自然地理学-第六章-土壤圈ppt课件.ppt
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1、第六章土壤圈第一节土壤的组成与性质第一节土壤的组成与性质 一、土壤及土壤肥力的概念一、土壤及土壤肥力的概念二、土壤圈的地位和作用二、土壤圈的地位和作用 三、土壤形态三、土壤形态四、土壤物质组成四、土壤物质组成五、组成物质之间的相互作用五、组成物质之间的相互作用土壤的基本特性和本质特征土壤的基本特性和本质特征肥力肥力。土壤及土壤肥力的概念土壤及土壤肥力的概念土壤土壤是地球陆地表面地球陆地表面覆盖于岩石圈之上的由风化产物经生物改造作用风化产物经生物改造作用形成的具有肥力的薄的疏松物质层。疏松物质层。土壤肥力:指土壤为植物生长不断地供应和协调土壤肥力:指土壤为植物生长不断地供应和协调养分、水分、空气
2、和热量的能力。养分、水分、空气和热量的能力。土壤的有效肥力:耕种土壤中自然肥力与人为肥土壤的有效肥力:耕种土壤中自然肥力与人为肥力的综合效应。力的综合效应。 中国汉字里的“土”,实际上就反映了土壤在自然地理环境中的位置和作用。 “二二”代表了土壤的位置是在岩石面以上,地面岩石面以上,地面以下以下,处在大地的表层;“”则是表示土壤能够生长植物土壤能够生长植物。 汉字汉字“土土”的象形意义的象形意义 肥力:长期提供与调节养分、水分、空气、热量(肥力:长期提供与调节养分、水分、空气、热量( 4大要素)大要素)土壤层愈深厚,植物生长愈有利土壤层愈深厚,植物生长愈有利丰收和富裕丰收和富裕土壤圈在地理环境
3、中的地位和作用土壤圈在地理环境中的地位和作用 土壤圈土壤圈土壤以不完全连续不完全连续的状态存在于地球表层地球表层,称为土壤圈土壤圈或土被土被。土壤圈在地理环境中总是占据一定的不变位置,处于地球大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的界面上,是地球各圈层中最活跃最富生命力的圈层之一,它们之间不断进行物质循环和能量平衡。土壤圈的作用土壤圈的作用:)土壤圈与地球生命作用)土壤圈与人类生存条件)土壤圈与自然环境)土壤圈与全球土壤变化)土壤圈物质的组成与性质土壤形态土壤形态土壤形态土壤形态指土壤和土壤剖面外部形指土壤和土壤剖面外部形态特征。态特征。土壤形态是成土过程的反映和外部表现,土壤形态是成土过程的反映和
4、外部表现,通过土壤形态可以区别土壤与风化壳的差别,通过土壤形态可以区别土壤与风化壳的差别,土壤形态也是区别各土壤类型的重要依据土壤形态也是区别各土壤类型的重要依据(一)土壤剖面与土壤发生层次(一)土壤剖面与土壤发生层次 土层土层(soil horizon)成土过程成土过程对疏松物质的改造作用改造作用,特别是腐殖质腐殖质的形成和加入过加入过程程,以及颗粒与溶解物质颗粒与溶解物质的转移过程转移过程,导致土壤内部沿垂直方向垂直方向发生分异分异,形成了一些物理和化物理和化学性质学性质明显不同的水平层次水平层次,称为土层(soil horizon)或土壤发生层次。 土壤剖面土壤剖面(soil profi
5、le)自然土壤自然土壤是由不同性质的土壤层土壤层叠合构成,由上而下,显示土层序列土层序列及组合状况组合状况的垂直切面,称为土壤剖面(soil profile)。土壤剖面土壤剖面 土壤剖面土壤剖面岩石岩石风化壳风化壳土壤土壤植物植物1 1、自然土壤剖面模式、自然土壤剖面模式 土壤剖面分层模式土壤剖面分层模式土壤学家按照土壤层的性土壤层的性质质及其在土壤剖面中的位置在土壤剖面中的位置划分土层: (1)O层层(有机质层有机质层,organic horizon)覆盖于矿质土壤表面土壤表面的由植物和动物残落物植物和动物残落物组成的层次。(2)A层层(腐殖质层,腐殖质层,humushorizon )土壤剖
6、面中由土壤腐解产物组成的层次。 (3)E层层(淋溶层淋溶层,eluvial horizon)土壤剖面中由水分淋溶作用所形成的土层,位于矿质土壤的最上层,直接处于有机质层之下。( () ) B B层层(淀积层淀积层,illuvial horizon)土壤剖面中位于淋溶层之下的矿质土壤,是A层淋洗出来的物质沉淀和集聚沉淀和集聚的层次。一般位于土壤剖面中部又被称为B层。( ()C)C层层(风化层或母质层风化层或母质层,regolith)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。它是上部土体赖以形成的母体物质。( () R) R层层(基岩层基岩层,bed rock)尚未受到风化作
7、用影响的下垫坚硬岩石,如花岗岩、砂岩、石灰岩等。有些土壤与基岩有发生上的继承关系(通过风化层)有些则没有(异地沉积母质)。 R:岩石层:岩石层C:母质层:母质层B:淀积层:淀积层E:淋溶层:淋溶层A:腐殖质层:腐殖质层O:有机质层:有机质层风化壳(层)风化壳(层)土壤发生层vH层:泥炭化层vO层:有机质层。枯枝落叶堆积过程,残体不能分解。vA层:矿质土层。土中有机质腐殖质化,以细颗粒分散于土中。土层色暗。vE层:淋溶化,硅酸盐粘粒、铁铝损失,石英富集vB层:积淀层。母质特征消失或微弱,硅酸盐粘粒、铁铝或腐殖质积淀vC层:母质层,风化壳的顶层,Cm:紧实vR层:岩石层(砾石层为C层,根可穿入)钙
8、积层人为耕作人为耕作也是改变土壤剖面的一个重要因素也是改变土壤剖面的一个重要因素。特别是现代农业对土壤大面积开垦及长期使用,这种作用变得愈来愈重要。 A A、人类的耕作必然使土壤上部的原始土层受到原始土层受到破坏破坏,形成一种性质近似均一的耕作层耕作层(用ApAp表示)。Ap层通常是由OO层层和A A层层混合后形成的。 B B、有些土壤的原始原始A A层层比较深厚深厚,以至A A层不全层不全包括在耕作层包括在耕作层中。 C C、而在原始原始A A层十分浅薄层十分浅薄的情况下,犁底线可能达到达到B B层层的顶部甚至深入到深入到B B层层中去。 、耕作土壤剖面、耕作土壤剖面 层层 次次 代代号号
9、基基 本本 特特 征征 熟熟 土土 层层 耕作层 A 经长期耕作种植,熟化程度高熟化程度高,腐殖质含量丰富腐殖质含量丰富,暗灰色,土层疏松,以团粒结构为主团粒结构为主。 犁底层 P1 经长期反复压实,呈片状、层状结构片状、层状结构,紧实,腐殖腐殖质显著减少质显著减少。 半熟化层 P2 受上层渗漏水淋溶作用明显淋溶作用明显,颜色不均匀颜色不均匀,由于耕作时间及技术措施不同,厚度不一厚度不一,对作物生长和肥力仍有一定影响,为A、B间过渡层过渡层之一。 生生土土层层 心土层 B 熟化程度很弱,淀积作用明显淀积作用明显,呈块、柱状或棱柱块、柱状或棱柱状结构状结构,颜色与自然土壤的同层次相似,厚度变化大
10、。 死死土土层层 底土层 C 几乎末受耕作影响,成土作用弱,保持母质的特点保持母质的特点,常可出现潜育化现象潜育化现象。 耕作土壤的剖面构造和特点耕作土壤的剖面构造和特点 (二)土壤的一般形态特征(二)土壤的一般形态特征 1 1、土壤颜色、土壤颜色 土壤的颜色是观察者直接获得的最早和最强烈的土壤信息,是许多土壤性质的直接反映。 影响因素影响因素:颜色与土壤的矿物质成分矿物质成分、有机有机质含量质含量、排水条件排水条件和通气状况通气状况密切相关。 中国标准土壤色卡,共有种色调,个色片,采用芒塞尔颜色序列系统,其命名是用色调、亮度和彩度。A、热带和亚热带土壤、热带和亚热带土壤 含有较多的氧化铁(赤
11、铁矿赤铁矿,Fe2O3)而明显地呈现出红色红色。高度水化后的氧化铁水化后的氧化铁(Fe2O3 3H2O)则偏黄色黄色,所以在同一地带内比较阴湿的林下阴湿的林下或降水降水丰富的山地上部丰富的山地上部,往往出现黄色黄色的土壤;较干较干的地方或山地的下部则出现红色红色的土壤。 B、温带或寒冷地区的土壤、温带或寒冷地区的土壤 由于含有大量腐解的有机质有机质,所以表层多呈暗黑暗黑色色。虽然热带土壤热带土壤中也含有有机物质,但在含量较低时往往被氧化铁掩盖,仍显红色红色。在含量较高时,则混合为红褐色红褐色。C C、干旱和半干旱地区的土壤、干旱和半干旱地区的土壤 内部与盐土的表层出现偏白偏白色调,原因是碳酸钙
12、、石膏和可溶性盐的聚集。 D D、排水不良的土壤、排水不良的土壤 颜色灰暗灰暗, 通常呈浅灰色、蓝灰色或蓝绿色。原因是变价离子都处于低价还原状态低价还原状态(如FeO、 MnO等)。 如果排水情况稍好排水情况稍好,在大的空隙中有空气流通,空隙周围的铁受到氧化,就会在蓝灰的底色上出现许多黄褐色斑点黄褐色斑点。、土壤结构、土壤结构 (1) 概念概念 土壤结构土壤结构(soil structure)指土壤颗粒的胶结情况。土壤中的颗粒大都通过某种胶胶结物质结物质相互联接组合在一起,形成较大型的团聚体。这种由基本颗粒聚合形成的团聚体就称为土壤结构。进行土壤的粒组分析时首先要用物理和化学的方法破坏破坏土壤
13、结构。 (2) 分类分类:按形态分为形态分为团粒结构、块状结构、核状结构、柱状结构、棱柱状结构、片状结构等。土壤的基本结构类型、土壤质地土壤质地土壤颗粒的组合特征。土壤颗粒的组合特征。一般分为砂土、壤土和粘土等。一般分为砂土、壤土和粘土等。、松紧度松紧度土壤疏松和紧实的程度。土壤疏松和紧实的程度。、孔隙孔隙土粒之间存在的空间。土粒之间存在的空间。、土壤干湿度土壤干湿度土壤的干湿程度,反映土壤中土壤的干湿程度,反映土壤中水分含量的多少。水分含量的多少。、新生体新生体土壤发育过程中物质重新淋溶淀积土壤发育过程中物质重新淋溶淀积和聚积的生成物。和聚积的生成物。、侵入体侵入体由外界进入土壤中的特殊物体
14、。由外界进入土壤中的特殊物体。土壤物质组成土壤物质组成土壤由固、液、气三相组成。固体物质土壤由固、液、气三相组成。固体物质是土壤最基本的成分,可以说是整个土体的骨骼和躯体骨骼和躯体。1、土壤、土壤矿物质和有机质:矿物质和有机质:其中占绝大多数绝大多数的通常是矿物质颗粒矿物质颗粒,有机质有机质也有一定的比例;2、土壤水分与空气、土壤水分与空气:在土壤的固体颗粒之间,有大量空隙空隙的存在。充填于空隙中的是空气和水分(确切地说是溶液溶液)。空隙中气、 液两者的比例并非是固定不变的,经常随外界天气和其他因素的改变而彼此消长彼此消长。(一)土壤矿物质和有机质(一)土壤矿物质和有机质土壤发育阶段示意图土壤
15、发育阶段示意图 1 1、土壤矿物质、土壤矿物质 土壤矿物质土壤矿物质土壤中的无机物质无机物质,源于岩石的风化作用风化作用,它在大小和组成上都是多变多变的。从起起源源来说,土壤矿物质土壤矿物质包括:岩石碎屑:岩石碎屑(detritusdetritus)、原生矿物原生矿物(primary mineralprimary mineral)、次生矿物次生矿物(secondary mineralsecondary mineral)三个部分。(1)岩屑)岩屑大块岩石破坏后的残屑,但仍然是一种矿物质矿物质集合体集合体;在土壤中它们是最粗大最粗大的成分,通常以砾石砾石和粗粗砂砂的形式出现。 (2)原生矿物)原生
16、矿物岩屑进一步分解破坏、矿物集合体分散后分散后的产物;在形态上它们是单独的矿物晶体单独的矿物晶体,但在成分上和结构上与原始母岩中的矿物一致与原始母岩中的矿物一致,没有产生性质的变化。 原生矿物多是一些抗风化能力较强的矿物抗风化能力较强的矿物,如石英和某些长石类矿物。原生矿物的晶体相对较大晶体相对较大,在土壤中多以砂砂粒粒和粉砂粉砂的形式出现。 (3)次生矿物)次生矿物原生矿物化学风化或蚀变后的新型矿物新型矿物,是在疏松母质发育和土壤形成作用进行时,由不稳定的原不稳定的原生矿物风化形成生矿物风化形成的,多属粘粒粘粒一级,如铝硅酸盐粘粒(高岭石、蒙脱石、伊利石等)和铁、铝的氧化物等。 、土壤有机质
17、、土壤有机质 (1) 含量含量 在矿质土壤的表层有机质有机质一般仅占1%5%,但其作用和对土壤理化性质的影响能力却远远超过其重量的比例。 (2) 分类分类 土壤中的有机质包括两大类: A、非特殊性有机质、非特殊性有机质;B、 土壤腐殖质腐殖质(humus) (3) 原始来源原始来源 土壤有机质的原始来源原始来源是植物的死亡组织死亡组织和一部分动动物的排泄物物的排泄物及尸体尸体,其中以植物组织为主植物组织为主。在自然条件下,林木、灌丛、草地和其他植被的地上部分地上部分和根部根部每年都为土壤提供大量的有机残体,这些物质被各种各样的土壤动物和微生物粉碎、转化和分解,再通过渗透和混合而变成土壤的一部分
18、。(4) 有机残体在土壤中的转化有机残体在土壤中的转化 有机残体在土壤中的转化有2种不同的途径: A、矿质化过程、矿质化过程(mineralization)即分解过分解过程程有机残体在细菌细菌(bacteria)和真菌真菌(fungi)的作用下彻底氧化分解氧化分解为无机矿质无机矿质养分与CO2和H2O的过程。 B、腐殖质化过程、腐殖质化过程(humification),其产物是腐殖质腐殖质有机残体在微生物不完全分解时的中间中间产物产物,能重新合成一类性质较稳定的有机高分子化合物,称为腐殖质腐殖质。腐殖质是棕色或暗棕色的无定形胶体物质。 有机质在土壤中的类型及其转化有机质在土壤中的类型及其转化关
19、系关系 (二)土壤水分与土壤空气(二)土壤水分与土壤空气1 1、土壤水分、土壤水分(1) (1) 土壤水分来源及损耗土壤水分来源及损耗来源:大气降水、地下水和灌溉用水。损耗:土壤蒸发、植物吸收利用和蒸腾、水分的渗漏和径流。(2)(2)土壤水分类型土壤水分类型根据土壤水分所受吸力的大小土壤水分所受吸力的大小,把土壤主要水分分为吸湿水、毛管水和重力水吸湿水、毛管水和重力水三种类型。 、土壤空气、土壤空气 土壤孔隙中存在的各种气体混合物。土壤孔隙中存在的各种气体混合物。特点:特点:(1) (1) 土壤空气不连续,而是存在于固体隔开的土壤空土壤空气不连续,而是存在于固体隔开的土壤空隙中。隙中。这使得它
20、们的成分在土壤中的各处可能很不成分在土壤中的各处可能很不一致一致。 (2) 2) 土壤空气具有比较高的含水量土壤空气具有比较高的含水量,在土壤含水量适宜时,土壤空气的相对湿度接近相对湿度接近100%100%。 (3) (3) 土壤空气与大气成分有差异。土壤空气与大气成分有差异。 土壤空气中的CO2CO2含量比大气中的高含量比大气中的高,氧含量氧含量较低较低。(4) (4) 土壤空气的含量与土壤水分互为消长。土壤空气的含量与土壤水分互为消长。土壤空气的含量很大程度上取决于水分的增减,空气只能流入那些未被水分占据的空隙流入那些未被水分占据的空隙。土壤组成物质之间的相互作用土壤组成物质之间的相互作用
21、(一)土壤的机械组成(一)土壤的机械组成 也叫土壤质地(也叫土壤质地(soil texture),是指土),是指土壤中不同大小的分散颗粒的组成比例。壤中不同大小的分散颗粒的组成比例。 一般来说,一般来说,土壤的质地土壤的质地可以归纳为可以归纳为三大三大类型类型: (1)砂质土类)砂质土类 (2)粘质土类)粘质土类 (3)壤质土类)壤质土类 土壤质地三角表土壤质地三角表 (1 1)砂质土类)砂质土类砂粒含量在砂粒含量在70%70%以上的土壤。以上的土壤。 特点特点: : 由于颗粒组成粗大,相应的空隙也较大,排水和通气由于颗粒组成粗大,相应的空隙也较大,排水和通气条件良好。但也有保水和蓄肥能力弱的
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