土壤是怎么形成的?

发布网友发布时间：2022-04-26 00:27

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土壤是植物生长的物质基础。有了土壤，地球上的生物才能生机勃勃。从前4亿年产生陆生植物后，植物在地球上逐渐繁衍。从煤矿和石油矿的分布看，从石炭纪到晚第三纪的近4亿年间，在中纬度及其附近地区森林广泛覆盖地表。全球煤碳和石油的贮藏量估计达上万亿吨，其含碳量是地球现有活有机体含碳总量的50多倍。

植物生长所必需的水分和营养物质主要是通过根系取之于土壤。绿色植物吸收空气中的二氧化碳，利用绿叶中保存的叶绿素吸收太阳光的能量，完成绿色植物的光合作用。其中G6H12O6是葡萄糖的分子式。光合作用生成1克分子的葡萄糖需要消耗3867480焦耳的能量。光合作用将太阳的能量转化为植物的内在能量，维持植物的生长。

不仅植物吸收二氧化碳，许多植物还可以吸收其他气体，如夹竹桃对二氧化硫、氯气、氟化氢等有害气体有很强的吸收能力，并在光合作用后放出氧气。植物的这种能力对提高空气的含氧量、清新空气、改善动植物的生存环境都是有利的。

植物对于调节气候也是非常重要的，尤其是在干旱和半干旱地区，如果在那里种植能生长的植物，增加植被，就可以阻挡风沙的侵袭，固定土壤，防止水土流失。植物叶面蒸发水分，可以使气候湿润起来，从而达到调节气温的作用。

生物的生存是以能够获得足够的能量为前提的。植物经过光合作用，将太阳的光能转化为植物的内能，维持植物的生长。草食动物咀嚼植物获得能量维持其生长。食肉动物以食用草食动物作为其生存的条件。未被吞食的动植物残体经过微生物的生物化学作用变成腐殖质进入土壤，成为植物生长所必需的营养物质。这样一个食物链，维持了地球上所有动植物的生命，构成了地球上的生物圈。

土壤是由固体、液体和气体3类物质组成的。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。土壤中这3类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系，互相制约，为作物提供必需的生活条件，是土壤肥力的物质基础。

矿物质

土壤矿物质是岩石经过风化作用形成的不同大小的矿物颗粒(沙粒、土粒和胶粒)。土壤矿物质种类很多，化学组成复杂，它直接影响土壤的物理、化学性质，是作物养分的重要来源。

（1）有机质有机质含量的多少是衡量土壤肥力高低的一个重要标志，它和矿物质紧密地结合在一起。在一般耕地耕层中有机质含量只占土壤干重的0.5%~2.5％，耕层以下更少，但它的作用却很大，群众常把含有机质较多的土壤称为“油土”。土壤有机质按其分解程度分为新鲜有机质、半分解有机质和腐殖质。腐殖质是指新鲜有机质经过微生物分解转化所形成的黑色胶体物质，一般占土壤有机质总量的85%~90％以上。

腐殖质的作用主要有以下几点：

①作物养分的主要来源。既含有氮、磷、钾、硫、钙等大量元素，还有微量元素，经微生物分解可以释放出来供作物吸收利用。

②增强土壤的吸水、保肥能力。腐殖质是一种有机胶体，吸水保肥能力很强，一般黏粒的吸水率为50%~60％；而腐殖质的吸水率高达400%~600％，保肥能力是黏粒的6~10倍。

③改良土壤物理性质。腐殖质是形成团粒结构的良好胶结剂，可以提高黏重土壤的疏松度和通气性，改变沙土的松散状态。同时，由于它的颜色较深，有利吸收阳光，提高土壤温度。

④促进土壤微生物的活动。腐殖质为微生物活动提供了丰富的养分和能量，又能调节土壤酸碱反应，因而有利微生物活动，促进土壤养分的转化。

⑤刺激作物生长发育。有机质在分解过程中产生的腐殖酸、有机酸、维生素及一些激素，对作物生育有良好的促进作用，可以增强呼吸和对养分的吸收，促进细胞*，从而加速根系和地上部分的生长。土壤有机质主要来源于施用的有机肥料和残留的根茬。许多农村采用柴草垫圈、秸秆还田、割青沤肥、草田轮作、粮肥间套、扩种绿肥等措施，提高土壤有机质含量，使土壤越种越肥，产量越来越高，应当因地制宜加以推广。

（2）微生物土壤微生物的种类很多，有细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物等。土壤微生物的数量也很大，1克土壤中就有几亿到几百亿个。1亩地耕层土壤中，微生物的重量有几百斤到上千斤。土壤越肥沃，微生物越多。

微生物在土壤中的主要作用如下：

①分解有机质。作物的残根败叶和施入土壤中的有机肥料，只有经过土壤微生物的作用，才能腐烂分解，释放出营养元素，供作物利用；并且形成腐殖质，改善土壤的理化性质。

②分解矿物质。例如磷细菌能分解出磷矿石中的磷，钾细菌能分解出钾矿石中的钾，以利作物吸收利用。

③固定氮素。氮气在空气的组成中占4／5，数量很大，但植物不能直接利用。土壤中有一类叫做固氮菌的微生物，能利用空气中的氮素作食物，在它们死亡和分解后，这些氮素就能被作物吸收利用。固氮菌分2种：1）生长在豆科植物根瘤内的，叫根瘤菌，种豆能够肥田，就是因为根瘤菌的固氮作用增加了土壤里的氮素；2）单独生活在土壤里就能固定氮气，叫自生固氮菌。另外，有些微生物在土壤中会产生有害的作用。例如反硝化细菌，能把*盐还原成氮气，放到空气里去，使土壤中的氮素受到损失。实行深耕、增施有机肥料、给过酸的土壤施石灰、合理灌溉和排水等措施，可促进土壤中有益微生物的繁殖，发挥微生物提高土壤肥力的作用。

（3）土壤水分土壤是一个疏松多孔体，其中布满着大大小小蜂窝状的孔隙。直径0.001~0.1毫米的土壤孔隙叫毛管孔隙。存在于土壤毛管孔隙中的水分能被作物直接吸收利用，同时，还能溶解和输送土壤养分。毛管水可以上下左右移动，但移动的快慢决定于土壤的松紧程度。松紧适宜，移动速度最快；过松过紧，移动速度都较慢。降水或灌溉后，随着地面蒸发，下层水分沿着毛管迅速向地表上升，应在分墒后及时采取中耕、耙、耱等措施，使地表形成一个疏松的隔离层，切断上下层毛管的联系，防止跑墒。“锄头有水”的科学道理就在这里。土壤含水量降至黄墒以下时，毛管水运行基本停止，土壤水分主要以气化方式向大气扩散丢失。这时进行*(碾地)，使地表形成略为紧实的土层，一方面可以接通已断的毛细管，使底墒借毛管作用上升；另一方面可减少大孔隙，防止水汽扩散损失，所以说“碾子提墒，碾子藏墒”。*后耱地，使耕层上再形成一个平整而略松的薄层，保墒效果更好。

（4）土壤空气土壤空气对作物种子发芽、根系发育、微生物活动及养分转化都有极大的影响。生产上应采用深耕松土、破除板结、排水、晒田(指稻田)等措施，以改善土壤通气状况，促进作物生长发育。

在19世纪末，*土壤学家道库恰耶夫从土壤发生学的观点，认为土壤的性质是气候、生物、地形、母质和时间等成土因素综合作用的结果。土壤是发育于地球陆地表面具有一定肥力且能够生长植物的疏松表层（包括海、湖浅水区）。它是地球表面上的附着物，人力可以搬动土壤。　土壤形成因素（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。

①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，含粉沙和黏粒较多，含沙粒较少；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，即含沙粒较多而含粉沙和黏粒较少。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。

②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黏土矿物较多，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黏土矿物。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。

（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2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。

（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。

岩石表面在适宜的日照和湿度条件下滋生出苔藓类生物，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。

（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。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。

（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1万年，低纬未受冰川作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，在淀积层中黏粒大量积聚，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，淀积层中黏粒积聚形成黏盘，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。

（6）风化与土壤的形成裸露在地表的岩石，经过与大气圈、水圈和生物圈的漫长作用，由整块变成碎块再变成碎屑，这是一个岩石的风化过程。被风化的岩石是土壤的母质。生物圈的动植物给这些母质提供了养分，使其成为有一定肥力的土壤。岩石在整个风化过程中可表现为3种风化形式：物理风化、化学风化和生物风化。在4亿年前，地球上少有植物覆盖，气候恶劣，物理和化学风化作用很强。

物理风化是一种物理过程，岩石在崩解破碎过程中不改变矿物成分和化学成分。地球上的岩石是在高温和高压的环境条件下形成的。地表的温度和压力降低，岩石表现出一种不稳定性。岩石受到的种种机械破坏作用以冰冻作用最为显著。在寒冷地区，气温在0℃上下波动，反复地收缩和膨胀使岩石破裂。

化学风化是岩石的化学分解过程。在水、氧气和二氧化碳的作用下，岩石会产生化学反应。有的岩石被氧化，有的岩石被水溶解，有的岩石被分解，因而破坏了矿物质的内部结构并产生新的矿物质。气温和水温对化学风化的速度有很大的影响。高温潮湿的气候有利于岩石的化学风化。在热带森林带，年平均降水量在3000毫米左右，年平均蒸发量在900毫米左右，年平均温度达25℃。

热带森林地区充足的雨量和较高的气温，使得化学风化较*带森林带、热带草原带、温带森林带、温带草原带、半荒漠草原带、荒漠带及苔原带等地带都更强烈，花岗岩类岩石的长石完全变成黏土矿物。热带森林带的化学风化对岩石的破坏深度可达70米，形成很厚的土壤层。

生物风化是岩石在生物的作用下发生的机械破碎和化学分解过程。生长在岩石裂隙中的植物，尤其是根深叶茂的大树，其根系深入到岩石内部达几十厘米甚至1米，作用于岩石上的压力可使每平方厘米的岩石受到10～15千克力，导致岩石的裂隙加大，最终使岩石崩碎、瓦解。

物理风化与化学风化都包含有多种物理、化学过程，在多数情况下是互相配合同时对岩石起作用的。物理风化和化学风化的结果使岩石破裂最终成为细粉，并为土壤提供了矿物质，即简单的盐类。生物的作用，特别是植物和微生物的作用给土壤提供了其他养分，使物理、化学的风化物成为具有肥力的土壤。

土壤中的氮是由某些固氮微生物吸收空气中的氮并将其固定在土壤中形成的，如大豆的根瘤菌就能起到固氮作用。微生物的另一个重要作用是使死亡后的动植物产生一种生物化学作用，使得动植物的有机质一部分经过微生物的分解转化，被正在生长着的植物直接吸收；一部分经过一个复杂的合成过程，使动植物尸体转变成为腐殖质埋藏在土壤中。

（7）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，人类活动也造成了土壤退化如肥力下降、水土流失、盐渍化、沼泽化、荒漠化和土壤污染等消极影响。

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。

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。