貴州省威寧縣3種典型土壤機械組成分析

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摘要：指出了土壤機械組成是土壤物理性狀的基礎特征之一，深入探討土壤機械組成對土壤學的研究和區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象，通過分析淀積層土壤的機械組成情況，探討了不同成土條件及土壤類型對土壤機械組成的影響。結果顯示：①不同成土母巖對土壤機械組成影響差異性顯著，砂（頁）巖發育土壤較碳酸鹽巖和紅色黏土發育土壤含砂量大;砂（頁）巖發育土壤存在一個坡度區間（16～25。）黏粒含量低于砂粒含量，其他坡度區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不同的土壤類型對土壤機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，威寧縣土壤機械組成差異性顯著。

關鍵詞：機械組成;成土母巖;坡度;土壤類型;威寧縣

中圖分類號：S714 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 20017-06

1 引言

土壤是成土母巖經過一系列理化作用，在一定的地理條件下慢慢發育而成的，母巖是土壤形成的基礎，其他成土條件也不同程度地制約著土壤的發育程度[1]。土壤中粗細狀況不一的粒徑物按不同的比例組合在一起，表現為土壤顆粒的粒級含量，稱為土壤機械組成，并影響著土壤的理化性質[2]。土壤機械組成是土壤理化性質的基礎結構之一，對土壤的肥力、水分、熱量及土壤結構等都有一定的影響[3]。土壤粒徑含量與土壤肥力、土壤退化及沙化等密切相關，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，人類活動也會造成土壤粒徑含量的變化[4]。土壤機械組成對土壤的物理特性及土壤肥力等有重要影響，土壤機械組成的差異也是影響土壤養分不同的因素之一[5]。

目前，國內外對土壤科學領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。土壤機械組成是土壤物理性狀的基礎性狀之一，表現為土壤顆粒的粒徑含量，測定土壤機械組成就是測定土壤的粒徑含量，影響土壤粒徑含量的因素是多元的[6，7]。不同的海拔梯度對土壤機械組成有較大影響，機械組成會影響土壤中養分，而土壤養分跟植被覆蓋度及土壤發育程度相關，植被覆蓋度越大，土壤養分也越豐富[8]。不同的成土母巖會影響土壤機械組成，原因在于不同成土母巖的風化程度差異導致砂粒含量的多少，進而影響到土壤機械組成[14]。地形條件影響地表物質的分配機制，在相同的成土母巖下不同的地形條件形成的土壤機械組成有一定的差異[10]。粉黏比即粉粒與黏粒之比，主要體現了土壤顆粒的受風化程度，粉粒是沒有受到風化的原生土壤顆粒，黏粒代表的是發育完全的次生礦物，粉黏比越小就說明巖石的風化程度越強[11，12]。貴州省境內關于土壤科學領域的研究正逐漸深入，威寧縣地處貴州省西北部高原山區，是貴州省的西南門戶，區域內自然地理環境復雜多樣。不同的土壤母巖導致土壤發育程度有較大差異，其原因是不同母巖的風化作用的差異和侵蝕程度不同，使風化后殘留于土壤中的礫石含量不同，進而影響土壤機械組成[13，14]。機械組成作為土壤物理性狀的基礎特征之一，獲得土壤理化性狀的第一手基礎數據對土壤科學的研究意義重大。

因此，本文以威寧縣自然條件下典型土壤為研究對象，測定土壤的機械組成并對其影響因子進行分析，探討了母巖、地形條件對土壤機械組成特性的影響，及不同土壤類型間土壤機械組成的差異性。旨在為威寧縣土壤科學研究積累基礎數據，為研究土地資源合理利用及保護提供一定的科學依據。

2 研究區概況

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）。也是貴州省國土面積最廣的少數民族自治縣，下轄35個鄉鎮，轄區內面積約為6296.3 km2，南北長約105 km，東西長約116 km。地處云貴高原，屬于喀斯特地區，平均海拔在2200m以上，海拔高差達1645m，有“貴州屋脊”之稱。區域內氣候類型多樣，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相應的下降，所以同時期內氣溫會比低海拔地區有所降低，在夏季是良好的避暑場所;屬于亞熱帶季風氣候，降水豐沛，且轄區內有長江和珠江水系的支流經過，有“四江之源”的稱號，使得區域內物種豐富。地勢起伏，氣溫變化大，四季清涼，植被覆蓋度的區域差異大。另外，新中國成立以來，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，從而導致水土流失的加重，喀斯特地區石漠化現象嚴重。

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，在各個典型土壤分布區內挖掘代表性剖面，分層觀察與采集土壤。分層時依據土壤發生分類方法分為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個剖面樣品，記錄其地理位置、采集時間、海拔、坡度、坡位、土壤母巖等基本信息（表1），拍攝標準剖面圖（圖2）。

3.2 樣品制備與分析

實驗室參照《土壤調查實驗室分析方法》，將采集回來的樣品放置在通風干燥處自然風干后，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，其中一份用作實驗，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準備實驗用。

選取制備好的B層土壤樣品，采用甲種比重計法測定土壤機械組成。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處，用攪拌棒上下攪拌1 min，攪拌后開始計時，按室內溫度設置靜置時間，靜置一段時間后用甲種比重計測出機械組成[9]。

3.3 數據統計與分析方法

根據實驗得出的數據，利用Excel表格統計數據，運用SPSS Statistics17.0軟件進行單因素方差分析，采用最小顯著極差法（LSD）對不同成土條件和不同土壤類型之間的差異性進行比較，顯著性水平為0. 05。

4 結果與分析

4.1 供試土壤機械組成概況

參照美國農部（USDA）制對土壤粒徑的劃分，通過實驗得出砂粒（2. 0～0.5 mm），粉粒（0. 5～0. 002 mm）以及黏粒（<0. 002 mm）的粒級含量（g/kg）。結果分析時針對供試剖面B層土壤機械組成進行研究分析。供試土壤機械組成見表2。

27個土壤剖面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），說明實驗土壤機械組成有差異;土壤的粒徑組成上基本表現為黏粒>粉粒>砂粒，說明發育土壤的成土母巖風化程度基本上較好。但4、21、24等剖面號土壤粉黏比分別為2. 11、2.55、5.18，大于其他剖面，說明這幾個剖面的發育土壤的成土母巖風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 不同成土條件下發育土壤機械組成差異

4.2.1 不同成土母巖發育土壤的機械組成差異

由表3可知，紅色黏土和碳酸鹽巖發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，不同類型母巖發育土壤機械組成差異顯著（P<0.05）。其中，紅色黏土和碳酸鹽巖發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）巖發育土壤的砂粒含量;碳酸鹽巖和紅色黏土發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）巖發育土壤的黏粒含量。

4.2.2 不同坡度發育土壤的機械組成差異

根據劉元保等16]對坡度的劃分依據，將威寧縣27個剖面的坡度劃分為5個等級。方差分析表明，在碳酸鹽巖和紅色黏土發育的土壤中，坡度對土壤機械組成影響差異性不顯著（P>0.05），在砂（頁）巖發育土壤中，坡度對土壤機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。時土壤粒徑含量出現波動，砂粒含量顯著高于26。以上坡度發育土壤，而黏粒含量顯著低于其他坡度發育土壤。坡度在26。及以上時粉黏比小于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 不同坡位發育土壤機械組成差異

不同坡位對機械組成方差分析表明，在砂（頁）巖和紅色黏土發育的土壤中，坡位對土壤機械組成影響差異性不顯著（P>0.05），在碳酸鹽巖發育土壤中，坡位對土壤機械組成存在顯著性影響（P<0.05）。由表5可知，碳酸鹽巖發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 不同土壤類型與機械組成差異

方差分析表明，不同類型母巖發育土壤機械組成差異顯著（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

影響土壤機械組成的指標是多元的，地形、成土母巖、土壤類型等是影響土壤機械組成的重要指標[17]。土壤機械組成對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]。通過對土壤樣品進行土壤機械組成的測定，得出27個土壤剖面的機械組成，在對實驗結果進行統計分析時，分析了不同成土條件和不同土壤類型對土壤機械組成影響的差異性。

不同的成土母巖會影響土壤機械組成，不同成土母巖的風化程度差異引起砂粒含量的差異，進而影響到土壤機械組成[14]。地形條件影響地表物質的分配機制，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27個剖面不同成土母巖下地形條件對土壤機械組成影響差異性進行分析。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，砂粒和黏粒容易流失，也容易匯集，而粉粒相對穩定[19]。不同成土母巖下地形條件對土壤機械組成影響顯著，碳酸鹽巖和紅色黏土發育土壤黏粒含量明顯高于砂粒含量，而砂（頁）巖發育土壤黏粒和砂粒含量差異性不顯著，這是由于砂（頁）巖的風化特性決定土壤發育含砂量大的情況，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）巖發育土壤下坡度對土壤機械組成影響差異性顯著，但在坡度為16～25。時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，需要探討土壤機械組成隨坡度變化而隨之變化的趨勢，但存在一個臨界坡度區間對土壤機械組成造成各粒徑含量出現反差的原因口¨;碳酸鹽巖發育土壤下坡位對土壤機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育程度高于坡腰和坡頂;其他指標對土壤機械組成有影響但差異不顯著。由此可見，不同成土母巖對機械組成影響密切。

除地形條件、植被覆蓋、人類活動、地表水文等影響土壤機械組成外，土壤類型也是影響土壤機械組成的重要指標[17]。統計分析了威寧縣27個土壤剖面3種土壤類型對土壤機械組成的影響，不同土壤類型對土壤機械組成影響差異性顯著，因為下層土壤受表層土壤的保護而受外力的影響不大，粉粒和黏粒會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]。總體來看，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化程度較高，土壤持水及肥力較好，能供給植被生長的養分更充足。

對土壤機械組成的影響因子是多元的，而在研究區域內采樣時針對單因素即自然條件下植被覆蓋相對較豐富的剖面點采樣。因此，在分析研究時采用單因素方差分析法，對不同成土條件和不同土壤類型的土壤機械組成影響差異性進行分析。威寧縣是中國西南喀斯特地區，自然環境條件復雜多樣，人類活動頻繁，本次所采集的樣品涉及不全面，不能全面準確地概括整個區域，今后的研究應更全面地分析威寧縣土壤機械組成的影響因子。

6 結論

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

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基金項目：貴州師范大學創新基金項目（編號：YC [2018]026）

作者簡介：臧紆（1995-），男，教師，主要從事土壤地理研究。