福建南安市石井—东田地区土壤厚度空间分布特征及主要影响因素

周云龙

(福建省地质调查研究院,福建 福州 350013)

土壤是时空连续变异体,具有空间变异性,土壤厚度在小范围尺度和大面积区域存在一定程度的空间异质性[1-4],即使同一时刻,在土壤质地相同的地域内,其土壤特性也会随着空间位置的不同而有明显差异[5-9]。土壤厚度是土壤的重要基本特性,不仅反映了土壤的发育程度,还与土壤肥力密切相关。此外,土壤厚度不仅是野外鉴别土壤肥力的重要指标[10],还是反映土壤侵蚀程度的主要指标。

土壤厚度和性状是表征土壤质量的重要指标,也是植物能够较好生长的重要物质基础[11]。许多地球表面过程由土壤厚度决定,影响着地表水文[12]和植被生长[13-16]、山体滑坡和土壤侵蚀[17]、土壤有机质分布[18-23]及净生产力[24]。土壤厚度作为可以表征土壤肥力、质量[25-28]、侵蚀等级的物理指标,对合理利用和保护耕地、确保粮食安全也具有重要意义[18]。通常,土壤厚度是指淋溶层最上面的一层,也被称为腐殖层,是肥力性质最好的一层,本文讨论的土壤厚度为土壤母质层以上的土层厚度。土壤厚度是土壤物性参数的重要指标,受地形地貌、基岩特征、地表植被的遮掩等因素影响[25-29]。传统的土壤调查常常用1个剖面来代表整个制图单位[30],忽略了土壤的空间差异性。因此,土壤厚度的空间分布特征是土壤学研究的重要领域。

本文以福建南安市石井—东田地区为例,通过开展野外实地土壤剖面调查,总结土壤厚度空间分布特征及其影响因素,并制作南安石井—东田地区土壤厚度空间分布图。结合该区地形地貌、地质条件、成土母质情况,布设45条剖面,获得了研究区不同地质条件、地形地貌、成土母质单元区土壤厚度数据,为研究全区土壤厚度空间分布提供有利信息,也为更好地进行土地质量评价提供依据。

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

研究区位于福建省东南沿海,晋江中游,属于中低山地貌,地势总体东南高、西北低。研究区山地主要分布在西北部东田镇,南部以沿海平原为主,东南部濒临海洋,海拔0～700 m。该区夏季长、无酷暑,冬季短、温暖而少雨,秋温高于春温;雨水充沛,春夏多,秋冬少。该区属南亚热带季风性湿润气候,年降雨量为600～1 000 mm。

研究区土壤以水稻土、红壤、赤红壤为主,赤红壤、红壤主要分布在研究区西北部和中部,水稻土主要分布在研究区东部和南部平原,极少数石质土、粗骨土分布在官桥镇北部。

1.2 地质概况

研究区位于平潭—东山NE向剪切构造带和永安—晋江NW向断裂带交切部位,二者共同控制了研究区构造格局,表现为以NNE向—NE向韧性剪切带和NW向断裂为主。区内广泛发育中生代火山岩和侵入岩,是中国东南沿海中生代岩浆岩带的重要组成部分。

研究区主要发育晚侏罗世南园组和第四纪晚更新世龙海组、全新世长乐组堆积层(图1)。南园组为晚侏罗世中酸性-酸性火山岩,以南园组第三段分布面积最广,其次为南园组第二段。第四系主要出露于研究区东南部,由老到新分为更新世残坡积(Qpel)、晚更新世龙海组(Qp3l)、全新世长乐组(Qhc)。更新世残坡积(Qpel)为一套第四纪残坡积相,位于研究区东南部丘陵区;晚更新世龙海组(Qp3l)仅见于官桥镇西部,出露于河谷平原;全新世长乐组(Qhc)分布于官桥—石井镇一带沿海地区,出露于滨海平原。

区内侵入岩以燕山晚期正长花岗岩为主,其次为二长花岗岩、花岗闪长岩以及少量石英闪长岩、花岗斑岩等。

2 调查方法及结果

2.1 土壤剖面布设方法

以空间均匀性和不同单元代表性为主要原则,在不同的地质背景区、成土母质区、地形地貌区分别布设土壤垂向剖面,共布设土壤垂向剖面45条,各点位布设情况见图1。野外具体的点位选择需要遵守以下原则。

1.剖面调查点;2.第四系长乐组;3.第四系龙海组;4.第四系更新统;5.晚侏罗世南园组三段;6.晚侏罗世南园组二段;7.晚白垩世花岗斑岩;8.早白垩世正长花岗岩;9.早白垩世二长花岗岩;10.早白垩世花岗闪长岩;11.早白垩世石英闪长岩;12.晚侏罗世正长花岗岩;13.晚侏罗世二长花岗岩;14.晚侏罗世花岗闪长岩;15.晚侏罗世石英闪长岩;16.晚侏罗世花岗斑岩;17.晚侏罗世花岗闪长斑岩;18.断层;19.韧性剪切带

(1)代表性。根据地形、自然植被或农业利用特点、母质、水文地质等条件,在适当位置挖掘一定范围具有代表性的土壤剖面。

(2)稳定的土壤发育条件。如山地丘陵区,一般要选择在坡面缓平处,排水良好,不受侵蚀坡面物质堆积及自然崩塌影响。

(3)不宜在住宅、沟渠、路、村、粪坑及建筑物附近布设土壤剖面,避免干扰或污染。

此外,丘陵区和平原区的土壤垂向剖面调查要区别对待。丘陵区要根据每种成土母质区,按照地形地貌差异、土地使用方式不同布置垂向土壤剖面,剖面位置为山丘水土不发生流失的坡中处或山顶地势相对平缓处。平原区要在河流不同水系或同一水系不同阶地处布置垂向土壤剖面,剖面位置为受到人类活动影响相对较小的地区。

2.2 土壤剖面野外调查方法

野外实地调查中,坡度较小的平缓地带需要人工挖掘土壤剖面,在坡度较大的山地区选择较新鲜的现有非自然剖面进行揭露。

挖掘人工剖面时,在具有代表性的点划1个长1.5 m、宽1 m的长方形(宽边尽量面向太阳或垂直田垄),依次向下挖掘,每挖约30 cm留一台阶,挖出的土壤按层次分别放置。丘陵地区挖掘深度要求到达母质或母岩;平原地区挖掘深度要求达到地下水层,若地下水位>1.5 m,在1.5 m以下用土钻取土观察描述;稻田尽量在排干期挖掘。观察结束后应先填底土,后填心土,表土覆在上面。剖面挖掘好后,放好标尺,用小土铲整理出光滑面和毛糙面,拍照后进行土壤描述。

揭露现有非自然剖面时,先剖出新鲜的表面后进行土壤描述,深度不够时需人工挖掘至母岩层。描述内容包括地理位置(坐标、地形、地貌、坡度、坡向)、地表水文、土壤特性(类型、颜色、厚度、成因)、成土母质、地质背景等。

根据研究区不同地质背景、土地利用现状和地貌特征,本次共调查了45处土壤垂向剖面点,其中侵入岩区调查点18处,晚侏罗世南园组调查点18处,第四系调查点9处。

3 土壤厚度空间分布特征

3.1 南安石井—东田地区土壤厚度分布规律

对各调查点土壤厚度按照不同土壤成因、不同地面坡度、不同土地利用类型、不同地层岩性进行参数统计,统计结果见表1—表4。同一地层岩性土壤厚度变化范围较大,变异系数均在0.6以上,不具备稳定规律性;同一土地利用类型土壤厚度变化范围较大,且大多数土地利用类型土壤厚度样本量不够,也不具备稳定规律性;不同成因类型土壤厚度具有明显规律性,其中海积物土壤厚度>滨海冲积土壤厚度、冲洪积物土壤厚度>河谷冲洪积物土壤厚度>残坡积物土壤厚度;残坡积成因土壤厚度为5～40 cm,土壤厚度与地面坡度呈反比,地面坡度越陡,土壤层越薄。

表1 不同成因类型土壤厚度统计结果(n=45)

表2 不同地面坡度土壤厚度统计结果(n=30)

表3 不同土地利用类型土壤厚度统计结果(n=45)

表4 不同地层岩性土壤厚度统计结果(n=45)

3.2 南安石井—东田地区土壤厚度空间分布图

根据野外土壤垂向剖面调查结果,不同土壤成因、不同地面坡度土壤厚度具有稳定的规律性,选择土壤成因和地面坡度为主要因子,以研究区成土母质图和地面坡度图为基础,对不同的成土母质、地面坡度进行土壤厚度赋值,制作研究区土壤厚度空间分布图。海积、冲洪积、冲积三类成因土壤厚度参照表2不同成因土壤厚度范围,残积、坡积、残坡积三类成因土壤厚度参照表3不同地面坡度众数为土壤厚度背景值,陡坡和极陡坡度地面由于未采集样品,暂定其土壤厚度背景值分别为10 cm和5 cm,具体划分标准见表5。

表5 土壤厚度分区划分标准

依据表5制作南安石井—东田地区土壤厚度空间分布图(图2),统计石井—东田地区土壤厚度各区占比情况(表6)。可知,石井—东田工作区土壤厚度背景值主要以20 cm和15 cm为主,分别占全区面积的28.35%和29.36%;土壤厚度>230 cm的土壤层面积18.58 km2,主要分布在石井镇西南沿海、石井镇北部沿海、水头镇东南沿海和水头镇东北沿海等区域;土壤厚度>180 cm的土壤层面积51.7 km2,主要分布在石井镇镇中心、石井镇西部、水头镇西南部、水头镇西北部、官桥镇西部和官桥镇东南部;土壤层厚度为5 cm的区域面积6.6 km2,仅占全区面积的1.00%,主要分布在研究区西南部东田镇区域。

图2 研究区土壤厚度空间分布图

表6 石井—东田土壤厚度分区面积统计结果

3.3 影响因素探讨

自然界影响土壤发育厚度的因素是多方面的[30-32]。对野外调查结果(表1—表4)进行分析,发现土壤成因和地面坡度是决定研究区土壤厚度的主要因素。海积、冲洪积、冲积成因土壤,地面坡度大多平缓且地势相对较低,可以接纳来自上方的沉积物、冲积物、坡积物,所以其土壤层较厚。相对于河流、湖泊、谷底,海洋沉积环境更稳定且受人为或自然干扰因素较小,形成的海积物、滨海冲洪积物等土壤厚度也相对更厚。残积、坡积、残坡积成因土壤厚度主要由地面坡度决定,地面坡度越陡,其风化剥蚀作用越强,土壤越薄。

4 结论

(1)石井—东田工作区土壤厚度背景值以20 cm和15 cm的土壤层为主,分别占全区面积的28.35 %和29.36 %,其次为土壤厚度背景值为35 cm和10 cm的土壤层,分别占全区面积的11.28 %和10.21%,土壤层厚度为5 cm的区域面积6.6 km2,仅占全区面积的1.00 %。石井镇、水头镇、官桥镇等沿海地区土壤厚度均>40 cm。

(2)土壤成因和地面坡度是决定研究区土壤厚度的主要因素。从土壤成因看,沉积环境越稳定、人为或自然干扰因素越少的土壤越厚;从土壤成因看,海积物土壤厚度>滨海冲积、冲洪积物土壤厚度>河谷冲洪积物土壤厚度>残坡积物土壤厚度;从地面坡度看,土壤厚度与地面坡度呈负相关,地面坡度越陡,土壤越薄。