四川盆地紫色巖及其風化殼地球化學特征研究數(shù)據集（1990 年以前）

高美榮，唐家良*，況福虹

1.中國科學院、水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，成都 610041

2.中國科學院山地表生過程與生態(tài)調控重點實驗室，成都 610041

引 言

中國紫色土在世界上是一種特殊的、科學上引人矚目的土壤。中國分布廣泛，集中分布在四川盆地丘陵區(qū)和海拔800 米以下的低山區(qū)，在長江以南的滇、黔、蘇、浙、閩、贛、湘、粵、桂等省區(qū)也有分布[1]。紫色土一般是指亞熱帶和熱帶氣候條件下，在三疊系、侏羅系、白堊系等紫色砂、頁巖上形成的一種巖性士，其成土母質主要是紫色砂、頁巖的殘積物、坡積物以及古風化殼等[2]。紫色土的成土過程和速度獨具特色，以風化過程為主，紫色巖石物理風化和侵蝕過程同步，成土速度很快，巖石風化產物就具備肥力，也是一種侵蝕型的高生產力的土壤[3]。因此，研究紫色土，必須重視下伏母巖及其風化殼的研究，紫色土的顏色、理化性狀、礦物組成繼承紫色巖和風化殼的特性，而紫色巖石的結構、礦物組成及其穩(wěn)定性是影響巖石風化殼形成的內在原因[4]。紫色母巖及其風化殼既是紫色土性質的制約者，又是四川盆地農業(yè)生產的巨大物質庫和江河塘庫的無窮淤積源[2,5]。

本數(shù)據集基于《中國紫色土》（上篇）[1]中對紫色巖及其風化殼的特征研究成果進行整理歸納，形成有邏輯結構的可查詢數(shù)據集。整編的數(shù)據集包含11 個數(shù)據表，內容包含4 個方面，（1）紫色土成土巖層和母質的一般特征和性狀[3]；（2）紫色巖類型及其地球化學特征；（3）紫色風化殼的組成及其地球化學特征；（4）四川盆地紫色風化殼分類及其診斷指標。以期對紫色土研究的歷史成果得到傳承和有效保護，并為紫色土地區(qū)土壤肥力、生態(tài)環(huán)境和土地資源開發(fā)利用等方面的研究和應用提供數(shù)據支持。

1 數(shù)據采集和處理方法

1.1 數(shù)據采集

基于《中國紫色土》（上篇）第2-4 章內容，研讀與紫色土成土緊密相關的紫色巖及其風化殼的研究成果[6-7]（包括文字闡述和列表數(shù)據），進行專業(yè)歸納和總結，集成紫色巖及其風化殼地球化學特征研究數(shù)據集。本數(shù)據集的主要研究數(shù)據有紫色土成土巖層組成及一般性狀、紫色巖及其風化殼的一般描述性狀、物理性狀、化學組成和風化特征，以及在這些研究成果基礎上形成的四川盆地紫色風化殼類型及其診斷指標表。

1.2 數(shù)據預處理

對《中國紫色土》（上篇）第2-4 章內容進行電子掃描并進行文字識別，同時設計具有邏輯結構的能充分包括和表達紫色巖及其風化殼地球化學特征研究成果的數(shù)據字段名稱和字典。然后按照主題歸類，并將前后同類研究數(shù)據進行歸納總結，提取錄入，集成系列數(shù)據表。在進行數(shù)據論文撰寫的同時，進一步核實校對。

2 數(shù)據樣本描述

2.1 數(shù)據集中的幾個概念

（1）紫色巖：紫色巖石是由一種來自結晶巖的第一旋回或來自沉積巖的第二旋回的沉積物組成的。這些物質或是由磨蝕作用的產物（主要是粉砂），或是風化作用的最終產物（殘余粘土），或是化學的、生物化學的附加物質等。其礦物組成除砂巖中殘余大量極難風化的石英和長石外，泥巖主要由化學穩(wěn)定性較強的次生礦物所組成。

（2）紫色風化殼：指植物（作物）根系主要分布層以下的紫色巖石風化物。它的性質既決定于母巖，又受控于環(huán)境[7]。

（3）淋洗系數(shù)及其相對值：風化地層中某種物質成分與巖石中的比值。在本數(shù)據集中是指SiO2/(RO+R2O)的比值，即脫硅化過程巖石中的造巖礦物主要為硅酸鹽礦物。在紫色巖土中，含大量可風化的硅酸鹽礦物。在化學風化過程中，這些礦物首先脫鹽基，再脫硅而形成次生粘土礦物。淋洗系數(shù)的相對值、風化體的淋洗系數(shù)與對應地層巖石（未風化）的淋洗系數(shù)的比值乘100 得到。淋洗系數(shù)高，表示淋溶作用強。

（4）殘積系數(shù)及其相對值：巖石和礦物風化后殘留的物質，表征風化殘余物的量。本數(shù)據表中由R2O3/(RO+R2O)得到，其相對值為，風化體的殘積系數(shù)與對應地層巖石（未風化）的殘積系數(shù)的比值乘100 得到。殘積系數(shù)高，表示風化作用弱。

（5）鐵化系數(shù)：即巖石風化過程中的富鐵化過程，伴隨巖石的脫硅化，鐵從被破壞的晶格中被氧化而在土壤中富積生成Fe2O3。由風化物中的Fe2O3與巖石中Fe2O3的比值得到。

（6）鋁化系數(shù)：富鋁化過程，伴隨巖石的脫硅化，鋁也從硅酸鹽晶格中游離出來并被氧化形成SiO2（石英）。由風化物中的Al2O3與巖石中Al2O3(巖)的比值得到。

（7）孔隙度(%)：是指巖樣中所有孔隙空間體積之和與該巖樣體積的比值，以比值的百分比來表示。

（8）吸水率(%)：是指巖石或風化殼在標準大氣壓力下吸水的能力，用百分率來表示。

（9）巖石裂隙率(%)：巖石中裂隙的體積與包括裂隙在內的巖石體積之比（即體積裂隙率）。它不僅關系著地下水儲量和巖體的力學特征，而且影響巖石風化方式和風化速度。其類型有3 種，即構造裂隙、成巖裂隙和風化網狀裂隙。

2.2 數(shù)據集組成

本數(shù)據集包含11 個數(shù)據表。內容包括4 個部分：（1）紫色土成土巖層和母質的一般特征和性狀；（2）紫色巖的地球化學特征；（3）紫色風化殼的組成、地球化學特征及風化特征等；（4）四川盆地紫色風化殼分類及其診斷指標。以下對11 個表的名稱以及數(shù)據內容見表1。

表1 數(shù)據集Sheet 列表及內容

序號 表名稱 表內容簡述8 紫色風化殼化學組成的區(qū)域差別 不同區(qū)域紫色風化殼的化學組成9 紫色巖石-風化殼的風化特征 不同紫色巖石及其風化體的風化特征10 紫色巖-風化殼-土壤粘?；瘜W組成 不同紫色巖層、風化體及其對應土壤的粘?；瘜W組成11 四川盆地紫色風化殼類型及其診斷指標根據四川盆地紫色風化殼分布的地理景觀，風化體剖面特征、物理化學和地球化學等性質，取得的一些量化指標，形成四川盆地紫色風化殼的初步分類結果

2.3 數(shù)據集各列表包含字段名

數(shù)據集各表單中所含字段名見表2。

表2 數(shù)據集Sheet 列表所含字段名

序號 表名稱 包含列字段名10 11紫色巖-風化殼-土壤粘?；瘜W組成四川盆地紫色風化殼類型及其診斷指標地質期；母巖巖層名稱；母巖巖層代碼；層次代碼或風化殼類型；地點；土壤-pH；土壤-CaCO3(%)；粘粒-SiO2(%)；粘粒-Al2O3(%)；粘粒-Fe2O3(%)；粘粒-SiO2/Al2O3；粘粒-SiO2/R2O3；粘粒-SiO2/Fe2O3；風化殼名稱；風化殼類型；分布區(qū)域和母巖巖層； pH； CaCO3(%)；淋溶系數(shù)相對值；殘積系數(shù)相對值；粘粒-SiO2/Al2O3；粘粒-SiO2/R2O3；主要粘土礦物；主要營養(yǎng)成分-K(%)；主要營養(yǎng)成分-Mg(%)；主要營養(yǎng)成分-P(%)

3 數(shù)據質量控制和評估

3.1 數(shù)據質量控制

在充分閱讀理解專著編寫內容的邏輯上，設計了提取信息數(shù)據的字段名、數(shù)據表結構，并編寫數(shù)據集說明文檔。數(shù)據錄入后，逐一進行核對校正，并人工抽查保證數(shù)據的完整性。在進行數(shù)據提取過程中，重新復核各數(shù)據字段、單位和數(shù)值，集成為有內在邏輯關聯(lián)的數(shù)據表，同時依據法定計量單位進行了校正；對縣市名進行了修正。

此外，紫色巖層在不同的分布地區(qū)有不同的叫法，比如自流井組在盆北叫千佛巖組，蓬萊鎮(zhèn)組在盆北郊蓮花口組，飛仙關組在下川東叫大冶組，還有夾關組有叫正陽組、窩頭山組等等，在應用數(shù)據時給予關注。

3.2 數(shù)據質量評估

早在上世紀三十年代初期，朱蓮青、陸發(fā)熹、余皓等老一輩土壤學家曾調查研究過紫色土。到上世紀九十年代，50 年來研究紫色土的曲折過程，包含了基礎研究、理論研究和應用研究三個階段。《中國紫色土》（上篇）是中國科學院成都分院土壤研究室成立十周年（1980-1990 年）來的成果總結，主要以紫色土研究的成果編寫而成，是集體智慧的結晶[1]。科學是發(fā)展的，由于研究手段和方法的限制，在研究的深度和廣度上都還有很多可以繼續(xù)努力的方面。后續(xù)會將其余部分的研究成果數(shù)據進行整編，形成完整的紫色土階段研究成果的數(shù)據集。

4 數(shù)據價值和使用方法

4.1 數(shù)據價值

《中國紫色土》分上下兩篇出版，上篇以四川盆地的紫色土為對象，內容涉及紫色土的發(fā)生分類、基本組成、肥力因素和農業(yè)生態(tài)等方面，共分為18 章。在中國古代文獻中，四川被稱為“天府之國”。其原因是，這里有生產力很高的紫色土。鑒于紫色土與母巖的密切關系，本數(shù)據集整理集成了專門討論紫色土的成土條件、紫色母巖和風化殼的特征及其分類的第二、第三和第四章研究成果，形成了具有邏輯結構的11 個數(shù)據表，為科學的認識紫色土、研究紫色土發(fā)生分類、肥力評價和農業(yè)生態(tài)建設等提供科學依據。

4.2 數(shù)據使用方法

在對該專著數(shù)據的提取和整編過程中，也將該書進行了掃描電子化保存，讀者如需進一步文本方面的資料，也可與本文的通信作者聯(lián)系。

數(shù)據作者分工職責

高美榮（1969—），女，碩士，高級工程師，研究方向為土壤學，土壤信息管理。主要承擔數(shù)據錄入、數(shù)據校正和部分質量控制工作。

唐家良（1974—），男，博士，研究員，研究方向為土壤生態(tài)水文。主要承擔數(shù)據庫標準規(guī)范和質量控制。

況福虹（1981—），女，博士，助理研究員，研究方向為農田生態(tài)系統(tǒng)土壤氮利用及損失。主要承擔數(shù)據預處理和數(shù)據質量控制。