土壤膠體對土壤結構及石漠化的影響研究

蔣靜

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州貴陽 550002）

目前學術界將土壤膠體主要分為三種類型且也被各界認可，其分別是無機膠體、有機膠體以及復合膠體，前兩項主要是存在于土壤中的粘粒和腐殖質(zhì)，而有機—無機復合膠體則是由二者結合而成的。

土壤結構是土壤中各種物質(zhì)形成過程的物理框架，當前對于土壤結構的研究主要在于土壤團聚體，它直接影響到土壤的結構組成是否穩(wěn)定，以及土壤的變化過程。土壤侵蝕對于農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)發(fā)展有很大影響，目前已引起相關領域?qū)W者的廣泛關注，當前研究的主要內(nèi)容是土壤團聚體是如何構成其結構的，還有它具體分布在哪里，數(shù)量多少，穩(wěn)定性與活躍性情況，這些影響要素有利于對其成分、土地利用的研究。

通過對團聚體組成、土壤膠體情況以及膠體與團聚體之間的關系研究，可以體現(xiàn)膠體對土壤團聚體影響，從而為喀斯特地區(qū)水土保持治理工作提供理論依據(jù)。

1 土壤主要膠體對土壤結構影響的研究

1.1 土壤有機質(zhì)含量對土壤結構的影響研究

判斷土壤是否受到侵蝕以及受侵蝕的嚴重度可以通過土壤有機質(zhì)的數(shù)量來確定，因此目前用來緩解水土流失的有效方法是添加土壤有機質(zhì)的含量，相關研究發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)含量和土壤的質(zhì)量情況、土壤耕作的深度、土壤結構和肥力等影響因素有關。陳翠玲等[1]通過研究得出，土壤有機質(zhì)含量隨其土壤結塊形成的0.250.01mm微團聚體數(shù)量的增加而增加，表明在0~20cm表土層中，有機質(zhì)含量與0.250.01mm微團聚體的增加呈正比。研究表明，對比巖溶坡地次生灌林從在開墾前后的土壤有機質(zhì)含量得出，而當土壤不能及時補充有機物時，其將會發(fā)生一定的惡化，比如礦化速度會變快等。土壤有機碳一般存在于形狀以及所占面積都不一的團聚體里面，有機碳在不一樣的聚集體中的分布也是不一樣的，與形狀小的相比，大型團聚體是高度富集的有機碳的來源，會存在更多的C和N等顆粒有機物和不穩(wěn)定有機物。

土壤有機碳含量及其組成在不同土壤顆粒中的分布規(guī)律不容小覷。所以有很多專業(yè)學者都對土壤團聚體及其分布等相關內(nèi)容展開了深入的探討與分析。結果顯示，大型集料的形成與微集料和有機膠凝物質(zhì)有關，且有機碳含量隨著集料粒徑的增加而增加，大型集料中含有更多新的、易分解的有機物。此外，土壤質(zhì)地不僅影響有機碳在土壤中的積累，也改變了土壤中有機碳在各個組成部分當中的分布方式。還有一些研究表示，土壤的質(zhì)地與土壤中含有的有機碳的相關性不強，且有機碳對土壤質(zhì)地的影響在不同的地區(qū)程度不同。這些研究結果的出現(xiàn)充分證明了當前的研究并不可靠，因為除土壤之外其他各種因素都會影響到土壤中有機碳含量的提高。

1.2 土壤膠體對土壤結構的影響研究

各類土壤聚合體的膠體結共存在兩大類型，包括有機劑以及無機劑又稱為永久劑。在20世紀90年代末章明奎[2]帶領其整個團隊深入我國南部地區(qū)進行科學研究，對南部地區(qū)紅土的聚合體主要構成做了大量的深入研究，分析得到Fe和Al為粒徑0.5~0.25mm團聚合體中膠結體的主要構成元素，在粒徑大于0.5mm的大骨粒的分類中將其定義為有機物。在其有機膠結劑大量的實驗研究以及理論分析中表明，將有機膠結體分為瞬時性、臨時性以及持久性。瞬時性的膠結劑表面其內(nèi)部元素很容易被區(qū)域內(nèi)存在的微生物分解。其中占據(jù)一定地位的多糖成份主要與暫時穩(wěn)定的大聚集體有關。Tisdall等[3]在1997年分析得出，包括真菌生理活動而生出的分泌物在內(nèi)的臨時性的有機物結合其環(huán)境中的礦物質(zhì)顆粒和有機物形成72微米尺寸穩(wěn)定的聚集體，然后經(jīng)過時間的累積可以構成尺寸超過50m的聚集體。臨時膠結劑通常隨著土壤管理因素的變化而改變，一般是根和菌絲。它對大分子單體的構成是有一定關系的。持久性膠結劑的構成物質(zhì)有芳族腐殖酸物質(zhì)和沒有定形的Fe，Al和鋁硅酸鹽，組成有機-無機復合物。

2 土壤主要膠體對石漠化影響的研究

2.1 土壤主要膠體對石漠化的影響

巖溶地區(qū)分布最廣泛的兩種巖石類型包括了石灰?guī)r以及白云巖，而石灰土以及石質(zhì)土壤就是由它們發(fā)育而來。石漠化形成的主要自然因素就是本地區(qū)內(nèi)土壤的發(fā)生了石漠化，而石灰土和石質(zhì)土壤在所有的土壤類型中發(fā)生不同程度石漠化概率以及發(fā)生石漠化的總發(fā)生率都將會處于最高狀態(tài)。學者們對碳酸鹽巖發(fā)育土壤的主要膠體對于石漠化影響進行了大量的研究。其中喀斯特石灰土的土體表層主要為有機質(zhì)含量層區(qū)，除此之外，有機質(zhì)含量微乎其微，因此一點植被受到破壞或者土壤被侵蝕，含有豐富有機質(zhì)的表層被破壞以后，整個土壤結構將受到很大影響，從而導致土壤的抗沖蝕能力急劇下降，同時將受到更嚴重的侵蝕。這一研究表明土壤內(nèi)部有機質(zhì)的含量決定了土壤的抗沖蝕能力，在不同石漠化等級中小于0.005mm土粒與有機質(zhì)成正極顯著相關關系。通過大量實驗數(shù)據(jù)表明，土壤的石漠化程度將會對土壤中沙粒含量以及黏土含量有提升作用。

隨著土壤石漠化程度的增加，作用于土壤里面的N、P、K元素的數(shù)量嚴重不足，土壤中的各種營養(yǎng)元素也出現(xiàn)極度的供應不足。當土壤石漠化程度過于嚴重時土壤土層裸露，全N、全K和全P含量會急劇減少，幾乎沒有速效養(yǎng)分。當土地失去了基本的養(yǎng)分以后其基本的立地條件就達不到，土壤的抗侵蝕性變差，整體生存環(huán)境出于惡性循環(huán)中，因此單方面采取生物措施將很難改變這種境況。近年來，土壤石漠化的形式不容樂觀，其土壤碳酸鈣的含量也是動態(tài)趨勢也屬上升的狀態(tài)，因此其交換和吸附陽離子的能力就會逐漸減弱并隨著營養(yǎng)成分降低，土壤的吸水保肥能力也逐漸喪失，肥力狀態(tài)變?nèi)?，土地的生產(chǎn)能力也將完全喪失。通過對喀斯特不同土地形式的土壤質(zhì)量分析研究結果來看，林地肥力要高于石漠化下的草地與林地，他們的肥力下降的厲害，隨之減少的還有一些有機質(zhì)、氮、磷、鉀含量，減少的量達到80%左右。之后研究了石漠化過程和土壤質(zhì)量變化它們之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)位于石漠化區(qū)域的土壤有機質(zhì)中肥料三要素的含量和與植被覆蓋度之間存在置信度極高正相關關系，此外，土壤的里幾乎所有有機質(zhì)的含量都會因為退化程度增高的因素而越來越低且速率很大，而且隨著石漠化的發(fā)展，土體中SiO2的含量也明顯升高。

2.2 土壤的結構對石漠化的影響

土壤的組成影響了土壤的結構特征，與此同時土壤的結構勢必對土壤侵蝕的強弱造成影響。通過大量實驗研究得出：水穩(wěn)性團聚體含量及通氣空隙度與土壤本身的抗侵蝕行息息相關，當兩者其一發(fā)生變化時，土壤的抗蝕性也隨之增強。土壤的耐腐蝕性還與土壤結構的受到損害的時效以及聚合體的均分質(zhì)量之間的不同有關，如果兩者中其一發(fā)生了巨大變化，那么土壤本身的耐侵蝕性將隨之減弱。大于0.25mm水穩(wěn)聚合體量和通氣間隙系數(shù)和土壤的抗侵蝕性正相關，隨著這兩者的增加，土壤的抗沖性能也隨之增強。土壤的耐腐蝕性還與土壤結構的受到損害時效性以及聚合體的重量之間的差異相關聯(lián)，隨著兩者之間差異的增加，土壤的抗沖能力降低。

龍健等[4]采集了5個貴州的典型土壤剖面，基本上代表了貴州喀斯特地區(qū)土壤石漠化的各種類型以及各個階段的各項特征。通過對土壤不同土層水穩(wěn)性團聚體的研究，得出前者的加劇程度越大后者數(shù)值變化斜率的絕對值就越大且斜率為負，而這將會大大削弱土壤的蓄水能力以及抗侵蝕能力，土壤顆粒沙?；F(xiàn)象加劇，并隨著土壤石漠化的進一步加劇，物理粘土顆粒百分比小于0.01mm。相反，1~0.01mm的物理沙粒呈下降趨勢。土壤自身的惡化在一定程度上與石漠化過程之間相互促進，且在時間和程度上都保持相對的統(tǒng)一。

3 結語

學者們對土壤結構的研究一直都沒有停止過，通過對土壤的空隙及土壤的抗沖、抗蝕性來評價土壤結構好壞的研究相對來說比較的多。另外，也有大量的關于土壤有機質(zhì)數(shù)量是否是造成土壤退化原因的研究。土壤結構的穩(wěn)定性在水土保持領域也開展了很多的研究，團聚體的數(shù)量和團聚體的結構直接影響土壤結構的外部表現(xiàn)形式。雖然研究都得出了有機質(zhì)，土壤的營養(yǎng)元素等，對土壤的結構存在影響，但對此分析影響的原因的研究則很少。

而對于土壤膠體的研究在國內(nèi)還是很少，多數(shù)的研究集中在國外。國內(nèi)土壤膠體的研究在熊毅院士所著的土壤膠體相關書籍中可以看到一個縮影，近年來的研究不多。而目前進行的土壤膠體研究中，大部分是側重在各種膠體對土壤中重金屬離子的吸附性；土壤中金屬污染物與土壤膠體的相關性研究。土壤膠體對土壤的結構的形成的重要作用已經(jīng)被學者們認同，但是人們多是從較宏觀方面進行的評價。關于土壤膠體性質(zhì)與土壤結構之間關系的研究很少，特別是關于土壤團聚體的相關性。而在石漠化相當嚴重的喀斯特地區(qū)，從土壤膠體角度探討土壤團聚體與石漠化的關系方面的研究相對較少，這也為我們提供了一個新穎的研究領域。