贵州省威宁县3种典型土壤机械组成分析

臧纡　韦小茶　韦政学　舒忠海　刘涛

摘要：指出了土壤机械组成是土壤物理性状的基础特征之一，深入探讨土壤机械组成对土壤学的研究和区域的土地利用具有重要意义。以贵州省威宁县3种典型土壤为研究对象，通过分析淀积层土壤的机械组成情况，探讨了不同成土条件及土壤类型对土壤机械组成的影响。结果显示：①不同成土母岩对土壤机械组成影响差异性显著，砂（页）岩发育土壤较碳酸盐岩和红色黏土发育土壤含砂量大;砂（页）岩发育土壤存在一个坡度区间（16～25。）黏粒含量低于砂粒含量，其他坡度区间黏粒含量大于砂粒含量，随坡度的增大黏粒含量增加砂粒含量减少;坡脚黏化特征比坡腰和坡顶明显。②不同的土壤类型对土壤机械组成影响差异性显著，暗红棕壤黏粒含量显著高于砂粒含量，土壤黏化特征最明显。从整体上看，威宁县土壤机械组成差异性显著。

关键词：机械组成;成土母岩;坡度;土壤类型;威宁县

中图分类号：S714 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（ 2020） 20017-06

1 引言

土壤是成土母岩经过一系列理化作用，在一定的地理条件下慢慢发育而成的，母岩是土壤形成的基础，其他成土条件也不同程度地制约着土壤的发育程度[1]。土壤中粗细状况不一的粒径物按不同的比例组合在一起，表现为土壤颗粒的粒级含量，称为土壤机械组成，并影响着土壤的理化性质[2]。土壤机械组成是土壤理化性质的基础结构之一，对土壤的肥力、水分、热量及土壤结构等都有一定的影响[3]。土壤粒径含量与土壤肥力、土壤退化及沙化等密切相关，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，人类活动也会造成土壤粒径含量的变化[4]。土壤机械组成对土壤的物理特性及土壤肥力等有重要影响，土壤机械组成的差异也是影响土壤养分不同的因素之一[5]。

目前，国内外对土壤科学领域的研究已有很大的成果，这些成果都可成为宝贵的借鉴资料。土壤机械组成是土壤物理性状的基础性状之一，表现为土壤颗粒的粒径含量，测定土壤机械组成就是测定土壤的粒径含量，影响土壤粒径含量的因素是多元的[6，7]。不同的海拔梯度对土壤机械组成有较大影响，机械组成会影响土壤中养分，而土壤养分跟植被覆盖度及土壤发育程度相关，植被覆盖度越大，土壤养分也越丰富[8]。不同的成土母岩会影响土壤机械组成，原因在于不同成土母岩的风化程度差异导致砂粒含量的多少，进而影响到土壤机械组成[14]。地形条件影响地表物质的分配机制，在相同的成土母岩下不同的地形条件形成的土壤机械组成有一定的差异[10]。粉黏比即粉粒与黏粒之比，主要体现了土壤颗粒的受风化程度，粉粒是没有受到风化的原生土壤颗粒，黏粒代表的是发育完全的次生矿物，粉黏比越小就說明岩石的风化程度越强[11，12]。贵州省境内关于土壤科学领域的研究正逐渐深入，威宁县地处贵州省西北部高原山区，是贵州省的西南门户，区域内自然地理环境复杂多样。不同的土壤母岩导致土壤发育程度有较大差异，其原因是不同母岩的风化作用的差异和侵蚀程度不同，使风化后残留于土壤中的砾石含量不同，进而影响土壤机械组成[13，14]。机械组成作为土壤物理性状的基础特征之一，获得土壤理化性状的第一手基础数据对土壤科学的研究意义重大。

因此，本文以威宁县自然条件下典型土壤为研究对象，测定土壤的机械组成并对其影响因子进行分析，探讨了母岩、地形条件对土壤机械组成特性的影响，及不同土壤类型间土壤机械组成的差异性。旨在为威宁县土壤科学研究积累基础数据，为研究土地资源合理利用及保护提供一定的科学依据。

2 研究区概况

威宁县位于贵州省西部高原，地处云贵川三省的交界处，是贵州的西大门（图1）。也是贵州省国土面积最广的少数民族自治县，下辖35个乡镇，辖区内面积约为6296.3 km2，南北长约105 km，东西长约116 km。地处云贵高原，属于喀斯特地区，平均海拔在2200m以上，海拔高差达1645m，有“贵州屋脊”之称。区域内气候类型多样，四季分明，气候温和，年平均气温只有10.5左右;由于地处高原，气温随海拔的升高会相应的下降，所以同时期内气温会比低海拔地区有所降低，在夏季是良好的避暑场所;属于亚热带季风气候，降水丰沛，且辖区内有长江和珠江水系的支流经过，有“四江之源”的称号，使得区域内物种丰富。地势起伏，气温变化大，四季清凉，植被覆盖度的区域差异大。另外，新中国成立以来，由于人们不合理利用土地和乱砍滥伐，造成大面积的森林覆盖率下降，从而导致水土流失的加重，喀斯特地区石漠化现象严重。

3 材料与方法

3.1 野外样品采集

以贵州省第二次土壤普查资料为基础，在各个典型土壤分布区内挖掘代表性剖面，分层观察与采集土壤。分层时依据土壤发生分类方法分为A、B、C层，每层土壤采集1袋，每袋样品湿重约1 kg，此次共采集了27个剖面样品，记录其地理位置、采集时间、海拔、坡度、坡位、土壤母岩等基本信息（表1），拍摄标准剖面图（图2）。

3.2 样品制备与分析

实验室参照《土壤调查实验室分析方法》，将采集回来的样品放置在通风干燥处自然风干后，剔除土样中的植物残根、侵入体和新生体等，采用四分法将样品分装在密封袋里，其中一份用作实验，另一份用密封袋保存留作备用;用木棍和瓷性研钵将样品粉碎，分别过孔径为10、60目的尼龙筛，将制备好的样品放在密封袋里编号准备实验用。

选取制备好的B层土壤样品，采用甲种比重计法测定土壤机械组成。将制备好的土壤样品用电子天平精确称重50g放人有柄瓷钵中，加入分散剂呈黏糊状。然后用橡皮塞玻璃棒研磨至少15 min，研磨好以后，将土浆通过大漏斗用蒸馏水全部洗入1000 mL的沉降桶中，用蒸馏水加至刻度，然后将沉降桶放在平稳处，用搅拌棒上下搅拌1 min，搅拌后开始计时，按室内温度设置静置时间，静置一段时间后用甲种比重计测出机械组成[9]。

3.3 数据统计与分析方法

根据实验得出的数据，利用Excel表格统计数据，运用SPSS Statistics17.0软件进行单因素方差分析，采用最小显著极差法（LSD）对不同成土条件和不同土壤类型之间的差异性进行比较，显著性水平为0. 05。

4 结果与分析

4.1 供试土壤机械组成概况

参照美国农部（USDA）制对土壤粒径的划分，通过实验得出砂粒（2. 0～0.5 mm），粉粒（0. 5～0. 002 mm）以及黏粒（<0. 002 mm）的粒级含量（g/kg）。结果分析时针对供试剖面B层土壤机械组成进行研究分析。供试土壤机械组成见表2。

27个土壤剖面B层各粒径含量分别为砂粒（26.0--411.2 g/kg），粉粒（138. 0～496.0 g/kg），黏粒（102.8～766 g/kg），说明实验土壤机械组成有差异;土壤的粒径组成上基本表现为黏粒>粉粒>砂粒，说明发育土壤的成土母岩风化程度基本上较好。但4、21、24等剖面号土壤粉黏比分别为2. 11、2.55、5.18，大于其他剖面，说明这几个剖面的发育土壤的成土母岩风化程度较其他剖面弱。其他大部分剖面土壤粉黏比小于1，B层土壤黏化特征明显[15]。

4.2 不同成土条件下发育土壤机械组成差异

4.2.1 不同成土母岩发育土壤的机械组成差异

由表3可知，红色黏土和碳酸盐岩发育土壤粒径含量均值为黏粒>粉粒>砂粒，尤其红色黏土最为明显，砂（页）岩发育土壤粒径含量均值为粉粒>黏粒>砂粒，但黏粒均大于砂粒含量。方差分析表明，不同类型母岩发育土壤机械组成差异显著（P<0.05）。其中，红色黏土和碳酸盐岩发育土壤黏粒含量百分比分别为66. 73%和49.97%，砂粒含量百分比分别为19. 42%和5.87%，且粉黏比小于1;砂（页）岩黏粒含量百分比为35. 20%，砂粒含量百分比为26. 47%，且粉黏比大于1;红色黏土发育土壤的砂粒含量为58. 67 g/kg，显著低于碳酸盐岩和砂（页）岩发育土壤的砂粒含量;碳酸盐岩和红色黏土发育土壤的黏粒含量分别为499. 72 g/kg、667. 33 g/kg，明显高于砂（页）岩发育土壤的黏粒含量。

4.2.2 不同坡度发育土壤的机械组成差异

根据刘元保等16]对坡度的划分依据，将威宁县27个剖面的坡度划分为5个等级。方差分析表明，在碳酸盐岩和红色黏土发育的土壤中，坡度对土壤机械组成影响差异性不显著（P>0.05），在砂（页）岩发育土壤中，坡度对土壤机械组成存在显著性影响（P<0.05）。由表4可知，随着坡度的增加，砂粒含量随之减少，黏粒增加，但坡度为16～25。时土壤粒径含量出现波动，砂粒含量显著高于26。以上坡度发育土壤，而黏粒含量显著低于其他坡度发育土壤。坡度在26。及以上時粉黏比小于1，黏粒含量明显高于砂粒含量，坡度在26。以下时粉黏比大于1，坡度为16～25。的黏粒含量明显小于砂粒含量，坡度为O～7。的黏粒含量和砂粒含量差异不明显。

4.2.3 不同坡位发育土壤机械组成差异

不同坡位对机械组成方差分析表明，在砂（页）岩和红色黏土发育的土壤中，坡位对土壤机械组成影响差异性不显著（P>0.05），在碳酸盐岩发育土壤中，坡位对土壤机械组成存在显著性影响（P<0.05）。由表5可知，碳酸盐岩发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;坡脚砂粒含量（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显高于砂粒含量。坡腰粉黏比均值大于1，坡脚和坡顶粉黏比均值小于1。

4.3 不同土壤类型与机械组成差异

方差分析表明，不同类型母岩发育土壤机械组成差异显著（P<0.05）。由表6可知，不同土壤类型条件下，土壤粒径含量均值表现为黏粒>粉粒>砂粒，砂粒和黏粒含量差异性明显。暗红棕壤下砂粒和黏粒含量差异性最显著，暗红棕壤的砂粒含量为58. 67 g/kg;黏粒含量为667. 33 g/kg;黄棕壤砂粒含量为274. 92 g/kg，黏粒含量为394. 91 g/kg;棕色石灰土砂粒含量为174. 07 g/kg，黏粒含量为518. 60 g/kg。棕色石灰土和暗红棕壤的粉黏比小于1，黄棕壤的粉黏比大于1。总的来说，各个土壤类型下黏粒含量明显高于砂粒含量。

5 讨论

影响土壤机械组成的指标是多元的，地形、成土母岩、土壤类型等是影响土壤机械组成的重要指标[17]。土壤机械组成对土壤的肥力保持及土壤的透性影响密切，土壤黏粒含量越大，土壤养分含量越多，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]。通过对土壤样品进行土壤机械组成的测定，得出27个土壤剖面的机械组成，在对实验结果进行统计分析时，分析了不同成土条件和不同土壤类型对土壤机械组成影响的差异性。

不同的成土母岩会影响土壤机械组成，不同成土母岩的风化程度差异引起砂粒含量的差异，进而影响到土壤机械组成[14]。地形条件影响地表物质的分配机制，在相同的成土母岩下不同的地形条件形成的土壤类型有一定的差异[10]。对27个剖面不同成土母岩下地形条件对土壤机械组成影响差异性进行分析。砂粒和黏粒含量影响土壤肥力及土壤透性，土壤受到外力侵蚀时，砂粒和黏粒容易流失，也容易汇集，而粉粒相对稳定[19]。不同成土母岩下地形条件对土壤机械组成影响显著，碳酸盐岩和红色黏土发育土壤黏粒含量明显高于砂粒含量，而砂（页）岩发育土壤黏粒和砂粒含量差异性不显著，这是由于砂（页）岩的风化特性决定土壤发育含砂量大的情况，土壤持水及肥力保持能力较弱，符合砂（页）岩下土壤含砂量大的母岩特征[14]。其中，砂（页）岩发育土壤下坡度对土壤机械组成影响差异性显著，但在坡度为16～25。时土壤粒径含量情况有明显的差异，黏粒含量明显低于砂粒含量，需要探讨土壤机械组成随坡度变化而随之变化的趋势，但存在一个临界坡度区间对土壤机械组成造成各粒径含量出现反差的原因口¨;碳酸盐岩发育土壤下坡位对土壤机械组成影响差异性显著，坡脚黏粒含量明显高于坡腰和坡顶，这是由于坡脚土壤发育程度高于坡腰和坡顶;其他指标对土壤机械组成有影响但差异不显著。由此可见，不同成土母岩对机械组成影响密切。

除地形条件、植被覆盖、人类活动、地表水文等影响土壤机械组成外，土壤类型也是影响土壤机械组成的重要指标[17]。统计分析了威宁县27个土壤剖面3种土壤类型对土壤机械组成的影响，不同土壤类型对土壤机械组成影响差异性显著，因为下层土壤受表层土壤的保护而受外力的影响不大，粉粒和黏粒会在向下渗透的过程中慢慢积累，造成下层黏粒和粉粒含量普遍高于砂粒含量[19]。总体来看，威宁县不同土壤类型的土壤粒径含量基本上黏粒含量大于砂粒含量。表明威宁县土壤的成土母岩风化程度较高，土壤持水及肥力较好，能供给植被生长的养分更充足。

对土壤机械组成的影响因子是多元的，而在研究区域内采样时针对单因素即自然条件下植被覆盖相对较丰富的剖面点采样。因此，在分析研究时采用单因素方差分析法，对不同成土条件和不同土壤类型的土壤机械组成影响差异性进行分析。威宁县是中国西南喀斯特地区，自然环境条件复杂多样，人类活动频繁，本次所采集的样品涉及不全面，不能全面准确地概括整个区域，今后的研究应更全面地分析威宁县土壤机械组成的影响因子。

6 结论

以贵州省威宁县3种典型土壤为研究对象，通过分析淀积层土壤的机械组成情况，探讨了不同成土条件及土壤类型对土壤机械组成的影响。得出以下结论：①成土条件和土壤类型对土壤机械组成影响差异性显著，砂（页）岩下发育土壤遵循成土母岩含砂量大的特征，相对其他成土母岩发育土壤含砂量较大，但总体来说黏粒含量大于砂粒含量;红色黏土发育土壤黏化特征最明显。②砂（页）岩下坡度和坡位对机械组成的影响显著，随着坡度增加土壤黏化特征越明显，但存在一个坡度区间（16—25。）影响黏粒和砂粒含量，坡脚的土壤黏化特征比坡腰和坡顶明显;不同土壤类型对土壤机械组成影响差异性显著，土壤粒径含量基本上表现为黏粒>粉粒>砂粒;总的来说，威宁县土壤机械组成情况良好，土壤黏化特征明显，能为植物的生长提供更好的条件。

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基金项目：贵州师范大学创新基金项目（编号：YC [2018]026）

作者简介：臧纡（1995-），男，教师，主要从事土壤地理研究。