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1.1矿物:
天然产生于地壳中具有必然化学组成、物理性质和内在结构的物体,是组成岩石的大体单位。
举例:
P17-20磷灰石:
Ca(PO4)3(F,Cl)六方柱状晶体颜色灰白、黄、绿。
石英:
SiO2两头锥形的六方柱状晶体无色,物理、化学性质稳固。
黑云母biotite橄榄石olivine
火星上的橄榄石新的发觉指出,在火星上埋藏着大量的绿色矿石——橄榄石。
橄榄石在玄武岩中很常见,而且是地球上层地幔的重要组成部份。
尽管橄榄石在地球的表面很丰硕,但它会在咱们行星的相对温暖和潮湿的条件下迅速风化。
依照橄榄石在现在是严寒和干燥的火星表面暴露的时刻长短,没有风化的橄榄石的存在将提供有关火星古气候的线索。
2003年10月24日
美国《科学》周刊302卷
第5645期方解石calcite石英quartz赤铁矿hematite
矿物风化规律
矿物生成条件与地表条件相差越大,越易风化。
矿物风化顺序
橄榄石
1.2岩石rock
岩石:
是由一种或几种矿物组成的,矿物的天然集合体。
岩石的分类---岩浆岩指地球内部熔融岩浆上浸地壳的必然深度或喷出地表冷却凝固所形成的岩石。
共性:
非碎屑壮的块状构造;
没有规那么的层次排列;
不含化石
酸性岩浆岩acidite颜色较浅SiO2>
65%K,Na丰硕,Fe,Mg,Ca含量低安山岩andesite
基性岩浆岩basite颜色较深SiO2<
50%K,Na含量低,Fe,Mg,Ca丰硕
沉积岩sedimentaryrock岩石风化物经搬运、沉积再胶结而成的岩石。
石灰岩limestone化学沉积生物沉积
砂岩sandstone砂粒胶结而成
石英、长石抗风化
页岩shale粘土压实、脱水和胶结而成易风化
变质岩metamorphicrock岩浆岩或沉积岩在高温、高压下发生质变而形成的岩石挤压作用高温变质作用
CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2
方解石石英硅灰石
片麻岩gneiss片岩schist板岩slate大理石marble
二、岩石风化weathering
坚硬致密的岩石在地表或近地表受到温度、水、空气、生物等外力的作用,发生物理和化学转变,慢慢破碎成疏松物质的进程。
所产生的疏松物质确实是土壤母质。
类型:
物理风化,化学风化,生物风化,
2.1物理风化physicalweathering
又称机械崩解作用,其特点是岩石因冰冻或胀缩而被机械破碎成大小不等的碎屑,但化学成份不变,使岩石取得了通气透水性能。
温差引发岩石的热力学转变。
破碎程度。
碎屑颗粒愈小,受热愈均匀,物理风化作用变得缓慢。
风化的产物颗粒较粗流水对岩石的冲洗风蚀残土墩风蚀根露风蚀留砾魔鬼城
2.2化学风化P31-33
化学风化作用是指岩石在水和空气(主若是CO二、O2)的参与下进行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的总称。
化学风化的结果在物理风化的基础上,岩石进一步破碎成胶体状微粒,使原生矿物发生化学成份和矿物组成的转变,产生在地表条件下比较稳固的次生矿物。
1)溶解作用(solubilization)
方解石在纯水中的溶解度为10.5g/L,但在含有CO2的水中,就增加到16.75g/L。
方解石的碳酸化反映式如下:
CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-
溶有CO2的流水对石灰岩的溶解
岩溶地貌
2)水化作用hydration
CaSO4+2H2OCaSO4•2H2O
(硬石膏)(石膏)
Fe2O3(赤铁矿)…红色2Fe2O3•H2O(赤褐铁矿)…浅红棕色Fe2O3•H2O(针铁矿)棕色
2Fe2O3•3H2O(褐铁矿)…棕黄色Fe2O3•2H2O(褐铁矿)………黄色
3)水解作用hydrolysis
H2O+CO2H2CO32H++CO3
养分释放
Ca2(PO4)+2H2O+2CO2Ca(H2PO4)2+2CaCO3
(磷灰石)(磷酸二氢钙)
次生矿物形成2KAlSi3O8+CO2+2H2OH2Al2Si2O8•H2O+2SiO2+K2CO3(钾盐)
(正长石)(高岭石)
4)氧化作用oxidation
矿物氧化通常都是在有水的条件下进行的。
如岩浆岩中的铁多呈低价铁,可被氧化成高铁,从而破坏了矿物晶格。
2FeS2+16H2O+7O22FeSO47H2O+2H2SO4
(黄铁矿)(硫酸亚铁)
2.3生物风化biologicalweathering
指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作用
根系的挤压
2.4风化作用的产物
1.风化残体
石英、白云母和一部份长石,组成风化残积物的主体,成为土壤固相粗土粒的要紧来源。
风化作用的产物
2.易溶于水的简单盐类
植物的矿质营养元素的最初来源,如K2CO3、Ca(HCO3)二、Mg(HCO3)二、Ca(H2PO4)2等。
另一方面,强烈的风化与淋溶作用可致使土壤养分贫化,
3.各类不同风化程度的次生矿物
高岭石(Al2O3•2SiO2•2H2O)蒙脱石(Al2O3•4SiO2•11H2O)伊利石(OH)4Ky(Si8-2y)AlO20
水铝矿(Al2O3•2H2O)针铁矿(Fe2O3•H2O)
土壤母质形成
三、土壤母质的类型
残积体坡积体洪积体冲积体
残积体residumm残积体是通过淋溶而残留在原地的岩石碎屑,要紧散布在位置较高,或比较平缓的丘陵山地,是搬运与堆积作用较少的地段。
残积物的特点由大小不等的岩石碎块或颗粒组成,层理不明显。
表层为风化强烈的岩石细屑,下面的岩石矿物分解较差,具有较大棱角的碎块,再往下是半风化的岩石层,岩石的外貌尚可分辨,最基层是未经风化的基岩。
坡积体slopedeposit坡积体是山坡靠上部的风化产物,在重力和片流的联合作用下发生移动,在山坡中部或山麓处堆积的物质
坡积物的特点
洪积体山洪搬运的碎屑物质在山前平原的堆积物山前洪积扇群
洪积物diluvium上部:
分选度较差,要紧为石砾和粗砂,层次不分明。
透水性好,地下水位深。
底部:
细砂和粉粒,不规那么的层理。
透水性差,地下水位浅。
冲积体Alluvialdeposit河流冲积物---河床河流沉积二元结构,延庆盆地
冲积物的组成特点垂直剖面上层次分明,界限清楚整齐。
每层内土粒大小一致,磨圆度高。
冲积平原alluvialplain
风积物aeolianmaterial风积体:
流动沙地(毛乌素)风积体:
黄土母质(米脂县)黄土母质近观(峁边线)
小结summary不同种类的岩石和矿物对土壤性质的阻碍不同。
岩石经各类不同类型的风化作用形成了土壤母质。
岩石风化物依照其搬运距离可要紧分为4个类型。
1.2土壤的形成
一、土壤形成进程
土壤形成进程是指在必然的时、空条件下,母质与生物、气候因素和土体内部所进行的物质与能量的迁移和转化的整体。
分类
地质大循环:
地面岩石的风化作用、风化产物的淋溶、搬运与堆积作用,和堆积物的再成岩作用,组成了地球表面恒定的、周而复始的大循环。
岩石养分释放海洋岩石
地质大循环涉及空间大,时刻长,植物养料元素不积存。
地质大循环(示用意)
地质大循环中的元素运动
地质大循环在土壤形成中的作用:
地质大循环进程中的岩石风化作用是土壤形成进程的第一步,生物所需的营养元素由矿物晶格态转变成离子态,微生物和低等植物能够利用这些养分,使得以生物作用为中心的成土进程有了起点。
岩石风化进程中形成的次生矿物,使母质开始具有保水、保肥、缓冲等高等植物生长所必不可少的土壤性质,在此基础上土壤慢慢具有了肥力.
生物小循环:
营养元素在生物体与土壤之间的循环,即植物从土壤中吸收养分,形成植物体,植物体供动物生长,而动、植物残体又回到土壤中,在微生物的作用下转化为植物需要的养分的进程。
离子活植物体死植物体分解离子
涉及空间小,时刻短,植物养料元素积存,使土壤中有限的养分元素发挥作用。
生物小循环(示用意)
生物小循环使从岩石风化作用:
中释放出来的离子态养分从地质大循环中离开出来,保留积存在成土母质中,为原始生物长期生存提供了物质条件,在此基础上形成的原始肥力,为绿色植物在成土母质上成功生存的制造了条件。
随着生物小循环的不断螺旋式上升,土壤肥力不断进展、提高。
生物小循环使成土母质中显现了有机质和N素并非断积存,最终使母质发生了质的转变而成为土壤。
土壤有机质和N素的来源是生物小循环的结果,是土壤区别于母质最重要的标志。
土壤形成与大小循环的关系:
土壤形成进程不可能发生在岩石风化之前,也不可能发生于其后。
没有地质大循环,也就没有生物的小循环。
土壤形成进程的要素:
母质与生物之间的物质互换是土壤形成进程的主导进程。
母质与气候之间的互换是土壤形成的大体动力。
土体内部物质、能量的迁移、转化是土壤形成的实质内容
生物在土壤形成中的作用生物小循环是土壤发育的主导力量,是土壤肥力形成的重要动力。
生物是母质与气候间进行物质、能量互换的重要媒体。
二、要紧成土进程
1.原始成土进程:
在低等植物如藻类、地衣、苔藓等与微生物一起作用下,缓慢分解岩石中砂质成份,同时释放出矿物质养分和形成次生粘土矿物,并开始积存氮素和有机物质,这是土壤形成的初始时期,如青藏高原西部雪线以下海拔5200~5600米,在高寒干旱条件下形成的寒漠土。
始成土:
始成土发育极低的表层火山灰上发育的始成土
2.钙积化进程:
我国干旱、半干旱地域土壤碳酸盐发生移动和积存的进程。
在季节性淋溶的水分条件下,土壤表层残积的钙离子与植物残体分解时产生的碳酸结合形成重碳酸钙,在雨季向下移动并淀积在剖面中下部,形成钙积层,其碳酸钙含量一样在10~20%之间,因土类和地域不同,碳酸钙淀积的形态有粉末状、假菌丝状、结核状等。
钙积层
3.富铝化进程:
我国热带、亚热带地域,由于矿物的水解作用,可溶盐、碱金属和碱土金属盐基及硅酸的大量流失,而造成铁、铝在土体内相对富集的进程。
因母质性质的不同,砖红壤与红壤中的SiO二、CaO、MgO、K2O和Na2O等的运移强度不同专门大,在富铝化土壤上生长的植物,通常灰分含量很低,锰的含量略高一些,而铝的含量专门高,植物对铝的富集反过来又阻碍富铝化进程。
富铁铝层在热带、亚热带地域,土壤中原生矿物强烈分解,盐基淋失,二氧化硅部份淋溶,铁、铝氧化物富集的土层。
4.白浆化进程:
在季节性还原条件下,土壤表层的铁、锰与粘粒随水流失或向下移动,在腐殖质(或耕层)下,形成粉砂量高,铁、锰贫乏的白色淋溶层。
在剖面中下部那么形成铁、锰和粘粒富集的淀积层。
在溢出的土壤地下水中含有必然量类似白浆的乳白色悬浮物而得名。
白浆层:
土体中显现的还原性脱铁、脱铝作用而使土壤基色变白。
形成:
在有机质参与的还原条件下,由于土壤水的移动而带走还原性的铁、锰离子,使土壤变白。
白浆土景观
5.黏化进程:
粘化进程系指土壤剖面中粘粒形成和积存进程。
一样分为残积粘化和淀积粘化两种形式。
残积粘化是指土内风化作用所形成的粘土矿物,因缺乏稳固的降水流未向较深土层移动而当场积存,形成一个明显粘土化或铁质化的土层。
多发生在漠境和半漠境土壤中
5.黏化进程淀积粘化是风化和成土作用所形成的粘土矿物。
其特点是自上向下淋溶和淀积,形成淀积粘化土层。
该层铁、铝氧化物显著增加,但胶体组成无明显转变,仍处于开始脱钾时期,多发生在暖温带和北亚热带湿润地域的土壤中。
三、土壤形成因素
19世纪末,俄罗斯的土壤学家境库恰耶夫创建了土壤形成因素学说,奠定了土壤发生学理论基础。
20世纪40年代,美国土壤学家詹尼(H.Jenny)依照成土因素学说提出成土因素的数学公式,即:
S=f(Cl,O,R,P,T,……)
式中S为土壤;
Cl为气候;
O为生物;
R为地形;
P为母质;
T为时刻;
……代表未确信因素。
母质对土壤形成进程的阻碍:
母质是指固结状态的岩体(母岩)或岩石矿物的风化产物。
它是组成土体的大体材料,是土壤的“骨架”部份,也是植物矿质营养元素的最初来源。
不同风化
母质对土壤形成进程的阻碍
1.土壤的物理性状和化学组成(P244-245)石英含量丰硕的花岗岩:
由于抗风化强的石英砂、砾多,使土体疏松、透水性强,但盐基成份少,在强烈淋溶条件下,盐基易淋失使土壤呈酸性反映。
富含盐基成份多的玄武岩、辉绿石等基性岩:
不含石英砂砾,粘粒含量高,盐基成份亦较丰硕,抗淋溶作用强,一样土质粘重且通透性不良,土壤盐基代换量高、矿质养料多,土壤呈中性或碱性反映。
花岗岩球状风化安山玢岩及土壤安山质火山岩及土壤
2.土壤的化学性状
铁、锰:
不同的氧还产物表现颜色不同;
钾、钠:
使土壤粘粒分散,易使土壤粘闭,影响其通透性,钠盐富集可使土壤盐碱化;
钙、镁:
增进粘粒凝聚,形成良好的团粒结构体,
硫:
以FeS、FeS2形态存在,可被氧化成硫酸而使土壤酸化。
硫酸钠盐在还原条件下生成硫化钠,与碳酸钙进行置换反映生成碳酸钠又可使土壤碱化。
3.土壤的成土进程
粗质地:
如山坡堆积物。
水分自上而下迅速穿过,难以引发母质中的化学风化作用,故成土作用进行缓慢,土壤剖面发育不明显;
细质地:
如湖积体等。
由于土体渗透性极差,水分常滞留于土壤中,容易引发土壤潜育化的进展;
壤性:
通透性适中,有利于各成土因素的一起作用,使土壤在必然的地带呈有规律的定向发育。
4.母质的层次性阻碍土壤的剖面构造
河流冲积形成的母质(冲积体),由于江河冲积物具有明显的质地层次性,所发育的土壤剖面,都带有原沉积层土体构型的特点。
5.母质的化学组成阻碍土壤腐殖质特性
石灰母质土壤:
腐殖质组成中富含CaO,火山灰母质土壤:
腐殖质中含有较多的P2O5和K2O。
生物organism
微生物
1)分解有机质,释放各类养料,为植物吸收利用2)合成土壤腐殖质,进展土壤胶体性能3)固定大气中的N素,增加土壤含N量4)增进土壤物质的溶解和迁移,增加矿质养分的有效性
SoilBacteria
SoilFungi
植物是有机物质的生产工厂植物生物量的数量和成份不同
动物
(1)食物链的一环FoodwebSoilanimal
(2)有机质的另一来源Soilanimal(3)翻动土壤,混合土壤Snail&
sowbug
earthworm
气候climate气候在土壤形成的外在因素中决定着成土进程的水、热条件,并操纵植物生长和微生物活动,阻碍有机质的分解与积存,阻碍营养物质的生物小循环的速度和范围。
Globalenergydistribution
Globalenergybalance
气候对植被的阻碍—温度气候对植被的阻碍—降雨
Vegetation—climates
LandscapeinUK
湿度humidity
(1)湿度阻碍土壤有机质和氮素的含量湿润区和干旱区土壤酸溶性矿物组成的比较(表12-2)
(3)湿度阻碍土壤矿物质的风化度湿润多雨地带土壤风化作用强烈,尤其是化学风化作用的强度增大,矿物质和有机质分解速度加速且完全。
而干旱地带那么矿物质风化度较弱P248(表12-4,12-5)
温度temperature
(1)温度阻碍硅酸盐类的水解进程不同温度带化学风化强度有着极大的不同。
在赤道高温带,土壤的风化强度几乎为温带土壤的4倍,是极地严寒带土壤的9倍。
(2)温度阻碍土壤母质和风化层的厚度
土层厚度随土温升高而加厚。
在湿热气候区,花岗岩风化壳的厚度可达30多米以上。
如在云贵高原可见到数米厚的山地黄壤和母岩风化体;
在干旱严寒的西北高山区,岩石风化壳很薄,母质风化度低,形成粗骨性土壤。
风化温度对土层厚度的阻碍
(3)温度阻碍土壤颜色寒温带-------灰色暖热半湿带-----棕色~褐色湿热带-----赤色、棕红色或黄色
在土温高、土体排水通畅的情形下,土壤中的Fe、Mn的氧化或水化作用强烈,土壤呈红、黄色,反之,土壤那么呈青灰色。
不同的土壤颜色望儿山野外认地
(4)温度阻碍土壤有机质、全氮的含量
末节:
P249
图12-1气候条件对土壤形成进程的阻碍
地形relief(P250)地形对母质或土壤物质的再分派:
不同地形所处的土壤同意光、热的不同和降水在地表的再分派山地阴阳坡的植被不同
时刻time土壤的发生、发育是在成土因素长时刻综合作用下进行的。
时刻是土壤发育的函数,即土壤形成的相对年龄愈长,土体层次分化愈明显,反之,那么分化较弱。
人为活动因素同自然成土因素相较,人类活动给于土壤形成、演化的阻碍十分明显。
不同于自然因素。
人类在熟悉土壤发生规律的前提下,依照需要有目的地去改造自然土壤,不仅针对性强,而且方法也多种多样,给土壤以深刻普遍的阻碍,使土壤发生某种质变的速度远远超过自然演化进程。
果园对洪积扇地形的利用开发北大荒石坎梯田(山东沂水)烟草田(浏阳)紫色土轮作(四川仁寿)城市建设(北京海淀六郎庄)人工建筑对洪积扇地形的改造工农业对土壤的改造水稻田樵伐树根造成土壤侵蚀盐碱地改良西藏自然草皮
人类活动在土壤形成进程中具独特的作用
一、人类活动对土壤的阻碍是成心识、有目的的、定向的。
在农业生产实践中,在慢慢熟悉土壤发生进展客观规律的基础上,利用和改造土壤、培肥土壤,它的阻碍能够是较快的。
二、人类活动是社会性的,它受着社会制度和社会生产力的阻碍,在不同的社会制度和不同的生产力水平下,人类活动对土壤的阻碍及其成效有专门大的不同。
3、人类活动的阻碍可通过改变各自然因素而起作用,并可分为有利和有害两个方面
4、人类对土壤的阻碍也具有双重性,利用合理,有助于土壤肥力的提高;
利用不妥会破坏土壤,如我国不同地域的土壤退化主若是由于人类不合理地利用土壤引发的。
小结:
母质是形成土壤的物质基础;
气候中的热量要素是能量的大体来源;
生物通过自己的生命活动将无机物转变成有机物,把太阳能转化为化学能,并以无穷循环的形式把它们保留下来,使母质转变成土壤。
地形只是间接的阻碍因素,对土壤形成不起直接作用。
时刻因素是土壤形成进程的一个条件,任何一个空间因素或它们综合作用的成效都随时刻的增加而增强。
各成土因素在成土进程中既有不同,而又是一样重要、彼此不可代替的。
每一个成土因素都不是孤立地起作用,它们之间有着发生上的联系,彼此彼此作用、彼此制约一起作用于土壤。
各成土因素及土壤本身是在不断进展转变的。
1.3土壤发育与分类
一、土壤发育二、土壤年龄及形成速度三、土壤散布的规律性四、中国的土壤散布
一、土壤发育
概念:
具体的土壤从岩石风化产物或其他新的母质上开始发育的时候起,直到目前状态的具体历程.
土壤发育的结果是形成土壤剖面.
土壤剖面指土壤三维实体的垂直切面,显露出一样是平行于地表的层次。
深度一样达到基岩.一个完整的土壤剖面应包括土壤形成进程中所产生的发生学层次和母质层。
土壤发生层是指土壤形成进程中形成的具有特定性质和组成的、大致与地面相平行的、具有成土进程特性的层次。
能被肉眼识别:
不同于相邻层次(颜色、质地、结构、新生体等)。
土壤发生层次分化越明显,即上基层之间的不同越大,表示土体非均一性越强,土壤发育度越高。
白浆层与脱碱层黑钙土与铁淀积层
耕耘层cultivatedhorizon指受耕耘阻碍形成的耕耘土壤表层
耕耘层的特点是农业土壤中最重要的土壤层次,是耕翻、播种、施肥、浇灌、喷洒农药、覆膜等农作方法的要紧操作对象。
是阻碍土壤肥力最重要的层次,有机质含量、养分含量、土壤结构等最适合植物生长。
是与外界因素进行物质和能量互换最活跃的土层。
每一年因农作物收成而被带走大量养料物质,因农作物生长而带来许多有机残体,同时从施肥、浇灌中取得很多养料。
土壤剖面发育
土壤剖面的分异随着土壤的不断发育,土体的非均一性愈来愈强,土壤剖面呈现出更多的层次性。
一样来讲,土壤剖面的层次越多,土壤发育进程中物质的迁移现象越频繁,土壤的发育程度越高。
土体构型是各土壤发生层在垂直方向有规律的组合和有序的排列状况。
不同的土壤类型有不同的土体构型,因此土体构型是识别土壤的最重要的特证。
成熟的土壤剖面
二、土壤年龄土壤年龄是指土壤发生、发育时刻的长短。
绝对年龄:
指该土壤在本地新鲜风化层或新母质上开始发育时算起迄今所经历的时刻,通经常使用年表示。
相对年龄:
指土壤的发育时期或土壤的发育程度。
绝对年龄举例石灰岩通过100年就可产生剥蚀抗蚀性较强的砂岩通过200年才可看出风化的痕迹。
我国南方的紫色砂岩经10余年的风化成土就可形成较肥沃的土壤。
俄罗斯平原上,3000年即可形成40cm厚的黑钙土,7000年就可形成150cm厚的黑钙土火山岩发育的幼年土壤:
1cm/1.3年,非洲的氧化土:
1cm/750年。
淋溶土:
3~7.3千年始成土:
1.3~3千年新成土:
0.1~1.3千年软土:
3~29千年老成土:
500~3200千年。
土壤的发育时期—相对年龄初期:
为未风化的母质;
青青年期:
风化已经开始,但许多母质物质仍保留在土壤中;
壮年期:
易风化的矿物大部份已分解,粘粒明显增加;
老年期:
矿物分解已处于最后时期,只有少数强抗风化的原生矿物被保留;
最后时期:
土壤发育已完成,原生矿物大体上完全风化。
三、土壤散布的规律性
地带性散布由于成土因素(尤其是生物、气候因素)的散布具有特定的地理规律性而致使的土壤类型在空间组合上的规律性转变,称为土壤地带性散布。
土壤纬度地带性指土壤带与纬度大体上平行的散布规律。
土壤经度地带性土壤水平带因其所在大陆的外形、山脉走向、风向、海拔等地理因素的不同和干扰,使之偏斜于纬度圈而与
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