土壤的形成

土壤的形成 第一节土壤形成因素

土壤是多因素影响下变化的客体。土壤既是地理景观的一部分，又是地理景观的一面镜子，这面镜子清晰地反映出水分、热量、空气、动植物对于母质长时间综合作用的结果。母质、气候、生物、地形和时间是土壤形成的主要因素，在上述五大成土因素之外，人为因素具有特别重要的作用和意义。

一、母质因素

母质或成土母质是指形成土壤的岩石风化物，对应的岩石称为母岩。母质既是成土过程中被改造的“原料”，又深刻地影响成士过程。土壤往往继承了母质的某些性质，幼年土壤的继承性尤为明显。

（一）母质类型

母质按其搬运沉积情况，可分为残积物和运积物两大类。 1．残积物

残积物是指岩石风化后基本上不经搬运而残留在原地的物质。残积物可根据母岩的岩性进一步细分为花岗岩、玄武岩、石灰岩、砂岩、页岩等的风化残积物。

2．运积物

运积物指岩石风化后，经水、风、冰川等外力搬运而沉积在其它地区的物质。运积物又根据其搬运动力而分为不同的类型：

（1）水积物水积物又分为流水沉积物（包括坡积物、洪积物和冲积物）、湖积物和海积物. 坡积物一般与对应坡面残积物的母岩相同，岩性相对单一。洪积物和冲积物可从其中砾石的成分来大致判别母岩的来源，但来源一般较复杂。湖积物和海积物的起源物质一般难以辨别。

（2）风积物风积物包括风积黄土和沙丘。

（3）冰川沉积物冰川沉积物包括冰债物和冰水沉积物。 （4）重力堆积物。

（二）母质对土壤形成的影响 1．土壤矿物质组成对母质的依赖性

土壤矿物质的机械或颗粒组成、化学组成和矿物组成，都对母质表现出不同程度的依赖性或继承性。表x.1.1就以江西母质发育红壤的颗粒组成为例。

表x.1.1 江西不同母质发育红壤的颗粒组成 母质深度土壤颗粒组成(mm，％) 质地 名称

地点或母岩（cm）

1-0.05 0.05-0.01 0.01-0.001 〈0.001 〈0.01

进贤第四纪红色粘土0—10 19.6 20.1 20.2 40.1 60.3 轻粘土 倍丰红砂砾岩0—15 43.6 24.1 13.8 18.5 32.3 中壤土 颜县千枚岩2—13 35.4 33.0 16.8 14.8 31.6 中壤土 赣县花岗岩4—20 56.4 15.2 13.2 15.2 28.4 轻壤土

母质对土壤化学组成的影响，可以从两方面来说明：一是矿物中的钙、镁、钾、钠等盐基元素，它们易于风化淋失；二是难移失和较难移失的硅、铝、钒、钛、磷等元素，不论土壤的风化淋溶程度如何，它们都表现出对母质的明显继承性。

母质对土壤的矿物组成也有一定的影响，尤其是幼年性土壤如四川紫色上，无论粘粒或粗粒矿物成分，均与母岩（R）无明显的不同（表x．1．2）。即使一些发育成熟土壤的矿物成分，也显示出母质的影响。例如我国黄棕壤的指示粘粒矿物为水云母、蛭石、高岭石，但下蜀母质发育者尚有一些蒙脱石；花岗岩、辉长岩和石灰岩发育者，粘粒中高岭石增加，水云母有所减少；而紫色了砂岩、页岩发育者，粘粒中水云母最多，高岭石次之。

表x.1.2 四川紫色土及其母质不同粒级的矿物组成

土壤层＜0.001mm粘粒矿物0.01-0.1mm粒级矿物次主要次要少量轻矿物重矿物

酸性 A 蛭石、伊利石高岭石赤铁矿石英；长石(次) 锆石；赤铁矿(次)紫色土AB 蛭石伊利石赤铁矿、针石英；长石(少) 锆石R 蛭石伊利

石铁矿、石英石英；长石(次) 锆石；金红石(少)

中性 A 蛭石、蒙脱石伊利石、高岭石赤铁矿石英；长石(少) 赤铁矿(少)

紫色土 C 蛭石伊利石高岭石、赤铁矿石英；长石(少) 锆石；赤铁矿(少) R 蛭石伊利石高岭石、赤铁石英；长石锆石；赤铁矿(少)

石灰性 A 伊利石一赤铁矿石英；长石(次) 锆石

紫色土 C 伊利石一赤铁矿石英；长石(少) 一R 伊利石一赤铁矿、石英石英；长石(次)一

2。母质对土壤发育进程的影响

不同母质上的土壤，其发育进程或速度有所差别。

（1）一些碎屑类和粘土类的沉积岩，如我国西南地区广泛分布的紫色砂岩和页（泥）岩抗风化、冲蚀的能力弱，它们主要通过物理风化形成土壤物质, 一方面在地表侵蚀过程中不断地流失, 另一方面又被母岩风化物较快地补充. 这种地表物质频繁更新的过程，阻碍了土壤中的化学风化淋溶和生物积累作用，使土壤长久地停留在幼年发育阶段，形成初育性的紫色土。

(2）母质岩性对土壤化学风化淋溶进程有明显的影响。

概言之，土壤形成过程是以母质为起点，而不同的母质主要通过对矿物化学风化淋溶的影响, 或加快或延缓土壤的形成和发育进程.

二、生物因素

生物是土壤发生、发展中最活跃的成土因素,由于它的创新作用，才使母质产生肥力而转变成为土壤。生物因素包括植物、动物和微生物。植物是有机质的生产者，通过有机合成过程把太阳辐射能转变为有机质中的化学潜能，同时把母质中分散存在的矿质养分集中于有机质中，纳入物质生物循环的轨道。土壤微生物是有机质的分解者，它在分解有机质的过程中，不断矿化释放其中的养分以供植物合成有机质再度利用，同时，还合成腐殖质，并将大气中的分子氮转化为化合氮而积累于土壤中，不断扩大植物性生产的规模。但生物因素又具有从属性的一面，因不同气候、地形等条件而改变，而不像其它成上因素那样具有一定的持久性。

植物吸收无机养分而合成有机质，用以建造自身机体。当其死亡后，有机质被微生物分解，其中的养分又矿化为无机形态,为下一代植物再度吸收利用。这是以植物养分为中心, 经历时间短而空间范围小的循环过程，也是通过有机质包括腐殖质的合成和分解而实现的循环过程，称为物质或植物养分的生物小循环。

不同植被吸收和归还土壤养分的情况不同。由表x．1．3可见，森林植被中阔叶林与针叶林的灰分含量和组成，虽然其树干和根系之间的差异不大，但作为主要凋落物的叶片之间的差异却甚大。阔叶的灰分含量高于针叶。阔叶的灰分组成以钙、钾盐基为主，CaO、 K2O 、MgO合计占48-77％，次为SiO2，占20％，P205占15-20％；针叶的灰分组成以SiO2占优势，高达30-40％，而CaO、K2O 、

表x.1.3 木本植物灰分组成的一般特点 项目灰分(g／kg) 灰分中氧化物含量(％)顺序

针叶30-60-70 SiO2 > CaO > P2O5 > MgO > K2O

30-45 15-25 ≈8 ≈5 ≈5 阔叶90-100 CaO > K2O≈SiO2 > MgO≈P2O5 Al2O3≈Na2O

20-50 ≈20 ≈20 8-17 15-20 ≈1 ≈1 阔叶树干10-20 CaO > K2O > P2O5> Al2O3 > SiO2SO3

50-75 15-25 5-15 ≈5 2-3 7-17 针叶树干10-20 CaO > K2O > P2O5> MgO > SiO2

40-60 ≈20 ≈10 ≈5 2-3 针、阔叶树的根20-65 CaO >Al2O3 > K2O > SO3 > P2O5 > MgO > SiO2

28-37 11-24 4-20 5-11 4.5-11 3-10 3.5-5 表x.1.4 草本植被（地上部分）灰分组成的一般特点 植被类型灰粉（g/kg）灰分含量系列

草甸20~40 CaO＞K2O＞SO3＞MgO＞SiO2＞R2O3

草甸草原50~120 SiO2＞K2O≥CaO＞SO3＞P2O5＞MgO≥Al2O3＞R2O3干草原120~200 Ma2O≈Cl≈K2O≈CaO≈SO3＞SiO2＞P2O5＞MgO 干旱半荒漠的猪毛菜200~300 Na2O＞Cl＞SO3＞其他元素灰分含量

半荒漠和荒漠的肉质猪毛菜400~550 Na2O＞Cl＞SO3＞其他元素灰分含量

三、气候因素

气候因素决定成土过程的水热条件。气候通过对母质和土壤水热状况的直接影响，强烈地

制约以矿物质风化、淋溶为中心的地质大循环和以有机质合成、分解为中心的生物小循环。因

此，气候是影响土壤形成方向和强度，以及土壤类型分化和地理分布的一个基本因素。

（一）气候的水热因素

水热因素是影响土壤发生、发展的主要气候因素。在讨论其成土作用之前，先对与此有关

的气候带和气候干湿类型作一简略介绍。 1．气候带

热量或温度条件是气候带形成的主要因素，并随地理纬度不同而变化。因此，气候带环

绕地球纬度而分布，是气候地带性的主要表现。（见表x．1．5）.

2．气候干湿类型

气候的水分因素即干湿度，同时取决于降水和水分蒸发，后者又与温度有关。气候区划（1959）

根据干燥指数（K）划分为湿润、半湿润、半干旱和干旱等气候类型（表x．1．6），以此作为

气候带以下一级区划的指标。

表x.1.5 中国气候区划中气候带的划分指标（《中国自然地理》，1984年）气候带＞10℃天数＞10℃积温．1月平均气温备

注

Ⅰ寒温带＜100天1600℃＜-30℃

Ⅱ中温带100～171天1600℃至3200℃～3400℃-30℃至-12～-6℃

Ⅲ暖温带171～218天3200～3400℃至4500～4800℃-12～-6℃至0℃

Ⅳ北亚热带218～239天4500～4800℃至5100～5300℃0℃至4℃

3500℃至400℃3℃至5～6℃云南地区

Ⅴ中亚热带239～285天5100～5300℃至00～6500℃4℃至10℃

4000℃至5000℃5～6℃至9～10℃云南地区

Ⅵ南亚热带285～365天00～6500℃至8000℃10℃至15℃ 5000℃至7560℃9～10℃至13～15℃云南地区 Ⅶ边缘热带365天8000℃至9000℃15℃至20℃ 7500℃至8000℃＞13～15℃云南地区

Ⅷ中热带365天9000℃至10000℃29℃至26℃ Ⅸ赤道热带365天＞10000℃＞26℃

表X.1.6中国科学院中国气候区划干湿度与植被及水文情况 干燥指数干温情况天然植被水文情况 ≤0.49 很湿森林排水 0.50～0.99 湿润

1.00～1.49或半湿润森林草原防水不足 1.00～1.19

1.50～1.99 半干旱草甸、草原、干草原需要灌溉 荒漠草原 1.20～1.99 2.00～ 3.99

≥4.00 干旱荒漠

（二）气候对土壤风化发育的影响 1. 气候影响岩石矿物风化强度。

矿物的风化有物理作用和化学作用，其速度和温度有关。一般说，温度增加10℃，化学反

应速度平均增长之2-3倍。土壤热状况，取决于土壤的地理位置。不同的纬度地带，土壤热

状况不同。同一纬度地带，从沿海向内陆，土壤温度的年变幅和日变幅相应增加。土壤热状

况可分三个类型。

(1) 受热型 (2) 冷却型 (3) 热平均分配型 2. 气候对物质淋溶作用的影响

一般说，土壤中物质的迁移是随着水分和热量的增加而增加的。 从华北向东北过渡，除钾、钠、钙、镁等盐基淋失外，铁、铝也自土壤表层下移。再向

华南过渡，不但盐基物质淋失，硅也遭到淋溶，而铁、铝等在土壤中相对积累.

3. 气候对土壤有机质的积累和分解起着重要作用

过度湿润和长期冰冻有利于有机质的积累，而干旱和高温，好气微生物比较活跃,有机

质易于矿化，不利于有机质积累。

4．气候对土壤中微生物的数量和种类的影响

草甸土中微生物数量最多，黑土中微生物数量每克土可达数千万个。干旱和半干旱地区

的栗钙土、棕钙土、灰钙土中，微生物数量在数百万到数千万个之间。湿润地区的红壤，砖

红壤中，微生物数量较少，但某些砖红壤中也可达两千万个左右。 5．气候对土壤分布规律的影响

气候影响土壤分布规律，尤其是地带性分布规律。不同气候带分布着不同的地带性土壤类型，如寒温带分布着灰化土，温带分布着暗棕壤，暖温带分布着棕壤，亚热带和热带分布着红壤、砖红壤等。

四、地形因素

地形不同于母质、生物和气候因素，它不直接参与土壤形成的物质和能量交换，而是通过对地表水热条件和物质的重新分配，间接地影响其物质和能量的交换过程。造成土壤发育和类型发生分异。

（一）地形对地表水热条件的再分配

这种地形影响主要表现在地势高度和坡向等的差异导致地表水热条件的变化。

1．水热条件的高度变化。

在高原山地，随着海拔的升高，温度递减，水分蒸发减弱，并在一定高度范围内降水量逐渐增加，因而湿度逐渐增大，温度和湿度的变化引起自然植被随之变化，从而在不同的高度范围内形成不同的土壤类型，出现土壤的垂直分异现象。

2。水热条件的坡向变化

在丘陵山地，水热条件因坡向而变化，可有以下几种情况: (1) 阴、阳坡的变化。

（2）迎风坡和背风坡的变化。 （3）构造地形的坡向变化 (二）地形对地表物质的再分配

地形可分为正、负地形。高地为正地形，是物质和能量的分散地；低地为负地形，是物质和能量的聚积地。因此，在一定地区内，高地与低地之间存在着物质和能量分配的某种共轭关系，而在其间形成有发生联系的分异系列。地形对地表物质的再分配主要通过水分运行来完成，现从两方面加以说明：

1．地形对成土母质的再分配

概括他说，高地（如丘陵、山地）的坡面分布残积母质，由于地面侵蚀：一般具有粗而薄的特点，上坡比下坡更甚，陡坡比缓坡更甚；在强烈侵蚀地段，土壤发育进程常被中断而停留在幼年土阶段。低地（如平原洼地）分布洪积物、冲积物、湖积物等堆积母质，一般具有细而厚的特点；但有变化，如河流泛滥平原，距河床由近而远，沉积物则由粗而细。其间也存在过渡类型，山丘坡积裙和山前洪积扇，虽为堆积母质，但堆积中又有侵蚀，且从裙顶、扇顶到边缘。沉积物由粗变细.

2．地形对化学风化产物的再分配

高地为物质淋溶型。矿物化学风化的产物按其溶解度的大小，依

次随地表和地下径流水由高处向低处淋洗迁移，气候愈湿润，淋溶作用愈甚。因此，高地残积母质发育的土壤，养分较贫乏，易于酸化。在高地土壤的形成中，虽有生物的富集作用，但物质的总平衡为负。低地汇聚了来自高处的径流水和随水迁移的可溶性物质；在内陆干旱区，由于易溶性盐分在堆积物和地下水中逐渐聚积而生成含盐风化壳，形成不同的盐化土壤和盐土类型，因此低地物质总平衡为正，是为积累型。

此外，在平原或河谷已脱离地下水影响的高阶地，虽然母质为堆积物，但在成土过程中只有地表水的下渗淋滤作用，仍属物质淋溶型，其土壤仍如丘陵山地一样向地带性土壤方向发展演化。

五、时间因素

时间（年龄）是一个重要的成土因素。 （一）土壤的绝对年龄

土壤的绝对年龄是指土壤从母质上开始发育，直到现在所经历的时间。因而一个地区可存在几种不同年龄的土壤。从新冲积母质或新鲜岩石露头发育的最年轻土壤，绝对年龄仅以若干年计。

（二）土壤的相对年龄

土壤的相对年龄是指土壤的发育程度，一般用土壤剖面的分异程度来确定。在一定区域内，土壤发生层次的分异愈明显和厚度愈大，表明土壤的发育程度就愈高。对两个相对年龄或发育程度相同的土壤来说，绝对年龄小的土壤发育速度较快；而对两个绝对年龄相同的土壤来说，相对年龄大的土壤发育速度较快。

六、人为因素

人类自有种植业生产以来，就开始直接干预土壤的发生、发展而成为一个重要的成土因素，并随着社会生产的发展而日益增大其影响的范围和强度。

（一）人为因素的特殊性

人为因素与自然成土因素有着本质上的区别，主要表现在： 1．定向干预 2．干预强烈而快速

3．人为活动对土壤的不同影响

人类活动是社会性的，在不同的社会制度和生产力水平下，人为活动对土壤的影响及其效果有很大的不同。人为干预措施得当，符合土壤肥力发展的客观规律，便产生有益的效果，否则产生有害的后果。

（二）人为因素与自然成土因素的关系

耕种土壤是受人为因素影响最大、最深刻的土壤，是在人为活动强烈干预下土壤发生发展的新阶段即定向发育阶段，是人类劳动的产物。然而，几乎所有耕种土壤都是在自然土壤的基础上发展起来的，它们不能摆脱自然成土因素的影响，特别是气候、地形、母质等的影响。虽然人们可在局部范围内部分地改变小气候、微地形，或某些自然因素的作用，但在整体上则不能改变自然成土因素，它们势必在耕种条件下继续发挥作用，并与人为活动一起综合影响土壤的发生发展。同时，在自然成土条件下形成的土壤特性，不会在耕种条件下完全消失，有些特性将顽强地保留下来，而赋予耕种土壤以不同的性质，造成多样化的耕种土壤类型。

第二节土壤形成过程 一、基本成土过程

根据成土过程中物质、能量的交换、迁移、转化累积的特点, 土壤形成有如下主要过程: （一）原始成土过程

这是岩石风化或成土过程的起始（或初期）阶段，一般是在低等植物参与下进行的。例如裸露的岩石表面着生地衣（菌类和藻类的共生体）后，岩石的矿物成分就缓慢地发生分解和蚀变，产生原始土壤物质，有时可出现细土堆积；从细土中还可以鉴别出铁质的相对积聚(即比母岩含铁量增高）。在高山寒冻条件下的寒冻土，便是原始成土过程的产物。

（二）有机质积累过程

有机质在土体中的聚积，是生物因素在土壤中发展的结果。在大气水、热条件和其它成土因素的联合作用下，作为成土过程的有机质聚积作用，可表现为多种形式。

1．枯枝落叶堆积过程

2．斑毡化过程 3．腐殖化过程 4．泥炭化过程 （三) 粘化过程

粘化过程是指土壤中粘粒的形成和聚积过程。粘粒的形成包括矿物的物理性破碎及化学分解，以及分解产物再合成而形成次生粘粒矿物两个方面。一般他讲，粘化作用在寒冷而干旱的气候带较弱，而在湿热气候带较强。但在湿热气候下，石英等抗风化矿物也能部分地风化生成粘粒。粘化随风化时间的加长而增强。粘化过程产生粘化层，既有土壤肥力上的意义，又有土壤发生分类上的重要诊断意义。

（四）脱硅富铝化过程

脱硅富铝化简称富铝化，是湿热条件下的主要成土过程。随着温度的升高，矿物风化加快，2～5微米的无定形硅溶解度增加，因而热带土壤的富铝化比亚热带土壤更为强烈。

(五) 钙化过程

脱钙过程是指母质或土壤中碳酸钙（镁）的淋溶作用。钙积层是钙化过程的标志特征，其发育程度和层位高低，与土壤的淋溶条件和阶段密切相关，因而具有重要的土壤发生珍断意义。

（六）盐化和脱盐化过程起的土壤盐化，称为次生盐化。 脱盐过程是指盐化土壤或盐土中易溶性盐的淋失过程。脱盐可发生在土体

盐化是指土壤中易溶性盐的积累过程。 （七）碱化和脱碱化过程

碱化与盐化有密切的关系，一般统称盐渍化，但二者又有本质的区别。碱性化是指土壤溶液中总碱度（CO3＋HCO3-）增大而使pH达到碱性值；在通气良好的土壤中、当总碱度超过0.2厘摩尔（-）／升时，一般pH达到9以上，呈碱性、强碱性反应。只有碱化度和总碱度都高而呈碱性、强碱性的土壤，才能称为碱化土和碱土，碱土的含盐量不高、且无盐分表聚特征。某些碱土是由盐土经脱盐而成的。

脱碱化是指碱化土和碱土的碱化度和总碱度以及pH降低的过程。

碱土用含有石膏的灌溉水淋洗改良，即为人工脱碱化。

（八）潜育化过程

土壤形成中的潜育化过程，是在土体中发生的还原过程。潜育层的土粒一般分散成泥糊状，多呈中性反应。

潜育化一般是由地下水引起的，发生在土体底部，是为底潜。当地下水位接近地表，造成土壤通体潜育，称为通潜。土壤表层滞水引起的潜育化称为表潜。

（九潴育化或氧化还原过程

潴育化实质上是土壤干、湿交替所引起的氧化与还原交替的过程。潴育化是草甸土、潮土等的重要成土过程，它与潜育化都主要是由地下水作用所引起的，但后者发生在土壤的稳定地下水层，一般无干湿交替和氧化还原交替存在。

（十）白浆化过程

土体上层周期性滞水引起还原离铁、离锰作用而使土壤颜色变浅发白的过程，称为白浆化或白土化。

（十一）灰化过程

灰化过程主要是冷湿针叶林植被下的一种强酸性淋溶过程，主要表现为铁、铝的螫合淋溶和酸性淋溶。

88 （十二）熟化过程

土壤熟化过程是指在人为耕作、施肥、灌溉和改良等措施影响下，土壤肥力上升的发展过程，即在耕种条件下，土壤人为地定向培肥的过程。熟化过程形成熟化层，耕作层即为最基本的熟化层，此外，有的土壤还有犁底层、亚耕层、古耕层等。耕种熟化过程可分为旱耕熟化和水耕熟化两方面，它们各有特殊性又有共性。

四、土壤剖面发育

土壤剖面是指从土表向下至母质的垂直切面或纵断面。母质以上的部分称为土体。土体是在诸成土因素综合作用下，由母质逐步发育演变而成的。土体与母质有质的差别，这种差别随土壤发育程度的增高而不断加深。

（一）土壤的发生层和土体构型

1、土壤的发生层

土壤在其发育过程中形成的若干大体与地表平行的上层，称为土壤发生层，简称土层。它们是母质、土壤不断与环境进行物质和能量交换，发生物质淋溶和淀积、添加和损失、聚积和分散、转化和创新等一系列的作用，使土体在垂直方向上产生物质的重新分配，逐渐发生分异所形成的土层。

在外观上，各种发生层表现为颜色、质地、结构、紧实度、新生体、孔隙、微形态等的差别。据此，可以把它门区分开来。

2、土体构型

土体构型又称土壤剖面构型。是指土壤剖面层次组合特点，包括发生层的数目、类、型、层位关系、厚度、过渡情况和明显程度等。土体构型的综合简化图式见图x.1.1。

土层名称国际代号 凋落物层O H 泥炭层H 腐殖质层 A 淋溶层 E 淀积层 B 母质层 C 母岩R

图x.1.1 土体构型的一般综合图式

土壤野外调查的主要内容之一，就是观察研究土壤剖面，鉴别土体构型。其研究意义在于：①鉴别土壤的类型，进行土壤分类。土壤发生层和土体构型是土壤在成土因素的综合作用下发生、发展过程的历史记录，也是土壤内在性质的反映。因此，根据土体构型的特点，配合环境条件的研究及土壤性质的室内分析结果，便能鉴别不同的土壤类型。室内分析结果，便能鉴别不同的土壤类型。②研究土壤的生产问题，确定土壤的利用和改良途径。土壤的生产性能和问题或多或少要反映在土体构型上，特别是为了解决障碍层次所引起的生产问题，

对土体构型的研究是不可缺少的，以此确定有针对性的改良途径和措施。

（二）主要发生层及其代号 现将常见的土壤发生层列述如下： 1．主要土壤发生层 （1）腐殖质层（2）泥炭层 （3）凋落物层

（4）淋溶层（5）淀积层（6）潴育层（7）潜育层（8）母质层（9）母岩 2．过渡土层与混合土层

（1）过渡土层，是指有两种主要发生层特性的土层。。

（2）混合土层，即由不同的主要土层的块体部分混合而成的土层，每个块体都可鉴别出其所属的土层。但前面定义的过渡层则不能单独鉴别出主要土层的块体。混合土层的起因来自于混合作用。