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四川盆地成土速率及其调控

李渝  
【摘要】: 土壤是在漫长的地质年代里,在物理、化学和生物作用下由基岩风化产物、各种松散沉积物(成土母质)发育形成的近地表自然介质。由于生物、气候、地形、时间和人类活动等多种外界因素对母质风化作用和土壤形成速率的综合作用,导致土壤形成年龄相差很大。为此要定量探讨时间对土壤形成和发育的影响,即建立成土速率模型,是一个看似简单而实际上极为复杂的问题。近年来,国外内不少学者将模型研究引入成土过程,通过模型方法定量研究成士过程,使成土速率研究的准确性大为提高。但在模型估算时需结合各种土壤形成的条件和自然环境特征、生产力水平,因此在测定时需要进行较多的校正。土壤中的基盐阳离子消失和快速补充使得对其成土速率的研究存在很大的不确定性。过去的研究大多从自然条件下描述其成土过程,而人为作用对成土过程的影响却一直被忽视。本文采用质量平衡法、PROFILE模型法和Barth模型法对四川盆地紫色母岩上发育形成的紫色土成土速率进行估算,选取一种适合紫色土成土过程的模型方法。同时通过田间试验,研究人为扰动条件下成土元素含量及其分布特征,并结合成土速率模型分析人为扰动对成土速度及其分类学特征的影响。主要研究结果如下: (1)三种成土模型方法对外界环境条件的变化较为敏感。质量平衡法估算出的紫色土成土速率为0.2115 keq ha~(-1) a~(-1);PROFILE模型法估算成土速率为0.1815 keq ha~(-1) a~(-1):Barth模型法估算成士速率为2409.75t km~(-2) a~(-1)。三种模型方法在对蓬莱镇组、遂宁组和沙溪庙组三种紫色母岩成土速率的估算结果吻合程度较好,而在对自流井组和夹关组紫色母质的估算过程中出现了一定的差异,这是由于研究区样点的选择与母岩的成土环境存在着较大的变异。PROFILE模型计算的土壤风化成土速率存在很大的不确定性,只能用于土壤个体的研究,尚不具备大规模使用的条件。Barth模型法在估算时需结合各种土壤形成的条件和自然环境特征、生产力水平,同时需要进行较多的校正。质量平衡法在估算成土速率时,受外界环境条件的变化影响较小,在四川盆地温暖潮湿条件下较为适用。 (2)土壤性质与成土母岩的元素组成关系紧密。三峡库区土壤中K、Ca、Mg、Fe等元素分布均受母岩继承性影响.母岩元素含量的差异导致土壤中养分元素含量的差异。母岩元素平均含量顺序为:SiAlFeKMgCaNa,其中Fe、Ca、Mg、Na、K高于中国和世界元素背景值,而Al介于中国和世界元素背景值之间,Si的平均含量则低于背景值;灰岩区上的土壤中,Ca、Mg、K元素最高,砂岩母质区的土壤风化素含量较低;而碎屑岩类中,泥岩区土壤风化元素相对较高,粉砂岩区土壤风化元素含量介于泥岩与砂岩区之间;母岩的淋失强度为CaMgAlSiKFeNa,Na元素的迁移程度小,是由于母岩中Na元素对土壤的不断补充。因此以土壤中风化元素含量为基础计算的风化指标,难以反映亚热带温暖潮湿地区的成土风化过程,常用的土壤分子硅铝率和硅铁铝率也不能指示所有土壤的风化成土作用程度,只适用于判断风化初期或成土作用早期。 (3)经过客土翻耕后土壤Ca、Fe迁移较大,物理结构变化导致母岩风化破碎和成土速度加快。土壤经过覆土翻耕后,成土速率均得到提高。成土元素平均含量顺序为:SiO_2Al_2O_3Fe_2O_3K_2OMgONa_2OCaO。与三峡库区土壤背景值比较,其Ca含量明显较低。这主要是由于土壤为侏罗系沙溪庙组和蓬莱镇组岩层坡残积物上发育而成,其淋湿程度较强。而Fe的含量经过覆土翻耕后,其迁移程度较为明显。这表明,客土后土壤物理性状的改变主要导致铁的淋溶流失加剧。同时,土壤淋溶系数与成土速率有着较好的相关性。经过客土后,土壤的密度和容重有一定程度的降低,孔隙度和吸水率较之客土前有所提高。沙溪庙母岩经客土后其5mm和2mm的颗粒含量分别增加了5.70%和10.99%。而蓬莱镇母岩则表现更为明显,其5mm和2mm的颗粒含量分别增加了29.80%和11.19%。原有耕地表面覆盖了一层10cm厚疏松的表土,其水热条件发生了变化,有利于土壤水分的入渗,对土壤水分的补充有促进作用。此外,进行翻耕后,土壤结构的一体化得到了很好的保持,这对土壤水分的蒸发有着决定性的作用。因此我们可以看出,经过人为扰动后,土层厚度增加,土壤的水热条件得到改善,加速成土过程就是顺理成章的了。 在发生学和诊断学两大传统土壤分类体系中,均没有详细的人为土描述。而对人为土的研究多是人为耕作、施肥、灌溉等措施对土壤性质的影响。而随着人为作用对土壤的影响越来越大,对如工业污染土、疏浚城市河道的冲填土等人为土的研究还很薄弱。因此十分有必要对人为土进行定义,以提高人为土的研究水平,为人为土的评价、工程利用、环境整治提供科学依据,为人类社会的可持续发展做出贡献。


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