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四川盆地紫色丘陵区成土特征

杜静  
【摘要】:土壤是农业生产的基础,是植物生长繁育和作物生产的基地,为植物提供养分和支撑,涵养水源,稳定和缓冲环境变化,同时还能通过土壤碳库调节气候。在长期的土壤研究中,气候、地形、母质、生物和时间被认为是土壤形成的五大因素,成土过程是在地质风化过程的产物——成土母质的基础上,气候、生物等因素的作用下发生的一系列物质转化和迁移过程,是一个缓慢的过程。但是,随着[业的发展、人口的增加和耕地的减少,人为耕作强度越来越大,且集约化农业成为现代农业的重要生产方式,人为作用对土壤的影响越来越深刻。四川盆地位于我国的西南部,是著名的红层盆地,因亚热带的季风气候和较为肥沃的紫色土壤,该地区成为我国西部重要的农业地区。目前,该地区大量自然紫色土被开发为农业土壤,且发展大规模农业成为农业发展的趋势。但人为活动对紫色母质发育土壤形成演化的影响,并未受到足够的重视。本研究以四川盆地自然条件下、传统耕作条件下和集约化耕作条件下紫色母质及发育土壤为对象,通过对自然条件下、传统和集约化耕作条件下土壤剖面发育特性、化学风化、成土的物理化学特征分析和对比,研究三种条件下土壤的成土特征,探讨人为活动对其发育成土的影响,为紫色丘陵区土壤的可持续改造和利用提供科学依据。 1.自然条件下的成十特征 通过对自然条件下,不同紫色母质及其发育土壤剖面发育特性、化学风化、成土的物理化学特征分析,结果表明:自然条件下紫色土存在较弱的化学风化,元素淋失处在脱Ca、Na、Mg的初始阶段,CIA、CIW和Na/K比值三个风化指标在A、C层间和B、C层间差异均不显著,各层次样品在A-CN-K三角图中的数据点分布趋势线与A-CN连线平行,土壤处于斜长石风化和脱Ca、Na阶段,且各层次数据点分布位置差异不大。由于较强的物理风化,土壤中砾石含量较少,土层厚度较大。有机碳积累显著,A层的积累量达9.27g/kg,B层的积累量为3.65g/kg。随着土壤风化发育的进行,成土的理化性质发生改变,土壤粘粒含量和质地分形维数增大,土壤颗粒变细,pH稍微降低,降低值多在0.2-0.3个单位,土壤全氮显著积累,A层的积累量为0.46g/kg,B层的积累量为0.19g/kg,B层土壤存在磷的淋失,淋失量为0.071g/kg,A层土壤存在磷的较少积累。 由于在沉积成岩之前经历的化学风化程度不同,不同紫色母质原始风化度存在差异,成土元素组成、pH值和质地状况也存在差异,这对成土过程中化学风化程度较低,pH值变化较小的紫色土化学风化程度、成土元素组成、pH值和质地状况具有重要影响,同时对成土过程中质地变化也存在重要影响,并掩盖了其他因素对所采集剖面这些风化发育特性的影响。但地形地貌、气候和生物等方面的差异对土壤成十的其他理化性质影响较大。台地发育土层厚度较大,土壤有机碳和氮的积累大于浅丘或丘陵顶部发育十壤,磷的淋失程度小于浅丘或丘陵顶部发育土壤,总体来说,台地发育剖面风化发育指数大于浅丘或丘.陵顶部发育剖面。而由于气候和生物等方面的差异,相同地形部位发育剖面土层厚度和土壤有机碳、氮以及磷的积累淋失情况也存在一定程度的变异。 2.传统耕作下的成土特征 通过对四川盆地传统耕作条件下沙溪庙组紫色母质及其发育剖面和紫色土沉积母质发育剖面形态特性、化学风化、成土的物理化学特征分析以及与自然条件下各方面性质的对比,结果表明,在传统旱地和水田耕作下,沙溪庙组砂岩母质发育土壤总体处于斜长石风化和Ca、Na、Mg淋失阶段,但与自然条件下不同紫色母质发育土壤成土特性相比可知,旱地耕作方式促进了土壤的化学风化,在旱地耕作方式下,各地形部位沙溪庙组砂岩母质发育土壤CIA、CIW和Na/K比值三个风化指标都相对于成土母质发生了显著的变化,而水田耕作方式更促进了土壤的化学风化,相同母质发育水田土壤元素的淋失更为强烈,不同样点位置发育水田土壤CIA和CIW值都大于不同地形部位发育旱地土壤,Na/K比值都小于不同地形部位发育旱地土壤。此外,水田耕作方式由于水分影响,土壤中Fe和Mn的氧化还原作用较为普遍,1m内基本出现W层和G层,土壤中Mn的淋失以及Fe的迁移累积较为显著,而旱地少数剖面中也出现相同情况。由于土壤化学风化影响土壤质地,旱地耕作方式下,不同地形部位沙溪庙组母质发育的土壤粘粒含量和质地分形维数增加量都大于自然条件下不同紫色母质发育土壤,而不同样点位置发育水田土壤粘粒含量和质地分形维数都大于不同地形位置相同母质发育旱地土壤。传统旱地耕作促进了土壤酸化,而水田耕作条件下表层土壤的酸化比传统旱地耕作土壤严重。与自然条件下紫色土相比,传统耕作旱地土壤有机碳和土壤氮的积累减弱,而由于外源磷肥的施入,表层土壤出现磷的累积。与旱地耕作方式下紫色土相比,水田耕作方式促进了土壤密度的降低、有机碳和全氮的积累、碱解氮含量的提高和土壤团聚状况的改善,但由于水田长期淹水,也促进了土壤磷的淋失和有效磷含量的降低。 在传统耕作方式下,成土母质对土壤发育成土存在影响,地形地貌和样点位置也通过对人为活动强度以及土壤侵蚀的影响对土壤发育成土产生影响。研究区紫色土沉积母质发育剖面化学风化程度、土壤质地、团聚状况和土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量以及阳离子交换量与相似样点位置(非水旱交界)沙溪庙组砂岩母质发育的水田剖面都存在差异。浅丘坡腰发育剖面中由于有一个改种过七八季水稻,两个剖面位于农户旁,人为活动影响较大,因此,在传统旱地耕作方式下,该地形位置发育剖面土壤化学风化程度、粘粒含量、质地分型维数最大,此外有机碳、全氮、碱解氮、速效钾含量也最大,团聚体发育状况也最好,而全磷和有效磷含量最低。由于旱地十壤较为强烈的剥蚀搬运,水旱交界样点位置发育水田剖面化学风化程度和多项成土理化性质都处于旱地土壤和非水旱交界位置发育水田剖面之间,与非水旱交界位置发育水田剖面存在差异。同时,由于土壤剥蚀、搬运、积累和掩埋作用的发生,浅丘坡谷和坡脚发育的旱地剖面B层土壤化学风化程度和质地状况和A层相近,土壤有机碳、全氮、全磷和有效磷含量都大于浅丘坡腰发育剖面B层土壤。 3.集约化耕作下的成土特征 通过对刚进行土地整理、土地整理后集约化利用7个月,十地整理后集约化利用19个月的三个农业集约化利用区域沙溪庙组砂岩母质及紫色土沉积物发育旱地和水田十壤整理及利用前后的剖面发育特性、化学风化、土壤质地的对比分析以及刚进行土地整理区域土地整理前后团聚状况和其他成土化学特性的对比分析得出,农业集约化过程中土地整理引起土壤扰动,人为增厚旱地土壤土层,由于和水田A层土壤的混合,人为加大了A层十壤的发育程度,旱地整理后,A层土壤化学风化程度、粘粒含量和质地分形维数增大,土壤砾石含量增加,密度降低,团聚状况也稍微变差,其他成土理化性质处于旱地和水田整理前表层土壤之间,B层土壤砾石含量显著增加,其他成土性质变化不大。水田表层土壤由于旱地表层土壤的混入,发育程度被人为降低,W层由于人为混入旱地B层十壤以及母岩爆破崩解体成为P层,潴育化程度降低,土壤发育程度也受到人为降低。水田整理后,A层和P层土壤化学风化程度、粘粒含量和质地分形维数降低,土壤砾石含量增加,密度稍微增加,其中A层土壤化学风化程度、粘粒含量和质地分形维数以及砾石含量的变化小于P层,A层土壤团聚状况显著变差,其他成土理化性质处于旱地和水田整理前表层土壤之间,P层土壤团聚状况也显著变差,但由于土地整理前旱地B层和水田W层间多数成土理化特征差异不大,因此在土地整理前后变化不大。此外,由于母岩爆破产生砾石和田坎土壤进入土体以及其他有些较高部位十壤的搬运覆盖,多数剖面中,水田G层在lm的剖面层次内并不出现。总体来说,由于土地整理的进行,土壤发生了显著的农业集约化扰动,人为增大了旱地剖面发育指数,降低了1m以内水田剖面发育指数。 通过对刚进行土地整理、土地整理后集约化利用7个月,土地整理后集约化利用19个月的三个农业集约化利用区域沙溪庙组砂岩母质及紫色土沉积物发育旱地和水田土壤整理及利用后的剖面发育特性、化学风化、成土的物理化学特征的对比分析得出,农业集约化耕作促进了土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量的增加,也促进了土壤团聚体的形成和土壤无机碳的次生累积,但三个区域土壤都处在斜长石风化和Ca、Na、Mg淋失阶段,在研究区农业集约化耕作时限内,土壤化学风化和质地状况并末表现出明显变化。 综上所述,紫色丘陵区自然条件下、传统耕作条件下和集约化耕作条件下土壤成土特征存在不同特点。在自然条件下,由于原始风化度、质地状况和pH值不同,母质对土壤化学风化程度及pH值存在重要影响,对成土过程中的质地变化也存在重要影响,地形对土壤物理风化,有机碳、氮、磷积累淋失存在重要影响,此外,母质、气候、生物因素对十壤有机碳、氮、磷含量也存在影响。传统耕作中,由于施肥、耕作、灌溉措施不同,不同耕作方式对土壤剖面特性、化学风化和成土的物理化学特征存在不同影响。人为活动加速了紫色母质发育土壤的化学风化,促进了土壤质地的变化和土壤酸化,也带来了土壤其他化学成上特性的改变,且这种影响在一定程度上受到地形地貌等因素的影响。在集约化耕作过程,集约化扰动显著影响土壤成土特性,改变了水田的土体结构,增大旱地剖面发育程度,但破坏了土壤团聚体,集约化耕作显著促进了碳、氮、磷的积累和团聚状况的改善,提高了十壤碱解氮、有效磷和速效钾含量,但在本研究区集约化耕作时限内化学风化和质地状况以及pH值等并未表现出明显的变化。虽然耕作加速了土壤化学风化,但总体来说,由紫色母质及紫色土沉积母质发育的自然土壤、传统耕作土壤以及集约化耕作条件下的土壤都处于斜长石风化和Ca、Na、 Mg淋失阶段,化学风化程度总体仍较低。


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