貴州省威寧縣3種典型土壤機(jī)械組成分析

臧紆　韋小茶　韋政學(xué)　舒忠?！?/p>

摘要：指出了土壤機(jī)械組成是土壤物理性狀的基礎(chǔ)特征之一，深入探討土壤機(jī)械組成對(duì)土壤學(xué)的研究和區(qū)域的土地利用具有重要意義。以貴州省威寧縣3種典型土壤為研究對(duì)象，通過分析淀積層土壤的機(jī)械組成情況，探討了不同成土條件及土壤類型對(duì)土壤機(jī)械組成的影響。結(jié)果顯示：①不同成土母巖對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性顯著，砂（頁）巖發(fā)育土壤較碳酸鹽巖和紅色黏土發(fā)育土壤含砂量大;砂（頁）巖發(fā)育土壤存在一個(gè)坡度區(qū)間（16～25。）黏粒含量低于砂粒含量，其他坡度區(qū)間黏粒含量大于砂粒含量，隨坡度的增大黏粒含量增加砂粒含量減少;坡腳黏化特征比坡腰和坡頂明顯。②不同的土壤類型對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性顯著，暗紅棕壤黏粒含量顯著高于砂粒含量，土壤黏化特征最明顯。從整體上看，威寧縣土壤機(jī)械組成差異性顯著。

關(guān)鍵詞：機(jī)械組成;成土母巖;坡度;土壤類型;威寧縣

中圖分類號(hào)：S714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（ 2020） 20017-06

1 引言

土壤是成土母巖經(jīng)過一系列理化作用，在一定的地理?xiàng)l件下慢慢發(fā)育而成的，母巖是土壤形成的基礎(chǔ)，其他成土條件也不同程度地制約著土壤的發(fā)育程度[1]。土壤中粗細(xì)狀況不一的粒徑物按不同的比例組合在一起，表現(xiàn)為土壤顆粒的粒級(jí)含量，稱為土壤機(jī)械組成，并影響著土壤的理化性質(zhì)[2]。土壤機(jī)械組成是土壤理化性質(zhì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之一，對(duì)土壤的肥力、水分、熱量及土壤結(jié)構(gòu)等都有一定的影響[3]。土壤粒徑含量與土壤肥力、土壤退化及沙化等密切相關(guān)，黏粒含量越大，土壤水分保持及肥力保持的能力就越大，另外，人類活動(dòng)也會(huì)造成土壤粒徑含量的變化[4]。土壤機(jī)械組成對(duì)土壤的物理特性及土壤肥力等有重要影響，土壤機(jī)械組成的差異也是影響土壤養(yǎng)分不同的因素之一[5]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤科學(xué)領(lǐng)域的研究已有很大的成果，這些成果都可成為寶貴的借鑒資料。土壤機(jī)械組成是土壤物理性狀的基礎(chǔ)性狀之一，表現(xiàn)為土壤顆粒的粒徑含量，測(cè)定土壤機(jī)械組成就是測(cè)定土壤的粒徑含量，影響土壤粒徑含量的因素是多元的[6，7]。不同的海拔梯度對(duì)土壤機(jī)械組成有較大影響，機(jī)械組成會(huì)影響土壤中養(yǎng)分，而土壤養(yǎng)分跟植被覆蓋度及土壤發(fā)育程度相關(guān)，植被覆蓋度越大，土壤養(yǎng)分也越豐富[8]。不同的成土母巖會(huì)影響土壤機(jī)械組成，原因在于不同成土母巖的風(fēng)化程度差異導(dǎo)致砂粒含量的多少，進(jìn)而影響到土壤機(jī)械組成[14]。地形條件影響地表物質(zhì)的分配機(jī)制，在相同的成土母巖下不同的地形條件形成的土壤機(jī)械組成有一定的差異[10]。粉黏比即粉粒與黏粒之比，主要體現(xiàn)了土壤顆粒的受風(fēng)化程度，粉粒是沒有受到風(fēng)化的原生土壤顆粒，黏粒代表的是發(fā)育完全的次生礦物，粉黏比越小就說明巖石的風(fēng)化程度越強(qiáng)[11，12]。貴州省境內(nèi)關(guān)于土壤科學(xué)領(lǐng)域的研究正逐漸深入，威寧縣地處貴州省西北部高原山區(qū)，是貴州省的西南門戶，區(qū)域內(nèi)自然地理環(huán)境復(fù)雜多樣。不同的土壤母巖導(dǎo)致土壤發(fā)育程度有較大差異，其原因是不同母巖的風(fēng)化作用的差異和侵蝕程度不同，使風(fēng)化后殘留于土壤中的礫石含量不同，進(jìn)而影響土壤機(jī)械組成[13，14]。機(jī)械組成作為土壤物理性狀的基礎(chǔ)特征之一，獲得土壤理化性狀的第一手基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)土壤科學(xué)的研究意義重大。

因此，本文以威寧縣自然條件下典型土壤為研究對(duì)象，測(cè)定土壤的機(jī)械組成并對(duì)其影響因子進(jìn)行分析，探討了母巖、地形條件對(duì)土壤機(jī)械組成特性的影響，及不同土壤類型間土壤機(jī)械組成的差異性。旨在為威寧縣土壤科學(xué)研究積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為研究土地資源合理利用及保護(hù)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

威寧縣位于貴州省西部高原，地處云貴川三省的交界處，是貴州的西大門（圖1）。也是貴州省國(guó)土面積最廣的少數(shù)民族自治縣，下轄35個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，轄區(qū)內(nèi)面積約為6296.3 km2，南北長(zhǎng)約105 km，東西長(zhǎng)約116 km。地處云貴高原，屬于喀斯特地區(qū)，平均海拔在2200m以上，海拔高差達(dá)1645m，有“貴州屋脊”之稱。區(qū)域內(nèi)氣候類型多樣，四季分明，氣候溫和，年平均氣溫只有10.5左右;由于地處高原，氣溫隨海拔的升高會(huì)相應(yīng)的下降，所以同時(shí)期內(nèi)氣溫會(huì)比低海拔地區(qū)有所降低，在夏季是良好的避暑場(chǎng)所;屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，降水豐沛，且轄區(qū)內(nèi)有長(zhǎng)江和珠江水系的支流經(jīng)過，有“四江之源”的稱號(hào)，使得區(qū)域內(nèi)物種豐富。地勢(shì)起伏，氣溫變化大，四季清涼，植被覆蓋度的區(qū)域差異大。另外，新中國(guó)成立以來，由于人們不合理利用土地和亂砍濫伐，造成大面積的森林覆蓋率下降，從而導(dǎo)致水土流失的加重，喀斯特地區(qū)石漠化現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 材料與方法

3.1 野外樣品采集

以貴州省第二次土壤普查資料為基礎(chǔ)，在各個(gè)典型土壤分布區(qū)內(nèi)挖掘代表性剖面，分層觀察與采集土壤。分層時(shí)依據(jù)土壤發(fā)生分類方法分為A、B、C層，每層土壤采集1袋，每袋樣品濕重約1 kg，此次共采集了27個(gè)剖面樣品，記錄其地理位置、采集時(shí)間、海拔、坡度、坡位、土壤母巖等基本信息（表1），拍攝標(biāo)準(zhǔn)剖面圖（圖2）。

3.2 樣品制備與分析

實(shí)驗(yàn)室參照《土壤調(diào)查實(shí)驗(yàn)室分析方法》，將采集回來的樣品放置在通風(fēng)干燥處自然風(fēng)干后，剔除土樣中的植物殘根、侵入體和新生體等，采用四分法將樣品分裝在密封袋里，其中一份用作實(shí)驗(yàn)，另一份用密封袋保存留作備用;用木棍和瓷性研缽將樣品粉碎，分別過孔徑為10、60目的尼龍篩，將制備好的樣品放在密封袋里編號(hào)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用。

選取制備好的B層土壤樣品，采用甲種比重計(jì)法測(cè)定土壤機(jī)械組成。將制備好的土壤樣品用電子天平精確稱重50g放人有柄瓷缽中，加入分散劑呈黏糊狀。然后用橡皮塞玻璃棒研磨至少15 min，研磨好以后，將土漿通過大漏斗用蒸餾水全部洗入1000 mL的沉降桶中，用蒸餾水加至刻度，然后將沉降桶放在平穩(wěn)處，用攪拌棒上下攪拌1 min，攪拌后開始計(jì)時(shí)，按室內(nèi)溫度設(shè)置靜置時(shí)間，靜置一段時(shí)間后用甲種比重計(jì)測(cè)出機(jī)械組成[9]。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，利用Excel表格統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用SPSS Statistics17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用最小顯著極差法（LSD）對(duì)不同成土條件和不同土壤類型之間的差異性進(jìn)行比較，顯著性水平為0. 05。

4 結(jié)果與分析

4.1 供試土壤機(jī)械組成概況

參照美國(guó)農(nóng)部（USDA）制對(duì)土壤粒徑的劃分，通過實(shí)驗(yàn)得出砂粒（2. 0～0.5 mm），粉粒（0. 5～0. 002 mm）以及黏粒（<0. 002 mm）的粒級(jí)含量（g/kg）。結(jié)果分析時(shí)針對(duì)供試剖面B層土壤機(jī)械組成進(jìn)行研究分析。供試土壤機(jī)械組成見表2。

27個(gè)土壤剖面B層各粒徑含量分別為砂粒（26.0--411.2 g/kg），粉粒（138. 0～496.0 g/kg），黏粒（102.8～766 g/kg），說明實(shí)驗(yàn)土壤機(jī)械組成有差異;土壤的粒徑組成上基本表現(xiàn)為黏粒>粉粒>砂粒，說明發(fā)育土壤的成土母巖風(fēng)化程度基本上較好。但4、21、24等剖面號(hào)土壤粉黏比分別為2. 11、2.55、5.18，大于其他剖面，說明這幾個(gè)剖面的發(fā)育土壤的成土母巖風(fēng)化程度較其他剖面弱。其他大部分剖面土壤粉黏比小于1，B層土壤黏化特征明顯[15]。

4.2 不同成土條件下發(fā)育土壤機(jī)械組成差異

4.2.1 不同成土母巖發(fā)育土壤的機(jī)械組成差異

由表3可知，紅色黏土和碳酸鹽巖發(fā)育土壤粒徑含量均值為黏粒>粉粒>砂粒，尤其紅色黏土最為明顯，砂（頁）巖發(fā)育土壤粒徑含量均值為粉粒>黏粒>砂粒，但黏粒均大于砂粒含量。方差分析表明，不同類型母巖發(fā)育土壤機(jī)械組成差異顯著（P<0.05）。其中，紅色黏土和碳酸鹽巖發(fā)育土壤黏粒含量百分比分別為66. 73%和49.97%，砂粒含量百分比分別為19. 42%和5.87%，且粉黏比小于1;砂（頁）巖黏粒含量百分比為35. 20%，砂粒含量百分比為26. 47%，且粉黏比大于1;紅色黏土發(fā)育土壤的砂粒含量為58. 67 g/kg，顯著低于碳酸鹽巖和砂（頁）巖發(fā)育土壤的砂粒含量;碳酸鹽巖和紅色黏土發(fā)育土壤的黏粒含量分別為499. 72 g/kg、667. 33 g/kg，明顯高于砂（頁）巖發(fā)育土壤的黏粒含量。

4.2.2 不同坡度發(fā)育土壤的機(jī)械組成差異

根據(jù)劉元保等16]對(duì)坡度的劃分依據(jù)，將威寧縣27個(gè)剖面的坡度劃分為5個(gè)等級(jí)。方差分析表明，在碳酸鹽巖和紅色黏土發(fā)育的土壤中，坡度對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性不顯著（P>0.05），在砂（頁）巖發(fā)育土壤中，坡度對(duì)土壤機(jī)械組成存在顯著性影響（P<0.05）。由表4可知，隨著坡度的增加，砂粒含量隨之減少，黏粒增加，但坡度為16～25。時(shí)土壤粒徑含量出現(xiàn)波動(dòng)，砂粒含量顯著高于26。以上坡度發(fā)育土壤，而黏粒含量顯著低于其他坡度發(fā)育土壤。坡度在26。及以上時(shí)粉黏比小于1，黏粒含量明顯高于砂粒含量，坡度在26。以下時(shí)粉黏比大于1，坡度為16～25。的黏粒含量明顯小于砂粒含量，坡度為O～7。的黏粒含量和砂粒含量差異不明顯。

4.2.3 不同坡位發(fā)育土壤機(jī)械組成差異

不同坡位對(duì)機(jī)械組成方差分析表明，在砂（頁）巖和紅色黏土發(fā)育的土壤中，坡位對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性不顯著（P>0.05），在碳酸鹽巖發(fā)育土壤中，坡位對(duì)土壤機(jī)械組成存在顯著性影響（P<0.05）。由表5可知，碳酸鹽巖發(fā)育土壤中坡腰砂粒含量（273. 40 g/kg）最多，黏粒含量（377. 35 g/kg）最少;坡腳砂粒含量（145. 60 g/kg）最少，黏粒含量（647. 40 g/kg）最多，但不同坡位黏粒含量明顯高于砂粒含量。坡腰粉黏比均值大于1，坡腳和坡頂粉黏比均值小于1。

4.3 不同土壤類型與機(jī)械組成差異

方差分析表明，不同類型母巖發(fā)育土壤機(jī)械組成差異顯著（P<0.05）。由表6可知，不同土壤類型條件下，土壤粒徑含量均值表現(xiàn)為黏粒>粉粒>砂粒，砂粒和黏粒含量差異性明顯。暗紅棕壤下砂粒和黏粒含量差異性最顯著，暗紅棕壤的砂粒含量為58. 67 g/kg;黏粒含量為667. 33 g/kg;黃棕壤砂粒含量為274. 92 g/kg，黏粒含量為394. 91 g/kg;棕色石灰土砂粒含量為174. 07 g/kg，黏粒含量為518. 60 g/kg。棕色石灰土和暗紅棕壤的粉黏比小于1，黃棕壤的粉黏比大于1?？偟膩碚f，各個(gè)土壤類型下黏粒含量明顯高于砂粒含量。

5 討論

影響土壤機(jī)械組成的指標(biāo)是多元的，地形、成土母巖、土壤類型等是影響土壤機(jī)械組成的重要指標(biāo)[17]。土壤機(jī)械組成對(duì)土壤的肥力保持及土壤的透性影響密切，土壤黏粒含量越大，土壤養(yǎng)分含量越多，透性越差;土壤砂粒含量越多，土壤肥力越差，但土壤的透性就越好[18]。通過對(duì)土壤樣品進(jìn)行土壤機(jī)械組成的測(cè)定，得出27個(gè)土壤剖面的機(jī)械組成，在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，分析了不同成土條件和不同土壤類型對(duì)土壤機(jī)械組成影響的差異性。

不同的成土母巖會(huì)影響土壤機(jī)械組成，不同成土母巖的風(fēng)化程度差異引起砂粒含量的差異，進(jìn)而影響到土壤機(jī)械組成[14]。地形條件影響地表物質(zhì)的分配機(jī)制，在相同的成土母巖下不同的地形條件形成的土壤類型有一定的差異[10]。對(duì)27個(gè)剖面不同成土母巖下地形條件對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性進(jìn)行分析。砂粒和黏粒含量影響土壤肥力及土壤透性，土壤受到外力侵蝕時(shí)，砂粒和黏粒容易流失，也容易匯集，而粉粒相對(duì)穩(wěn)定[19]。不同成土母巖下地形條件對(duì)土壤機(jī)械組成影響顯著，碳酸鹽巖和紅色黏土發(fā)育土壤黏粒含量明顯高于砂粒含量，而砂（頁）巖發(fā)育土壤黏粒和砂粒含量差異性不顯著，這是由于砂（頁）巖的風(fēng)化特性決定土壤發(fā)育含砂量大的情況，土壤持水及肥力保持能力較弱，符合砂（頁）巖下土壤含砂量大的母巖特征[14]。其中，砂（頁）巖發(fā)育土壤下坡度對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性顯著，但在坡度為16～25。時(shí)土壤粒徑含量情況有明顯的差異，黏粒含量明顯低于砂粒含量，需要探討土壤機(jī)械組成隨坡度變化而隨之變化的趨勢(shì)，但存在一個(gè)臨界坡度區(qū)間對(duì)土壤機(jī)械組成造成各粒徑含量出現(xiàn)反差的原因口¨;碳酸鹽巖發(fā)育土壤下坡位對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性顯著，坡腳黏粒含量明顯高于坡腰和坡頂，這是由于坡腳土壤發(fā)育程度高于坡腰和坡頂;其他指標(biāo)對(duì)土壤機(jī)械組成有影響但差異不顯著。由此可見，不同成土母巖對(duì)機(jī)械組成影響密切。

除地形條件、植被覆蓋、人類活動(dòng)、地表水文等影響土壤機(jī)械組成外，土壤類型也是影響土壤機(jī)械組成的重要指標(biāo)[17]。統(tǒng)計(jì)分析了威寧縣27個(gè)土壤剖面3種土壤類型對(duì)土壤機(jī)械組成的影響，不同土壤類型對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性顯著，因?yàn)橄聦油寥朗鼙韺油寥赖谋Ｗo(hù)而受外力的影響不大，粉粒和黏粒會(huì)在向下滲透的過程中慢慢積累，造成下層黏粒和粉粒含量普遍高于砂粒含量[19]?？傮w來看，威寧縣不同土壤類型的土壤粒徑含量基本上黏粒含量大于砂粒含量。表明威寧縣土壤的成土母巖風(fēng)化程度較高，土壤持水及肥力較好，能供給植被生長(zhǎng)的養(yǎng)分更充足。

對(duì)土壤機(jī)械組成的影響因子是多元的，而在研究區(qū)域內(nèi)采樣時(shí)針對(duì)單因素即自然條件下植被覆蓋相對(duì)較豐富的剖面點(diǎn)采樣。因此，在分析研究時(shí)采用單因素方差分析法，對(duì)不同成土條件和不同土壤類型的土壤機(jī)械組成影響差異性進(jìn)行分析。威寧縣是中國(guó)西南喀斯特地區(qū)，自然環(huán)境條件復(fù)雜多樣，人類活動(dòng)頻繁，本次所采集的樣品涉及不全面，不能全面準(zhǔn)確地概括整個(gè)區(qū)域，今后的研究應(yīng)更全面地分析威寧縣土壤機(jī)械組成的影響因子。

6 結(jié)論

以貴州省威寧縣3種典型土壤為研究對(duì)象，通過分析淀積層土壤的機(jī)械組成情況，探討了不同成土條件及土壤類型對(duì)土壤機(jī)械組成的影響。得出以下結(jié)論：①成土條件和土壤類型對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性顯著，砂（頁）巖下發(fā)育土壤遵循成土母巖含砂量大的特征，相對(duì)其他成土母巖發(fā)育土壤含砂量較大，但總體來說黏粒含量大于砂粒含量;紅色黏土發(fā)育土壤黏化特征最明顯。②砂（頁）巖下坡度和坡位對(duì)機(jī)械組成的影響顯著，隨著坡度增加土壤黏化特征越明顯，但存在一個(gè)坡度區(qū)間（16—25。）影響?zhàn)ち：蜕傲：?，坡腳的土壤黏化特征比坡腰和坡頂明顯;不同土壤類型對(duì)土壤機(jī)械組成影響差異性顯著，土壤粒徑含量基本上表現(xiàn)為黏粒>粉粒>砂粒;總的來說，威寧縣土壤機(jī)械組成情況良好，土壤黏化特征明顯，能為植物的生長(zhǎng)提供更好的條件。

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基金項(xiàng)目：貴州師范大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（編號(hào)：YC [2018]026）

作者簡(jiǎn)介：臧紆（1995-），男，教師，主要從事土壤地理研究。