罗山县典型生态地质岩组特征探析——以张家大庄岩组为例

胡庚辛 李 高 谢 翔 王元洪

（中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心 湖南长沙 410600）

引言

生态地质环境是人类生存和发展的基础。地质环境的变化必然引起生态的变化[1]，反之，生态环境的变化也反作用于地质环境，生态环境变化的机理是生态保护和修复的依据。近年来，国内外开始从地质建造的角度调查和研究生态的变化。张腾蛟[2]探讨了不同地质建造类型的生态环境功能特征；王京彬[3]基于地质建造探讨了承德市生态地质调查的方法；卫晓锋[4]探讨了基于地质建造的土地利用优化路径等等。由此可知，地质建造是搭建生态和不同环境条件的桥梁，是研究生态地质过程和机理的重要基础和手段。

罗山县位于大别山区西侧北缘，生态地质特征及状况较复杂，多年来一直存在水土流失、生态功能减弱等地质问题[5][6]。地质建造是土壤的载体，决定了土壤的保湿量，水份与营养特征是生态特征发育的物质基础。为了进一步探析罗山县生态特征与地质建造的关系，本文以大别山区西段生态修复支撑项目调查为支撑，采用1∶2000 生态地质剖面调查和1∶50000 生态地质路线调查的研究方法，以罗山县青山镇和周党镇的张家大庄岩组为研究对象，从风化壳、成土母质、土壤、地形地貌四个角度查明了岩组的土壤结构特征，从植被、水土流失等角度查明了该组的生态特征，并进行了相关性探讨，为研究区生态地保护和地质修复提供科学依据。

1 研究区概况

罗山县位于河南省信阳市下辖县，地处豫鄂两省的结合部，位于河南省南部，大别山北麓，淮河南岸，总面积为2071km2。气候为亚热带向暖温带过渡区域，属北亚热带大陆性季风湿润气候。地势西南高、东北低，地形多样，从南至北分别为山地、丘陵、垄岗和平原。罗山县境内水资源有淮河、浉河、小潢河从罗山穿境而过，水资源丰富[7][8]。罗山地区位于秦岭－大别造山带东段北侧，横跨桐柏-大别构造带、北淮阳构造带及华北板块南缘。出露古元古代以来不同时期物质，历经长期演化，地质构造极为复杂。根据已有资料，该区大致经历了古元古代基底形成、中元古代裂解、新元古代汇聚、早古生代末裂解、晚古生代汇聚和中新生代陆内造山演化等阶段[9][10][11]。寒武系张家大庄岩组从凉亭至任楼呈北西南东向贯穿于整个罗山县，北侧与寒武系大栗树岩组呈角度不整合接触、南侧与寒武系刘山岩组以韧性拆离断层相分割，出露宽度1.5-7km，面积约96km2。

通过野外生态地质剖面调查，张家大庄岩组主要岩性为斜长角闪变粒岩、黑云斜长变粒岩以及绢云斜长片岩，岩性较丰富。根据野外生态地质剖面调查结果可知，剖面岩性为斜长角闪变粒岩和黑云斜长变粒岩：斜长角闪变粒岩新鲜面为灰白色，风化面为黄褐色，粒状变晶结构，片麻状构造，主要矿物有角闪石、长石、石英、斜长石；黑云斜长变粒岩大多为灰褐色，鳞片粒状变晶结构，平行粒状构造，主要矿物有黑云母、石榴石、斜长石、石英等。

2 研究区生态地质特征

2.1 地形地貌特点

罗山县地区多为岗地、丘陵，经过野外实测，海拔在50-150m，高程相差不超过100m，坡度相对平缓，工作区多处被人为改造成梯田、旱地及水塘等。而地形地貌是影响土壤和成土母质厚度的重要因素，具体原因在2.3 节作进一步分析。

2.2 植被及土壤层特征

张家大庄岩组三条剖面植被覆盖率从50%-70%均有分布，植被多以乔木、灌木为主，乔木大多以杉木为主（图1），局部发育少量草本植物。植被覆盖率从坡脚到坡顶呈先加厚再降低现象，其中坡顶植被覆盖率最低为50%，中坡覆盖率最高达70%，整体覆盖率相差较小。植被类型主要为乔木：杉木、落叶松、杨树、栎树、马尾松、板栗树。其次为灌木：构树、牡荆等。草本植物以针毛蕨、白茅为主。张家大庄岩组土壤整体发育较好，促进了植物的生长。植被从坡脚到坡顶均有分布，但坡顶较少，覆盖率较低。其原因主要是靠近坡顶坡度较陡，不利于植被根部稳固于土壤，且地表径流不易汇聚于高地，不利于植被生长。经野外实测，现以常见的几种乔木（杉木、杨树、板栗树）为例，简要介绍其基本概况，杉木：树高7-10m，平均树高约8m，胸径12-25cm，平均胸径约20cm；杨树：树高6-14m，平均树高约9m，胸径10-28cm，平均胸径约16cm；板栗树：树高4-8m，平均树高约5.5m，胸径9-22cm，平均胸径约14cm。可知，研究区乔木发育较粗壮，该地区适宜种植杉木、杨树、板栗树等乔木。

图1 杉木

张家大庄岩组土壤以黄棕壤（图2）为主，厚度0-57cm 不等，坡脚最厚达到57cm，土壤层整体较厚，局部地区因地形地貌影响导致土壤层发育较薄，坡顶最薄仅5cm，部分地区因林改园等因素导致水土流失，致使土壤层不发育。大部分地区以发育腐殖质层、淋溶层为主。土壤岩性主要以砂质壤土、粉质壤土为主，其次为壤土。

图2 土壤

从以上调查结果可知：土壤层发育时间越长，养分越高，植被发育茂盛，且植被覆盖率较高。土壤层从坡脚到坡顶厚度为先加厚再变薄，且坡顶最薄。土壤层厚度分布与坡度变化没有明显的一致性，但与微地貌、成土母质厚度关联性较强。土壤植被两者相互适应，关系紧密相联，有机质、水、土是土壤的重要组成部分，它包括腐殖质和非腐殖质两大类。土壤为植被提供生长所需的养分，从而促进植物的生长和养分的吸收，植被反过来保护土壤，防止土壤肥力流失，两者相互依赖。植被生长的过程中，能改造其生长的土壤、水分等环境条件，土壤是植物生长的基质，为植物提供水分。

2.3 成土母质发育现象

如图3 所示，张家大庄岩组成土母质类型以残积物和坡积物为主，坡顶大多以残积物为主，坡脚大多以坡积物为辅。成土母质岩性以砂砾石土、砂质壤土、粉质壤土为主，其次为砂土。成土母质中整体含有较多因基岩风化而形成的砂砾石，其厚度为0-40cm。如图4所示，成土母质最厚可达40cm，整体厚度较厚，局部少量地区因地形地貌影响导致成土母质层发育较薄，坡脚最薄仅16cm，部分地区因风化程度低及地形地貌影响导致成土母质层不发育。这是由于较陡的山坡或者斜坡上，在重力和地表径流的侵蚀力的影响下，加速了疏松地表物质的迁移，使得难以发育成深厚的土壤。而平坦的地形部位，地表疏松物质的侵蚀速率较慢，使成土母质得以在较稳定的气候、生物条件下逐渐发育成较深厚的土壤。此外，坡度和坡向也可改变土壤和成土母质最原始的状态，从而影响土壤的发育。

图3 成土母质类型发育情况

图4 成土母质厚度发育情况

根据野外实测，研究区成土母质情况总体概况为：从坡脚到坡顶厚度逐渐变厚，其中部分坡顶不发育成土母质，仅发育土壤层和基岩层，没有一定的规律性。从总体情况来看，成土母质层厚度起伏较大，有两层较平稳，坡脊最厚，坡脚最薄，其他部位起伏较小，由此可知，成土母质与地形地貌相互影响，坡度的变化也是影响母质层的原因之一。

2.4 风化壳风化特点

如图5 所示，通过垂向剖面揭露，地层为寒武系张家大庄岩组，风化壳岩性主要为斜长角闪变粒岩，颜色为灰白色-黄褐色，粒装变晶结构，片麻状构造，主要矿物有角闪石、长石、石英、斜长石，风化程度不一，跨度大。通过野外调查，张家大庄岩组风化壳发育情况10 个垂向剖面仅有2 个为点为全风化，2 个点为强风化，1 个点为中风化，5 个点为微风化。

图5 风化壳特征

根据野外实测，研究区风化壳风化特点为：岩石整体的风化程度为全风化-微风化，少部分点为全风化、强风化，大多点都为微风化、中风化程度。风化壳是岩石圈、生物圈、水圈和大气圈相互作用的产物，从另一个角度来说也为植被和地底生物提供了一定的生存空间。

3 研究区生态地质问题及对策

3.1 生态地质问题

中国是世界上水土流失最为严重的国家之一，由于特殊的自然地理和社会经济条件，水土流失成为主要的环境问题。大规模开发建设导致的人为水土流失问题仍十分突出。严重的水土流失，是我国生态恶化的集中反映，威胁国家生态安全、饮水安全、防洪安全和粮食安全，制约区域经济社会发展。

罗山县张家大庄岩组位于罗山县周党镇朱楼村到青山镇黄家塆一带，结合影像和地质底图算出高程大约在80-150m 之间，地形地貌主要为丘陵为主，张家大庄岩组区内多见林改茶园地，致使研究区发生不同程度的水土流失现象（图6）。

图6 水土流失

导致水土流失的自然原因主要有地貌、水文、土壤质地（地面组成物质）、植被等因素，张家大庄岩组水土流失的主要类型为林改茶园地，原生的乔木林地遭到破坏，现有的植被少量种植，显著降低了植被覆盖率，林地开挖残留土体，土壤疏松且无植被覆盖，然后就是新填素土，土壤疏松，都易遭受冲刷侵蚀，有些地区土壤层整体较薄，基本裸露地表，土壤粘性不强，在坡度较陡（15-40°）的地方，植被覆盖率25%-40%，水土流失程度为中度流失，植被覆盖率5%-20%的地方，水土流失程度为强烈。张家大庄岩组大部分水土流失为面状径流侵蚀（图7），少部分为沟状径流侵蚀。

图7 土壤面状径流侵蚀

道路两旁多见人为因素形成的切坡，人类活动较频繁，研究区也存在发生不同规模的滑坡等地质灾害等现象（图8）。经过野外路线调查发现，研究区地形坡度整体较陡（约25-35°），人为修建公路、开挖山体和依山建房，形成人工高陡边坡，且岩石风化程度较剧烈，节理裂隙发育，岩石多成碎块状。工作区常年受持续降雨影响，土壤易被冲刷，导致滑坡灾害的发生，对行人安全财产造成巨大影响。

图8 滑坡灾害

3.2 生态问题对策

根据上述调查的水土流失特点，针对性的提出生态修复建议：

研究区需实施植树种草、退耕还林还草等生物措施以及兴修水库、打坝淤地、修建梯田等工程措施，以小流域为单位进行综合治理，使工作区生态环境得以改善，区域经济得以发展。其次针对农田提出农业技术措施，其中包括深耕改土，科学施肥，选育良种，地膜覆盖，轮作复种。

研究区位于大别山北麓，淮河南岸，地理位置极佳，土地构成比例大致为五山一水四分田，适宜种植水稻、小麦、芝麻、油菜、麻薯、花生等农作物，以改善研究区的生态环境。研究区大多为人工种植的马尾松、杉木林和松栎混交林，果树以板栗树为主，生长状态比较好。但因人为因素导致小部分森林被砍伐，造成土壤流失较严重，破坏了生态平衡。建议进一步种植高大乔木，以起到绿化环境、屏障、固定土壤作用，最终实现水土保持。

根据上述调查的滑坡等地质灾害特征，针对性的提出灾害治理建议：针对研究区的滑坡防治基本方法主要是各种加固工程，如支档、锚固、减载、固化等，并附以各种排水，例如地表排水、地下排水等工程。其次护坡，在易风化剥落的边坡地段，修建护墙，对缓坡进行水泥护坡等。一般边坡均可采用简易防治方法，用粘土填充滑坡体上的裂缝或修地表排水渠。

4 讨论

基岩的岩性影响风化壳，风化壳风化程度作用成土母质，成土母质又是土壤的初始状态，土壤是植物生活的基质，植物又能巩固土壤且提升土壤肥力，从而形成一定的动态平衡。当然，它们还受一系列因子的影响：土壤是由母质、气候、生物、地形和时间五大自然因素综合作用的产物，其中，因岩石裸露出地表风化为疏松的碎屑物质，在母质不断地同动植物界与大气进行物质和能量交换的过程中形成了土壤[12]。植被生长的过程中，能改造其生长的土壤、水分等环境条件，土壤是植物生长的基质，为植物提供水分，土壤也能改变植被的生长方向，土壤性质的不同，可以造成植被分布的不同，所以说土壤和植被相互适应、相互改造，二者关系紧密相联，从另一方面也诠释了土壤、成土母质、风化壳、植被缺一不可。

5 结论

就张家大庄岩组而言，基岩、风化壳、成土母质、土壤、植被相互联系、相互作用共同维持了生态平衡，根据以上研究得出初步结果及结论如下：（1）人为影响生态在可控范围内，张家大庄岩组地层基岩风化较弱，成土母质层较厚，从而使得土壤相对较厚，提供充足养分，植被能生长较好。植被及较缓坡度能充分保持土壤质量，形成一个单向循环，保持生态环境稳定向好发展。总体而言，罗山县地区张家大庄岩组区域生态地质保持稳定向好发展趋势，推动了可持续发展。（2）张家大庄岩组原生植被覆盖率在70%以上，生态环境相对平衡，朝着有利方向发展。但受人为发展经济的影响，部分区域因随意进行林改园修筑梯田，且不对梯田加以防护，造成了部分水土流失现象。另外，切坡修路等工程建设破坏了原有的生态平衡，引发了少量滑坡等地质灾害现象。（3）针对生态地质问题建议在农业经济方面，改变坡面微小地形，增加植被覆盖或增强土壤有机质抗蚀力等方法，保土蓄水，改良土壤，以减少水土流失现象。在地质灾害防治方面，建议削坡减载，用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。

结语

本文以罗山县张家大庄岩组为研究对象，研究了张家大庄岩组的土壤结构特征，并与生态特征相关性进行了分析，进一步为研究区生态地质修复提供科学依据。通过实测在野外进行了剖面测量、地面调查，分别从风化壳、成土母质、土壤、植被等因子归纳其基本生态地质特征。研究结果表明：研究区成土母质是地表岩石经风化作用形成的松散风化物。其中对研究区成土母质影响最大的因子为地形地貌和土壤，且二者呈现相辅相成的特点。植被和土壤形成互馈作用，土壤为植被提供充足养分，植被反过来保护土壤，防止土壤肥力流失。针对生态地质问题，建议增加植被覆盖或增强土壤有机质抗蚀力等方法，保土蓄水。