土壤是怎么样形成的

2016-12-02

土壤是怎么形成的：

形成因素

基本观点

成土因素学说的基本观点可概括为：

①土壤是一种独立的自然体，它是在各种成土因素非常复杂的相互作用下形成的。

②对于土壤的形成来说，各种成土因素具有同等重要性和相互不可替代性。其中生物起着主导作用。土壤是一定时期内，在一定的气候和地形条件下，活有机体作用于成土母质而形成的。

母质因素

(1)土壤形成的母质因素

风化作用使岩石破碎，理化性质改变，形成结构疏松的风化壳，其上部可称为土壤母质。如果风化壳保留在原地，形成残积物，便称为残积母质;如果在重力、流水、风力、冰川等作用下风化物质被迁移形成崩积物、冲积物、海积物、湖积物、冰碛物和风积物等，则称为运积母质。成土母质是土壤形成的物质基础和植物矿质养分元素(氮除外)的最初来源。母质代表土壤的初始状态，它在气候与生物的作用下，经过上千年的时间，才逐渐转变成可生长植物的土壤。母质对土壤的物理性状和化学组成均产生重要的作用，这种作用在土壤形成的初期阶段最为显著。随着成土过程进行得愈久，母质与土壤间性质的差别也愈大，尽管如此，土壤中总会保存有母质的某些特征。

首先，成土母质的类型与土壤质地关系密切。不同造岩矿物的抗风化能力差别显著，其由大到小的顺序大致为：石英→白云母→钾长石→黑云母→钠长石→角闪石→辉石→钙长石→橄榄石。因此，发育在基性岩母质上的土壤质地一般较细，含粉砂和粘粒较多，含砂粒较少;发育在石英含量较高的酸性岩母质上的土壤质地一般较粗，即含砂粒较多而含粉砂和粘粒较少。此外，发育在残积物和坡积物上的土壤含石块较多，而在洪积物和冲积物上发育的土壤具有明显的质地分层特征。

其次，土壤的矿物组成和化学组成深受成土母质的影响。不同岩石的矿物组成有明显的差别，使其上发育的土壤的矿物组成也就不同。发育在基性岩母质上的土壤，含角闪石、辉石、黑云母等深色矿物较多;发育在酸性岩母质上的土壤，含石英、正长石和白云母等浅色矿物较多;其他如冰碛物和黄土母质上发育的土壤，含水云母和绿泥石等粘土矿物较多，河流冲积物上发育的土壤亦富含水云母，湖积物上发育的土壤中多蒙脱石和水云母等粘土矿物。从化学组成方面看，基性岩母质上的土壤一般铁、锰、镁、钙含量高于酸性岩母质上的土壤，而硅、钠、钾含量则低于酸性岩母质上的土壤，石灰岩母质上的土壤，钙的含量最高。

气候因素

(2)土壤形成的气候因素

气候对于土壤形成的影响，表现为直接影响和间接影响两个方面。直接影响指通过土壤与大气之间经常进行的水分和热量交换，对土壤水、热状况和土壤中物理、化学过程的性质与强度的影响。通常温度每增加10℃，化学反应速度平均增加1～2倍;温度从0℃增加到50℃，化合物的解离度增加7倍。在寒冷的气候条件下，一年中土壤冻结达几个月之久，微生物分解作用非常缓慢，使有机质积累起来;而在常年温暖湿润的气候条件下，微生物活动旺盛，全年都能分解有机质，使有机质含量趋于减少。

气候还可以通过影响岩石风化过程以及植被类型等间接地影响土壤的形成和发育。一个显著的例子是，从干燥的荒漠地带或低温的苔原地带到高温多雨的热带雨林地带，随着温度、降水、蒸发以及不同植被生产力的变化，有机残体归还逐渐增多，化学与生物风化逐渐增强，风化壳逐渐加厚。

深层土壤与温室气体

耕作、泥炭排水和毁林行为会导致土壤暴露于空气中，从而使温室气体释放出来。而土壤通过储存碳锁定温室气体，在对抗全球变暖中可起到重要作用。

当前主要基于测量的30厘米深来估计土壤有机碳的含量。这种方法已经在北美和欧洲演变，在那里的土壤通常更浅，而许多植物的根部也会延伸至更深的深度存储碳。该发现很鼓舞研究人员探索在更深层土壤中的储碳潜力，如亚马逊地区或澳大利亚。此前研究人员已在亚马逊地区深至8米的土壤采样。

此次土壤采样是在澳大利亚西南部的一系列地点进行的，样本取自地下近40米处，研究结果显示，深层土壤存储的碳比以前的报告所认为的多出达5倍以上。研究人员说：“估计这一发现对于全球碳储存、气候变化对全球潜在影响的建模及在碳循环中利用土地的变化可能具有重大启示。”

该研究首席研究员、默多克大学水资源管理和可持续发展专家理查德·哈珀教授说，这一发现扩大了我们既有的在土壤中潜在碳储存的概念。这种碳过去被忽视了，全球土壤中储存的碳有可能比以前认为的要更多，无论是土地利用变化或气候变化的结果将其释放是未知的。这也是他们为什么要进行这项研究的原因。

墨尔本大学园艺学教授雪·巴罗说，这项研究强调了土地利用变化对全球碳循环的显著影响，因为这种碳明显起源于这些景观较早的森林时代。

悉尼大学土壤碳倡议项目经理安德烈·科赫说，之前他们非常专注于获得从土壤顶部30厘米的剖面及地表深层的矿产和能源资源，但深层土壤是一个尚未被了解的前沿。管理和维护土壤中的碳是粮食、水安全、生物多样性和能源安全，以及气候调节的基础，如果可以管理深度土壤中的有机碳，将是一件好事。他同时表示，寻找管理深度土壤的碳量方法，不仅需要新的土壤管理措施和技术，也将需要得到公共政策对此的支持和鼓励。

一、生物因素

(3)土壤形成的生物因素

生物是土壤有机物质的来源和土壤形成过程中最活跃的因素。土壤的本质特征——肥力的产生与生物的作用是密切相关的。在生物作用下从岩石到土壤的形成过程见图9-7。

岩石表面在适宜的日照和湿度条件下滋生出苔薛类生物，它们依靠雨水中溶解的微量岩石矿物质得以生长，同时产生大量分泌物对岩石进行化学、生物风化;随着苔藓类的大量繁殖，生物与岩石之间的相互作用日益加强，岩石表面慢慢地形成了土壤;此后，一些高等植物在年幼的土壤上逐渐发展起来，形成土体的明显分化。在生物因素中，植物起着最为重要的作用。绿色植物有选择地吸收母质、水体和大气中的养分元素，并通过光合作用制造有机质，然后以枯枝落叶和残体的形式将有机养分归还给地表。不同植被类型的养分归还量与归还形式的差异是导致土壤有机质含量高低的根本原因。例如，森林土壤的有机质含量一般低于草地，这是因为草类根系茂密且集中在近地表的土壤中，向下则根系的集中程度递减，从而为土壤表层提供了大量的有机质，而树木的根系分布很深，直接提供给土壤表层的有机质不多，主要是以落叶的形式将有机质归还到地表。动物除以排泄物、分泌物和残体的形式为土壤提供有机质，并通过啃食和搬运促进有机残体的转化外，有些动物如蚯蚓、白蚁还可通过对土体的搅动，改变土壤结构、孔隙度和土层排列等。微生物在成土过程中的主要功能是有机残体的分解、转化和腐殖质的合成。

二、地形因素

(4)土壤形成的地形因素

地形对土壤形成的影响主要是通过引起物质、能量的再分配而间接地作用于土壤的。在山区，由于温度。降水和湿度随着地势升高的垂直变化，形成不同的气候和植被带，导致土壤的组成成分和理化性质均发生显著的垂直地带分化。对美国西南部山区土壤特性的考察发现，土壤有机质含量、总孔隙度和持水量均随海拔高度的升高而增加，而pH值随海拔高度的升高而降低[1]。此外，坡度和坡向也可改变水、热条件和植被状况，从而影响土壤的发育。在陡峭的山坡上，由于重力作用和地表径流的侵蚀力往往加速疏松地表物质的迁移，所以很难发育成深厚的土壤;而在平坦的地形部位，地表疏松物质的侵蚀速率较慢，使成土母质得以在较稳定的气候、生物条件下逐渐发育成深厚的土壤。阳坡由于接受太阳辐射能多于阴坡，温度状况比阴坡好，但水分状况比阴坡差，植被的覆盖度一般是阳坡低于阴坡，从而导致土壤中物理、化学和生物过程的差异。

三、时间因素

(5)土壤形成的时间因素

在上述各种成土因素中，母质和地形是比较稳定的影响因素，气候和生物则是比较活跃的影响因素，它们在土壤形成中的作用随着时间的演变而不断变化。因此，土壤是一个经历着不断变化的自然实体，并且它的形成过程是相当缓慢的。在酷热、严寒、干旱和洪涝等极端环境中，以及坚硬岩石上形成的残积母质上，可能需要数千年的时间才能形成土壤发生层，例如在沙丘土中，特别是在林下，典型灰壤的发育需要1000～1500年。但在变化比较缓和的环境条件中，以及利于成土过程进行的疏松成土母质上，土壤剖面的发育要快得多。

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目前为止的年数称为绝对年龄。例如，北半球现存的土壤大多是在第四纪冰川退却后形成和发育的。高纬地区冰碛物上的土壤绝对年龄一般不超过一万年，低纬未受冰川收用地区的土壤绝对年龄可能达到数十万年至百万年，其起源可追溯到第三纪。

由土壤的发育阶段和发育程度所决定的土壤年龄称为相对年龄。在适宜的条件下，成土母质首先在生物的作用下进入幼年土壤发育阶段，这一阶段的特点是土体很薄，有机质在表土积累，化学-生物风化作用与淋溶作用很弱，剖面分化为A层和C层，土壤的性质在很大程度上还保留着母质的特征。随着B层的形成和发育，土壤进入成熟阶段，这一阶段有机质积累旺盛，易风化的矿物质强烈分解，在淀积层中粘粒大量积聚，土壤肥力和自然生产力均达到最高水平。经过相当长的时间以后，成熟土壤出现强烈的剖面分化，出现E层，并使A层和B层的特征发生显著差异，有机质累积过程减弱，矿物质分解进入最后阶段，只有抗风化最强的矿物残留在土体中，淀积层中粘粒积聚形成粘盘，土壤进入老年阶段，这一阶段土壤的肥力和自然生产力都明显降低。

四、人类因素

(6)土壤形成的人类因素

在五大自然成土因素之外，人类生产活动对土壤形成的影响亦不容忽视，主要表现在通过改变成土因素作用于土壤的形成与演化。其中以改变地表生物状况的影响最为突出，典型例子是农业生产活动，它以稻、麦、玉米、大豆等一年生草本农作物代替天然植被，这种人工栽培的植物群落结构单一，必须在大量额外的物质、能量输入和人类精心的护理下才能获得高产。因此，人类通过耕耘改变土壤的结构、保水性、通气性;通过灌溉改变土壤的水分、温度状况;通过农作物的收获将本应归还土壤的部分有机质剥夺，改变土壤的养分循环状况;再通过施用化肥和有机肥补充养分的损失，从而改变土壤的营养元素组成、数量和微生物活动等。最终将自然土壤改造成为各种耕作土壤。人类活动对土壤的积极影响是培育出一些肥沃、高产的耕作土壤，如水稻土等;同时由于违反自然成土过程的规律，人类乱砍乱伐，乱扔垃圾、以及对有毒化学制剂的超量使用，水源污染，土壤污染，一些破坏良田土层的错误做法，造成了土壤退化如肥力下降、水土流失、盐渍化、沼泽化、荒漠化和。

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