土壤有什么作用 簡單回答
土壤有什么作用 簡單回答
土壤形成因素:
(1)土壤形成的母質(zhì)因素
風化作用使巖石破碎,理化性質(zhì)改變,形成結構疏松的風化殼,其上部可稱為土壤母質(zhì).如果風化殼保留在原地,形成殘積物,便稱為殘積母質(zhì);如果在重力、流水、風力、冰川等作用下風化物質(zhì)被遷移形成崩積物、沖積物、海積物、湖積物、冰磧物和風積物等,則稱為運積母質(zhì).成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎和植物礦質(zhì)養(yǎng)分元素(氮除外)的最初來源.母質(zhì)代表土壤的初始狀態(tài),它在氣候與生物的作用下,經(jīng)過上千年的時間,才逐漸轉變成可生長植物的土壤.母質(zhì)對土壤的物理性狀和化學組成均產(chǎn)生重要的作用,這種作用在土壤形成的初期階段最為顯著.隨著成土過程進行得愈久,母質(zhì)與土壤間性質(zhì)的差別也愈大,盡管如此,土壤中總會保存有母質(zhì)的某些特征.
首先,成土母質(zhì)的類型與土壤質(zhì)地關系密切.不同造巖礦物的抗風化能力差別顯著,其由大到小的順序大致為:石英→白云母→鉀長石→黑云母→鈉長石→ 角閃石→輝石→鈣長石→橄欖石.因此,發(fā)育在基性巖母質(zhì)上的土壤質(zhì)地一般較細,含粉砂和粘粒較多,含砂粒較少;發(fā)育在石英含量較高的酸性巖母質(zhì)上的土壤質(zhì)地一般較粗,即含砂粒較多而含粉砂和粘粒較少.此外,發(fā)育在殘積物和坡積物上的土壤含石塊較多,而在洪積物和沖積物上發(fā)育的土壤具有明顯的質(zhì)地分層特征.
其次,土壤的礦物組成和化學組成深受成土母質(zhì)的影響.不同巖石的礦物組成有明顯的差別,使其上發(fā)育的土壤的礦物組成也就不同.發(fā)育在基性巖母質(zhì)上的土壤,含角閃石、輝石、黑云母等深色礦物較多;發(fā)育在酸性巖母質(zhì)上的土壤,含石英、正長石和白云母等淺色礦物較多;其他如冰磧物和黃土母質(zhì)上發(fā)育的土壤,含水云母和綠泥石等粘土礦物較多,河流沖積物上發(fā)育的土壤亦富含水云母,湖積物上發(fā)育的土壤中多蒙脫石和水云母等粘土礦物.從化學組成方面看,基性巖母質(zhì)上的土壤一般鐵、錳、鎂、鈣含量高于酸性巖母質(zhì)上的土壤,而硅、鈉、鉀含量則低于酸性巖母質(zhì)上的土壤,石灰?guī)r母質(zhì)上的土壤,鈣的含量最高.
(2)土壤形成的氣候因素
氣候對于土壤形成的影響,表現(xiàn)為直接影響和間接影響兩個方面.直接影響指通過土壤與大氣之間經(jīng)常進行的水分和熱量交換,對土壤水、熱狀況和土壤中物理、化學過程的性質(zhì)與強度的影響.通常溫度每增加10℃,化學反應速度平均增加1~2倍;溫度從0℃增加到50℃,化合物的解離度增加7倍.在寒冷的氣候條件下,一年中土壤凍結達幾個月之久,微生物分解作用非常緩慢,使有機質(zhì)積累起來;而在常年溫暖濕潤的氣候條件下,微生物活動旺盛,全年都能分解有機質(zhì),使有機質(zhì)含量趨于減少.
氣候還可以通過影響巖石風化過程以及植被類型等間接地影響土壤的形成和發(fā)育.一個顯著的例子是,從干燥的荒漠地帶或低溫的苔原地帶到高溫多雨的熱帶雨林地帶,隨著溫度、降水、蒸發(fā)以及不同植被生產(chǎn)力的變化,有機殘體歸還逐漸增多,化學與生物風化逐漸增強,風化殼逐漸加厚 .
(3)土壤形成的生物因素
生物是土壤有機物質(zhì)的來源和土壤形成過程中最活躍的因素.土壤的本質(zhì)特征——肥力的產(chǎn)生與生物的作用是密切相關的.在生物作用下從巖石到土壤的形成過程見圖9-7.
巖石表面在適宜的日照和濕度條件下滋生出苔薛類生物,它們依靠雨水中溶解的微量巖石礦物質(zhì)得以生長,同時產(chǎn)生大量分泌物對巖石進行化學、生物風化;隨著苔蘚類的大量繁殖,生物與巖石之間的相互作用日益加強,巖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漸發(fā)展起來,形成土體的明顯分化.
在生物因素中,植物起著最為重要的作用.綠色植物有選擇地吸收母質(zhì)、水體和大氣中的養(yǎng)分元素,并通過光合作用制造有機質(zhì),然后以枯枝落葉和殘體的形式將有機養(yǎng)分歸還給地表.不同植被類型的養(yǎng)分歸還量與歸還形式的差異是導致土壤有機質(zhì)含量高低的根本原因.例如,森林土壤的有機質(zhì)含量一般低于草地,這是因為草類根系茂密且集中在近地表的土壤中,向下則根系的集中程度遞減,從而為土壤表層提供了大量的有機質(zhì),而樹木的根系分布很深,直接提供給土壤表層的有機質(zhì)不多,主要是以落葉的形式將有機質(zhì)歸還到地表.動物除以排泄物、分泌物和殘體的形式為土壤提供有機質(zhì),并通過啃食和搬運促進有機殘體的轉化外,有些動物如蚯蚓、白蟻還可通過對土體的攪動,改變土壤結構、孔隙度和土層排列等.微生物在成土過程中的主要功能是有機殘體的分解、轉化和腐殖質(zhì)的合成.
(4)土壤形成的地形因素
地形對土壤形成的影響主要是通過引起物質(zhì)、能量的再分配而間接地作用于土壤的.在山區(qū),由于溫度.降水和濕度隨著地勢升高的垂直變化,形成不同的氣候和植被帶,導致土壤的組成成分和理化性質(zhì)均發(fā)生顯著的垂直地帶分化.對美國西南部山區(qū)土壤特性的考察發(fā)現(xiàn),土壤有機質(zhì)含量、總孔隙度和持水量均隨海拔高度的升高而增加,而pH值隨海拔高度的升高而降低[1].此外,坡度和坡向也可改變水、熱條件和植被狀況,從而影響土壤的發(fā)育.在陡峭的山坡上,由于重力作用和地表徑流的侵蝕力往往加速疏松地表物質(zhì)的遷移,所以很難發(fā)育成深厚的土壤;而在平坦的地形部位,地表疏松物質(zhì)的侵蝕速率較慢,使成土母質(zhì)得以在較穩(wěn)定的氣候、生物條件下逐漸發(fā)育成深厚的土壤.陽坡由于接受太陽輻射能多于陰坡,溫度狀況比陰坡好,但水分狀況比陰坡差,植被的覆蓋度一般是陽坡低于陰坡,從而導致土壤中物理、化學和生物過程的差異.
(5)土壤形成的時間因素
在上述各種成土因素中,母質(zhì)和地形是比較穩(wěn)定的影響因素,氣候和生物則是比較活躍的影響因素,它們在土壤形成中的作用隨著時間的演變而不斷變化.因此,土壤是一個經(jīng)歷著不斷變化的自然實體,并且它的形成過程是相當緩慢的.在酷熱、嚴寒、干旱和洪澇等極端環(huán)境中,以及堅硬巖石上形成的殘積母質(zhì)上,可能需要數(shù)千年的時間才能形成土壤發(fā)生層,例如在沙丘土中,特別是在林下,典型灰壤的發(fā)育需要1000~1500年.但在變化比較緩和的環(huán)境條件中,以及利于成土過程進行的疏松成土母質(zhì)上,土壤剖面的發(fā)育要快得多.
土壤發(fā)育時間的長短稱為土壤年齡.從土壤開始形成時起直到目前為止的年數(shù)稱為絕對年齡.例如,北半球現(xiàn)存的土壤大多是在第四紀冰川退卻后形成和發(fā)育的.高緯地區(qū)冰磧物上的土壤絕對年齡一般不超過一萬年,低緯未受冰川收用地區(qū)的土壤絕對年齡可能達到數(shù)十萬年至百萬年,其起源可追溯到第三紀.
由土壤的發(fā)育階段和發(fā)育程度所決定的土壤年齡稱為相對年齡.在適宜的條件下,成土母質(zhì)首先在生物的作用下進入幼年土壤發(fā)育階段,這一階段的特點是土體很薄,有機質(zhì)在表土積累,化學-生物風化作用與淋溶作用很弱,剖面分化為A層和C層,土壤的性質(zhì)在很大程度上還保留著母質(zhì)的特征.隨著B層的形成和發(fā)育,土壤進入成熟階段,這一階段有機質(zhì)積累旺盛,易風化的礦物質(zhì)強烈分解,在淀積層中粘粒大量積聚,土壤肥力和自然生產(chǎn)力均達到最高水平.經(jīng)過相當長的時間以后,成熟土壤出現(xiàn)強烈的剖面分化,出現(xiàn)E層,并使A層和B層的特征發(fā)生顯著差異,有機質(zhì)累積過程減弱,礦物質(zhì)分解進入最后階段,只有抗風化最強的礦物殘留在土體中,淀積層中粘粒積聚形成粘盤,土壤進入老年階段,這一階段土壤的肥力和自然生產(chǎn)力都明顯降低.
(6)土壤形成的人類因素
在五大自然成土因素之外,人類生產(chǎn)活動對土壤形成的影響亦不容忽視,主要表現(xiàn)在通過改變成土因素作用于土壤的形成與演化.其中以改變地表生物狀況的影響最為突出,典型例子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動,它以稻、麥、玉米、大豆等一年生草本農(nóng)作物代替天然植被,這種人工栽培的植物群落結構單一,必須在大量額外的物質(zhì)、能量輸入和人類精心的護理下才能獲得高產(chǎn).因此,人類通過耕耘改變土壤的結構、保水性、通氣性;通過灌溉改變土壤的水分、溫度狀況;通過農(nóng)作物的收獲將本應歸還土壤的部分有機質(zhì)剝奪,改變土壤的養(yǎng)分循環(huán)狀況;再通過施用化肥和有機肥補充養(yǎng)分的損失,從而改變土壤的營養(yǎng)元素組成、數(shù)量和微生物活動等.最終將自然土壤改造成為各種耕作土壤.人類活動對土壤的積極影響是培育出一些肥沃、高產(chǎn)的耕作土壤,如水稻土等;同時由于違反自然成土過程的規(guī)律,人類活動也造成了土壤退化如肥力下降、水土流失、鹽漬化、沼澤化、荒漠化和土壤污染等消極影響.
成土因素學說的基本觀點可概括為:
①土壤是一種獨立的自然體,它是在各種成土因素非常復雜的相互作用下形成的.
②對于土壤的形成來說,各種成土因素具有同等重要性和相互不可替代性.其中生物起著主導作用.土壤是一定時期內(nèi),在一定的氣候和地形條件下,活有機體作用于成土母質(zhì)而形成的.
土壤形成過程
土壤的本質(zhì)是肥力,因此,土壤的形成過程主要是土壤肥力發(fā)生與發(fā)展的過程.結合上節(jié)對成上因素的分析,本節(jié)從動態(tài)的角度來考察土壤形成的一般規(guī)律和具體成土過程.
(1)土壤形成的一般規(guī)律
從地球系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的觀點來看,土壤肥力的發(fā)生與發(fā)展是自然界物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán)相互作用的結果.地質(zhì)大循環(huán)是指礦物質(zhì)養(yǎng)分在陸地和海洋之間循環(huán)變化的過程.陸地上的巖石經(jīng)風化作用產(chǎn)生的風化產(chǎn)物,通過各種外力作用的淋溶、剝蝕、搬運,最終沉積在低洼的湖泊和海洋中,并經(jīng)過固結成巖作用形成各種沉積巖;經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代,這些湖泊、海洋底層的沉積巖隨著地殼運動重新隆起成為陸地巖石,再次經(jīng)受風化作用.這種物質(zhì)循環(huán)的周期大約在 106~108年.其中以巖石的風化過程和風化產(chǎn)物的淋溶過程與土壤形成的關系最為密切.風化過程在土壤形成中的作用主要表現(xiàn)為原生礦物的分解和次生粘土礦物的合成.前者使礦物分解為較簡單的組分,并產(chǎn)生可溶性物質(zhì),釋放出養(yǎng)分元素,為綠色植物的出現(xiàn)準備了條件;后者使風化殼中增加了活躍的新組分,從而具有一定的養(yǎng)分和水分的吸收保蓄能力,為土壤的形成奠定了無機物質(zhì)的基礎.可見,風化過程對土壤來說,是一種物質(zhì)輸入過程.淋溶過程使有效養(yǎng)分向土壤下層和土體以外移動,而不是集中在表層,具有促進土壤物質(zhì)更新和土壤剖面發(fā)育的作用.對于土壤來說,它是一種物質(zhì)轉移和輸出過程.
生物小循環(huán)又稱為養(yǎng)分循環(huán),指營養(yǎng)元素在生物體和土壤之間循環(huán)變化的過程.植物從母質(zhì)和土壤中選擇吸收所需的可溶性養(yǎng)分,通過光合作用合成有機體;植物被動物食用后變成動物有機體;植物、動物有機體死亡后歸還土壤,經(jīng)微生物分解與合成轉化為植物可以吸收的可溶性養(yǎng)分和腐殖質(zhì),腐殖質(zhì)經(jīng)過緩慢的礦質(zhì)化,也為植物提供養(yǎng)分.這種物質(zhì)循環(huán)的周期較短,一般為1~102年.其中有機質(zhì)的累積、分解和腐殖質(zhì)的合成促進了植物營養(yǎng)元素在土壤表層的集中和積累,成為土壤肥力形成與發(fā)展的關鍵.
從地球發(fā)展史來看,生物的出現(xiàn)較晚,因此,生物小循環(huán)是在地質(zhì)大循環(huán)基礎上發(fā)展起來的,是疊加在地質(zhì)大循環(huán)上的較小時間尺度的次級物質(zhì)循環(huán).從對于土壤形成的作用上看,地質(zhì)大循環(huán)的總趨勢是陸地物質(zhì)的流失,造成土壤系統(tǒng)養(yǎng)分的淋溶分散,而生物小循環(huán)的總趨勢是使流失中的物質(zhì)保存和集中在地表,并不斷在土壤與生物之間循環(huán)利用.一般來說,如果風化作用和有機質(zhì)的累積、分解與腐殖質(zhì)合成作用較強,而淋溶作用較弱,土壤中養(yǎng)分保存多,肥力水平將逐漸提高;如果風化作用和有機質(zhì)的累積、分解與腐殖質(zhì)合成作用較弱,而淋溶作用較強,土壤中養(yǎng)分保存少,肥力水平將逐漸降低;當兩種作用勢均力敵時,土壤肥力的發(fā)展處于動態(tài)平衡狀態(tài).此外,人類的各種生產(chǎn)活動如砍伐森林、耕墾草原、圍湖圍海造田、開采礦產(chǎn)、城市建設等都會對地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)產(chǎn)生干擾,從而影響一個地方土壤肥力的發(fā)展方向與平衡.
(2)土壤形成的主要過程
土壤形成的一般規(guī)律適用于各種土壤,然而,由于地球表面成土條件的多種多樣,不同土壤類型的形成又有其特殊的成土過程,現(xiàn)結合我國的具體情況,選擇幾種主要的成土過程予以介紹.
原始土壤形成過程是從裸露巖石表面及其風化物上低等植物著生到高等植物定居之前形成土壤的過程.包括著生藍藻、綠藻、甲藻、硅藻等巖生微生物的“巖漆”階段,地衣階段和苔蘚階段.在這三個階段的發(fā)展中,細土和有機質(zhì)不斷增多,為高等植物的生長準備了肥沃的基質(zhì).這一成土過程主要發(fā)生在高山區(qū).
鹽漬化形成過程由地表季節(jié)性的積鹽和脫鹽兩個方向相反的過程構成,主要發(fā)生在干旱、半干旱地區(qū)和濱海地區(qū),可分為鹽化和堿化兩種過程.鹽化過程指地表水、地下水和母質(zhì)中的易溶性鹽分,在強烈的蒸發(fā)作用下,通過土體中毛管水的垂直和水平移動,逐漸向地表積聚的過程;堿化過程是交換性鈉不斷進入土壤膠體的過程,其前提是土壤溶液中鈉離子的濃度較高,它使土壤呈強堿性反應,并形成堿化層.
鈣積過程 是干旱、半干旱地區(qū)土壤碳酸鹽發(fā)生移動和積累的過程.在季節(jié)性淋溶條件下,降水將易溶性鹽類從土體中淋失,而鈣、鎂只部分淋失,部分仍殘留在土壤中.因此,土壤膠體表面和土壤溶液中被鈣或鎂所飽和,在雨季向下移動的鈣淀積在剖面的中部或下部,形成鈣積層.
粘化過程 是土壤剖面中粘粒形成和積累的過程,主要發(fā)生在溫暖、濕潤的暖溫帶和北亞熱帶氣候條件下.由于那里化學風化作用盛行,使原生礦物強烈分解,次生粘土礦物大量形成,表層的粘土礦物向下淋溶和淀積,形成淀積粘化土層.
白漿化過程是在季節(jié)性還原淋溶條件下,粘粒與鐵、錳淋溶淀積的過程,主要發(fā)生在冷濕的氣候條件下.在地下水季節(jié)性浸潤的土壤表層,鐵、錳與粘粒隨水流失或向下移動,在腐殖質(zhì)層(或耕層)下形成粉砂量高,而鐵、錳貧乏的白色淋溶層;在剖面中、下部則形成鐵、錳和粘粒富集的淀積層.
富鋁化過程是土體中脫硅、富鋁鐵的過程.在熱帶、亞熱帶高溫多雨的氣候條件下,風化產(chǎn)物和土體中的硅酸鹽類礦物被強烈水解,釋放出鹽基物質(zhì),產(chǎn)生弱堿性條件,可溶性鹽類、堿金屬(周期表第Ⅰ族的主族元素,如鈉、鉀,它們的氫氧化物易溶于水,呈強堿性)和堿土金屬(周期表第Ⅱ族的主族元素,如鎂、鈣,它們的氧化物都呈堿性)鹽基及硅酸大量流失,而鐵、鋁等元素卻在堿性溶液中沉淀,形成土體中鐵、鋁氧化物的富集,使土體呈紅色.
有機質(zhì)積累過程是在木本或草本植被覆蓋下,土體上部進行的有機質(zhì)積累過程.它是自然土壤形成中最為普遍的一個成土過程.根據(jù)地表植被類型的不同,包括漠土有機質(zhì)積累過程、草原土有機質(zhì)積累過程、草甸土有機質(zhì)積累過程、林下有機質(zhì)積累過程、高寒草甸有機質(zhì)積累過程和濕生植被的泥炭積累過程等.
潛育化過程 是土體中發(fā)生的還原過程.在長期漬水的條件下,空氣缺乏.有機質(zhì)在嫌氣分解過程中產(chǎn)生還原物質(zhì),高價鐵、錳轉化為亞鐵和亞錳,形成一個藍灰色或青灰色的還原層次,稱為潛育層.
灰化過程是土體表層SiO2殘留,Al2O3和Fe2O3淋溶、淀積的過程.在寒帶或寒溫帶針葉林植被下,由于凋落物富含單寧和樹脂類物質(zhì),在真菌作用下生成有機酸,它使原生礦物和次生礦物強烈分解.伴隨著有機酸溶液的下滲,土體上部的堿金屬和堿土金屬淋失,難溶的Al2O3和Fe2O3也從表層下移,淀積于下部,只有極耐酸的SiO2殘留在土體上部,形成一個強酸性的灰白色淋溶層,稱為灰化層.
土壤熟化過程 是在耕作條件下,通過耕耘、培肥和改良,促進水、肥、氣、熱諸因素不斷諧調(diào),使土壤向有利于作物高產(chǎn)方面轉化的過程.通常把種植旱作條件下的定向培肥土壤過程稱為旱耕熟化過程;把淹水耕作,在氧化還原交替條件下的定向培肥土壤過程稱為水耕熟化過程.
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