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【地理专题】坡地地貌——土屑蠕动,影响土壤有机质分解和转化的因素
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2024.04.19 福建

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03:39

科普动画《地质灾害前兆·科学避害》视频


土屑蠕动


斜坡上的碎屑或土壤颗粒在重力作用下缓慢向下坡运动,称为土屑蠕动

由于颗粒或岩屑之间的相对位移小,运动过程缓慢,不易一下觉察出来,时间久了,斜坡上各种物体就会显出变形。

例如,电线杆歪斜、树干弯曲、土墙或篱笆向斜坡下方倾斜和斜坡草皮向下坡移动等(下图)。

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土屑蠕动不论是在寒带地区、温带地区或热带地区都可发生,它的形成主要是由于温度变化或湿度变化而引起斜坡碎屑和土壤颗粒的物理性质改变所致。

另外,植物根的生长和动物的践踏也会使斜坡上的土屑蠕动在寒冷地区。

斜坡上冬天地面冻结而膨胀隆起从AB到CD(上图),土壤中的颗粒或碎屑M随着地面膨胀沿垂直坡面方向上升到M。

解冻时,地面恢复到原来位置AB,但颗粒或碎屑受重力作用则由M移到M。经过这样一次冻融作用之后,士壤颗粒或碎屑由M移到M,如此年复一年的反复进行,土壤颗粒或碎屑将不断向下坡移动。

斜坡上的碎屑或土壤颗粒因日温差或干湿变化而发生胀缩,也可造成向下坡蠕动。

斜坡上的裂隙、动物洞穴或植物根系腐烂留下的空洞,都可使上坡物质失去稳定而向下移动。

其他如树木摇摆和动物践踏也有助于斜坡物质向下移动。

坡地上发生崩塌、滑坡和土屑蠕动造成的坡面侵蚀,称坡面重力侵蚀。由此形成的堆积物称重力堆积物

有机质是土壤中最活跃的组成物质。一方面,外来有机物质不断地输入土壤,并经微生物的分解和转化形成新的腐殖质;另一方面,土壤原有有机质不断地被分解和矿化,离开土壤。进入土壤的有机物质主要由每年加入土壤中动植物残体的数量和类型决定,而土壤有机质的损失则主要取决于土壤有机质的氧化及土壤侵蚀的程度。进入土壤的有机物质与有机碳从土壤中损失之间的平衡决定了土壤有机质的含量。

有机物质进入土壤后由其一系列转化和矿化过程所构成的物质流通称为土壤有机质的周转。

当土壤有机质水平处于稳定状态时,土壤中有机质流通量达到土壤有机质含量所需的时间,称作土壤有机质的周转时间。由于微生物是土壤有机物质分解和周转的主要驱动力,因此,凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素都会影响有机物质的分解和转化。

01

温度

温度影响到植物的生长和有机质的微生物降解。一般说来,在0℃以下,土壤有机质的分解速率很小。在0~35℃温度范围内,提高温度能促进有机物质的分解,加速土壤微生物的生物周转。温度每升高10℃,土壤有机质的最大分解速率提高2~3倍。一般土壤微生物活动的最适宜温度范围大约为25~35℃,超出这个范围,微生物的活动就会受到明显的抑制。

02

土壤水分和通气状况

土壤水分对有机质分解和转化的影响是复杂的。土壤中微生物的活动需要适宜的土壤含水量,但过多的水分导致进入土壤的氧气减少,谭老师地理工作室综合整理从而改变土壤有机物质的分解过程和产物。当土壤处于嫌气状态时,大多数分解有机质的好氧微生物停止活动,从而导致未分解有机质的积累。

土壤有机质的分解和转化也受土壤干湿交替作用的影响。干湿交替作用使土壤呼吸强度在很短时间内大幅度地提高,并使其在几天内保持稳定的土壤呼吸强度,从而增加土壤有机质的矿化作用。另一方面干湿交替作用会引起土壤胶体,尤其是蒙脱石、蛭石等粘土矿物的收缩和膨胀作用,使土壤团聚体崩溃,其结果一是使原先不能被分解的有机物质因团聚体的分散而能被微生物分解;二是干燥引起部分土壤微生物死亡。

03

植物残体的特性

新鲜多汁的有机物质比干枯秸秆易于分解,因为前者含有较高比例的简单碳水化合物和蛋白质,后者含有较高比例的纤维素、木质素、脂肪、蜡质等难于降解的有机物。有机物质的细碎程度影响其与外界因素的接触面,而影响其矿化速率。同样,密实有机物质的分解速率比疏松有机物质缓慢。

有机物质组成的碳氮比(C/N)对其分解速度影响很大。植物体的C/N变异很大,豆科植物和幼叶的C/N在10:1到30:1,而一些植物锯屑的C/N可高达600:1。这与植物种类、生长时期、土壤养分状况等有关。一般来说,植物成熟阶段组织中蛋白质的含量下降,而木质素和纤维素的比例增加,因而其C/N增加。与植物相比,土壤微生物的C/N要低得多,稳定在10:1到5:1,平均为8:1,其中细菌中蛋白质的含量比真菌要稍高,因此C/N较低。由此可知,微生物每吸收1份氮大约需要8份碳。但由于微生物代谢的碳只有1/3进入微生物细胞,其余的碳以CO2的形式释放。因此,对微生物来说,同化1份氮到体内,必须相应需要约24份的碳。显然,植物残体进入土壤后由于氮的含量太低而不能使土壤微生物将加入的有机碳转化为自身的组成。为了满足微生物分解植物残体对氮的养分需要,土壤微生物必须从土壤中吸收矿质态氮,此时土壤中矿质态氮的有效性控制了土壤有机质的分解速率,最终的结果是微生物与植物之间竞争土壤矿质态氮。为了防止植物缺氮,在施用含氮量低的水稻、小麦等作物秸秆时应同时适当补施速效氮肥。随着有机物质的分解和CO2的释放,土壤中有机质的C/N降低,微生物对氮的要求也逐步降低。最后,当C/N降至大约25:1以下,微生物不再利用土壤中的有效氮,相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮,使得土壤中矿质态氮的含量比原来有显著的提高。但无论有机物质的C/N大小如何,当它被翻入土壤中,经过微生物的反复作用后,在一定条件下,它的C/N比或迟或早都会稳定在一定的数值。一般耕作土壤表层有机质的C/N在8:1到15:1,平均在10:1到12:1之间,处于植物残体和微生物C/N之间。土壤C/N的变异主要受地区的水热条件和成土作用特征的控制,如我国湿润温带的土壤中C/N稳定于10:1到12:1左右,而热带、亚热带地区的红、黄壤则可高达20:1。

当然除了氮之外,硫、磷等元素也都是微生物活动所必须的,缺乏这些养分也同样会抑制土壤有机质的分解。要特别一提的是土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解,这种矿化作用称之为新鲜有机物质对土壤有机质分解的激发作用。激发效应可以是正、也可以是负。正激发效应存在有两大作用:一是加速土壤微生物碳的周转,二是由于新鲜有机物质引起土壤微生物活性增强,从而加速土壤原有有机质的分解。但在通常情况下,微生物生物量的增加超过了分解的腐殖质量,因此净效应是土壤有机质增加。

04

土壤特性

气候和植被在较大范围内影响土壤有机质的分解和积累,而土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量。土壤有机质的含量与其粘粒含量具有极显著的正相关,粘质和粉砂质土壤通常比砂质土壤含有更多的有机质。腐殖质与粘粒胶体结合形成的粘粒—腐殖质复合体,可防止有机质遭受分解。免受微生物的破坏。

土壤pH也通过影响微生物的活性而影响有机质的降解。各种微生物都有其最适宜于活动的pH范围,大多数细菌活动的最适pH,在中性附近(pH6.5~7.5),放线菌的最适pH略偏向碱性一侧,而真菌则最适于酸性条件下(pH3~6)活动。pH过低(<5.5)或过高(>8.5)对一般的微生物都不大适宜。因此,在农业生产中,改良过酸或过碱土壤,对促进有机质的矿化有显著效果。

试题链接

(2023·重庆·高考真题)萨列哈尔德(66°589'N,66°596'E) 位于西西伯利亚平原北部, 自然植被为苔原。

该地曾长期施用生物有机肥种植农作物。

现已撂荒多年,撂荒初期,撂荒耕地土壤表层有机质分解速度高于自然土壤。据此完成12-13题

12、撂荒前该地可种植农作物,是因为种植期间

A 地表蒸发弱  B 积雪厚度小

C 日照时间长  D 昼夜温差大

13、撂荒耕地土壤表层有机质分解速度高于自然土壤,是由于撂荒初期

A 土壤通气性好 B 土壤温度低

C 枯枝落叶层厚 D 植株高度高

官方答案:C A

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