大廠層粘土巖在黔西南地區(qū)石漠化治理中的利用價值初探

劉路

摘要：大廠層粘土巖在黔西南地區(qū)分布十分廣泛，富含伊利石、高嶺石等粘土礦物，具有作為土壤改良劑的潛力。通過對黔西南不同地區(qū)大廠層粘土巖礦物組成和化學(xué)元素含量的分析，認(rèn)為晴隆銻礦地區(qū)的大廠層粘土巖在石漠化治理中有較高的利用價值。將晴隆銻礦地區(qū)的大廠層粘土巖用作土壤改良劑可以改善石漠化土壤的顆粒組成，有助于水土保持；同時為石漠化土壤補(bǔ)充粘土礦物和鉀元素，有利于生態(tài)修復(fù)。

Abstract： Dachang stratum clay rock is rich in illite， kaolinite and other clay minerals， and is widely distributed in southwest Guizhou. It has potential as a soil amendment. By analyzing the mineral composition and chemical element contents of Dachang stratum clay rock in different regions of southwestern Guizhou， the Dachang Stratum Clay Rock of Qinglong antimony deposit has a higher utilization value for rocky desertification control. The Dachang Stratum Clay Rock of Qinglong antimony deposit as a soil conditioner can make the soil of rocky desertification has better particle distribution， contribute to soil and water conservation， and increase the content of clay minerals and potassium in the soil， conducive to ecological restoration.

關(guān)鍵詞：石漠化治理；粘土礦物；土壤改良；利用價值；貴州

Key words： rocky desertification control；clay rock；soil amelioration；utilization value；Guizhou

中圖分類號：S156 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）06-0203-03

0 引言

貴州是我國著名的“喀斯特省”，發(fā)育典型的喀斯特環(huán)境，地表出露的碳酸鹽巖所占面積已達(dá)76%[1]?？λ固丨h(huán)境十分脆弱，在人類活動的干擾下很容易發(fā)生水土流失、土壤生產(chǎn)能力衰退、基巖大面積裸露，即石漠化。目前我國對于貴州喀斯特地區(qū)石漠化的綜合治理以生態(tài)修復(fù)為主，輔以坡改梯、經(jīng)果林、水保林、封禁治理等手段，已經(jīng)獲得了良好的效果[2]。但在喀斯特石漠化環(huán)境下，用于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的植物物種可選擇面較窄，需要有發(fā)達(dá)的根系，并且具備耐旱性、喜鈣性和石生性等特點[3]。而向石漠化土壤中添加粘土礦物可以改善土壤的理化性質(zhì)，使土壤中的養(yǎng)分便于植物吸收，并豐富石漠化環(huán)境下的植物多樣性，從而加快生態(tài)修復(fù)速度。大廠層是黔西南地區(qū)銻、金礦的主要含礦層，其頂部的粘土巖在礦山生產(chǎn)中由于易垮塌而被大量開采，一般作為廢石堆放于采礦區(qū)附近，未作利用。將大廠層粘土巖作為土壤改良劑用于石漠化土壤可以充分利用礦山開采產(chǎn)生的固體廢物，降低土地資源的浪費，同時為黔西南地區(qū)石漠化治理提供一種新的輔助手段。

1 大廠層粘土巖

大廠層由硅化高嶺石化粘土巖、硅化角礫化凝灰質(zhì)粘土巖和次生石英巖或石英蝕變巖組成，其原巖是一套爆發(fā)相火山巖，在黔西南地區(qū)廣泛發(fā)育于茅口組（P2m）灰?guī)r之上[4，5]。大廠層是黔西南地區(qū)重要的區(qū)域性控礦、容礦地層，發(fā)育有多種金屬礦床，如晴隆銻礦、戈塘金礦、泥堡金礦、爛泥溝金礦等。

大廠層粘土巖極易破碎，在地表風(fēng)化條件下一般呈土狀，礦物顆粒粒徑在0.05mm以下的約占總體積的80%（據(jù)鏡下觀察目估），粒徑在0.05mm以上的約占總體積的20%。根據(jù)XRD分析結(jié)果，大廠層粘土巖主要由粘土礦物、銳鈦礦、黃鐵礦、石英、石膏和少量有機(jī)質(zhì)組成（圖1）。除鈦元素（銳鈦礦）和鐵元素（黃鐵礦）之外，其他元素未發(fā)現(xiàn)獨立的礦物載體。晴隆銻礦（大廠礦段和放馬坪礦段）大廠層粘土巖的SiO2含量約為30.1%～42.2%，Al2O3的含量約為22.2%～31.7%，硅元素和鋁元素主要組成粘土礦物，石英的含量較低；黔西南其他地區(qū)大廠層粘土巖的SiO2含量約為51.5%～89.3%，Al2O3的含量約為2.76%～13.95%，硅元素除和鋁元素組成粘土礦物外，還形成較多石英。另外，晴隆銻礦大廠層粘土巖的K2O含量約為5.99%～7.78%，遠(yuǎn)高于黔西南其他地區(qū)大廠層粘土巖的0.30%～2.42%（主量元素含量測試使用X射線熒光光譜法，分析結(jié)果見表1）。從礦物組成和主量元素含量來看，對于作為土壤改良劑，晴隆銻礦地區(qū)的大廠層粘土巖具有更高的利用價值。

利用地球化學(xué)圖解及元素含量比值對各樣品進(jìn)行分析后認(rèn)為，所有粘土巖樣品均為基性火山灰成因，火山物質(zhì)來自相同或相近的地幔源區(qū)，且構(gòu)造環(huán)境屬于遠(yuǎn)離板塊邊緣噴發(fā)的板內(nèi)堿性玄武巖（微量元素含量測試使用等離子體質(zhì)譜法，分析結(jié)果見表2）。故判斷測試結(jié)果中晴隆銻礦（大廠礦段和放馬坪礦段）的大廠層粘土巖化學(xué)元素含量與其他地區(qū)有較大差異是由于火山灰空落后處于不同沉積環(huán)境導(dǎo)致的，晴隆銻礦地區(qū)的大廠層粘土巖可能形成于局限或半局限水體條件下的濱岸潮坪，其他地區(qū)的大廠層粘土巖可能形成于淺海環(huán)境?？梢娗缏′R礦地區(qū)的大廠層粘土巖在被埋藏之前已經(jīng)經(jīng)歷了很長時間的地表風(fēng)化過程，相對于黔西南其他地區(qū)的粘土巖來說與土壤更為相似。（圖1）

2 可利用價值分析

2.1 水土保持

土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、孔隙、水分是土壤物理性質(zhì)的核心?？λ固氐貐^(qū)土壤石漠化最直接的表現(xiàn)是土壤物理性質(zhì)的變化。石漠化程度越嚴(yán)重的地區(qū)，土壤中粒徑在0.05mm以上的砂粒所占的比例越大，粒徑小于0.05mm的粉粒、粘粒和膠粒所占比例越小，水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量越低，抗蝕性和蓄水性越差，土壤顆粒砂化越明顯[6]。

將大廠層粘土巖作為土壤改良劑應(yīng)用于石漠化土壤，可以看作一個向骨架顆粒粗大的多孔介質(zhì)中加入大量細(xì)小顆粒的過程，很多領(lǐng)域都對這一過程進(jìn)行了試驗和討論，得到的共識是，組成多孔介質(zhì)的顆粒粒度越小，其孔隙中流體的滲流速度越低[7，8，9，10，11]。所以提高石漠化土壤中粉粒、粘粒和膠粒顆粒的含量可以有效降低土壤的入滲速度。

喀斯特環(huán)境的土巖界面多不存在過度結(jié)構(gòu)，土壤與母巖之間的界面通常十分明顯，是化學(xué)侵蝕作用的主要發(fā)生位置，降水量大的時候極易發(fā)生塊體滑移。當(dāng)降雨量大于土壤的入滲速度時，雨水會更多的轉(zhuǎn)化成地表徑流，滲透到土巖界面上參與化學(xué)侵蝕作用的水分相對較少，所以降低土壤入滲速度可以延緩落水洞、溶蝕漏斗的形成，同時也使針對地表徑流的治理措施效果更加明顯和有針對性，從而達(dá)到水土保持的效果。

2.2 粘土礦物

粘土礦物是土壤中膠體的主要來源。在土壤中，膠體顆粒是土壤營養(yǎng)元素的儲庫，化學(xué)風(fēng)化過程和肥料中釋放出來的離子暫時貯藏在膠體顆粒中，為土壤植物生長提供養(yǎng)分[12]。喀斯特石漠化土壤中的粘土礦物含量隨著石漠化程度的加深而減少，不利于植物生長。

利用粘土礦物改良土壤在國內(nèi)外已經(jīng)有了較多的研究和嘗試，目前主要使用膨潤土（主要有效成分是蒙脫石）作為土壤改良劑，已經(jīng)獲得了較好的效果[13]。大廠層粘土巖中粘土礦物的含量很高，主要為伊利石和高嶺石。由于伊利石隨著石漠化程度的加深會逐漸轉(zhuǎn)化成蒙脫石和高嶺石，所以在石漠化較為嚴(yán)重的地區(qū)土壤中的伊利石含量很低[14]。將大廠層粘土巖作為土壤改良劑可以為石漠化土壤補(bǔ)充粘土礦物，從而提高膠體顆粒的含量，使得土壤更適合植物生長。

2.3 化學(xué)元素

大廠層粘土巖的K2O含量較高，晴隆銻礦大廠層粘土巖更高達(dá)5.99%～7.78%，計算得到全鉀的含量約為4.97%～6.46%。陳履安在研究貴州若干以伊利石為主要礦物的含鉀巖石在碳酸水體中的釋鉀作用時發(fā)現(xiàn)，含鉀巖石有較高的供鉀潛力[15]。按照文獻(xiàn)[16]中貴州含鉀巖石的速效鉀在全鉀中所占比例粗略估算晴隆銻礦大廠層粘土巖在CO2-H2O體系中的速效鉀含量可以達(dá)到約1138mg/kg～1479mg/kg。因此，將大廠層粘土巖作為土壤改良劑可以為石漠化土壤提供可觀的速效鉀，同時為植物提供源源不斷的鉀源。

此外，晴隆銻礦大廠層粘土巖的釩元素含量約為224mg/kg～601mg/kg，是巖溶區(qū)紅粘土平均釩元素含量122mg/kg的2～5倍；稀土元素總量約為442.12mg/kg～688.56mg/kg，是巖溶區(qū)紅粘土平均稀土元素總量216.23mg/kg的2～3倍[16]。

3 結(jié)論

黔西南地區(qū)的大廠層粘土巖中，晴隆銻礦地區(qū)的大廠層粘土巖具有礦物顆粒細(xì)小，粘土礦物含量高，富鉀、釩和稀土元素的特點，作為天然的土壤改良劑施用于石漠化土壤有助于水土保持和生態(tài)修復(fù)，并且開采成本低、與石漠化地區(qū)之間的運輸距離短，對黔西南地區(qū)的石漠化治理有較為可觀的利用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊瑞東，任海利，龍杰，等.貴州主要巖石類型風(fēng)化土壤微量、稀土元素分布特征與生態(tài)環(huán)境關(guān)系探討[J].貴州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，28（6）：110-119.

[2]熊康寧，李晉，龍明忠.典型喀斯特石漠化治理區(qū)水土流失特征與關(guān)鍵問題[J].地理學(xué)報，2012，67（7）：878-888.

[3]盛茂銀，熊康寧，崔高仰，等.貴州喀斯特石漠化地區(qū)植物多樣性與土壤理化性質(zhì)[J].生態(tài)學(xué)報，2015，35（2）：434-448.

[4]陳景河，徐碧良，葛廣福，等.黔西南部分地區(qū)龍?zhí)督M碎屑物組成及其物源背景研究[J].貴州地質(zhì)，2011，28（1）：9-17.

[5]范軍.黔西南戈塘大型金礦床地質(zhì)地球化學(xué)及成因研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2013.

[6]龍健，江新榮，鄧啟瓊，等.貴州喀斯特地區(qū)土壤石漠化的本質(zhì)特征研究[J].土壤學(xué)報，2005，42（3）：419-427.

[7]王曦.基于煤矸石充填的重構(gòu)土壤水分運移特征及環(huán)境效應(yīng)——以淮北礦區(qū)為例[D].安徽：安徽理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2014.

[8]李邦超，肖斐，李紅南，等.疏松砂巖油層防砂機(jī)理物理模擬[J].油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（6）：102-104.

[9]朱春明，鄧金根，王利華，等.防砂管外堆積砂滲透率實驗研究[J].石油鉆采工藝，2010，32（1）：70-73.

[10]尹光志，敬小非，魏作安，等.粗、細(xì)尾砂筑壩滲流特征模型試驗及現(xiàn)場實測研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010，29（S2）：3710-3718.

[11]鄒航，劉建峰，邊宇，等.不同粒度砂巖力學(xué)和滲透特性試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2015，37（8）：1462-1468.

[12]陳駿.地球化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2004：1-418.

[13]王文婷，王云海.膨潤土改良土壤技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科技，2011，24（1）：66-68.

[14]楊新強(qiáng)，陳效民，李孝良，等.西南喀斯特地區(qū)不同石漠化階段土壤黏土礦物組成及其含量變異研究[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2011，33（4）：416-420.

[15]陳履安.試論含鉀巖石的農(nóng)業(yè)直接應(yīng)用[J].貴州地質(zhì)，19996，13（3）：265-271.

[16]邢光熹，朱建國.土壤微量元素和稀土元素化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003：1-418.