划分
土壤剖面:指从地面垂直向下的土壤纵断面。
土壤发生层:指土壤剖面中与地表大致平行且由成土作用而形成的层次,简称土层。
1967年国际土壤学会提出土壤剖面划分:
1、有机层(O) 以已分解的和未分解的有机质为主的土层;
2、腐殖质层(A)形成于表层或位于O层之下的矿质发生层。
3、淋溶层(E) 硅酸盐粘粒、铁、铝等单独或一起淋失,石英或其它抗风化矿物的砂粒或粉粒相对富集的矿质发生层
4、淀积层(B) A或E层之下,具有硅酸盐粘粒、铁、铝、腐殖质、碳酸盐、石膏或硅的淀积层;或碳酸盐的淋失;或残余二、三氧化物的富集;或有大量二、三氧化物胶膜,使土壤亮度较上下土层为低,彩度较高,色调发红;或具粒状、块状、棱柱状结构。
5、母质层(C)
6、母岩(R) 即坚质基岩,如花岗岩、XX岩等;
二、土壤形态学特征
土壤形态是指土壤外部的特征
1、土壤颜色:取决于化学组成与矿物组成,是土壤最重要的形态特征之一。
2、土壤质地:指土壤颗粒粗细状况,分为砂土、粘土、壤土等。
3、土壤结构:指土壤颗粒胶结状况。
4、土壤结持性:指土壤对机械应力所变现出来的的状况,包括粘着性和可塑性。
5、土壤孔隙状况:包括孔隙的大小和多少。
6、土壤干湿度:反映土壤中水分含量的多少。
7、新生体:土壤形成过程中重新生成的物质,分为化学起源和生物起源。
8、侵入体:土壤形成过程中外界进入的物质,分为岩石形态、冰冻形态、认为形态和生物形态。
土壤组成
三、土壤水分
土壤水分是土壤的主要组成部分,是植物生活不可缺少的生存因子,影响土壤中物质能量的迁移转化过程,影响土壤形成发育的方向和性质。
1、来源:大气降水、灌溉水和地下水
2、消耗:土壤蒸发、植物吸收和蒸腾、水分渗漏和径流损失
3、类型:固态水、气态水、吸湿水、膜状水、毛某某、重力水等
(有关概念:①调萎系数:植物呈永久萎蔫时的土壤含水量。②田间持水量:毛管悬着水达到子最大时的土壤含水量。③毛管持水量:毛管上升水达到最大数量时的土壤含水量。)
四、土壤空气
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。
1、土壤的气体交换方式:一种是气体对流;一种是气体扩散。
2、土壤呼吸:土壤与外界大气之间发生气体交换的过程中,大气中的O2进入土壤,土壤包括三个生物学过程(土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸)和一个非生物学过程(含碳矿物质的化学氧化作用)。
五、土壤矿物质
土壤矿物质是土壤的“骨骼”,土壤矿物质的成分和性质对土壤的形成和理化性质都有很大的影响。土壤矿物质来源为岩石和母质,按成因将其分为两类:原生矿物和次生矿物
原生矿物
指直接来源于母质的矿物、它是受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物,其原来的化学组成和结晶构造都没有改变。
(1)影响因素有:母质类型、风化强度、成土过程
(2)主要种类:硅酸盐和铝硅酸盐类、氧化物类、硫化物和磷酸盐类
2、次生矿物
由原生矿物经风化后重新形成的新矿物,其化学组成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物。土壤固体物质中最有影响的部分。土壤中很多重要的物理性质和化学性质都与次生矿物有密切的关系。
主要种类:简单盐类、次生氧化物类、次生铝硅酸盐类
3、土壤矿物质的迁移转化
(1)物理风化:温度的变化、水分的冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川的摩擦力等物理因素引起的,使岩石矿物由大变小,由粗变细,矿物在化学性质与组成上均未发生变化。
(2)化学风化:水的溶解、水化和水解作用。
(3)生物风化:低等植物——高等植物,促进进一步的物理化学风化
六、土壤有机质
指存在于土壤中的含碳有机化合物,包括动植物残体、微生物体和这些生物残体不同分解阶段的产物以及由分解产物合成的腐殖质等。
1、来源与组成
(1)来源:主要是动植物残体,一般是森林>草原>荒漠。
(2)组成:①碳水化合物 ②含氮化合物 ③木质素 ④含磷、含硫化合物 ⑤脂肪、蜡质、单宁、树脂。
2、有机质的转化
(1)矿质化过程:进入土壤中的生物残体,在微生物作用下,分解为化合物。
(2)腐殖化过程:进入土壤中的生物残体,在微生物作用下,合成为腐殖质。
3、在土壤肥力中的作用
(1)是植物养料的源泉
(2)具有离子代换作用、络合作用和缓冲作用
(3)能改善土壤物理性质
(4)是植物生长激素
土壤性质
七、土壤物理性质
1、土壤质地:指大小不一的土粒混合在一起表现出来的土壤粗细状况。
(1)类型:砂土、壤土、粘土
(2)重要性:影响土壤水分、空气和热力状况;影响毛某某传导度;影响土壤结构类型
土壤结构:土粒相互排列、胶结形成的团聚体的结合状况。
(1)类型:片状结构、棱柱状结构、柱状结构、角块状结构、团块状结构、粒状结构、团粒状结构。
(2)形成:①无机胶体和有机胶体的凝聚作用。②生物作用、干湿交替作用、冰冻交替作用、耕作作用。
3、土壤的一般物理性质:土壤比重,土壤容重,土壤孔隙度。
4、土壤的物理机械性:土壤粘结性,土壤粘着性,土壤可塑性,土壤的膨胀性和收缩性。
第二章 土壤发生
重点:掌握土壤地理发生学的基本理论;掌握成土因素对土壤形成发育的影响;理解人类活动对土壤发育的影响;掌握主要的成土过程。
一、基本理论
1、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,首次建立了XXXXX=f(XXXXX, XXXXX, XXXXX, P)T (XXXXX表示土壤;XXXXX, XXXXX, XXXXX, P,T分别表示气候、生物、岩石、地形和时间因素,表示土壤与成土因素之间的发生关系。
2、美国土壤学家詹尼对土壤与成土因素进行了深入研究,于1941年提出S = f ( Cl, O, R, P, T… )(S, Cl,O,R,P ,T分别代表土壤,气候、生物、地形、母质、时间,点号代表尚未确定的其他因素),成为土壤形成的通用公式。
二、成土因素
1、母质
(1)母质:与土壤有直接发生联系的母岩风化物。
(2)土壤发育与母质的关系
①母质是土壤形成的物质基础,母质的性质直接影响成土过程的速度与方向。母质中的元素也影响土壤的自然肥力。
②许多土壤的属性都继承了母质的性质。酸性岩母质多形成粗质土;基性岩母质多形成粘质土壤。
③不同母质对土壤次生矿物也很有影响。斜长石和基性岩母质发育的土壤含有多量的XX铝矿,酸性岩中的钾长石发育的土壤则以高岭石为多。
④不同母质形成的土壤,养分情况也不同。如钾长石风化后形成的土壤有较多的钾。
⑤成土母质影响土壤的质地。质地母质上形成的土壤质地较粗,质地细的母质形成的土壤质地较细。
⑥在一些土壤形成过程中,母质因素也起着重要的作用。
2、气候
与土壤的关系
①气候直接影响着土壤的水热状况,进而影响植物生长、微生物活动、有机质分解等,决定着土壤形成过程的方向和强度。
②气候影响岩石矿物风化强度。矿物物理风化和化学风化作用,其速度和温度有关。
③气候对次生矿物生物影响,一般是降水量增加,土壤粘粒含量增加。
④气候对土壤有机质的积累和分解起着重要作用
⑤不同气候带土壤中微生物的数量和种类也不同。
⑥土壤中物质的迁移随着水分和热量增加而增加
⑦气候影响土壤分布规律,尤其是地带性分布规律。
3、生物
与土壤的关系
①土壤形成的生物因素包括植物、土壤微生物和土壤动物,生物是促进土壤发生发展的最活跃因素(主导因素)。
②成土过程实质上就是在一定条件下为生物不断改造过程,在一定意义上讲没有生物的作用便没有土壤的形成过程。
通过生物循环才能把大量的太阳能纳入成土过程。
通过生物循环才能使分散于岩石圈、水圈和大气圈的多种养分物质积聚土壤之中。
通过生物循环才能使土壤不断更新,形成良好的土壤结构,区别其它自然体。
4、地形
地形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。
①不同地形影响地表水热条件的重新分配。
②地形支配着地表径流。
③不同地形部位母质分配是不同的。
④地形发育深刻影响着土壤发育。
5、时间
时间和空间是一切事物存在的基本形式。气候、生物、母质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、和地形等对成土过程的作用随着时间延续而加强。
三、成土过程
1、原始土壤形成过程
指生物开始在岩面上或岩石崩裂物上定居或着生,促使成土作用发生发展的过程。
原始土壤基本特点:土层浅薄、有机质积累少、无明显腐殖质层
2、灰化过程
指在土体表层Al2O3、Fe2O3及腐殖质淋溶淀积,而SiO2残留的过程,主要发生在寒带或寒温带湿润气候和生长针叶林条件。
3、土壤粘化过程
指土体中粘土矿物的生成和聚积过程。一般在温带、暖温带半湿润的气候条件。
4、富铝化过程
指在热带、亚热带生物气候条件下,原生矿物强烈分解,次生矿物不断形成,硅和盐基遭到淋失,Fe、Al氧化物明显累积过程。
5、钙化过程
主要为半干旱、干旱地区土壤,碳酸盐在土体中淋溶淀积过程。
6、土壤盐碱化过程
盐化过程:各种易溶性盐类在土壤表层逐渐累积的过程。其实质是盐分的迁移和重新聚集并参与土壤形成过程。
7.潜育化过程
指终年积水的土体中发生的还原过程。
8、潴育化过程
土壤形成中的氧化——还原过程。
9、土壤的人工熟化过程
是人类定向培育土壤的过程,指耕作土壤在自然和人为因素综合影响下,进行土壤的发育的过程,土壤朝着肥力提高的方向发展
四、土壤形成的人为因素
1、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。
2、人类活动对土壤的影响具有双向性,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。
3、人类活动具有社会性,不同的社会制度、社会生产力、科学技术发展水平对土壤的影响和效果有很大的差别。
第三章 土壤分类
重点:掌握土壤地理发生学分类体系和土壤系统分类体系的依据及其特点;熟悉国际主要土壤分类体系;掌握中国土壤发生学分类体系和系统分类体系的基本特点
一、土壤分类
土壤分类是根据土壤自身的发生发展规律,系统地认识土壤,通过比较土壤之间的相似性和差异性,对客观存在的形形色色土壤进行区分和归类,系统地编排它们的分类位置,从而可以看出各土壤类型之间的相互区别与联系,同时对所划分的土壤类型分别给予适当的名称。
意义:是土壤调查制图的工具,是土壤科学研究的重要基础。
二、世界土壤分类概况
1、以前苏联的土壤分类系统为代表的发生学分类
(1)基本观点:强调土壤与成土因素和地理景观之间的相互关系,以成土因素及其对土壤的影响为土壤分类的理论基础。
(2)分类基本原则:以土壤发生学为理论基础,以土壤形成条件、过程和属性相结合作为土壤分类的依据。
(3)分类单元:共有土类、亚类、土属、土种、亚种、变种、土系、 土相8级。
2、以美国系统分类为代表的土壤诊断学分类
(1)基本观点:分类所依据的具体指标是可以直接感知和定量测定的土壤属性、土壤类型的划分。
(2)分类单元:土纲、亚纲、土类、亚类、土族和土系六级
三、中国土壤发生学分类
1、分类基本原则
发生学原则。坚持成土因素、成土过程、土壤属性作为基本依据
统一性原则。将耕种土壤和自然土壤作为统一的整体进行类型划分
2、分类单元
设土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种和亚种7级分类单元
3、不足
①建立在成土条件和土壤属性推理基础上,由于认识的不同,不同学者有不同的观点。②过分强调生物、气候,忽视时间因素以及地表侵蚀堆积对土壤形成的影响。③强调中心概念,对不同土类之间的边界或过渡性土壤往往比较模糊。④缺乏明确的定量化指标,难以建立土壤数据库及土壤分类的检索系统
四、中国土壤系统分类
1、特点:以诊断层和诊断特性作为分类的基础;充分体现我国的特色,提出了人为土纲等;面向世界与国际接轨。
2、分类原则
采用多级分类制,有土纲,亚纲,土类,亚类,土属,土种,变种7级。
(1)土纲—根据反映主要成土过程的诊断层和诊断特性划分。
(2)亚纲—土纲的辅助级别,主要根据土壤形成过程的主要控制因素对诊断层和诊断特性所形成的差异进行划分。(3)土类—亚纲的续分,依据为成土过程强度或次要控制因素的表现性质划分。
(4)亚类—土类的辅助级别,主要根据是否偏离中心概念,是否具有附加过程的特性和是否具有母质残留的特性来划分。
第四章 土壤类型
重点:掌握灰化土、钙积土、荒漠土、人工土、富铝土和淋溶土的形成条件、主导成土过程;掌握钙积土、荒漠土、富铝土和淋溶土在中国的分布。
一、灰化土
1、灰化土:指具有灰化淀积层的土壤。
本土纲相当于美国土壤系统分类的灰土纲。
2、分布
分布面积小,主要在大XX岭和青藏高原有少部分分布。
3、成土条件
(1)气候:灰化土分布在寒温带湿润气候,其南界大致与北纬50度线相当,冬长寒冷,气温的季节变化大,降雨集中在夏季。
(2)植被:灰化土的植被以针叶林为主。
(3)地形、母质:灰化土分布区的地形多为山地、丘陵或平原,一般坡度较平缓,成土母质多为更新世冰川沉积物,还有砂岩、泥岩、粘土以及石灰岩风化物。
4、成土过程
(一)灰化层形成过程:酸性淋溶,碱金属和碱土金属丧失,Si, Fe, Al 分离,铁铝胶体络合淋溶, SiO2残留
灰化土形成条件:冷湿针叶林环境,酸性淋溶环境。
(二)淀积层形成过程
从灰化层下淋的富里酸钙、镁、铁、锰等盐类和少部分无机酸的盐类以及铁、铝、硅酸胶体等到了下层,由于酸性溶液受到愈来愈丰富的盐基的中和而使盐类淀积。下土层嫌气环境下,嫌气微生物的活动以及溶胶物质的凝聚而使淀积下来的各种盐类形成红棕色或红褐色的淀积层。
二、钙积土
1、钙积土:指碳酸钙在土壤剖面中明显累积的土壤。
相当于美国土壤分类的软土纲和干旱土纲。
2、分布
东北西部、内蒙古、某地、宁夏、甘肃等地。
3、成土条件
(1)气候:钙积土分布区的年降水量比较少,降水年变幅大,区域内分布不均匀,季节性干旱明显,干燥度由半湿润区向内陆干旱区增大。
(2)植被:随着降水量从半湿润区向干旱区减少,植被亦逐渐稀少。
(3)地形、母质:钙积土分布的地形为平原、高原、台地、阶地为主。成土母质以黄土状沉积物为主,但亦有差异。
4、成土过程
(一)腐殖质积累过程
特点:暗色表层.较高的盐基饱和度。
(二)钙积过程
易溶性盐遭淋洗,钙镁部分淋失,部分残留,硅、铁、铝未发生淋溶。
三.荒漠土
1、指在荒漠地区所发育的地带性土壤,这些土壤有机质含量少,土壤水分缺乏,石灰表聚明显,土体中普遍有石膏和易溶盐的聚积。
荒漠土相当于美国分类中的部分干旱土
2、分布
荒漠地区包括甘、新、青、宁、内蒙等省区的一部分或大部分。
3、成土条件
(一)气候:荒漠土分布区深居内陆腹地和干旱地带,属干旱的大陆性气候。
(二)植被:荒漠地区的植被以稀疏的超旱生半乔木、半灌木、小半灌占优势,成分简单,多为肉质、深根、耐旱种属,覆盖稀疏,呈单丛状分布。
(三)地形和母质:我国荒漠土分布区的地形有冲-洪积平原,也有丘陵、低山、剥蚀高和盆地,高程相差极为悬殊。成土母质在丘陵低山地区以残积物和坡积残积为主,而平原地区以洪某某、冲击物与黄土状沉积物为主。
4、成土过程
(一)腐殖质累积作用微弱(二)石灰的表聚作用明显(三)石膏和易溶盐的聚积(四)砾质化(五)弱铁质化作用
四、人工土
1、人工土纲指自然土壤经人类活动的影响改变了原来土壤的成土过程而获得新特性的土壤。
水稻土、灌淤土、绿洲土、X土
2、分布
人工土广泛分布于世界各地,分布在人类开发较早、耕作历史悠久的地区,或是人工排灌和耕作活动容易引起土壤深刻变化的地区。
水稻土主要分布于亚洲的南部和东南部,南美洲和非洲也有小面积分布。
3.成土条件
(一)人为作用
人工土的成土过程主要是通过灌排、耕作和施肥等一系列农业措施,不断克服原有土壤的某些不良性状,改善了保水、保肥性能和适种性,使土壤肥力不断发展。
人为作用是人工土形成的基本条件,人工影响的程度直接关系到人工土的发育。
(二)气候
类型
年均温(℃)
≥10℃积温(℃)
无霜期(d)
年降水量(mm)
水稻土
-2~-5
23~25
1600~10000
110~365
东部450~3000;西北部小于450
灌淤土
2~14
200~700
绿洲土
5~12
2700~4500
50~200
X土
13.3
4300
600
(三)植被:水稻土主要种植水稻。灌淤土、绿洲土、嵝土多种旱作物,如谷子、高粱、玉米、芝麻、大豆、红薯、小麦、大麦等。
(四)地形、母质
水稻土:平原三角洲地带,水稻土成片分布,低山丘陵区呈带状、条带状分布,山坡上呈梯田似分布。
灌淤土:大河流两岸平原、阶地和洼地。成土母质为河流所携带的泥沙。
绿洲土:冲积扇的中下部,或冲积平原沿河两岸的绿洲上,或沿河阶地上。成土母质为冲击物。
嵝土:低山、丘陵、平原、沿河阶地,在褐土上发育而成。
4、成土过程
(一)水耕熟化过程
以水稻土为例,主要在灌溉和施肥的作用下,改变了土壤的水热条件和物质迁移过程。
产生的变化:
①有机质的变化:与耕作之前的土壤相比,有机质含量增加。
②盐基淋溶和复盐基作用
饱和土壤盐基淋溶,非饱和土壤发生复盐基作用。
③铁和锰的淋溶和淀积
耕作层高价铁、锰被还原淋溶不断 内容过长,仅展示头部和尾部部分文字预览,全文请查看图片预览。 二、土壤的区域性分布规律
土壤分布规律除了受气候和生物因素制约外,还受地方性因素如地形、母质、水文条件、时间和人为活动等的影响,并在土壤地带内呈现不同的土壤类型组合和分布模式,一般称之为土壤的区域性或地方性分布规律。
三、发生学分类制的中国土壤
1、水平分布规律
我国土壤水平地带性分布规律是由湿润海洋性和干旱内陆性两个地带谱构成。东部沿海为湿润海洋性地带谱,西部则为干旱内陆性地带谱,而在两者之间的过度地带则有过度性地带谱。
2、垂直分布规律
(1)地理位置不同,即基带土壤不同,山地垂直带谱的组成也不同
(2)在相似的经度上,从低纬到高某某,土壤垂直带谱有繁到简,同类土壤的分布高度有由高降低的趋势
(3)在相似的纬度上,从湿润地区经半湿润、半干旱地区到干旱地区,山地土壤垂直带谱先趋于复杂,后趋于简单,同类土壤分布高度逐渐降低。
(4)在相同或相似的地理位置,山体越高,相对高差越大,土壤垂直带谱越完整。
(5)山地坡向不同,山地垂直带谱组成及同类土壤分布高度也有差别。
(6)山体形态对土壤垂直带谱的展布形式也有明显的影响。
(7)土壤垂直变异的高程跨度一般为300-600米,有的则更大。
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