土壤形成

土壤的主要成土過程

成土過程的系統分析：從系統研究的觀點出發，土壤是自然環境中一個相對獨立

的系統，屬于開放系統。對土壤系統的研究側重于分析物質的運動和轉化。我們

將其概括為四個基本過程：

（1）輸入土壤系統的物質輸入主要有：巖石風化后疏松碎屑物的加入；水分通

過降水、徑流等形式進入土體；隨水加入的溶解物質和懸浮物質；源自植物與動

物的有機質；來自大氣中的O2等。

（2）輸出土壤系統的物質輸出主要有：表層土壤的侵蝕；水分向大氣的蒸發和

向地下的滲透；隨水流發生的溶解和懸浮物質的損失；土壤礦質化和反硝化作用

導致的CO2和N2的釋放等。

（3）轉移轉移是指物質在土壤內部的位置移動，在大部分情況下移動是向下進

行的。其中包括粘粒、有機質、鐵鋁氧化物等膠體物質及較大的礦物顆粒以水中

懸浮狀態進行的向下淋洗，以及簡單鹽類與其他離子以溶解狀態發生的向下淋

溶，但有時也發生向上的轉移（蒸發較強時）和側向的移動（坡度較陡時）。上

述的物質轉移主要是由土壤內部的水流帶動和控制的，因此可說是物理的或機械

的轉移。與此相對的是生物轉移。這包括一部分土壤動物的搬運活動和植物根系

對養分元素的選擇性吸收引起的物質轉移。

（4）轉化土壤中的物質轉化主要是指在土體內物質存在形式或性質的改變。如

殘落物轉化為腐殖質、原生礦物轉化為次生礦物；養分元素從封閉狀態轉化為自

由狀態；鐵錳結核的形成；結構體的組織，等等。

從整體上來說，輸入和輸出過程代表的是土壤系統與外界的物質交換，而轉移和

轉化則主要反映的是土體內部的物質位移、變動與重新組合。四種過程是土壤系

統分析的理論基礎和高度概括。

在實際工作中，土壤學家發現在各種不同的自然環境條件下，土壤都表現出某種

獨特的成土作用，因此細分出了許多方面。根據主因的不同，土壤的形成過程又

分為生物過程和地球化學過程兩大類。下面將擇其要者闡釋如下：

1．腐殖化過程

腐殖化過程是一種生物成土過程。指進入土壤的有機殘體轉化為腐殖物質并在土

壤表層積累的過程。腐殖化過程的結果是在土壤的表層形成一個色調偏暗的腐殖

質層（Ah）。腐殖化過程是礦質土壤形成中的一個普遍過程。但由于不同自然

地理環境中的植被與氣候條件的差異，腐殖化的程度有強有弱，影響的深度有大

有小。因此各地土壤的腐殖質層的厚薄、顏色的深淺各有不同。一般來說，在冷

濕的草原及草甸植被下土壤腐殖質層發育最厚，腐殖質含量最高，顏色最暗。

2．泥炭化過程

泥炭化過程也是一種生物成土過程。是指有機質主要以植物殘體形式在土體上部

積聚的過程。泥炭化過程主要發生在地下水水位很高或地表有積水的沼澤地帶。

在積水環境下，大量濕生植物的殘體因缺乏氧氣而不能徹底分解或完全腐殖化，

逐漸堆積形成泥炭層（H）。有時泥炭層中尚能保留植物體的組織原狀。

3．灰化過程

灰化過程一般發生在冷濕的氣候條件下，尤其是在寒帶針葉林地區最為典型。灰

化作用發生的具體條件可以概括為四點：①降水量大于蒸發量，保證它有充足的

水分形成常年向下的淋洗水流。②比較低的溫度條件，微生物的活性受到限制，

有機質分解緩慢，有機酸大量積累。特別是具有寒冷漫長的冬季與短暫涼爽夏季

的地區，對灰化作用最有利。③地表植物殘體積聚，形成較厚的覆蓋層。殘落物

中缺乏鹽基元素，腐解產生的有機酸酸性很強。④母質排水條件良好，質地不很

粘重，有利于水分下行。

地表覆蓋層中產生的大量有機酸，在水流的攜帶下向下移動進入土體上部。活性

很強的有機酸對土壤礦物有強烈的破壞性，除含硅較多的石英外，大部分的原生

和次生礦物都會在有機酸的作用下分解，從礦物中分離出來的大量鹽基離子和鐵

鋁氧化物與腐殖質一起隨強酸性溶液向下運動，經過一段距離的遷移后，腐殖質

與鐵鋁的氧化物發生淀積，其他鹽基離子則繼續下行直至淋失。這一過程的結果

產生了差別明顯的淋溶層和淀積層。淋溶層又分為兩部分：上部是一個薄的酸性

的，腐殖質含量較豐富的A層，顏色偏暗；下部由于氧化鐵和腐殖質等染色劑

已大量淋失，僅殘留下石英等淺色礦物，因而出現一個質地松脆、顏色灰白的酸

性E層。B層由于腐殖質和氧化鐵等膠體物質的淀積，因而呈現出紅棕色。愈靠

近上部顏色愈濃。在E／B兩層交接處形成一個色調差別非常明顯的界面。B層

由于膠體物質的淀積，因此比較致密。特別是當氧化鐵和氧化鋁聚集時，可使一

部分土壤顆粒膠結成如石塊般堅硬的層次，這種膠結層稱為“硬盤”。

“灰化”這個詞來源于俄語，意為“灰土”，因為俄國土壤學家最早研究了亞極

地針葉林下的土壤，發現E層的特性很突出，外貌像草灰的樣子，故取名為灰

化土。現代分類學意義上嚴格的灰化土也只是出現在寒帶的針葉林地區和一部分

山地的上部。但灰化現象的出現范圍卻非常廣泛，在冬季寒冷潮濕的某些較中緯

度帶也有發生，但不如高緯地帶典型。

4．鐵鋁化過程

鐵鋁化過程的發生條件與灰化作用的條件不同。它出現在高溫多雨的氣候條件

下。濕潤的低緯度地區幾乎都有程度不同的鐵鋁化作用發生。鐵鋁化發生的具體

條件是：①全年降雨量大于蒸發量，或者有一定的蒸發大于降水的旱季。但總起

來看土壤水分以下行淋洗為主。②持續高溫，土壤細菌和真菌活動強烈，死亡植

物迅速徹底的分解，產生的有機酸很少。③植被繁茂，生物量較大，有機質主要

分布于活體之內，地面及土壤中有機質不多，生物循環作用旺盛。④母質排水條

件良好，有利于淋溶過程的進行（圖9．24）。

鐵鋁化作用與灰化作用的最大差別就在于腐殖質的積累不多，產生的有機酸很

少，表面土壤只呈微酸性反應。高溫多雨地區也是風化作用最強烈的地區。土壤

中的化學風化進行得比較徹底，原生硅酸鹽礦物風化后，釋放出鹽基子和硅酸根

離子（SiO32-），并形成高嶺石及三水鋁石和赤鐵礦等穩定的次生三二氧化物

｛R2O3·（nH2O）｝。在酸性和弱酸性條件下，鹽基離子和硅酸根離子隨水淋

溶，但氧化鐵和氧化鋁卻不受淋洗（只有當pH＜4.5的強酸條件時才會移動），

而是作為殘余物質留在土層之中。下滲的水流帶走了硅酸根和大部分的鹽基離

子，鐵鋁氧化產物由于其他成分被淋洗而變得相對富集。

鐵鋁化過程的結果在土壤剖面上并沒有產生像灰化土那樣鮮明的層次分異，而是

由鐵的染色作用使整個土壤剖面呈現紅色（或黃色）的基調。如果表層腐殖質含

量較多的話，A層也可能呈現紅棕色或紅褐色。在有季節性干旱的地區，土壤水

分在旱季向上運行，可將底層強酸環境中的一些鐵鋁物質向上攜帶沉積，與原有

的鐵鋁氧化物聚積發展成一種紅色的鐵鋁膠結層，稱為laterite（來自拉丁文，意

為“磚”）。因為當這種物質暴露于空氣中時，會變得非常堅硬。在印度支那地

區就經常把它砌成磚塊，干燥后作為建筑材料使用。磚紅壤也因此得名。由于熱

帶地區磚紅壤中的鐵鋁化過程最為突出和典型，所以過去習慣上也稱鐵鋁化過程

為磚紅壤化過程。

5．鈣化過程

鈣化過程是干旱與半干旱地區土壤中普遍存在的成土過程。以中緯度的草原和荒

漠草原地帶最為典型。鈣化作用發生的條件是：①降水量與蒸發量接近相等或低

于蒸發量，淋溶作用微弱。②溫度和降水有比較明顯的變化，降水集中時或有一

定的淋溶作用，但干旱時期以毛管水上升為主。③由于下層土壤水分不足，難以

支持深根性的森林植被生長，植物以淺根性的草類為主。④母質排水良好，土壤

不受地下水位的影響（圖9．25）。

雖然由于水分不足，使土壤的淋溶作用比較微弱，但在降水過程中仍然存在水分

的向下運動。土壤中由于礦物風化和有機質分解而釋放的鹽基離子也必然隨水遷

移。但不同種類鹽基離子的活性是有差異的，一價離子如Na+，K+的溶解性最強，

極易隨水遷移；一價離子如Ca2+，Mg2+等，溶解性較弱，活動性也差。隨著下行

水分的不斷減少，溶液濃度逐漸升高，二價離子便會在一定范圍內形成固體鹽類

沉積下來，其中尤以碳酸鈣（CaCO3）的沉積最為突出。有時也有石膏（CaSO4）

的淀積。而一價離子則大多隨水淋失，最終脫離土體。在干旱季節里，由于土壤

表層蒸發強烈，雨季儲存于下層深處的毛管水便會向上運動，上升到一定高度時

水分蒸發，其中所含的Ca鹽也會析出沉淀。這樣就在土體之內形成一個含Ca

量豐富的層次，稱為鈣積層。

鈣化過程的結果也使土體出現明顯的層次分異。上部由于草本植物的影響，形成

一個有機質含量較高的暗黑或暗棕色的表層（顏色深淺視有機質含量而異），表

層以下則由于CaCO3的積累而出現色調較淺的鈣積層。鈣積層的深淺或出現的

部位與氣候的干濕程度有關。雖然鈣化過程都發生在降水量不大的地區，但降水

的多寡仍導致淋溶的程度有強有弱，因此形成的鈣積層也就有淺有深。在鈣積層

中，CaSO4的溶解性稍強于CaCO3，故石膏淀積在碳酸鈣之下。

6．粘化過程

粘化過程在溫帶和暖溫帶的濕潤、半濕潤氣候條件下特別突出。土體中穩定和適

宜的水熱條件，有利于原生礦物化學風化作用的進行。但風化的強度遜于鐵鋁化

過程，風化作用的產物主要是次生的粘土礦物，如伊利石、蒙脫石、高嶺石等。

粘化過程的結果通常是在土體心部形成一個次生礦物聚集的粘化層（Bt）。粘化

層中次生粘土礦物的來源可有兩種途徑：一是原生礦物原位轉化形成，這稱為殘

積粘化；一是由上部土層淋洗遷移而來，稱為淀積粘化。一般來說，在淋溶作用

較弱的地區土壤粘化過程以殘積粘化為主。在淋溶作用較強的地區，則兼有殘積

粘化和淀積粘化的雙重作用（圖9．26）。

以上所述的灰化、鐵鋁化、鈣化和粘化四種成土過程都是與大范圍的氣候條件相

聯系的，它們的發生具有地帶性的分布規律，因此也稱為地帶性成土作用。地帶

性土壤的發育都必須滿足一個條件，即分布于排水良好的地形部位上，以保證在

降水后把土壤中過剩的水分全部排走。但地球陸地表面各處都有排水不良的地

方，這些地方包括濕潤氣候下的沼澤地、集水地和低平濕地，以及干燥氣候下的

碟形洼地。這些地區的共同特點是地下水位接近地表，整個土體或下層土壤處于

水分飽和狀態中。因局地排水條件不良而引起的成土過程包括潛育化和鹽化過

程。它們都是隱地帶性的。

7．潛育化過程

在濕潤環境下，排水不良的土壤中所進行的成土過程稱為潛育化過程。由于受地

形的限制，降水后形成的過量重力水不能迅速排出，整個土體或下層土壤全年處

于飽和狀態，水分占據了幾乎所有的空隙，空氣難以流通，因此土體處于缺氧的

條件下，還原作用占優勢。高價狀態的鐵離子還原為低價的亞鐵離子。其他一些

變價元素（如錳離子），也呈低價還原狀態，還原土層以灰色為基調，有時出現

藍綠色。在地下水位有季節性變動的部位，大空隙部分時間會有空氣的流通，因

此出現一些局部的氧化現象，亞鐵離子轉化為氧化鐵（高價），在藍灰的基質上

出現褐紅色的斑塊或花紋。潛育化現象在土壤剖面中用g表示。潛育化土壤由于

水分豐富，常常是沼澤植物繁生的地方。在氣候比較寒冷的中高緯地區，有機殘

體因為微生物活動較弱而得不到及時分解，所以在土壤的表層容易出現一個有機

質大量積累的黑色泥炭層（H）（圖9．27）。

8．鹽化過程

在地下水位較高而又氣候干燥、蒸發力強的地方，土壤發生鹽化過程（圖9．28）。

因為干燥少雨，干旱地區的土壤普遍缺乏有效的淋溶作用。在干旱區中地勢相對

低洼的碟形盆地，由于地下水的匯聚，飽和含水層距地面很近。干旱環境下的地

下水一般是含鹽分較多的高礦化度溶液，強烈的地面蒸發過程將地下溶液抽至土

壤表面，水分最終蒸發汽化，所含的可溶性鹽類則結晶析出。這種水逸鹽留的過

程持續進行，就會使可溶性鹽類在土壤表面逐漸積累，甚至出現鹽殼。這種含鹽

的表層就稱鹽積層，在土壤剖面中以sa表示。

在一些并非干旱而地下水位和礦化度都較高的地區，如果一年中有某個時期的蒸

發力特別強大，土壤表面也可能出現暫時的鹽分積累，但在隨后雨季中則會重新

將鹽分淋洗下去。這稱為季節性的返鹽現象。地勢低平的黃河三角洲一帶就屬于

這類地區，土壤表層的鹽化現象在干燥大風的春季特別突出。

自然界中天然發生的積鹽過程稱為鹽化作用，由人為活動而產生的地面鹽分積聚

稱為次生鹽化作用。次生鹽化主要是由于人類水利措施不當導致地下水位上升而

引起的，包括不適當的灌溉、修建水庫和引水渠等。