2020-05-21 10:39:12

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环境工程
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土壤剖面是指从地面向下挖掘所裸露的一段垂直切面,深度一般在两米以内。土壤垂直断面中土层(可包括母岩)序列的总和。通常由人工挖掘而成,供观察和研究土壤形态特征用。因修路、开矿或兴修水利设施时显露的土壤垂直断面称自然剖面。

基本信息

  • 中文名

    土壤剖面

  • 外文名

    The soil profile

  • 释 义

    地表到母质的垂直断面

  • 深 度

    两米以内

折叠 编辑本段 结构

土壤剖面(图1)土壤剖面(图1)

土壤剖面指从地表到母质的垂直断面。不同类型的土壤,具有不同形态的土壤剖面。土壤剖面可以表示土壤的外部特征,包括土壤的若干发生层次、颜色、质地、结构、新生体等。在土壤形成过程中,由于物质的迁移和转化,土壤分化成一系列组成、性质和形态各不相同的层次,称为发生层。发生层的顺序及变化情况,反映了土壤的形成过程及土壤性质。

土壤剖面发生层一般分为:表土层(A层)、心土层(B层)和底土层(C层)。底土层中,还包括潜育层(G层)。表土层也叫腐殖质-淋溶层,是熟化土壤的耕作层;在森林覆盖地区有枯枝落叶层。心土层也叫淀积层由承受表土淋溶下来的物质形成的。

底土层也叫母质层,是土壤中不受耕作影响,保持母质特点的一层。潜育层也叫"灰粘层",是在潜水长期浸渍下经潜育化作用形成的土层,土色蓝绿或青灰色,质地粘重,通气不良,养分转化慢。观察和了解土壤剖面是认识土壤、分析鉴定土壤肥力,制定耕作措施的最重要方法之一。

从地面垂直向下至母质的土壤纵截面称为土壤剖面。一般都表现出一定程度的水平层状构造,在野外以其颜色、质地、结构及松紧度、新生体等区分。层状结构为其最重要特征,是土壤形成及其物质迁移、转化和累积的表现。一般划分3个最基本层次:①表土层(A层)。为有机质积聚层和物质淋溶层;②心土层(B层)。为淋溶物质淀积层;③底土层(C层)。又称母质层。这3个基本层最早由俄国土壤学家道库恰也夫命名,以后,人们根据每个基本层的性状与发生学特点又进一步细分。

简单剖面

土壤剖面坑示意图土壤剖面坑示意图原始剖面:剖面上只有A和AC层。

弱分异剖面:剖面层次分异不明显,各层之间无明显界线

侏儒剖面:发生层完整,但每一土层的厚度甚薄。

巨型剖面:热带气候条件下高度风化形成的超深厚剖面,厚度可达数米至十余米。

侵蚀剖面:土壤剖面上部部分层次被侵蚀掉。

复杂剖面

1)异源母质剖面:土壤剖面上部土层的成土物质与底部基岩或母质组成不一致的剖面。

2)埋藏剖面:由于后来物质覆盖,在土壤剖面的一定深度中出现一个或一个以上埋藏层或埋藏剖面的剖面。

3)堆叠剖面:原来的土壤剖面多次被沉积物质覆盖,或由于大量使用泥肥、土粪等使土壤表层或耕层不断垫高。

4)翻动剖面:剖面表土层以下的土层经人为翻动到地表。

5)人造剖面:在采矿、兴修水利等活动后,将混杂的土壤物质堆积或填回而形成的剖面。

折叠 编辑本段 种类

折叠 自然剖面

土壤剖面(图2)土壤剖面(图2)由于人为活动而造成的土壤自然剖面,例如,新修公路、铁路,工程或房屋建设,矿产开采,新修水利,平整土地和取土烧砖瓦,以及河流冲刷、塌方等,均可形成土壤自然剖面。自然剖面的优点是垂直面比较深厚,可观察到各个发生土层和母质层,同时暴露范围比较宽广,可见到土层薄厚不等的各种土体构型的剖面,这就有利于选择典型剖面,比较不同类型土体构型的剖面,对分析研究土壤分类、土壤特性、土壤分布规律都比较有利。自然剖面的缺点是暴露在空气中较久,因受风吹日晒雨淋的影响,其剖面形态特征已发生了变化,不能代表当地土壤的真实情况,因而它只能起参考作用,不宜做主要剖面。但一些最新挖掘的自然剖面,也可选其典型者做主要剖面;如果是形成已久的自然剖面,则在进行观测时,应加整修,以挖除表面的旧土,使其暴露出新鲜裂面。

折叠 人工剖面

人工剖面:是根据土壤调查绘图的需要,人工挖掘而成的新鲜剖面,有的也叫土坑。

折叠 主要剖面

主要剖面,是为了全面研究土壤的发生学特征,从而确定土壤类型及其特性,而专门设置挖掘的土壤剖面。它应该是人工挖掘的新鲜剖面,从地表向下直挖掘到母质层(或潜水面)出露为止。

折叠 检查剖面

检查剖面,也叫对照剖面,是为对照检查主要剖面所观察到的土壤形态特征是否有变异而设置的。它一方面可丰富和补充修正主要剖面的不足,另一方面又可以帮助调查绘制者区分土壤类型。检查剖面应比主要剖面数目多而挖掘深度浅,其深度只需要挖掘到主要剖面的诊断性土层为止,所挖土坑也应较主要剖面为小,目的在于检查是否与主要剖面相同。如果发现土壤剖面性状与主要剖面不同时,就应考虑另设主要剖面。

折叠 定界剖面

定界剖面,顾名思义是为了确定土壤分布界线而设置的,要求能确定土壤类型即可。一般可用土钻打孔,不必挖坑,但数量比检查剖面还要多。定界剖面只适用于大比例尺土壤图调查绘制中采用,中、小比例尺土壤调查绘制中使用很少。

折叠 编辑本段 分类

传统上,按B.B.多库恰耶夫的划分,土壤剖面分为3个基本发生层,即A、B、C层。目前多分为O、A、E、B 、C、R等基本发生层。

O 层是森林土壤中由枯枝落叶形成的、未分解或有不同程度分解的有机物质层。

A 层是受生物气候或人类活动影响形成的有机质积累和物质淋溶表层。有机质含量高,颜色较暗黑。

E 层是硅酸盐粘粒、铁铝等物质明显淋失的漂白淋溶层。

B 层是位于A层或(若有)E层之下,硅酸盐粘粒、氧化铁、氧化铝、碳酸盐、其他盐类和腐殖质等物质聚积的淀积层。

C 层是位于B层或A层(在无B层时)之下的母质层。

R 层即基岩,或称母岩。虽非土壤发生层,但却是土壤剖面的重要组成部分,土壤形成的基础。

A 层和B层合称为土体层(solum)。反映母质层在成土过程影响下已发生深刻的或一定程度的变化,形成土壤剖面上部土层的特征。

也有主张把长期为水分饱和的有机表层所形成泥炭层专门分为H层,以区别于无水分饱和情况下形成的森林土壤有机表层;把长期受地下水影响,导致土壤中铁、锰化合物还原为低价铁、锰而形成带蓝灰色的潜育层分为G层,也作为基本发生层。基本发生层按其发育上的差异可进一步划分为若干亚层。例如O层可分为O1、O2、O3层;B层可分为B1、B2、B3、层等。在两个基本发生层之间出现兼有两者特征的称为过渡层,其符号为AB、BC等。若两基本发生层犬牙交错,则称指间层,其符号为A/B、E/B等。

不同的土壤类型有其特征性的土壤发生层组合,从而产生不同的土壤剖面构型。通常按A、E、B、C等土壤发生层的出现和序列(即剖面分异和发育阶段)分为AC剖面、 ABC剖面、AEBC剖面、BC剖面等类型。也可按剖面分异发育状况分为原始剖面、弱分异剖面、正常剖面、侵蚀剖面、异源母质剖面、多元发生剖面、翻动剖面等。

剖面还可按基本发生层在土壤形成上的分异进行细分,用小写字母作为后缀表示该发生层的类型,例如Ah表示腐殖质表层,Bh表示腐殖质淀积层,Bt表示粘粒淀积层,Ap表示耕作层等。用这种发生层序列反映的土壤剖面构造类型可作为鉴别成土类型和进行土壤分类的依据。美国土壤工作者在1960年提出,并在1975年完善了土壤诊断层 (diagnostic horizons)的概念,用以反映土壤剖面中最能说明土壤特征、特性并具有明确的形态、数量指标的发生层,作为鉴别各级土壤类型的依据之一。现诊断层的概念已渐为人们所熟悉和采用。

折叠 编辑本段 形成原理

人类生产活动和自然因素的综合作用,使耕作土壤产生层次分化。典型的耕作土壤剖面层次,从上到下大体可以分为三层:表土层,心土层和底土层。

土壤剖面各发生层次的形成:成土过程中,原生矿物不断风化,产生各种易溶性盐类,含水氧化铁和含水氧化铝以及硅酸等,并在一定条件下合成不同的粘土矿物。同时通过土壤有机质的分解和腐殖质的形成,产生各种有机酸和无机酸。在降雨的淋洗作用下引起土壤中的这些物质的淋溶和淀积,从而形成了土壤剖面的各种发生层次。

淋溶作用:指土壤中的下渗水,从土壤剖面的上层淋溶或浮悬土壤中某种成分的作用。因此一般将土壤剖面的上层称为淋溶层或简称A层。

淀积作用:指下渗水到达剖面下层沉淀其中某些溶解物或悬浮物的作用。因此,土壤剖面的下层一般称为淀积层或简称B层。B层之下一般是未受淋溶或淀积作用的土壤母质层,简称C层。土壤母质下面,如果是未风化的基岩,称为基岩层或简称D层。

物质的转移作用

淋溶作用和淀积作用密切联系,是物质转移过程所导致的两种结果。土壤水携带着溶解或悬浮的物质产生的移动,称为物质的转移作用。这种转移作用分为物理性转移和化学性转移。

物理性转移

矿物质与有机物质胶粒以及其他微粒,从A层到B层而沉淀下来,使B层质地相对变粘,干燥时亦可发生裂隙。

化学性转移

矿物在风化过程中产生的可溶性盐类等,从A层随着下渗水下移,或停积在B层或到达地下水层而流失。草原区域因易溶性盐的聚积常生成石灰质和石膏质硬盘。温带森林区域含铁铝的有机和无机胶体可悬浮在渗漏水和毛管水中,从A层移动到B层,亦可形成铁质硬盘。

折叠 编辑本段 主要层次

潜育层

地下水位高而排水不良的地方,矿物在风化过程中产生的可溶性盐类往往由剖面的下层,随着毛管水的上升到达地面,形成盐结皮,这种物质转移的方向和一般情形相反。由于通气不良,特别是在地下水位很高的情况下,B层的下段或C层的一部分,将因还原作用变为蓝灰色或绿灰色,称为潜育层或灰粘层或简称G层。

1.O层:枯落物层

据分解程度不同,可分为三个亚层。

L层:分解较少的枯枝落叶层。

F层:分解较多的半分解的枯枝落叶层。

H层:分解强烈的枯枝落叶层,已失去其原有植物组织形态。

2.A1层:腐殖质层

可分为两个亚层。

A11层:聚积过程占优势(当然也有淋溶作用)、颜色较深的腐殖质层。

A12层:颜色较浅的腐殖质层。

3.A2层:灰化层

4.AB层:腐殖质层和淀积层的过渡层。

5.B层:淀积层,里面含有由上层淋洗下来的物质,所以一般较坚实。据发育程度的不同可分为B1、B2、B3等亚层。

6.BC层:淀积层和母质层的过渡层。

7.G层:潜育层。

8.C层:母质层。据盐的不同有:

CC层:母质层中有碳酸盐的聚积层

CS层:母质层中有硫酸盐的聚积层。

9.D(R)层:母岩层。

根据土壤剖面发育的程度不同可以有不同的土壤类型。上面介绍的模式剖面,在实际工作中,往往不会出现那么多的层次,而且层次间的过渡情况也会各有不同,有的层次明显,有的不明显,有的是逐渐的。层次间的交线有平直的、曲折的、带状的、舌状的等多种形式。

折叠 编辑本段 形态特征

折叠 土壤颜色

土壤颜色是土壤内在物质组成在外在色彩的表现。由于土壤的矿物组成和化学组成不同,所以土壤的颜色是多种多样的。通常在鉴别土壤层次和土壤分类时,土壤颜色是非常明显的特征。土壤颜色采用芒塞尔颜色命名系统,将土块与标准颜色卡对比,给予命名。给土壤的颜色定名时,用一种颜色常常有困难,往往要用两种颜色来表示,如棕色,有暗棕,黑棕,红棕等之分。这样定名,在前面的字是形容词,是指次要的颜色,而后面的字是指主要的颜色。

决定土壤的颜色,主要有以下几种物质:

腐殖质含量多时,使土壤颜色呈黑色。含量少时,使土壤颜色呈暗灰色。

氧化铁在土壤中的氧化铁一般多为含水氧化铁,如褐铁矿针铁矿等,这些矿物使土壤呈铁锈色和黄色。石英,斜长石,方解石,高岭石二氧化硅粉末,碳酸钙粉末等,它们都能使土壤呈白色。氧化亚铁广泛出现在沼泽土,潜育土中,它使土壤具有蓝色或青灰色,如蓝铁矿,这类矿物为白色,但遇空气中的氧即很快变为青灰色。除物质成分影响土壤颜色外,土壤的物理性状不同,也会使土色有所差别。例如,土壤愈湿,颜色愈深,土壤愈细,颜色愈浅,光线愈暗,颜色愈深。所以在比较土壤颜色时,必须注明条件。

折叠 土壤结构

土壤结构就是土壤固体颗粒的空间排列方式。自然界的土壤,往往不是以单粒状态存在,而是形成大小不同,形态各异的团聚体,这些团聚体或颗粒就是各种土壤结构。根据土壤的结构形状和大小可归纳为块状,核状,柱状,片状,微团聚体及单粒结构等。

土壤的结构状况对土壤的肥力高低,微生物的活动以及耕性等都有很大的影响。同时一些人为的活动将很大程度上破坏土壤的结构。如森林采伐后,由于重型机械的使用将导致土壤被压实,土壤表层结构被破坏。

折叠 土壤质地

土壤质地是土壤中各种颗粒,如砾,砂,粉粒,粘粒的重量百分含量。土壤质地影响土壤肥力,如土壤持水力,土壤通气性,有机质的贮存,营养元素的吸附和土壤的耕性,从而影响树木的生长。

准确测定土壤质地要用机械分析来进行,但在野外常用指测法来判断土壤质地,将土壤质地分为:砂土,砂壤土,轻壤土,中壤土,重壤土,粘土等。

折叠 土壤湿度

土壤水分是植物生长所必需的土壤肥力因素。根据土壤水分含量,在野外将土壤湿度分为:干,潮,湿,重湿,极湿等。

折叠 新生体

在土壤形成过程中新产生的或聚积的物质称为新生体,它们具有一定的外形和界限。新生体可以按它们的外观分类,也可按它们的化学组成来分类。按外观分,新生体盐霜,盐斑,结核等。

按照化学组成分,新生体可由易溶性盐类组成,如氯化钠硫酸钠,碳酸钙等;还有由晶质或非晶质的化合物组成,如含水氧化铁的化合物,氧化亚铁的化合物,锰的化合物,二氧化硅和有机物等。

新生体是判断土壤性质,土壤组成和发生过程等非常重要的特征。例如,盐结皮和盐霜,表示土壤中有可溶性盐类的存在。锈斑和铁结核是近代或过去,在水影响下产生于干湿交替的特征。

折叠 侵入体

位于土体中,但不是土壤形成过程中聚积和产生的物体,称为侵入体。侵入体有砖头,瓦片,铁器和磁器等。一般常见于耕作土壤中,是判断人为经营活动对土壤层次影响所达到的深度,以及土层的来源等。

折叠 编辑本段 施工方法

剖面的设置、挖掘和观察 土壤剖面应设置在代表性较广的地形部位上。一般挖成 1×1.5~2米的长方形土坑,其深度因土而异。对发育于基岩上的土壤,一般挖至露母岩为止;通常深1~3米左右;对沼泽土、潮土、盐土和水稻土等地下水位较高的土壤以出现地下水为止。挖出的表土与心土要分别堆置于剖面坑的两侧。观察面上沿的地表不能堆土和走动,以免影响观察、采样。

剖面挖就后,先按形态特征自上而下划分层次,逐层观察和记载其颜色、质地、结构、孔隙、紧实度、湿度、根系分布、动物活动遗迹、新生体以及土层界线的形状和过渡特征。接着根据需要进行pH、盐酸反应、酚酞反应等的速测。最后自下而上地分别观察、采集各层的土样,并将挖出的土按先心底土、后表土的顺序填回坑内。

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