福建南安市石井—東田地區(qū)土壤厚度空間分布特征及主要影響因素

周云龍

(福建省地質調查研究院,福建 福州 350013)

土壤是時空連續(xù)變異體,具有空間變異性,土壤厚度在小范圍尺度和大面積區(qū)域存在一定程度的空間異質性[1-4],即使同一時刻,在土壤質地相同的地域內,其土壤特性也會隨著空間位置的不同而有明顯差異[5-9]。土壤厚度是土壤的重要基本特性,不僅反映了土壤的發(fā)育程度,還與土壤肥力密切相關。此外,土壤厚度不僅是野外鑒別土壤肥力的重要指標[10],還是反映土壤侵蝕程度的主要指標。

土壤厚度和性狀是表征土壤質量的重要指標,也是植物能夠較好生長的重要物質基礎[11]。許多地球表面過程由土壤厚度決定,影響著地表水文[12]和植被生長[13-16]、山體滑坡和土壤侵蝕[17]、土壤有機質分布[18-23]及凈生產力[24]。土壤厚度作為可以表征土壤肥力、質量[25-28]、侵蝕等級的物理指標,對合理利用和保護耕地、確保糧食安全也具有重要意義[18]。通常,土壤厚度是指淋溶層最上面的一層,也被稱為腐殖層,是肥力性質最好的一層,本文討論的土壤厚度為土壤母質層以上的土層厚度。土壤厚度是土壤物性參數(shù)的重要指標,受地形地貌、基巖特征、地表植被的遮掩等因素影響[25-29]。傳統(tǒng)的土壤調查常常用1個剖面來代表整個制圖單位[30],忽略了土壤的空間差異性。因此,土壤厚度的空間分布特征是土壤學研究的重要領域。

本文以福建南安市石井—東田地區(qū)為例,通過開展野外實地土壤剖面調查,總結土壤厚度空間分布特征及其影響因素,并制作南安石井—東田地區(qū)土壤厚度空間分布圖。結合該區(qū)地形地貌、地質條件、成土母質情況,布設45條剖面,獲得了研究區(qū)不同地質條件、地形地貌、成土母質單元區(qū)土壤厚度數(shù)據(jù),為研究全區(qū)土壤厚度空間分布提供有利信息,也為更好地進行土地質量評價提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

研究區(qū)位于福建省東南沿海,晉江中游,屬于中低山地貌,地勢總體東南高、西北低。研究區(qū)山地主要分布在西北部東田鎮(zhèn),南部以沿海平原為主,東南部瀕臨海洋,海拔0～700 m。該區(qū)夏季長、無酷暑,冬季短、溫暖而少雨,秋溫高于春溫;雨水充沛,春夏多,秋冬少。該區(qū)屬南亞熱帶季風性濕潤氣候,年降雨量為600～1 000 mm。

研究區(qū)土壤以水稻土、紅壤、赤紅壤為主,赤紅壤、紅壤主要分布在研究區(qū)西北部和中部,水稻土主要分布在研究區(qū)東部和南部平原,極少數(shù)石質土、粗骨土分布在官橋鎮(zhèn)北部。

1.2 地質概況

研究區(qū)位于平潭—東山NE向剪切構造帶和永安—晉江NW向斷裂帶交切部位,二者共同控制了研究區(qū)構造格局,表現(xiàn)為以NNE向—NE向韌性剪切帶和NW向斷裂為主。區(qū)內廣泛發(fā)育中生代火山巖和侵入巖,是中國東南沿海中生代巖漿巖帶的重要組成部分。

研究區(qū)主要發(fā)育晚侏羅世南園組和第四紀晚更新世龍海組、全新世長樂組堆積層(圖1)。南園組為晚侏羅世中酸性-酸性火山巖,以南園組第三段分布面積最廣,其次為南園組第二段。第四系主要出露于研究區(qū)東南部,由老到新分為更新世殘坡積(Qpel)、晚更新世龍海組(Qp3l)、全新世長樂組(Qhc)。更新世殘坡積(Qpel)為一套第四紀殘坡積相,位于研究區(qū)東南部丘陵區(qū);晚更新世龍海組(Qp3l)僅見于官橋鎮(zhèn)西部,出露于河谷平原;全新世長樂組(Qhc)分布于官橋—石井鎮(zhèn)一帶沿海地區(qū),出露于濱海平原。

區(qū)內侵入巖以燕山晚期正長花崗巖為主,其次為二長花崗巖、花崗閃長巖以及少量石英閃長巖、花崗斑巖等。

2 調查方法及結果

2.1 土壤剖面布設方法

以空間均勻性和不同單元代表性為主要原則,在不同的地質背景區(qū)、成土母質區(qū)、地形地貌區(qū)分別布設土壤垂向剖面,共布設土壤垂向剖面45條,各點位布設情況見圖1。野外具體的點位選擇需要遵守以下原則。

1.剖面調查點;2.第四系長樂組;3.第四系龍海組;4.第四系更新統(tǒng);5.晚侏羅世南園組三段;6.晚侏羅世南園組二段;7.晚白堊世花崗斑巖;8.早白堊世正長花崗巖;9.早白堊世二長花崗巖;10.早白堊世花崗閃長巖;11.早白堊世石英閃長巖;12.晚侏羅世正長花崗巖;13.晚侏羅世二長花崗巖;14.晚侏羅世花崗閃長巖;15.晚侏羅世石英閃長巖;16.晚侏羅世花崗斑巖;17.晚侏羅世花崗閃長斑巖;18.斷層;19.韌性剪切帶

(1)代表性。根據(jù)地形、自然植被或農業(yè)利用特點、母質、水文地質等條件,在適當位置挖掘一定范圍具有代表性的土壤剖面。

(2)穩(wěn)定的土壤發(fā)育條件。如山地丘陵區(qū),一般要選擇在坡面緩平處,排水良好,不受侵蝕坡面物質堆積及自然崩塌影響。

(3)不宜在住宅、溝渠、路、村、糞坑及建筑物附近布設土壤剖面,避免干擾或污染。

此外,丘陵區(qū)和平原區(qū)的土壤垂向剖面調查要區(qū)別對待。丘陵區(qū)要根據(jù)每種成土母質區(qū),按照地形地貌差異、土地使用方式不同布置垂向土壤剖面,剖面位置為山丘水土不發(fā)生流失的坡中處或山頂?shù)貏菹鄬ζ骄徧?。平原區(qū)要在河流不同水系或同一水系不同階地處布置垂向土壤剖面,剖面位置為受到人類活動影響相對較小的地區(qū)。

2.2 土壤剖面野外調查方法

野外實地調查中,坡度較小的平緩地帶需要人工挖掘土壤剖面,在坡度較大的山地區(qū)選擇較新鮮的現(xiàn)有非自然剖面進行揭露。

挖掘人工剖面時,在具有代表性的點劃1個長1.5 m、寬1 m的長方形(寬邊盡量面向太陽或垂直田壟),依次向下挖掘,每挖約30 cm留一臺階,挖出的土壤按層次分別放置。丘陵地區(qū)挖掘深度要求到達母質或母巖;平原地區(qū)挖掘深度要求達到地下水層,若地下水位>1.5 m,在1.5 m以下用土鉆取土觀察描述;稻田盡量在排干期挖掘。觀察結束后應先填底土,后填心土,表土覆在上面。剖面挖掘好后,放好標尺,用小土鏟整理出光滑面和毛糙面,拍照后進行土壤描述。

揭露現(xiàn)有非自然剖面時,先剖出新鮮的表面后進行土壤描述,深度不夠時需人工挖掘至母巖層。描述內容包括地理位置(坐標、地形、地貌、坡度、坡向)、地表水文、土壤特性(類型、顏色、厚度、成因)、成土母質、地質背景等。

根據(jù)研究區(qū)不同地質背景、土地利用現(xiàn)狀和地貌特征,本次共調查了45處土壤垂向剖面點,其中侵入巖區(qū)調查點18處,晚侏羅世南園組調查點18處,第四系調查點9處。

3 土壤厚度空間分布特征

3.1 南安石井—東田地區(qū)土壤厚度分布規(guī)律

對各調查點土壤厚度按照不同土壤成因、不同地面坡度、不同土地利用類型、不同地層巖性進行參數(shù)統(tǒng)計,統(tǒng)計結果見表1—表4。同一地層巖性土壤厚度變化范圍較大,變異系數(shù)均在0.6以上,不具備穩(wěn)定規(guī)律性;同一土地利用類型土壤厚度變化范圍較大,且大多數(shù)土地利用類型土壤厚度樣本量不夠,也不具備穩(wěn)定規(guī)律性;不同成因類型土壤厚度具有明顯規(guī)律性,其中海積物土壤厚度>濱海沖積土壤厚度、沖洪積物土壤厚度>河谷沖洪積物土壤厚度>殘坡積物土壤厚度;殘坡積成因土壤厚度為5～40 cm,土壤厚度與地面坡度呈反比,地面坡度越陡,土壤層越薄。

表1 不同成因類型土壤厚度統(tǒng)計結果(n=45)

表2 不同地面坡度土壤厚度統(tǒng)計結果(n=30)

表3 不同土地利用類型土壤厚度統(tǒng)計結果(n=45)

表4 不同地層巖性土壤厚度統(tǒng)計結果(n=45)

3.2 南安石井—東田地區(qū)土壤厚度空間分布圖

根據(jù)野外土壤垂向剖面調查結果,不同土壤成因、不同地面坡度土壤厚度具有穩(wěn)定的規(guī)律性,選擇土壤成因和地面坡度為主要因子,以研究區(qū)成土母質圖和地面坡度圖為基礎,對不同的成土母質、地面坡度進行土壤厚度賦值,制作研究區(qū)土壤厚度空間分布圖。海積、沖洪積、沖積三類成因土壤厚度參照表2不同成因土壤厚度范圍,殘積、坡積、殘坡積三類成因土壤厚度參照表3不同地面坡度眾數(shù)為土壤厚度背景值,陡坡和極陡坡度地面由于未采集樣品,暫定其土壤厚度背景值分別為10 cm和5 cm,具體劃分標準見表5。

表5 土壤厚度分區(qū)劃分標準

依據(jù)表5制作南安石井—東田地區(qū)土壤厚度空間分布圖(圖2),統(tǒng)計石井—東田地區(qū)土壤厚度各區(qū)占比情況(表6)。可知,石井—東田工作區(qū)土壤厚度背景值主要以20 cm和15 cm為主,分別占全區(qū)面積的28.35%和29.36%;土壤厚度>230 cm的土壤層面積18.58 km2,主要分布在石井鎮(zhèn)西南沿海、石井鎮(zhèn)北部沿海、水頭鎮(zhèn)東南沿海和水頭鎮(zhèn)東北沿海等區(qū)域;土壤厚度>180 cm的土壤層面積51.7 km2,主要分布在石井鎮(zhèn)鎮(zhèn)中心、石井鎮(zhèn)西部、水頭鎮(zhèn)西南部、水頭鎮(zhèn)西北部、官橋鎮(zhèn)西部和官橋鎮(zhèn)東南部;土壤層厚度為5 cm的區(qū)域面積6.6 km2,僅占全區(qū)面積的1.00%,主要分布在研究區(qū)西南部東田鎮(zhèn)區(qū)域。

圖2 研究區(qū)土壤厚度空間分布圖

表6 石井—東田土壤厚度分區(qū)面積統(tǒng)計結果

3.3 影響因素探討

自然界影響土壤發(fā)育厚度的因素是多方面的[30-32]。對野外調查結果(表1—表4)進行分析,發(fā)現(xiàn)土壤成因和地面坡度是決定研究區(qū)土壤厚度的主要因素。海積、沖洪積、沖積成因土壤,地面坡度大多平緩且地勢相對較低,可以接納來自上方的沉積物、沖積物、坡積物,所以其土壤層較厚。相對于河流、湖泊、谷底,海洋沉積環(huán)境更穩(wěn)定且受人為或自然干擾因素較小,形成的海積物、濱海沖洪積物等土壤厚度也相對更厚。殘積、坡積、殘坡積成因土壤厚度主要由地面坡度決定,地面坡度越陡,其風化剝蝕作用越強,土壤越薄。

4 結論

(1)石井—東田工作區(qū)土壤厚度背景值以20 cm和15 cm的土壤層為主,分別占全區(qū)面積的28.35 %和29.36 %,其次為土壤厚度背景值為35 cm和10 cm的土壤層,分別占全區(qū)面積的11.28 %和10.21%,土壤層厚度為5 cm的區(qū)域面積6.6 km2,僅占全區(qū)面積的1.00 %。石井鎮(zhèn)、水頭鎮(zhèn)、官橋鎮(zhèn)等沿海地區(qū)土壤厚度均>40 cm。

(2)土壤成因和地面坡度是決定研究區(qū)土壤厚度的主要因素。從土壤成因看,沉積環(huán)境越穩(wěn)定、人為或自然干擾因素越少的土壤越厚;從土壤成因看,海積物土壤厚度>濱海沖積、沖洪積物土壤厚度>河谷沖洪積物土壤厚度>殘坡積物土壤厚度;從地面坡度看,土壤厚度與地面坡度呈負相關,地面坡度越陡,土壤越薄。