2019土壤地理学课件第八讲草原与荒漠土壤（1）.ppt

土 壤 地 理 学,第 八 讲 2010。11.22,草原与荒漠土壤,内 容 1，中国草地概况 2，黑钙土 3，栗钙土 4，棕钙土 5，荒漠土壤,草原和荒漠土壤黑钙土、 栗钙土、棕钙土与荒漠土壤,我国国土面积50以上地区的土壤。是干旱、半干旱荒漠与草原生物气候条件下的土壤。 主要分布于我国北部与西北部地区。这些地区是我国重要生态屏障，也是我国重要畜牧业基地。,1，中国草地槪况,欧亚大陆草原,关于“草原”,aestiduri herbosa:阿列兴世界植被分类用语 range: 泛指北美可以用来放牧的土地 steppe: 泛指欧亚大陆草原 puszta: 匈牙利草原 prairie: 北美草原 pampas: 南美草原 veld: 非洲草原 mallee: 大洋洲草原,关于“草地”,agostadero:美国得克萨斯州，西班 牙语; clun(clon):英格兰； darbra：梵语； grassland；广泛使用； hirsel:苏格兰； lay:短期草地； pasture:(也可翻译为草地）； prairie: 法语； vega: 葡萄牙语。,草甸:meadow 草坪：green; lann; turf; turfgrass,我国草地概况,面积： 类型： 分布: 定位：多功能生态功能、经济功能、社会功能 草地科学研究,草地生态功能,1.绿色屏障，维护生态安全 风蚀量的大小，风蚀临界风速的高低与植被盖度关系极大。当植被盖度在69.7%时,风蚀临界风速为10.23米/秒,风蚀量0.14kg,而植被盖度只有10.8%时,风蚀临界风速降低到7.84米/秒，风蚀量达到4.56kg。,2.保持水土 草原植被地下部分特别强大的固土作用与其根系类型特点有关。草原植物根量大，根分布浅，细根比例大是草原植被根系的重要特点，这一特点对于固土作用十分重要。,3.能量固定 东北平原羊草草地羊草群落 太阳总辐射能为2321827.10kJ/m2.a,其中有18.44%被羊草群落反射掉，有38.84%透射过羊草群落进入地表，有42.72%被羊草群落吸收。 在羊草群落吸收的辐射能中，群落的总光合作用固定辐射能，占太阳总辐射的3.02%。群落的蒸腾作用，损耗的辐射能，占总辐射的39.7%，群落的净光合作用积累的能量,只占太阳总辐射能的0.51%。,4.碳库 主要碳循环模型的计算，人类每年向大气排放的CO2约7万亿吨碳，其中约有一半(3.2万亿吨碳)留存于大气中，2.0万亿吨碳由海洋吸收，其余的1.8万亿吨碳是目前尚未确定吸收汇的碳被称作“未知汇” 。 全球不同类型草地生态系统的碳储量约占全球陆地生态系统碳储量的29%31 %,土壤是巨大碳库值得重视,土壤是地球表面最大的有机质碳库，全球土壤有机质碳库为1.5万亿吨，大约是陆地生物碳库的3倍，大气碳库的23倍 我国是世界上平均土壤碳密度较低的国家。据统计，我国表土平均有机质碳密度略小于全球平均值，是欧盟国家平均值的70%75% 。,土壤是全球最大的陆地碳库，在lOOcm土层内有机碳储量为14621548 Pg。与此相比，陆地植被碳库为610 Pg，大气为750 Pg 储量巨大的土壤碳库不仅是全球碳循环中 重要的动态组分，而且是一个潜在的碳源,中国陆地生态系统土壤有机碳总量为1 0018×10 8 t，平均碳密度为l083 kgCm2 中国土壤是一个巨大的碳库。,我国草地生态系统碳素总 量为308 PgC， 占陆地生态系统碳素总储量的152 %， 碳素储量绝大部分集中于土壤中，地上生物量中仅为1O% ； 草地生态系统不像森林生态系统那样具有明显的地上生物量，但由于地上部分受放牧、农垦等的影响碳循环远较森林生态系统要强烈，地上部分碳循环不仅速度快，而且向大气排放二氧化碳的作用明显；作为主要碳贮存库的地下部分，由于草地所处的特殊地理位置和气候条件，导致其地下部分分解普遍较慢，草地作为碳汇的作用更为明显,草原植被地下部分与地上部分比例10：1或者更高（高寒草甸有20：1）,森林植被地下部分与地上部分比例小于1.一般0.40.5,5.丰富基因库 草原是丰富生物基因库。草原所具有丰富的生物基因，在历史上为解决人类的食物、药用植物、家畜品种作出了巨大的贡献。而其大量的具有多种抗逆性能的植物所具备的特殊基因，潜藏着未来为解决人类的健康、食物、能源等方面需求的可能与希望。,6.开创土壤形成新模式 7.初级生产其量可观 8.草原旅游,8.1 黑钙土(chernozem) 温带半湿润草甸草原植被下由腐殖质积累作用形成较厚腐殖质层，和碳酸钙淋淀作用形成碳酸钙淀积层的土壤。 近代土壤学研究的起点。,8.1.1 分布 世界分布,欧亚大陆相当广泛。 在我国东北以呼兰河为界，西达大兴安岭西侧，北至齐齐哈尔以北地区，南至西辽河南岸。 在内蒙古东部、新疆昭苏盆地、华北燕山北麓、阴山山脉、甘肃祁连山脉东部的北坡、青海东部山地、新疆天山北坡及阿尔泰山南坡等山地土壤的垂直带谱中也有分布。,8.1.2 形成条件 气候特点是春季干旱，多风，夏季温和，多雨，冬季寒冷。年均温-205 ，年降水350-450 mm,是草原中最为湿润的类型。年蒸发量800-900 mm，干燥度1。降水大部分集中在夏季。,自然植被为温带草甸草原 主要由多年生丛生禾草与根茎禾草组成，植物种 类组成丰富，盖度大，可达80%，生产力较高，每公顷产干草2 t以上。草群中含有大量中生杂类 草，地下部分生物量也较高，而且分布较深。 丛生禾草：如大针茅 根茎禾草：如羊草 中生杂类草：如地榆、黄花等,黑钙土地形主要是低山、丘陵和台地，而以丘陵为主。 其形成母质主要是：冲积物、洪积物、湖积物、黄土及少量的各种石灰性岩石的残积物、坡积物等。,8.1.3 形成过程 主要是腐殖质积累过程 钙积过程 8.1.3.1腐殖质积累过程 地上部分生物量很高（200 g/m2）, 地下部分生物量也很高（2000-3000 g/m2）主要集中于上部土层。,有机质分解季节性很强。 有机质积累高，且分布较深，,8.1.3.2 碳酸盐淋溶与淀积 K、Na 淋溶充分 Ca、Mg 部分淋溶 一定深度的钙积,8.1.3.3 钙积过程的生物作用 1）地上部分生物量含钙量 0.56-2.06%，每年吸收Ca 1.6 g/m2 即16 kg/hm2 。 2）地下部分0-100 cm，Ca 1.8 g/m2 即18 kg/hm2 。 3）二者相加，达到34 kg/hm2 。,8.1.3.4 黏土矿物形成的生物作用 1）羊草地上部分 SiO2 3.19% 2）地下部分SiO2 12-20 % 3）每年有378 g/m2即3780 kg/hm2转入土壤，这是蛋白石重要来源。 4）其元素组成有利于蒙脱石与伊利石形成,8.1.4 剖面形态特征 Ah层：腐殖质层，30-50 cm，黑色 或暗灰色，粘壤土，粒状或团粒状结构，不显或微显石灰反应，pH7.0-7.5，向下呈舌状逐渐过渡。 ABh层：过渡层，30-40 cm，灰棕色，粘壤土，小团块状结构，有石灰反应， pH7.5左右，可见到鼠穴斑，向下呈舌 状或指状逐渐过渡。,Bk层：石灰淀积层，40-60 cm，灰 棕色，块状结构，砂质黏壤土，土体 紧实，可见到白色石灰假菌丝体、结核、斑块淀积物，有明显的石灰反应， pH 8.0左右。,Ck层：母质层，第四纪中更新统（Q2） 黄土状亚粘土，黄棕色，块状结构， 含少量碳酸盐，有石灰反应。,8.1.5 基本物理与化学性质 1）黏粒在剖面中部有聚积现象，但无 明显黏化特征，有弱黏化现象。黏粒聚集层与钙积层基本一致，表明成土过程存在残积黏化过程。 表层具水稳性团粒结构，通气性、适水性、保肥性、耕性均较好。 2）腐殖质含量50-70 g/kg之间。,3）盐基交换量较高，多在20-40 cmol/kg之间，盐基饱和度在90%以上，以钙、镁为主，pH表层为中性，向下逐渐过渡到微碱性。,4）SiO2、Fe2O3、Al2O3在剖面分异不明 显，上下均一。但CaO、MgO有一定分异，由上至下逐渐增多。粘土矿物以蒙脱石为主。 5）是草原土壤中最为肥沃、肥力最高的土壤，常是农业开垦的对象。,黑钙土细菌种群组成特征的研究,黑钙土中的细菌种群组成：枯草芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、类产碱假单胞、荧光假单胞茵变种I、施氏假单胞茵、放射形土壤杆菌变种I、放射形土壤杆菌变种、约氏不动杆菌、乙酸钙不动杆菌、喜盐微球菌、产黄纤维单胞茵、粪肥纤维单胞茵、柠檬色节杆菌、球形节杆菌、黄黄色杆菌等 而柠檬色节杆菌、球形节杆菌、放射形土壤杆菌变种I、类产碱假单胞、荧光假单胞茵变种I、枯草芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、粪肥纤维单胞茵为黑钙土的优势细菌种群。（崔俊涛等，2005）,8.1 .6 亚类划分 普通黑钙土 淋溶黑钙土 石灰性黑钙土 草甸黑钙土 1）普通黑钙土 黑钙土的典型亚类,2）淋溶黑钙土 气候较湿润，坡度较大，CaCO3淋溶作用较强。在B层的较深位（150 cm左右），有石灰菌丝体形态出现。B层内还可能出现铁锰结核，说明铁锰有下移现象。 有机质含量较高，1 m-1.5 m土层内几乎不含游离CaCO3 ，交换性阳离子中有少量的氢离子，微酸性。,3）石灰性黑钙土 降水量减少，向半干旱过渡，淋溶作用弱，地表开始有明显的石灰反应，微酸性，盐基饱和。下部CaCO3淀积层发育明显，有的形成石灰富集层。腐殖质层较薄，多小于30 cm，腐殖质含量小于30g/kg。质地较粗，沙性增大。,4）草甸黑钙土 黑钙土向草甸土的过渡性亚类。地势低平，地下水位较高，土壤水分条件较好，植被生长繁茂，土壤表层累积腐殖质较多，含量在40g/kg以上。CaCO3淀积部位较高，多见于50 cm土层内。下部土层可见到锈斑、潜育斑，具有一定的水成土壤特征。,8.1.7 与相关土类区分 1）与栗钙土区分 栗钙土温带半干旱地区，降水较少，腐殖质矿化明显，其含量低，多小于40g/kg，呈栗色；碳酸钙淀积层的层位高，土体内有明显钙积层， pH 8.0左右。,8.1.8 系统分类分析黑钙土 暗厚干润均腐土： 暗沃表层的厚度至少为50 cm。,8.2 栗钙土 (chestnut soil,kastanozem) 温带半干旱典型草原下, 具有栗色腐殖质层和 碳酸钙淀积层的土壤.,8.2.1 分布 欧亚大陆分布很大，草原中心部位。鄂尔多斯、黄土高原、呼伦贝尔、锡林郭勒、阴山北麓、大兴安岭南部、西辽河平原等地 以及阴山、贺兰山、祁连山、阿尔泰山、天山、昆仑山等垂直带谱中。,8.2.2 形成条件 气候： 温带半干旱大陆性，年均温度-26，年降水量250350 mm。主要集中于夏季，冬春少雪。 母质： 黄土状沉积物，各种岩石风化物以及洪积物、冲积物、湖积物。,地形： 坡状高平原、低山、丘陵、山地 植被： 典型草原，多年生旱生丛生禾草与根茎禾草，少量杂类草与灌木。 旱生：植物水分生态型中的一类。水分生态型是植物长期生活在一定的水分条件下而产生的适应类型，陆生植物中可分出旱 生、中生与湿生三大基本类型和一些中间类型 。,8.2.3 形成过程 8.2.3.1 腐殖质积累过程： 8.2.3.2 碳酸盐的淋溶与淀积 8.2.3.3 钙积层形成的生物作用 8.2.3.4 残积粘化,8.2.3.1 腐殖质积累过程：,植物群落种类组成、群落高度、盖度、生物量都低于草甸草原。每m21520种，主要是禾本科，其次为豆科、菊科等，平均高度30 cm左右，地上部分生物量150 g/m2左右。 地下部分生物量较高，达900 g/m2以上。地下部分生物量也低于草甸草原。,正因为如此，其有机质含量也一般 低于 4 腐殖质层厚度也浅。一般50 cm 有机质伫量约97 t/hm2，也低于黑钙土。,8.2.3.2 碳酸盐的淋溶与淀积 由于气候更趋干旱，CaCO3积累更显著。 剖面CaCO3含量更高，可达 14，每hm2可达789 t 形成紧实具明显棱块状结构的B层。在30 cm以下即为钙积层。,8.2.3.3 钙积层形成的生物作用 地下部分生物量含钙量5.4-2.7，是地上部分近4倍。,8。2.3.4 残积粘化 雨热同期有利于矿物风化及粘粒形成。 弱粘化与钙积层部位一致，不显著。称之为隐粘化,.2.4 剖面形态特征 Ah层：2550 cm，暗棕色至灰黄棕色，砂壤至砂质粘壤土，粒状或团块状结构，大量活根及半腐解残根，常有啮齿动物穴，过渡明显。 Bk层：30-50 cm，灰棕至浅灰色，砂质粘壤至壤粘土，块状结构，坚实，根稀少，石灰淀积多,呈网纹、斑块状，也有假茵丝或粉末状。向下逐渐过渡。,C层：因母质类型而异，洪积、坡积母质多砾石，石块腹面有石灰膜；残积母质呈杂色斑纹，有石灰淀积物；风积及黄土母质较疏松均一，后者有石灰质。 剖面显著特点：栗色;表层腐殖质含量4;腐殖质层厚度50 cm，过渡明显;明显的钙积层,栗钙土不同土地利用方式下有机碳和无机碳的剖面分布,土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库。约是大气碳库的的33倍，生物碳库的45倍。土壤碳库01的变化将导致大气圈CO2的浓度提高1mg·m 3。 土壤碳库包括土壤有机碳库和土壤无机碳库，前者是湿润、半湿润地区碳库的主要形式，而后者是干旱、半干旱地区土壤碳库的主要形式，一般比土壤有机碳库大25倍。陆地表面约32为干旱、半干旱地区，全球无机碳库为940 Pg，干旱、半干旱地区无机碳库占总无机碳库的92。,土壤无机碳在剖面上的分布有两种类型：高低一(高)一(低)型和低一高一(低)一(高)型。100 cm 深的土壤有机碳密度的平均值为848千克。平方米；退耕地耕地干旱半干旱草原典型草原，主要分布在表层。030 厘米土壤有机碳密度为0100 cm的43左右；而 土壤无机碳密度的平均值为710 千克。平方米，退耕地典型草原耕地干旱半干旱草原，主要分布在下层土壤。,放牧强度对草原砂质栗钙土某些物理性质影响的研究,1，010 cm土壤砾石(2mm)含量随放牧强度增加而增高，即随放牧强度增加，土壤逐渐砂砾质化。 2，结构体的水稳性随放牧强度增加逐渐变差。 3，随着放牧强度的增加土壤结构性状逐渐变差。（贾树海等，2006）,锡林河流域羊草草原暗栗钙土矿质氮动态变化,1，羊草草原暗栗钙土中矿质氮主要以NH+一N形式存在，矿质氮含量仅占土壤全氮的020 O92 ； 2，土壤矿质氮含量随草地放牧强度升高而降低； 3，生长季010cm、1020cm和2O30cm各层土壤氮含量随土壤温度、水分和植物生长吸收的变化明显波动，不同深度土壤矿质氮的季节变化趋势基本一致，表层010cm土壤矿质氮含量波动幅度最大：在4月和7、8月份，氮浓度分别出现峰值；氮含量随采样深度增加而降低,放牧对暗栗钙土磷的贮量和形态的影响,1.与未放牧草地相比，放牧草地土壤O60 cm 碳、磷贮量分别损失了241% 和240 %。0 100 cm碳、磷贮量损失了23 %和21% 。 2.磷的损失主要是有机磷。放牧使土壤中铁磷占全磷的比例明显下降；钙磷占全磷的比例稍有提高,.2.6 亚类划分 1）普通栗钙土： 2）暗栗钙土： 3) 淡栗钙土：,4）草甸栗钙土,5）盐化栗钙土：,6）碱化栗钙土,7）栗钙土性土,3）淡栗钙土 是栗钙土与棕钙土之间的过渡亚类，气候更为温暖而干旱，具有轻度荒漠生境特点，淡栗钙土常与少量盐化栗钙土构成复域。,4）草甸栗钙土 是栗钙土向草甸土的过渡性亚类，地下潜水位34 m，底土短期水分饱和引起潜育化过程。 5）盐化栗钙土 向盐土的过渡性亚类，分布在地形低洼、易溶盐在土体和地下潜水中聚积的地形部位，如湖泊外围、封闭或半封闭洼地、河流低阶地、洪积扇扇缘等。,6）碱化栗钙土 向碱土的过渡性亚类，分布在小型碟形洼地、粘质干湖盆、河流高阶地，其形成多与母质或地下潜水含有Na2CO3有关。 7）栗钙土性土 其形成和分布与贫钙的砂性母质有关，少量的钙质在较强淋溶条件及透水良好的砂性母质中很难形成钙积层，全剖面盐基饱和。,8.2.7 与相关土类区分 1）与黑钙土区别： 表层有机质含量4是界限。 2）与棕钙土区别： 棕钙土分布于荒漠草原，其Ah层更薄，有机质也少，因而腐殖质不明显。 3）与栗褐土区别： 栗褐土Ah层有机质少于栗钙土。,.2.8 系统分类分析栗钙土 简育干润均腐土： 均腐土因其具暗沃表层与均腐殖质特性。 干润因其土壤水分状况。,