浙江省典型土壤類型整段標(biāo)本的采集和制作①

莊 俐，鄒 平，麻萬(wàn)諸，沈阿林*

浙江省典型土壤類型整段標(biāo)本的采集和制作①

莊 俐1，鄒 平1，麻萬(wàn)諸2，沈阿林1*

(1浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所，杭州 310021；2浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，杭州 310021)

土壤整段剖面標(biāo)本能真實(shí)反映出完整的土體結(jié)構(gòu)和土壤性態(tài)，既可為土壤演變歷史的科學(xué)研究提供實(shí)體樣本，也可為土壤知識(shí)的科普和專業(yè)交流提供基礎(chǔ)平臺(tái)。浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院于2019年啟動(dòng)建設(shè)“農(nóng)業(yè)管理與土壤演變研究展示平臺(tái)”，采集和制作了浙江省典型土壤整段標(biāo)本97個(gè)。本文介紹了不同類型土壤整段剖面標(biāo)本采集與制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決方案，旨在為今后土壤整段標(biāo)本的采集和制作提供借鑒。

土壤整段標(biāo)本；采集；制作；浙江省

地球表層的巖石或風(fēng)化母質(zhì)歷經(jīng)幾億、幾十億年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，經(jīng)各種物理、化學(xué)和生物的綜合作用過(guò)程，形成了今天人類賴以生存和發(fā)展的土壤。土壤的發(fā)育形成受地形、氣候、母質(zhì)、生物和時(shí)間等眾多成土因素的綜合影響，且在各因素表現(xiàn)主次、強(qiáng)弱均不相同的作用下，造就了土壤屬性的千變?nèi)f化，形成了具有特定剖面形態(tài)和肥力特征的土體[1]。土壤整段剖面標(biāo)本能真實(shí)反映出完整的土體結(jié)構(gòu)和土壤性態(tài)[2-3]，既可為土壤演變歷史的科學(xué)研究提供實(shí)體樣本，也可為土壤知識(shí)的科普和專業(yè)交流提供基礎(chǔ)平臺(tái)。浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院于2019年啟動(dòng)建設(shè)“農(nóng)業(yè)管理與土壤演變研究展示平臺(tái)”，相關(guān)人員借鑒了已有土壤整段標(biāo)本采集與制作方法的文獻(xiàn)或?qū)＠晒鸞4-6]，歷經(jīng)2年的努力，在全省采集和制作完成了97個(gè)典型土壤整段標(biāo)本。本文就不同類型土壤整段標(biāo)本在采集與制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決方案開(kāi)展了探討，旨在為今后土壤整段標(biāo)本采集和制作工作提供借鑒。

1 整段標(biāo)本樣點(diǎn)選擇

根據(jù)浙江省第二次土壤普查數(shù)據(jù)，浙江省共有紅壤、黃壤、山地草甸土、基性巖土、石灰(巖)土、紫色土、粗骨土、潮土、濱海鹽土和水稻土等10個(gè)土類及其下屬21個(gè)亞類、99個(gè)土屬和277個(gè)土種(表1)[7-8]。

在“農(nóng)業(yè)管理與土壤演變展示館”建設(shè)過(guò)程中，為了確保土壤整段標(biāo)本樣點(diǎn)具有土壤類型的典型性、代表性和覆蓋度，依據(jù)浙江省土壤資源分布特征和全省1︰50萬(wàn)土壤圖[9]，選擇整段標(biāo)本采集與制作對(duì)象，累計(jì)采集制作全省范圍內(nèi)典型土壤標(biāo)本97個(gè)，其中包括濱海鹽土(22個(gè))、水稻土(36個(gè))、紅黃壤(16個(gè))以及其他類型土壤(23個(gè))(表1)。根據(jù)浙江省土壤圖，每個(gè)土種預(yù)設(shè)3個(gè)代表性采樣點(diǎn)備選，在實(shí)際采樣時(shí)，利用單人手持式土壤取樣鉆，預(yù)先采集剖面不同層次的土壤樣品，根據(jù)布設(shè)土種的相關(guān)信息，如地形、母質(zhì)、土層厚度等條件來(lái)比較和確認(rèn)土種表征信息的準(zhǔn)確性和可靠性，最后確定整段標(biāo)本的采集位置。

表1 浙江省典型土壤類型及采樣數(shù)情況

2 整段剖面標(biāo)本的采集

2.1 采集方法

剖面采集現(xiàn)場(chǎng)的拍照、觀察記錄與剖面土色、結(jié)構(gòu)等物理性狀的描述是標(biāo)本采集的重要步驟，需要在明亮的光線下進(jìn)行。不合適的光線會(huì)改變?nèi)庋鬯?jiàn)的剖面顏色狀態(tài)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)記錄誤差，因此不宜在太陽(yáng)光直射下作業(yè)。土壤剖面開(kāi)挖時(shí)的土壤含水量往往較高，在后期風(fēng)干制作過(guò)程中診斷性狀會(huì)發(fā)生一些變化，因此現(xiàn)場(chǎng)拍攝土壤剖面過(guò)程必不可少，可以反映土壤剖面的原始形態(tài)。

2.2 采集工具與采樣時(shí)間

鐵鍬、電鉆、鏟刀、洛陽(yáng)鏟、專用標(biāo)尺、木榔頭、吸水裝置等是必不可少的采樣工具[11]。特殊剖面還需要一些特殊的工具，如：在水稻土剖面采集時(shí)需要利用鋼絲繩切割土壤剖面，對(duì)過(guò)于黏濕難以用刀片修出自然毛面的剖面，也可用此類工具處理；對(duì)于紫色土等半風(fēng)化體占比大的標(biāo)本，需要鋸條切割。

水稻土土壤剖面標(biāo)本的采集應(yīng)盡可能避開(kāi)水稻種植季節(jié)，選擇在水稻收獲后土體較干的期間進(jìn)行。砂性濱海鹽土的土體松軟，尤其被地下水浸泡的部分在擾動(dòng)后容易成流砂態(tài)坍塌，因此應(yīng)選擇地下水位最低的秋冬季進(jìn)行采樣為宜。

2.3 不同土類土壤剖面樣本的采集方法

對(duì)于需要在平地挖坑采集標(biāo)本的，最好挖掘長(zhǎng)≥300 cm、寬≥150 cm、深≥120 cm的較大土坑，以方便坑內(nèi)作業(yè)。對(duì)于非耕地土壤，則可利用自然的斷面或修路等形成的斷面，經(jīng)修飾處理后直接采掘標(biāo)本，如杭州市西湖區(qū)轉(zhuǎn)塘街道的粗骨土即采用該辦法采集，既能節(jié)約采集成本又能提高工作效率。

對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的土壤類型，大多通過(guò)采取整段采樣的方法，以保證土壤剖面的最真實(shí)狀態(tài)。實(shí)際采集過(guò)程中遇到剖面結(jié)構(gòu)中有巖石裸露的，應(yīng)盡量保證其完整性。對(duì)土壤砂性過(guò)強(qiáng)、結(jié)持性差、結(jié)構(gòu)松散的剖面，如泥涂、砂土等，經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)法直接整體切割的情況，可以采用分層填裝的方法完成采集。采樣作業(yè)過(guò)程中如有地下水滲出，須及時(shí)抽干，避免因水浸泡影響標(biāo)本的完整性。表2列出了不同土壤類型的采集方法與現(xiàn)場(chǎng)剖面記載情況。

表2 不同土壤類型整段標(biāo)本采集信息

3 不同類型土壤標(biāo)本的制作方法

土壤整段標(biāo)本的制作有多種處理方法[4-6]，其中采用“板底黏結(jié)薄層土壤整段標(biāo)本”制作方法，操作簡(jiǎn)單、保存良好、成本較低，是現(xiàn)在比較常用的一種標(biāo)本制作方法[12-13]。本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制作剖面標(biāo)本參照了《一種砂土1 m 原狀整段標(biāo)本的采集和制作方法》[14]專利技術(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良。具體步驟如下：①制作前期：采集的土樣在潔凈通風(fēng)的房間自然晾干；②制作中期：整土填縫–鉆孔–噴膠–晾干–底板黏合；③制作后期：待膠水晾干后，進(jìn)行精細(xì)雕刻，最后噴膠定型。

3.1 采集樣本制作前的晾干

從野外采集回來(lái)的標(biāo)本制作需要在自然通風(fēng)的環(huán)境下充分晾干，溫度以22 ～ 25 ℃為佳，不宜高溫或暴曬以避免土體干裂。對(duì)于地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的東南沿海地區(qū)，由于雨水豐沛和空氣較為濕潤(rùn)，一個(gè)土壤樣本從晾干至制作的時(shí)間較長(zhǎng)，約需4個(gè)月或更長(zhǎng)，因此可以通過(guò)批量一起制作來(lái)提高效率。實(shí)際晾干與制作過(guò)程中可根據(jù)當(dāng)時(shí)的室內(nèi)溫度、濕度等情況進(jìn)行調(diào)整。

本文對(duì)比較特殊的土壤標(biāo)本的晾干條件進(jìn)行了總結(jié)，根據(jù)土壤樣本不同的緊實(shí)性、干濕性和通透性等給出不同的晾干處理?xiàng)l件(表3)。未開(kāi)墾的海涂因土壤較為疏松、空隙大，干燥快速，但容易出現(xiàn)變形開(kāi)裂的現(xiàn)象，要求給予一個(gè)緩慢干燥的環(huán)境條件，避免放置的環(huán)境溫度過(guò)高。對(duì)于經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期圍墾的海涂土壤，因其經(jīng)歷了鹽漬化、脫鹽與脫鈣的過(guò)程，長(zhǎng)期農(nóng)作過(guò)程使土壤中鹽分明顯下移，在土壤樣本干燥過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)頂端干燥、底部不干的現(xiàn)象，在晾干中需特別注意，應(yīng)采取標(biāo)本上下端濕度調(diào)控以保持相對(duì)一致，避免后期制作發(fā)生標(biāo)本塌陷問(wèn)題。

表3 幾種比較特殊類型的土壤標(biāo)本晾干狀態(tài)對(duì)比

3.2 鉆孔與噴膠

為了保證土壤標(biāo)本有較好的固化強(qiáng)度，需要通過(guò)在標(biāo)本的背面鉆孔噴膠來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)相關(guān)專利的表述，要求采用直徑為2 mm以下的鉆頭進(jìn)行鉆孔，孔深2 ～ 3 cm左右，鉆孔之間間隔10 mm，形成排列整齊的小洞。但在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮以下幾種情況，并進(jìn)行調(diào)整。

一是隱患排查任務(wù)重。該市共納入監(jiān)測(cè)隱患點(diǎn)691個(gè)，隨著臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降雨等極端天氣影響，未知隱患點(diǎn)將逐步顯現(xiàn)。同時(shí)，因這些隱患點(diǎn)大多靠近公路沿線、水庫(kù)周邊及偏遠(yuǎn)山區(qū)，單單依靠數(shù)量有限的群測(cè)群防員開(kāi)展巡查，排查難度大。二是隱患治理任務(wù)重。省政府明確，“十三五”期間全省地質(zhì)災(zāi)害防治工作的目標(biāo)是“基本消除重大地質(zhì)災(zāi)害隱患”，這些隱患亟需搬遷和治理。同時(shí)，隨著隱患變化和調(diào)查排查深入，需治理的隱患點(diǎn)將不斷增加，治理任務(wù)繁重。三是工程治理監(jiān)管任務(wù)重。目前，地質(zhì)災(zāi)害治理工程項(xiàng)目管理不夠規(guī)范，治理工程的科學(xué)研究、技術(shù)水平還不能滿足相關(guān)需要，隨著排險(xiǎn)和治理工作加快推進(jìn)，治理工程監(jiān)管面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。

1)鉆頭的選取。標(biāo)本軟硬度各異，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，對(duì)硬泥田、泥筋田、粉泥田等質(zhì)地較硬的土壤，細(xì)鉆頭容易發(fā)生斷裂，可采用較粗(1.5 mm)的鉆頭；而對(duì)于泥涂、涂泥田、潮土等質(zhì)地較為疏松的土壤，則可替換為直徑較小(0.8 ～ 1 mm)的鉆頭進(jìn)行操作。

由于采集的標(biāo)本厚度約為8 ～ 10 cm，人為操作時(shí)鉆孔深度難免或深或淺，可能導(dǎo)致最終成品標(biāo)本(厚度約為2.5 ～ 5 cm)的正面露出打孔眼，影響標(biāo)本美觀和完整性(圖1)。在操作時(shí)采取45度斜角打孔可避免以上情況的發(fā)生，保證標(biāo)本能夠良好吃膠固化。

圖1 成品標(biāo)本正面孔眼外露示意圖

2)噴膠固型。鉆孔之后采用膠水粘合是整個(gè)標(biāo)本基本定型的方法。將購(gòu)置的白乳膠漆以乳膠漆︰水= 1︰3的比例調(diào)和，均勻多次噴灑在標(biāo)本背面。吃膠量(調(diào)和后的白乳膠漆)大致9 L/塊左右。

表4對(duì)比了不同質(zhì)地的土壤標(biāo)本噴膠操作時(shí)的差異。在實(shí)際操作中，對(duì)于飛砂土、泥涂這類質(zhì)地較輕、砂粒含量較高的土壤，在噴膠時(shí)會(huì)出現(xiàn)膠、水分層現(xiàn)象，膠留在表面無(wú)法吸收，而水被滲濾至底部，因此需要適當(dāng)提高膠與水的稀釋比例。由于土壤結(jié)構(gòu)較疏松，不易成型，噴完一層最好經(jīng)過(guò)0.5 ～ 1 h的通風(fēng)晾曬，使得膠水被充分吸收，再進(jìn)行下一輪噴膠。對(duì)于硬泥田、泥筋田、粉泥田等這類本身固型較好的標(biāo)本，噴膠量可適當(dāng)減少，減少噴灑膠水對(duì)標(biāo)本自然狀態(tài)保持產(chǎn)生的負(fù)面影響。在噴膠過(guò)程中，特別要注意吃膠量，避免噴膠過(guò)多外溢或膠量不足黏合不牢固的問(wèn)題發(fā)生。

3.3 制作后期的晾干和定型

1)自然晾干。整個(gè)土壤剖面標(biāo)本制作過(guò)程中經(jīng)歷兩次晾干，第一次是在打孔噴膠后10 d左右的晾干，使標(biāo)本固型；第二次是在上了底板和夾具后的20 d左右的晾干，目的是底板和標(biāo)本充分黏合，保證長(zhǎng)期保存不脫落。

制作過(guò)程的晾干要充分考慮環(huán)境因素，必要時(shí)可通過(guò)空調(diào)、取暖器等方式人為調(diào)節(jié)，盡量保證充分晾干。由于標(biāo)本由木盒裝樣，會(huì)出現(xiàn)標(biāo)本表面干燥、內(nèi)部未干的現(xiàn)象，因此必要時(shí)可提前拆除木盒四周木板，以保證充分晾干。

2)噴膠定型。在標(biāo)本雕刻完成后，需要進(jìn)行噴膠定型。標(biāo)本在長(zhǎng)期的保存中暴露在外，略厚的膠水有利于標(biāo)本定型和防霉。具體操作中，對(duì)于土壤質(zhì)地較輕的土壤整段標(biāo)本，如飛砂土，在噴膠定型時(shí)需要保持一定距離，以噴霧形式進(jìn)行噴膠，防止破壞土壤表面紋理；而對(duì)于硬泥田、泥筋田等類型土壤，定型時(shí)噴膠不宜過(guò)多，防止標(biāo)本因噴膠過(guò)度表面發(fā)亮，影響土壤真實(shí)狀態(tài)的展現(xiàn)(圖2)。

表4 不同質(zhì)地土壤噴膠操作比較

(A. 黏合與晾干；B. 展館現(xiàn)場(chǎng))

4 討論

土壤標(biāo)本通?？煞譃樯⒀b土壤標(biāo)本、分類紙盒標(biāo)本和整段標(biāo)本三類[15]，其中土壤整段標(biāo)本是所有標(biāo)本制作中最復(fù)雜的一種。整段標(biāo)本采集制作有不同的方法，一是不加任何黏結(jié)劑，直接放置的常規(guī)方法，全國(guó)第2次土壤普查中采集制作的土壤整段標(biāo)本基本采用該方法；二是使用聚醋酸乙烯乳液作為黏結(jié)劑，制成薄厚不等的整段標(biāo)本。本文介紹的木板膠粘法則是近年探索的采制方法[16-17]，該法的標(biāo)本制作保存效果好，正逐漸被廣泛應(yīng)用。

根據(jù)實(shí)際制作實(shí)踐，木板膠粘法的制作過(guò)程所需的時(shí)間和勞力成本仍然較多。一塊整段標(biāo)本從采樣到制作完成需經(jīng)歷約半年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。另外，對(duì)于砂性和土壤結(jié)構(gòu)發(fā)育較差以及含水量高、黏性較強(qiáng)的水稻土類型，如砂性水稻土涂砂田和泥砂田，土壤結(jié)構(gòu)發(fā)育較弱的爛青紫泥田和爛青泥田標(biāo)本的制作，需要參考砂性和多礫石土壤標(biāo)本的采樣和制作方法，即野外拍照、分層采集和原位黏貼的方式進(jìn)行；而對(duì)于泥筋田、老黃筋泥田和青紫泥田等含水量高、黏性較強(qiáng)的水稻土類型，在采集土壤剖面后，要噴灑固化劑，防止標(biāo)本在風(fēng)干過(guò)程中因失水收縮而開(kāi)裂，導(dǎo)致標(biāo)本變形失真?？傊瑯?biāo)本制作步驟多且要求嚴(yán)格精細(xì)，否則難以保證標(biāo)本的完整性和真實(shí)性。

綜上所述，在標(biāo)本制作過(guò)程的技術(shù)簡(jiǎn)化、標(biāo)本展示過(guò)程的防塵保護(hù)和標(biāo)本制作的技術(shù)規(guī)范等3個(gè)方面仍有待探索和進(jìn)一步的方法改進(jìn)。

1)標(biāo)本制作過(guò)程的技術(shù)簡(jiǎn)化。密集的打孔和用膠量大，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且對(duì)標(biāo)本完整性和真實(shí)性多少存在影響，因此如何進(jìn)行技術(shù)改良，使制作方式變得更為簡(jiǎn)單有效，值得進(jìn)一步探索。

2)標(biāo)本展示過(guò)程的防塵保護(hù)。目前國(guó)內(nèi)標(biāo)本保藏多數(shù)沒(méi)有措施，部分采用普通玻璃罩進(jìn)行防塵，但溫度、濕度、光線等因素的長(zhǎng)期影響可能對(duì)土壤標(biāo)本產(chǎn)生影響。因此如何才能確保土壤標(biāo)本長(zhǎng)期完好的保存，并兼具管護(hù)方便和展示美觀等功能，也值得摸索。

3)標(biāo)本制作過(guò)程的技術(shù)規(guī)范。全國(guó)各地的相關(guān)專業(yè)機(jī)構(gòu)在開(kāi)展類似工作時(shí)沒(méi)有一個(gè)規(guī)范的操作程序，多處于自行探索和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)操作階段。一套規(guī)范的土壤標(biāo)本采集、制作、運(yùn)輸、展示和保藏標(biāo)準(zhǔn)的制訂，非常必要。

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Brief Introduction of Methods of Collecting and Making Soil Monoliths in Zhejiang Province

ZHUANG Li1, ZOU Ping1, MA Wanzhu2, SHEN Alin1*

(1 Institute of Environment, Resource, Soil & Fertilizer, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021, China; 2 Institute of Digital Agriculture, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021, China)

Soil monoliths truly reflect the complete soil structure and properties, which can provide solid samples for the scientific research of soil evolution history and a basic platform for the popularization and professional exchange of soil knowledge. Zhejiang Academy of Agricultural Sciences (ZAAS) launched the project of “Agricultural Management and Soil Evolution Research Exhibition Platform” in 2019, and collected and produced 97 typical soil monoliths of Zhejiang Province. The present paper summarized the problems and solutions of different types of soil monoliths in the processes of collection and production, which can provide reference for the collection and production of soil monoliths in the future.

Soil monoliths; Collecting; Making; Zhejiang Province

S15

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.06.027

莊俐, 鄒平, 麻萬(wàn)諸, 等. 浙江省典型土壤類型整段標(biāo)本的采集和制作. 土壤, 2022, 54(6): 1307–1312.

浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)展建設(shè)類財(cái)政專項(xiàng)(10408010119LL0101F)資助。

通訊作者(shenalin_123@126.com)

莊俐(1985—)，女，浙江嘉興人，碩士，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)科研管理工作。E-mail: zhuangli1302@126.com