風化層

礦物巖石的風化和土壤形成

————————————————————————————————作者：

————————————————————————————————日期：

第二章礦物巖石的風化和土壤形成

主要教學目標：使學生了解由巖石經過風化形成母質,再由母質發育成土壤的過程。在學習

過程中要特別注意什么是母質，母質與土壤有什么區別以及土壤層次的發育順序。

第一節風化作用

一、風化作用

任何事物只是處于它生存的環境時才能穩定。而地表的礦物巖石處于和它形成時的不

相同的外界條件時，這種穩定性被破壞,從而發生變化,這就是礦物巖石的風化。

二、風化作用的類型

1、物理風化：由物理作用引起的礦物巖石發生物理變化的過程。又叫機械崩解作用。

影響因素：溫度變化，水分凍結，風力,流水,冰川的摩擦力等。

風化的結果使大巖石變成碎塊,增大接觸面，更利于化學風化進行。

2、化學風化：巖石的礦物成分發生化學成分和性質的變化。

主要因素:水、二氧化碳、氧氣等

主要化學風化作用的類型有4個：

溶解作用:礦物在水中溶解的過程。造巖礦物的溶解度大小順序為:方解石>白云石>橄

欖石>輝石>角閃石>斜長石＞正長石>黑云母>白云母>石英。

水化作用：礦物與水相結合。如赤鐵礦變成褐鐵礦。

水解作用：礦物與水相遇，引起礦物分解并形成新礦物。如正長石水解后釋放出鉀離子，

變成了高嶺石。

氧化作用:二價鐵氧化成三價鐵。使許多礦物和巖石表面染成紅褐色。

3、生物風化:生物作用使巖石就地引起的破壞。

主要因素:

根系的壓力和根系分泌物10-１５磅／ｃm2

微生物分解有機質產生酸,

三、巖石風化的產物

包括三部分：

１、可溶性鹽:硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氯化物等

2、合成次生礦物:如伊利石,蒙脫石,高嶺石等粘土礦物,以及鐵鋁的氧化物和氫氧化物。

3、殘余的碎屑：難風化的礦物和各種巖屑。

四、礦物風化的難易

1、影響因素:外界環境條件和礦物本身的成分和結構。

2、外界條件相同時,礦物風化的相對穩定性,由易到難順序為:

石膏，方解石<輝石<角閃石<黑云母<斜長石<正長石<白云母＜石英<粘土礦物

五、影響巖石風化難易的因素：

1、礦物的組成、結構和構造

2、形成時的熱力條件與目前所處環境的差異

3、巖石的節理和裂隙發育狀況。在有棱和角的地方，巖石的自由表面積最大,首先遭受風

化,棱角首先消失變成球形,這種現象稱為球狀風化。

第二節風化產物的類型

一、風化產物的生態類型有五種:

1、硅質風化物:硅質組成或硅質膠結的巖石。石英巖，硅質礫巖，石英砂巖

風化物的厚度極薄，砂質,多石礫,各種營養元素也十分貧乏，分散的石英顆粒及巖石碎屑保

水能力很低。

酸性土壤。

2、長石質風化物:花崗巖,正長巖,正長斑巖,流紋巖,粗面巖,長石砂巖

厚層砂壤質或壤質風化物。

發育的土壤通透性能良好,植物需要的磷、鉀、鈣、鎂等營養元素比較豐富,土壤常呈微酸性

反應。

3、鐵鎂質風化物:安山巖,閃長巖，閃長玢巖,玄武巖,輝長玢巖

風化層較厚,質地為壤質或稍粘重,含有大量的鈣、鎂、磷扽元素，惟鉀的含量較少。

土壤養分狀況良好,保水性能強,但通氣狀況較花崗巖風化物稍差,較濕潤地區（中性），干旱

地區（微堿性)。

４、鈣質風化物:大理巖,石灰巖,白云巖

風化物是由巖石中的少量粘土礦物等殘留堆積而成，在干旱或水土流失地區所形成的風化層

很薄，質地黏重。

多具石灰物質，呈中性質微堿性反應，土質黏實，土壤易干旱。

5、未成巖類物質:黃土,次生黃土,軟頁巖,板巖,頁巖,粉砂巖,泥炭物質。

這類物質不是某一類巖石的風化物，而是包括多種來源的礦物質或有機物的堆積物。這類堆

積物未經成巖硬結作用,一般均具有疏松多孔的特性。

二、風化產物的地球化學類型

1、碎屑類型:在干旱的荒漠,寒冷的高山地帶,主要是碎屑、巖塊。

2、鈣化類型：降水量多，半干旱,半濕潤,有一部分鹽類流失，殘留了很多碳酸鹽類和粘土

礦物

3、硅鋁化類型:溫帶和暖溫帶,化學物理風化強烈,形成了伊利石、蒙脫石等粘土礦物,土壤

呈中性或微酸性

4、富鋁化類型：熱帶、亞熱帶的潮濕地區,剩下大量Fe,Al,形成高嶺石,三水鋁石,赤鐵礦

三、風化產物的母質類型

巖石風化形成的成土母質，有的堆積在原處，但大多數風化產物在外力用下（重力、

水流、風力、冰川等)搬運到其他地方，形成各種沉積物。

根據搬運方式和沉積特點將母質分為定積母質和運積母質。

1、定積母質:

又叫殘積母質,就地風化而未經搬運的巖石風化物，多分布在山區較平緩的高地。母質

特點為:顆粒粗,厚度薄,母質疏松，通透性好。

2、運積母質，又細分為:

（1）坡積母質:

山坡上部的風化物，在雨水的沖刷下，其中一些較細小的碎屑發生搬運，并在山坡的中

下部發生堆積,形成坡積母質。母質特點：顆粒粗細不勻,其中石礫含量較高,礦物成分不穩

定。

(2）洪積母質：

又叫洪積物或洪積扇,主要是由于洪水搬運沉積。母質特點:粗細混雜，分選性差，在山

口處以礫石、粗砂為主,向外逐漸為細砂和粘土，土層薄，易透水。

(3）沖積母質或沖積物,這種母質是由于風化物在河水的侵蝕、搬運和堆積作用下形成

的。母質特點：有明顯的層理,而且各層中的顆粒粗細均勻。

此外還有風積母質、海水沉積母質、湖積母質等

（4)海水沉積物海積物

形成：河流攜帶泥沙，在海岸邊沉積的物質。母質特點：顆粒粗細不一，往往硅質含量較

高。

(５）重積母質（塌積物）

形成:山地陡崖上的風化巖石,受重力作用而坍塌墜落——山麓及谷地局部地段上母質的類

型。母質特點：組成以碎石礫為主,無分選性,也無層次,在山麓形成倒石堆地形。

3、第四紀沉積物：

第四紀距今一百萬年左右。在第四紀有多次的冰川活動。

沉積物包括黃土、次生黃土、紅土和冰磧物

（１）黃土:

形成條件:干旱和半干旱氣候,季節變化極明顯。由風力搬運、堆積形成

性質：淡黃或暗黃色，土層厚度可達數十米，粉砂質地，粗細適宜,通體顆粒均勻一致，疏

松多孔,通透性好，具有發達的直立形狀，含有１0－1５％的碳酸鈣，常形成石灰質結核。

黃色風積沉積物,，以粉砂為主，質地均一,垂直節理顯著,是沒有被固結的黃色堆積物。分

布：太行山以西,大別山、秦嶺以北,遍及陜西,甘肅,寧夏,山西，河南等省。

（2）次生黃土

形成：濕潤地區,黃土經流水搬運后的沉積物

性質：土層深厚,無明顯層次,顆粒細小均勻，為棕黃色，粉砂質粘土，具棱柱狀結構,并含

有大量鐵錳結核及膠膜。

分布：江蘇西部，南京至鎮江一線。

紅土:

形成：在第四紀間冰期形成,海洋性氣候,炎熱潮濕。

性質：礦物巖石強烈風化,富含鐵、鋁的氧化物和高嶺石等。質地粘重，通氣透水性差，常

呈酸性至強酸性反應。

分布:華中、華南及西南廣大地區。

冰磧物:冰川攜帶的物質沉積形成。

性質：層次薄，地勢平坦。

分布：第四季期間沒有大陸冰蓋,冰川堆積，多為零星式小片分布。

第三節土壤的形成

土壤形成過程:在一定的時空條件下,母巖或母質與生物、氣候因素以及土體內部所進行的

物質與能量的遷移和轉化過程的總體。

(1）地質大循環

地殼表層的巖石礦物經過物理、化學風化，形成細小的顆粒，同時有一部分元素溶于水，

這些巖石礦物的風化物隨流水進人海洋，在海洋中經過長期的地質作用重新形成各種沉積

巖,這一過程我們稱之為地質大循環。

(2）生物小循環

土壤中的生物，特別是綠色植物選擇吸收各種礦質養分，通過光合作用合成有機物，當生

物體死去之后，生物殘體通過微生物的分解作用，各種養分又重新釋放出來，供給土壤生

物循環利用，這一周而復始的過程稱之為生物小循環。——土壤養分得到固持富積。

（3)土壤形成是地質大循環和生物小循環的矛盾統一。地質大循環是營養元素不斷向下淋

失，而生物小循環卻從地質大循環中不斷地積累生物所必需的營養元素。

一.影響土壤形成的因素

1、自然因素

(1)母質—血緣關系

1.土壤礦物質源于土壤母質，并在土壤發育過程中進一步風化;

2.土壤母質的機械組成決定了土壤的機械組成

3．母質透水性對成土作用有顯著影響

巖漿巖:花崗巖形成的土壤—富鉀而缺磷;玄武巖形成的土壤—缺鉀而富磷

沉積巖：砂巖形成的土壤—鹽基養分較貧乏；頁巖形成的土壤—鹽基養分較豐富

（2）氣候(水熱條件)

1、直接參與母質的風化,直接影響礦物質的分解與合成及物質積累和淋失;

2、控制植物生長和微生物的活動，影響有機質積累和分解,決定養料物質循環的速度。

Ⅰ濕度因子對土壤形成的影響

?影響土壤中物質的遷移（eｍiｇration）

淋溶型水分狀況在降水量大于蒸發量的地區，土壤表層每年水分的收入大于支出,有多

余的水補給地下水。這種土壤常具有鹽基飽和度低、酸性強等特點。

非淋溶型水分狀況蒸發量略大于降水量,降水只能到達一定的深度，蒸發較強,土壤淋

溶作用弱。這類土壤常具有中性至微堿性反應、鹽基飽和度高的特點，剖面中常有鈣積層。

上升水型水分狀況:其特點是蒸發、蒸騰總量大大超過降水量,其差額由地下水補充,如

果地下水礦化度高,則會導致鹽漬化；如果地下水達不到地表，而只能達到剖面中部，則稱

為“半上升水型”水分狀況。

停滯型水分狀況:其特點是地表經常積水，沼澤化土壤即屬此類型。

?影響土壤中物質的分解、合成和轉化

表土有機質含量常隨大氣濕度的增加而增加。

濕潤地區的土壤風化度較高,而在干旱地區則較弱。

Ⅱ溫度對土壤形成的影響

影響礦物和有機物質的風化與合成。一般來說,每增加10℃溫度,反應速率可成倍增加。

溫度從０℃增長到５0℃時,化合物的解離度可增加７倍。

溫度、水分起主要作用。花崗巖風化殼在廣東可厚達３０~４０米,浙江一般在5～6米,而青

海高原常不足１米。

Ⅲ溫度和濕度的共同影響

實際上水熱兩因子是共同作用著的，只有兩者互相配合,才能促進土壤的形成發展。

在熱帶地區(tｒoｐｉcｒeｇｉon),只有在充足的水分條件下，高溫才能促進原生礦物的

深度風化,形成磚紅壤，而在缺少水分的條件下，風化強度較弱，土壤向燥紅土方向發展。

Ⅳ氣候變化與土壤形成

由于氣候帶、植被和土壤之間存在明顯的關系,許多土壤學家非常重視氣候在土壤形成中的

作用,并提出了土壤地帶性(soilzoｎaliｔy)的概念。

在中國溫帶，自西向東大氣濕度遞增,依次出現:

棕漠土、灰棕漠土、灰漠土、棕鈣土(灰鈣土）、栗鈣土、黑鈣土和黑土。

在中國溫帶東部濕潤區，由北而南熱量遞增,土壤分布依次為:

暗棕壤、棕壤(褐土)、黃棕壤、黃壤、紅壤和磚紅壤。

(3)生物因素在土壤發生中的作用

土壤形成的生物因素包括植物、土壤動物和土壤微生物。

（一）植物在成土過程中的作用

能量轉化（conversiｏnofｅnergy)及有機質形成

利用太陽輻射能，合成有機質據科夫達估計，在陸地上植物每年形成的生物量約為3．5

×1０10噸，相當于2.１3×1０１7千卡的能量

促進土壤形成及結構體的發展

植物根系可分泌有機酸,通過溶解和根系的擠壓作用破壞礦物晶格,改變礦物的性質,促進

土壤的形成;并通過根系活動,促進土壤結構的發展。

自然植被和水熱條件(nａturａlvｅgetatｉｏｎandhｙdrothermaｌcondiｔｉon)的

演變,引起土壤類型的演變

由東北往華南的森林植被和土壤的分布依次為:針葉林(棕色針葉林土)→針闊混交林(暗棕

壤)→落葉闊葉林(棕壤）→落葉常綠闊葉林(黃棕壤)→常綠闊葉林(紅壤、黃壤、赤紅壤）

→雨林、季雨林(磚紅壤)。

富集作用(eｎrｉchment)及有效化(effｅｃtuaｔion）

氣候:

植被（生物)：主要是高等綠色植物。

地形:對熱量、水分以及母質進行再分配。

母巖(母質）:影響土壤的性狀。

時間:陸地土壤的形成大約于4億年左右的古生代中期,為原始幼年土。

2、人為因素:通過改變地形、人工排水、人工灌溉等各種活動影響土壤的發育。

二.土壤形成的實質

蘇聯道庫恰耶夫指出了五大成土因素。

蘇聯威廉士提出：在五大因素中生物起主要作用,認為生物產生以前,地球上僅存在物

質的地質大循環,即巖石風化——搬運——沉積——巖石——風化——搬運。生物出現后，

改變了物質的去向,形成了物質的生物小循環,即營養元素——有機體——營養元素。

土壤形成的實質就是物質的地質大循環和物質的生物小循環矛盾統一。

第四節土壤的形態特征

土壤形態特征是土壤的外部特征,這種外部特征通過人們的感官（視覺，觸覺，嗅覺）

來實現。

一、概念

1、土壤剖面:從地表凋落物向下直到土壤母質的垂直切面。

2、土壤發生層:由于成土作用形成的土層。

二、典型的森林土壤的發生層

O層：枯枝落葉層由覆蓋在礦質土壤中的有機物構成。

A層：腐殖質層（淋溶層)顏色較暗,根系多,動物活動明顯。

B層:淀積層由上層淋溶來的物質淀積而成。

C層:母質層由巖石風化物的殘積物或運積母質形成。

堅實巖層用D表示，過渡層用相鄰層的符號表示。

在黃土高原地區由于水土流失，土壤受到侵蝕作用而失去Ａ層，保留B,Ｃ層的剖面構

型。

三、耕作土壤的層次

耕作層:受耕作影響，疏松，暗質,根系多集中于這層。

犁底層:顏色較淺,較緊實。

心土層：犁底層之下,顏色淺，根系少。

底土層：不受耕作影響，人們把這層土稱為生土或死土。

四、土壤剖面形態特征

1、顏色:是土壤最重要的形態特征之一,是劃分土壤層次的重要依據，也是一些土壤命名的

依據之一。土壤顏色主要決定于土壤化學組成和礦物組成。

2、質地

3、結構

4、堅實度

5、孔隙狀況

6、新生體：土壤形成過程中,由于物質的遷移、淋洗和聚積所產生的物質。

7、侵入體：由人類活動影響產生的。

1、根量

10、石礫含量

１1、碳酸鈣含量

12、pH值:用混合指示劑測定。

１３、層次過渡狀況

本章重點:巖石的風化產物、及巖石的風化產物的母質類型，土壤的發生層次和形態特征描

述術語。

本章難點:土壤的發生層次。自然土壤的發育先從A層開始，然后再發育B層。母質層一般

沒有生物活動。另外各層的界限并不十分明顯。這需配合土壤教學實習來學習。

第二章巖石風化和土壤形成復習思考題

一、名詞解釋

1、物理風化；２、化學風化；3、生物風化;4、成土母質;5、土壤剖面;

一、簡答題

1、化學風化包括哪幾種作用？

2、簡述礦物抵抗風化的相對穩定性順序。

3、影響巖石風化的因素有哪些？

4、風化產物的生態類型有哪些類型?并詳細說明。

5、土壤成土母質有哪些類型？并詳細說明。

6、土壤顏色能反映哪些物質組成?

7、土壤的剖面形態特征包括哪些？

8、自然土壤剖面包括哪些層次？

9、耕作土壤剖面包括哪些層次?

10、土壤新生體和侵入體有什么區別?

二、影響土壤形成的因素有哪些？他們是如何影響土壤形成的。