与撒哈拉沙漠差不多。 山岳冰川对气候的影响：一是形成冷中心。二是形成降雨垂直分布的“第二降水带” 。 冰川与海洋的相变转换： （1）地球气候转冷时，水海洋转移到冰川上储存起来，冰川规模增大，导致海面降低； （2）地球气候转暖时， 冰川融化，导致海面抬升。第四纪以来由于冰期、间冰期的交替，世界洋面就这样反复地上升和下降，改变着地球上的海陆轮廓。 三、地下水 根据埋藏条件，地下水可划分为三种类型。 1.包气带水 贮存在地下自由水面以上包气带中的水，称为包气带水。 2.埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上，具有自由表面的重力水称为潜水。 3.承压水 是充满于两个稳定隔水层之间含水层中具有压力的地下水。 地下水的动态与平衡 地下水动态：地下水水位、水量、水温和水质等要素随时间和空间所发生的变化现象和过程。 1、研究意义：有助于了解地下水的形成机制、运动变化规律；有助于合理开发利用地下水资源，进行地下水资源的评价及预测预报。 2、影响地下水动态的因素： （自然因素、人为因素） 水文因素：水文因素对于地下水动态的影响，主要取决于地表上江河、湖（库）与地下水之间的水位差，以及地下水与地表水之间的水 力联系类型。 地质地貌因素：地质地貌因素对地下水的影响，一般情况下并不反映在动态变化上，而是反映在地下水的形成特征方面，其中地质构造 决定了地下水的埋藏条件；岩性影响下渗、影响贮存及径流强度；地貌条件控制了地下水的汇流条件。这些条件的变化，造成了地下水动 态在空间的差异性。 生物与土壤因素：生物、土壤因素对地下水动态的影响，除表现为通过影响下渗和蒸发来间接影响地下水的动态变化外，还表现为对地 下水的化学成份和水质动态变化上的影响。 人为因素：为了直接控制地下水动态而采取的措施；如打井抽水、人工回灌等。人类活动派生出对地下水动态的影响。如人类为灌溉农 田，满足城市工矿企业生产、生活用水需要而修筑的各种拦水、引水、蓄水与灌溉工程，以及排水工程等等。 第六章 第一节 松层。 ▲土壤肥力：土壤具有不断地供应和调节植物在生活过程中所需要的养分、水分、空气和热量的能力。土壤的本质属性是具有肥力。 土壤圈与四大圈层的相互作用：在自然界，土壤层（或土被）处于岩石圈、生物圈、水圈和大气圈之间的接触的、过渡地带，是有机界 和无机界相互联系、相互作用的产物，是自然环境中物质循环和能量转化的重要环节和活跃的场所。 一、土壤圈的物质组成 ◆土壤是由固相、液相、气相物质共同组成的，它们相互联系、相互转化和相互作用，构成土壤圈系统的物质基础。 ◆固相物质包括矿物质、有机质及一些活的生物有机体；液相物质主要是土壤水和溶液；气相物质则是指土壤中的空气。 ◆在较理想的土壤中，按容积计，矿物颗粒约占 38-45%，有机质约占 5-12%，土壤孔隙约占 50%。 ◆土壤水分和空气共同存在于土壤孔隙内，经常处于彼此消长状态。 二、土壤圈的特征 （一）土壤圈的物理特征 1．土壤质地（soil texture） ※土壤质地是指土壤颗粒的粗细程度和组成比例，也叫土壤的机械组成。 ※土壤质地影响土壤水分、空气和热量的交换，也影响土壤养分的转化，这是因为土壤质地决定着土壤中许多物理、化学反应的进行， 与区域地表水分循环、农业生产有密切的关系。 ※按照土壤颗粒的大小，可划分出不同的土壤粒级，根据土壤质地三角表，可方便地查出某地土壤质地的类型和名称。 ※一般来说，土壤的质地可以归纳为三大类型： （1）砂质土类（2）粘质土类（3）壤质土类 2．土壤结构（slil structure） ※土壤固相颗粒经常是相互作用而聚积形成大不不同、形状各异的团聚体（aggregate） ，土壤中这些团聚体的组合排列方式称为土壤结 构（soil structure）,也称土壤自然结构体。 ※土壤结构从而影响土壤与外界水分、养分、空气和热量的交换。土壤的一些物理特性，如水分运动、通气状况、空隙度等都与土壤结 土壤圈系统 土壤圈的物质组成和特征 土壤：是指以不完全连续的状态存在于陆地表层和浅水域底部，由有机物和无机物质所共同组成的，具有一定肥力且能够生长植物的疏 构直接有关。 ※土壤结构按形态一般分为球状、板状（片状） 、块状和柱状四种基本形态。其中，球状和块状、柱状又各分为两类，土壤共计有 7 种结 构形态。 ※不同的土壤和同一土壤的不同土层中，土壤结构往往不相同。 3．土壤颜色（soil color） 4．土
壤温度（soil temperature） ※土壤温度既是土壤的肥力要素之一，也是土壤重要的物理特性，它直接影响土壤动物、植物和土壤微生物的活动，以及粘土矿物形成 的化学过程的强度等。 ※土壤温度取决于能量的收支。土壤的热量来源有太阳辐射，地球内部向外输送的热能、土壤中生物过程释放的生物热，以及化学过程 产生的化学热等。其中太阳辐射是土壤最主要的能量来源。土壤能量的散失则有水分蒸发、长波辐射、对流、传导等多种途径。 ※从长期来看，土壤的热量得失是平衡的。 （二）土壤圈的化学特性 1．土壤胶体（soil colloid） （1）土壤胶体概念：土壤中高度分散，粒径在 1-100um 之间的物质，是土壤形成过程中的产物。 （2）土壤胶体分类：根据组成胶粒物质的不同，土壤胶体一般可分为有机胶体（如腐殖质、有机酸等高分子有机化合物） 、矿质胶体（如 蒙脱石和、伊利石、高岭土等次生粘土矿物）和有机—无机复合胶体三类。其中有机—无机复合胶体是土壤胶体存在的主要形式。 （3）胶体的性质和作用：土壤胶体具有巨大的比表面和表面能，具有很强的吸收性能。土壤胶体能把自然土体中以单独分散状态存在的 固相颗粒相互联结、组合在一起，形成大不不同、形状各异的团聚体。一般胶体含量越高的土壤，对养分的吸收也越强。土壤胶体具有带 电性，能吸收很多离子态的养分。土壤胶体有凝胶和溶胶两种形态。土壤中的胶体主要处于凝胶状态，只有在潮湿的土壤才有少量的溶胶。 2．土壤养分：植物在生长的过程中需要不断地吸收营养元素或养分。包括宏量营养元素和微量营养元素。 3．土壤酸度（soil acidity） ：土壤溶液中的阳离子可分为产酸阳离子（H+，A13+）和盐基阳离子（K+，Na+,Ca2+,Mg2+）两类。土壤酸 度主要是指土壤溶液中氢离子的浓度。一般可分为活性酸度与潜在酸度两大类。 4．土壤的氧化—还原反应（oxidation—reduction） ： ※概念：土壤中某些无机物的电子得失过程称为土壤的氧化－还原反应。 ※土壤中氧化－还原反应的交替进行，对土壤肥力的形成以及物质的迁移和转化都起着非常重要的作用。 ※土壤中的氧化作用主要由游离氧、少量的 NO3－和高价金属离子，如 Mn4+、Fe3+等引起，它们是土壤溶液中的氧化剂，其中最重要的氧 化剂是氧气。 ※土壤中的还原作用是由有机质的分解、嫌气生物的活动，以及低价铁和其它低价化合物所引起的，它们是土壤溶液中的还原剂，其中最 重要的还原剂是有机质。 ※土壤中的氧化态物质有利于植物的吸收利用，而还原态物质不但有效性降低，甚至会对植物产生毒害。在非渍水土壤中，铁一般以氧化 态的形式存在，在有机质累积层或渍水条件下，铁则可还原为亚铁。锰在氧化条件下，以高价锰的形态存在，在还原条件下，则为低价锰。 硫仅在较强的还原条件下，才会由硫酸的形态转化为硫化物，其主要形态为分子态硫化氢。相应地，硝酸根离子和二氧化碳可分别还原为 氮气、铵离子和甲烷。 （三）土壤圈的生物特性 ※土壤生物圈是生物圈的重要组成部分，从微生物到高等动植物，包括了从微观到全球陆地范围内纷繁复杂的生物多样性。 ※土壤圈和岩石圈的主要区别就在于它的生物学特性。土壤圈与其它圈层主要功能的不同，在很大程度上就是依靠这一生物学特性。 ※表征土壤生物学特性的指标主要有：土壤生物、微生物、土壤有机质总量、土壤腐殖质含量等。 第二节 土壤的形成与演化 ▲一、土壤剖面及其变化 ※土壤剖面（soil profile）是指从地面垂直向下一直到母质层的垂直断面，即完整的垂直土层序列。 ※不同的土壤具有不同的剖面构造特征。它们是土壤在形成过程中物质发生移动和转化、淋溶与积聚等作用造成的。因此，土壤剖面又称 为发生剖面，其中的层次称为发生层。 ※1.土壤剖面模式 依据土壤剖面中的颜色、质地、结构、孔隙等构成状况的差异，一般将天然土壤划分为六个发生层，即： ※O 层（有机质层） ：指覆盖于矿质土壤表面的由植物和动物的残落物及其分解产物所组成的层次。根据生物残体的分解和腐化程度，还可 将 O 层进一步划分出三种不同的层次。最上一层是新鲜未受腐解的残落物质 L 层；向下是半腐解状态的，有机物原状尚可辨认的 F 层；最 下层是己腐解的无定形状的 H 层。有机质层一般位于土壤的表面，也可被埋藏于一定深度。 ※A 层（腐殖质层） ：形成于表层或位于 O 层之下的发生层。是土壤有机质在动物和微生物的作用下经腐烂、分解和再
合成的产物。这层的 颜色在土壤剖面中最深，呈黑褐色或灰黑色，具有团粒状结构，富含有机养分。 ※E 层（淋溶层） ：这一土层的主要特征是淋溶作用占优势。随着上层水分的下渗，硅酸盐粘粒、铁、铝等单独或随细小土粒一起向下层淋 失，产生淋溶作用。在淋溶作用强烈的土壤中，不仅易溶性物质如 K、Na、Ca、Mg 等从此层淋失，而且难溶性物质如 Fe、A1 和粘粒也发 生变化而下移，结果在此层中只留下最难移动，抗风化力最强的矿物颗粒，以石英为主。因此，淋溶层颜色浅淡，一般呈灰白色，土壤颗 粒较粗，主要由砂粒和粉砂粒组成。 ※B 层（淀积层） ：此层是土壤物质积累的层次，常和淋溶层相伴存在，即上部为淋溶层，下部为淀积层。该层质地较重，土体紧实，颜色 一般为棕色或红棕色。 ※C 层（母质层或风化层） ：此层是土壤形成发育的原始物质基础。是指土体以下疏松的、尚未受到成土过程（特别是生物作用）影响的层 次。有些母质是原地基岩直接风化的产物（残积母质） ，而有些则是异地搬运沉积的物质，如河流冲积物、风砂堆积物和黄土等。 ※R 层（基岩层） ：即尚未受到风化作用影响的坚硬岩石，如花岗石、砂岩、石灰岩等。有些土壤与基岩有发生上的继承关系（残积母质） ， 有些则没有（异地运积母质） 。 ※凡兼有两种主要发生层特性的土层，称过渡层。如 AE、BE、CB、CA 等，第一个字母标志占优势的主要土层。若来自两种土层的物质互 相混杂，且可明显区分出来，则以斜竖“/”表示，如 E/B、B/C。 耕作土的土壤剖面 ※耕作土壤的剖面构造特点与自然土壤有些不同，其层次的分化和各层的性质主要受长期耕作活动的影响。通常可分为耕作层、犁底层、 半熟化层、心土层（生土层）和底土层。其主要特征见下表。 2．土壤剖面的变化 □自然的侵蚀与沉积会使土壤剖面的层次组合发生变化。 □A—C □B—C 土壤发育程度低，常见于山地坡度较陡的地方。 埋藏型（覆盖型）土壤剖面，原来的土壤剖面被埋藏，上面又有新的土壤部面发育。 侵蚀型土壤剖面。 □A—B—C—A—B—C 3．土壤的演进：土壤的演进是一个连续的变化过程，但这种变化非常缓慢。土壤学家常按发育程度把土壤的发育划分为四个不同阶段： □原始阶段：土壤尚未发育的原始母质。 □幼年阶段：有机质在表土积累，出现土层的分化，但一般只有 A 层和 C 层。 □壮年阶段：淋溶层之下出现淀积层，基本具备完善的土壤层次。 □老年阶段：土壤发育趋于稳定，土层间的性质差异加大。 ★二、土壤形成的主要因素 ※自然土壤是在母质、气候、生物、地形、时间等自然成土因素的综合作用下形成的。五大成土因素各具特点，彼此不可替代，其中生物 因素起主导作用。土壤是在一定时期内，在一定的气候和地形条件下，由活的生物有机体作用于成土母质而形成的。 ※实际上，土壤的形成过程也就是土壤肥力的发生与发展过程。 1．土壤形成的母质因素（parent material） ※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。 ※母质并不仅仅是被改造的材料，同时对成土过程有一定的作用，这种作用在成土过程的初期最为显著。因此，愈年轻的土壤，与母质的 差异性愈小，发育愈成熟的土壤，与母质的差异性愈大。 ※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完成的。 ※由于气候和生物的作用，不同母质可以发育成同一种土壤；而同一种母质也可以形成不同的土壤。 2．土壤的气候因素 ※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有着重要的影响。 ※不同气候带中土壤的水热状况不同，决定了土壤具有不同的物理、化学和生物特性。因此，气候的地带性在很大程度上影响和控制着土 壤的地带性。 3．土壤形成的生物因素 ※生物是影响土壤发生、发育最活跃的因素。 ※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，产生土壤肥力。 ※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，推动土壤的形成与演化。 ※从一定意义上说，土壤的形成过程，就是母质在一定条件下，被生物不断改造的过程。没有生物的作用，
就不可能有土壤的形成。 4．土壤形成的地形因素 ※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、生物等因素不同，主要是通过影响地表物质 能量的再分配，而间接地作用于土壤，从而影响土壤的形成。 ※新构造运动及地形演变是影响土壤发生发育的重要因素。 ※地形的发育支配着土壤演替，在不同的地形形态上，会形成不同的土壤类型。 5．土壤形成的时间因素 ※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、生物和地形对土壤形成的作用随着时间延续而加强，肥力也在不断的积累与提高。时间越长，土壤的复杂性以及土壤的叠 置性也越强。 ※土壤发育时间的长短称为土壤年龄。从土壤开始形成时起直到现在的年数称为土壤的绝对年龄。土壤的相对年龄则是指土壤的发育阶段 或土壤的发育程度。 ※土壤的相对年龄一般由土壤的分异程度来确定，土壤剖面发育层次明显、剖面结构完整、层次厚度较大，其发育程度就较高，相对年龄 就较长，反之则较短。 6．土壤形成的人为因素 ※除五大自然成土因素外，人类的生产活动对土壤形成的影响亦不容忽视。 ※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。 三、土壤形成的基本规律 ※从地球系统物质循环的观点来看，自然土壤形成的基本规律就是自然界的地质大循环过程与生物小循环过程相互作用的结果。 1．地质大循环 ※概念：地质大循环是指矿物质和养分在陆地和海洋之间循环变化的过程。 ※过程：岩石风化→剥蚀搬运→沉积→固结成岩→地壳抬升→岩石风化…… ※周期：这种物质循环的周期大约为 106-108 年，且范围极广。 ※作用：地质大循环中风化过程在土壤形成中的作用主要表现为原生矿物的分解和次生粘土矿物的合成。为土壤的形成奠定了物质基础。 2．生物小循环 ※概念：生物小循环又称为养分循环，是指营养元素在生物体和土壤之间循环变化的过程。 ※过程：土壤中的养分◇光合作用◇植（动）物有机体◇动植物残体◇土壤有机物◇微生物分解◇腐殖质◇土壤中的养分 ※周期：这种物质循环的周期较短，一般为 1-102 年。 ※作用：有机质的累积、分解和腐殖质的合成促进了植物营养元素在土壤表层的集中和积累，成为土壤肥力形成与发展的关键。 ※事实上，在岩石刚刚进行风化和崩解的最初阶段，一些低等的先锋植物就已经依靠释放出来的少量养分而生活了。一代代的生物残体不 断积累和分解，有些转化为腐殖质加入到风化层中，逐渐使原有的风化层得到改造。 ※腐殖质是一种暗色无定形的胶体物质，具有比粘粒还强的吸持养分和水分的能力，这样，在有机质的不断分解和合成过程中，腐殖质不 断得到累积，同是腐殖质胶体使矿物质颗粒组合成为聚体，改善了土壤的结构，使土壤形成了能满足植物对空气、水分、养料需要的良好 环境。 ※生物小循环的另一显著影响，是植物对养分元素的富积过程。 ※化学风化所释放出来的可溶性盐和阳离子极易随水流失，而植物根系却能有选择地吸收那些对植物生长有用的营养成分，并通过残落物 的分解作用释放至土壤表层。因此，只有通过植物，特别是高等绿色植物对营养元素的选择性吸收，并合成有机质，才能使土壤表层中的 养分不断丰富起来。 ※母岩中缺乏氮素，通过生物小循环，把空气中氮素吸收，并固定在有机质中，使土壤具备氮素。 3．地质大循环与生物小循环的关系 □生物小循环是叠加在地质大循环上的较小时间尺度的次级物质循环。 □地质大循环的总趋势是陆地物质的流失，造成土壤养分的分散，而生物小循环的总趋势是使流失中的物质集中在地表，并不断在土壤与 生物之间循环利用。 ▲四、土壤形成的主要过程 （一）土壤有机质的合成、分解与转化过程 1．腐殖化过程（humification） ※土壤形成中的腐殖化过程是指各种动植物残体在微生物的作用下，通过一系列的生物化学和化学作用变为腐殖质，并且这些腐殖质在土 壤表层积累的过程。 ※它包括两个过程：一是动植物和微生物细胞内部的各种成分以及它们代谢产物的分解过程；二是土壤微生物利用上述代谢产物合成腐殖 质的过程。 ※腐殖质化的结
果，使土体发生分化并在土体上部形成暗色腐殖质层（即 A 层） 。 2．泥炭化过程（paludization） ※土壤形成中的泥炭化过程是指有机质以不同分解程度的植物残体在土壤上层不断累积的过程。 ※主要发生于地下水位较高， 或地表有积水的沼泽地段， 特别是在低温潮湿环境中， 湿生植物的残体在嫌气条件下不能被彻底分解与转化， 而是以未分解、半分解状态的有机物形式累积于地表，形成一个暗灰色的泥炭层（有机层 H）的过程。 3．矿质化过程（mineralization） ※土壤形成中有机物的矿质化过程，是指在微生物的作用下，有机态物质中所含有的碳、氮、磷、硫等元素被分解、氧化、转变为无机态 物质的过程。 ※它广泛发生于好气候环境条件下的土壤之中，是与有机质的累积过程相互对立的土壤形成过程。 （二）土壤矿物迁移与转化过程 ※土壤矿物迁移与转化是成土过程的主体，它是影响土体分异、土壤部面构型和土壤类型多样化的主要因素。它主要包含以下过程： 1．淋溶过程（eluviations） ※土壤形成中的淋溶过程，是指土壤物质随水流由上部土层向下部土层或侧向移动的过程，它是土壤中普遍存在的成土过程。由于淋溶过 程的持续进行，从而使土壤剖面上层中的某些物质不断减少，并逐渐形成了土壤的淋溶层（即 E 层） 。 2．淀积过程（illuviation） ※土壤形成中的淀积过程，是指在土体表层（特别是亚表层）SiO2 残留、氧化物及腐殖质淋溶与淀积的过程。主要发生在有郁闭针叶林植 被的温带或寒温带等寒冷湿润地区。 ※在地表层形成一个灰白色的淋溶层次，称灰化层（A2 或 E 层） ，在土壤部面下部则形成了一褐色或红褐色的灰化与淀积层（Blr、Bir、 Bhir） 。 4．粘化过程（clayification） ※土壤形成中的粘化过程，是指土体中粘土矿物及次生层状硅酸盐的生成和聚积过程。主要发生在温带和暖温带的生物气候条件下 ※一般在土体心部粘粒明显聚集，形成了一个相对较粘重的层次，称粘化层（Bt） 。 5．富铝化过程（alitization） ※土壤形成中的富铝化过程，是指土体中脱硅、富铁铝氧化物的过程。 ※在热带、亚热带湿热条件下，盐基离子和硅酸移动并大量淋失，铁、铝、锰在次生粘土矿物中不断形成氧化物并相对聚积，使土体呈鲜 红色，甚至形成结核或铁盘层。亦称为脱硅富铝化过程（Bs） 。 6．钙化过程（calcification）和脱钙过程（decalcification） ※土壤形成中的钙化过程，是指碳酸盐（CaCO3、MgCO3）在土体中淋溶、淀积的过程。钙化过程是干旱与半干旱地区土壤中普遍存在的成 土过程，以中纬度的草原和荒漠草原地带为典型。 ※钙化过程的结果是使土体出现明显的层次分异。 ※脱钙过程是指碳酸钙从一个或更多的土层中被溶解淋失的过程，它是钙化相反的过程，多发生于淋溶作用较强、气候相对湿润或者气候 变化趋于湿润的地区。 7．盐化过程（Salinization）和脱盐化过程（desalinizoution） ※盐化过程是指土体中易溶性盐类随毛管上升水向地表移动与聚积的过程。主要发生在干旱、半干旱地区和滨海地区。 ※脱盐化过程则是指盐化土中的可溶性盐类被大气降水或灌溉水溶解，随土壤下渗水流从土体中淋失的过程。 8．碱化过程（solonization）和脱碱化过程（solodization） ※碱化过程是指由于土壤中强碱弱酸盐（碳酸钠或者碳酸氢钠）相对富集，导致土壤溶液中的 Na+进入土壤胶体交换出一定量的钙离子、 镁离子和铵离子等的过程。碱化过程使土壤呈强碱反应，并形成了物理性很差的碱化层（Btn）. ※碱化过程常与胶盐化过程相伴发生。 ※脱碱化过程则是指土壤胶体所吸附的交换性 Na+被其它阳离子交换的过程。 9．潜育化过程（gleyization） 土壤形成中的潜育化过程，是指土体在水分饱和、强烈嫌气条件下所发生的还原过程。 ※土壤长期被水浸泡，铁锰化合物及有机质被还原为低价铁、锰。由于铁、锰还原的脱色作用，使上层颜色变为灰蓝色或青灰色的潜育层 （G） 。 10．潴育化过程（redoxing） ※土壤形成中的潴育化过程，是指土壤形成中的氧化－还原过程。主要发生在直接受到地下水浸润的土层中。铁、锰化合物发生移动或局 部淀积，在土体中形成锈纹、锈斑以及含有铁锰结核的潴育层（Bg）. 11．白浆化过程（albicbleaching） ※土壤形成中的白浆化过程，是指在较冷的湿润地区，土壤表层由于季节性上层滞水，引起土壤表层铁锰还原，并随水侧向流失或向下淀 积，部分则在干季就地形成铁锰结核，使腐殖质层下的土层