南充市西河流域土壤粒度和磁化率特征及影響因素

熊泳 王海方 張淵 文星躍

摘要 在南充市西河流域沿岸采集不同土地利用方式下的土壤樣品，分析土壤粒度組成和磁化率特性。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤粉砂含量較高，平均值為66.84%；黏粒和砂粒含量較低，平均值分別為15.17%和17.74%，說明不同土地利用方式下土壤粒度組成存在差異。土壤樣品的低頻磁化率平均值為14.16×10-8 m3/kg，頻率磁化率平均值為2.56%，不同土地利用方式下土壤磁化率存在差異，但總體上較低的磁化率表明研究區(qū)土壤未受污染。土壤磁化率與土壤粉砂含量成正相關(guān)，與砂粒含量成負相關(guān)，揭示出研究區(qū)土壤磁化率受人類活動干擾較少的特征，表明磁化率與粒度的相關(guān)性可作為反映土壤是否受到人類活動影響的環(huán)境指標。

關(guān)鍵詞 土壤粒度；土壤磁化率；影響因素；西河流域；四川南充

中圖分類號 S159 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）22-0200-03

Abstract Soil samples under different land use patterns were collected along the Xihe River Basin in Nanchong City to analyze soil particle size composition and magnetic susceptibility characteristics.The results showed that the soil silt content was relatively high，with an average value of 66.84%，while the content of clay and sand were relatively low，with an average value of 15.17% and 17.74%，respectively.It indicated there were differences in soil particle size composition under different land use patterns.In addition，the mean of low frequency magnetic susceptibility was 14.16×10-8 m3/kg，while that of frequency magnetic susceptibility was 2.56%.There were differences in soil magnetic susceptibility under different land use patterns，but the low magnetic susceptibility showed that the soil in the area was not polluted.The magnetic susceptibility was positively related to the content of silt，while negatively to that of sandy particles，showing the soils were less affected by human activities.It indicated that the correlation between magnetic susceptibility and particle size could be used as an environmental indicator to reflect whether the soil was affected by human activities.

Key words soil particle size；soil magnetic susceptibility；influencing factor；Xihe River Basin；Nanchong Sichuan

土壤顆粒大小及其分布特征是影響土壤肥力的重要因素，風化成壤作用和人類活動均會對土壤粒度產(chǎn)生影響[1]。磁化率作為土壤磁學研究中的常用參數(shù)，能夠反映土壤顆粒中所蘊含的磁性特征，進而指示環(huán)境變化及人類活動等綜合信息[2]，如可用于古環(huán)境重建、坡面侵蝕、土壤污染等方面的研究[2-10]。土壤粒度反映了不同粒徑范圍的土壤所占百分比，是土壤的基本物理指標。前人研究表明，粒度與磁化率有顯著的相關(guān)性[10-12]。嘉陵江流域侏羅系紅色地層廣泛出露，其上發(fā)育的紫色土是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。目前，對嘉陵江流域土壤的研究主要是運用遙感和GIS技術(shù)在宏觀層面探討土壤侵蝕與輸沙[13-16]及植被類型與土壤微生物的關(guān)系[17-18]等，對不同土地利用方式下土壤基本性狀的研究較少。有研究表明[19-22]，選擇不同利用方式土地的土壤進行對比研究有助于了解土壤磁學參數(shù)與粒度含量的特征與空間變異規(guī)律。本文擬對嘉陵江支流西河流域不同土地利用方式下土壤的磁化率和粒度特征進行分析，討論粒度與磁化率的特征變化及影響因素，期望為該區(qū)土壤資源合理利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于嘉陵江流域南充段支流西河流域，屬四川盆地東北部。區(qū)內(nèi)出露地層為侏羅系遂寧組紅色泥巖和砂巖，以中淺丘地形為主，河床平緩，兩岸人口分布密集，耕地成片，流域面積約700 km2，流域土壤類型主要為紫色土、黃壤、水稻土和沖積土。氣候?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L性氣候，平均氣溫和降水量分別為17.6 ℃和1 000 mm左右。西河河段常年枯水位為260～262 m，河底高程258.5～261.5 m[23]。流域的植被類型屬亞熱帶常綠闊葉林，主要為次生林和人工植被，多為柏木樹種，也見次生灌叢與竹林等，人工栽培作物主要為水稻、小麥、玉米、洋芋、紅薯等。

1.2 樣品采集

在西河沿岸進行表土土樣采集，按不同土地利用類型選擇耕地、林地、園地、內(nèi)陸灘涂、撂荒地等（由于水田樣本數(shù)較少，和旱地統(tǒng)稱為耕地），共39個樣點。每個樣品由樣區(qū)內(nèi)呈“S”形分布的8個樣點的0～20 cm的表土均勻混合而成。本次共采39個土樣，其中耕地15個（旱地12個，水田3個）、林地12個、園地3個、撂荒地4個、內(nèi)陸灘涂5個（表1）。

1.3 試驗方法

土壤的顆粒組成采用貝克曼庫爾特LS 13 320系列激光粒度分析儀進行測定，測試前分別用雙氧水和稀鹽酸去除有機質(zhì)和碳酸鹽，并加入六偏磷酸鈉用超聲波分散。

磁化率采用B型雙頻探頭的BartingtonMS2磁化率儀在儀器運作良好的情況下進行測定。稱取10 g左右過10目塑料篩的土壤樣品，并記錄每個樣品的質(zhì)量；再放入體積約為1 cm3的盒子中裝好并封閉，測定各個樣品的磁化率，并換算成質(zhì)量磁化率（低頻磁化率和高頻磁化率）；利用低頻磁化率和高頻磁化率計算出頻率磁化率。本次試驗的所有數(shù)據(jù)均是反復(fù)試驗2次后取其平均值而獲得，頻率磁化率的具體計算公式如下[19]：

2 結(jié)果與分析

2.1 粒度特征

土壤粒度能反映土壤某些重要的農(nóng)業(yè)特性，同時又受到許多人為因素的影響，如耕作、施肥、排灌、平整土地等，是土壤的一種十分穩(wěn)定的自然屬性，對土壤肥力有很大影響[24]。土壤樣品中黏粒（<0.002 mm）、粉砂（0.002～0.05 mm）和砂粒（0.05～2.00 mm）的平均含量分別為15.17%、66.84%和17.74%，樣品以粉砂質(zhì)為主。從粒度組分的變異系數(shù)來看，粉砂的變異系數(shù)小于20%，變異強度較??；黏粒和砂粒的變異系數(shù)均介于30%～90%之間，屬于中等變異[25]（表2）。土壤粒度的變異系數(shù)差異較大，說明不同粒級的土壤受外部環(huán)境的干擾作用不同。

黏粒、粉粒等細微顆粒具有增加土壤緊實度的作用，而且顆粒越細，這種作用越強；粗顆粒有降低土壤緊實度和增強土體分散性的作用[26]。研究區(qū)土壤中粉砂含量較高，砂粒和黏粒含量較低，土壤以粉砂質(zhì)為主，總體上土壤顆粒較細，土壤較緊實，易于保水保肥。但土壤粒度受土地利用方式的影響，黏粒含量表現(xiàn)為內(nèi)陸灘涂>園地>撂荒地>耕地>林地，內(nèi)陸灘涂的黏粒含量變幅較大；粉砂含量表現(xiàn)為園地>撂荒地>耕地>內(nèi)陸灘涂>林地，內(nèi)陸灘涂的粉砂含量變幅較大；砂粒含量表現(xiàn)為內(nèi)陸灘涂>耕地>林地>撂荒地>園地，林地的砂粒含量變幅較大（圖1、表3）。

2.2 磁化率特征

土壤磁化率作為環(huán)境磁學的一個常用參數(shù)，受到磁性礦物的含量、種類與聚合狀態(tài)的影響，能綜合反映土壤樣品中亞鐵磁性礦物的含量[27-28]。研究區(qū)土壤樣品低頻磁化率分布在7.86×10-8～26.81×10-8 m3/kg之間，平均14.16×10-8 m3/kg，變異系數(shù)為34%；頻率磁化率范圍在0.16%～6.45%之間，平均2.56%，變異系數(shù)為65%。二者的變異系數(shù)均介于30%～90%之間，屬于中等變異。

不同土地利用方式下的土壤磁化率差異較大，土壤低頻磁化率表現(xiàn)為園地>耕地>撂荒地>林地>內(nèi)陸灘涂；頻率磁化率表現(xiàn)為園地>耕地>林地>內(nèi)陸灘涂>撂荒地（表4）。耕地和園地的磁化率相對較高，說明人類耕作活動會影響土壤磁化率，可能跟人類活動的擾動促進了成壤作用有關(guān)[29]。有研究表明，長期施農(nóng)家肥和化肥，也可以增加土壤的磁化率[30]。此外，耕地中的水田和內(nèi)陸灘涂的磁化率較低，其原因是該類土壤長期被水淹沒，處于還原性條件，可引起亞鐵磁性礦物的破壞分解，因而具有較低的磁化率[31]。

XFD在2%～10%之間的樣品占所有樣品的54%，根據(jù)Dearing[32]提出的XFD估算超順磁顆粒（SP）濃度模型，表明大部分土壤樣品中含有超順磁顆粒，同時表明受人為作用影響較小。相較其他地區(qū)土壤磁化率[21，33]，該區(qū)土壤磁化率較低。有研究表明，受機動車尾氣、工業(yè)灰塵等污染的土壤，其磁化率會增大，且低頻磁化率與頻率磁化率成顯著負相關(guān)[34-35]，而本文土壤樣品的低頻磁化率與頻率磁化率成顯著正相關(guān)（圖2），考慮到樣品采集地無工廠、遠離交通要道等因素，表明研究區(qū)土壤磁化率受人類活動的影響相對較小，未受重金屬污染。

2.3 磁化率與粒度相關(guān)性

總體上看，土壤樣品低頻磁化率與粉砂含量成顯著正相關(guān)，與砂粒含量成顯著負相關(guān)，而與黏粒含量成弱正相關(guān)（圖3），表明土壤磁性礦物主要由顆粒較細的粉砂提供。進一步選取樣品相對較多的耕地和林地土壤分析磁化率與粒度相關(guān)性（圖4、5），發(fā)現(xiàn)林地相較耕地，土壤磁化率與粒度的相關(guān)性更為顯著，很可能跟林地較少受到耕作活動的影響有關(guān)。黃 訊等[19]認為在人類活動干擾較小的情況下，土壤磁化率與砂粒含量成負相關(guān)。進一步證實前述土壤磁化率較少受到人類活動干擾的認識，且表明土壤磁化率與粒度相關(guān)性可用于揭示土壤受人類活動的影響強度。

3 結(jié)論

（1）研究區(qū)土壤粉砂含量較高，黏粒含量較低，土壤屬粉質(zhì)壤土。不同土地利用方式下土壤粒度存在差異，黏粒含量表現(xiàn)為內(nèi)陸灘涂>園地>撂荒地>耕地>林地；粉砂含量表現(xiàn)為園地>撂荒地>耕地>內(nèi)陸灘涂>林地；砂粒含量表現(xiàn)為內(nèi)陸灘涂>耕地>林地>撂荒地>園地。

（2）研究區(qū)土壤磁化率值較低，人為作用對該區(qū)土壤磁化率貢獻較小，反映出土壤基本未受污染。不同土地利用方式下土壤磁化率變化幅度較大，變化特征與土地利用方式存在一定的聯(lián)系，低頻磁化率表現(xiàn)為園地>耕地>撂荒地>林地>內(nèi)陸灘涂；頻率磁化率表現(xiàn)為園地>耕地>林地>內(nèi)陸灘涂>撂荒地。

（3）土壤磁化率與粉砂含量成正相關(guān)，而與砂粒含量成負相關(guān)。磁化率與粒度的相關(guān)性可用于揭示土壤受人類活動干擾的強度。

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