高美榮，唐家良*，況福虹

1.中國(guó)科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都 610041

2.中國(guó)科學(xué)院山地表生過(guò)程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041

引 言

中國(guó)紫色土在世界上是一種特殊的、科學(xué)上引人矚目的土壤。中國(guó)分布廣泛，集中分布在四川盆地丘陵區(qū)和海拔800 米以下的低山區(qū)，在長(zhǎng)江以南的滇、黔、蘇、浙、閩、贛、湘、粵、桂等省區(qū)也有分布[1]。紫色土一般是指亞熱帶和熱帶氣候條件下，在三疊系、侏羅系、白堊系等紫色砂、頁(yè)巖上形成的一種巖性士，其成土母質(zhì)主要是紫色砂、頁(yè)巖的殘積物、坡積物以及古風(fēng)化殼等[2]。紫色土的成土過(guò)程和速度獨(dú)具特色，以風(fēng)化過(guò)程為主，紫色巖石物理風(fēng)化和侵蝕過(guò)程同步，成土速度很快，巖石風(fēng)化產(chǎn)物就具備肥力，也是一種侵蝕型的高生產(chǎn)力的土壤[3]。因此，研究紫色土，必須重視下伏母巖及其風(fēng)化殼的研究，紫色土的顏色、理化性狀、礦物組成繼承紫色巖和風(fēng)化殼的特性，而紫色巖石的結(jié)構(gòu)、礦物組成及其穩(wěn)定性是影響巖石風(fēng)化殼形成的內(nèi)在原因[4]。紫色母巖及其風(fēng)化殼既是紫色土性質(zhì)的制約者，又是四川盆地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的巨大物質(zhì)庫(kù)和江河塘庫(kù)的無(wú)窮淤積源[2,5]。

本數(shù)據(jù)集基于《中國(guó)紫色土》（上篇）[1]中對(duì)紫色巖及其風(fēng)化殼的特征研究成果進(jìn)行整理歸納，形成有邏輯結(jié)構(gòu)的可查詢(xún)數(shù)據(jù)集。整編的數(shù)據(jù)集包含11 個(gè)數(shù)據(jù)表，內(nèi)容包含4 個(gè)方面，（1）紫色土成土巖層和母質(zhì)的一般特征和性狀[3]；（2）紫色巖類(lèi)型及其地球化學(xué)特征；（3）紫色風(fēng)化殼的組成及其地球化學(xué)特征；（4）四川盆地紫色風(fēng)化殼分類(lèi)及其診斷指標(biāo)。以期對(duì)紫色土研究的歷史成果得到傳承和有效保護(hù)，并為紫色土地區(qū)土壤肥力、生態(tài)環(huán)境和土地資源開(kāi)發(fā)利用等方面的研究和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

基于《中國(guó)紫色土》（上篇）第2-4 章內(nèi)容，研讀與紫色土成土緊密相關(guān)的紫色巖及其風(fēng)化殼的研究成果[6-7]（包括文字闡述和列表數(shù)據(jù)），進(jìn)行專(zhuān)業(yè)歸納和總結(jié)，集成紫色巖及其風(fēng)化殼地球化學(xué)特征研究數(shù)據(jù)集。本數(shù)據(jù)集的主要研究數(shù)據(jù)有紫色土成土巖層組成及一般性狀、紫色巖及其風(fēng)化殼的一般描述性狀、物理性狀、化學(xué)組成和風(fēng)化特征，以及在這些研究成果基礎(chǔ)上形成的四川盆地紫色風(fēng)化殼類(lèi)型及其診斷指標(biāo)表。

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)《中國(guó)紫色土》（上篇）第2-4 章內(nèi)容進(jìn)行電子掃描并進(jìn)行文字識(shí)別，同時(shí)設(shè)計(jì)具有邏輯結(jié)構(gòu)的能充分包括和表達(dá)紫色巖及其風(fēng)化殼地球化學(xué)特征研究成果的數(shù)據(jù)字段名稱(chēng)和字典。然后按照主題歸類(lèi)，并將前后同類(lèi)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，提取錄入，集成系列數(shù)據(jù)表。在進(jìn)行數(shù)據(jù)論文撰寫(xiě)的同時(shí)，進(jìn)一步核實(shí)校對(duì)。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 數(shù)據(jù)集中的幾個(gè)概念

（1）紫色巖：紫色巖石是由一種來(lái)自結(jié)晶巖的第一旋回或來(lái)自沉積巖的第二旋回的沉積物組成的。這些物質(zhì)或是由磨蝕作用的產(chǎn)物（主要是粉砂），或是風(fēng)化作用的最終產(chǎn)物（殘余粘土），或是化學(xué)的、生物化學(xué)的附加物質(zhì)等。其礦物組成除砂巖中殘余大量極難風(fēng)化的石英和長(zhǎng)石外，泥巖主要由化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)的次生礦物所組成。

（2）紫色風(fēng)化殼：指植物（作物）根系主要分布層以下的紫色巖石風(fēng)化物。它的性質(zhì)既決定于母巖，又受控于環(huán)境[7]。

（3）淋洗系數(shù)及其相對(duì)值：風(fēng)化地層中某種物質(zhì)成分與巖石中的比值。在本數(shù)據(jù)集中是指SiO2/(RO+R2O)的比值，即脫硅化過(guò)程巖石中的造巖礦物主要為硅酸鹽礦物。在紫色巖土中，含大量可風(fēng)化的硅酸鹽礦物。在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中，這些礦物首先脫鹽基，再脫硅而形成次生粘土礦物。淋洗系數(shù)的相對(duì)值、風(fēng)化體的淋洗系數(shù)與對(duì)應(yīng)地層巖石（未風(fēng)化）的淋洗系數(shù)的比值乘100 得到。淋洗系數(shù)高，表示淋溶作用強(qiáng)。

（4）殘積系數(shù)及其相對(duì)值：巖石和礦物風(fēng)化后殘留的物質(zhì)，表征風(fēng)化殘余物的量。本數(shù)據(jù)表中由R2O3/(RO+R2O)得到，其相對(duì)值為，風(fēng)化體的殘積系數(shù)與對(duì)應(yīng)地層巖石（未風(fēng)化）的殘積系數(shù)的比值乘100 得到。殘積系數(shù)高，表示風(fēng)化作用弱。

（5）鐵化系數(shù)：即巖石風(fēng)化過(guò)程中的富鐵化過(guò)程，伴隨巖石的脫硅化，鐵從被破壞的晶格中被氧化而在土壤中富積生成Fe2O3。由風(fēng)化物中的Fe2O3與巖石中Fe2O3的比值得到。

（6）鋁化系數(shù)：富鋁化過(guò)程，伴隨巖石的脫硅化，鋁也從硅酸鹽晶格中游離出來(lái)并被氧化形成SiO2（石英）。由風(fēng)化物中的Al2O3與巖石中Al2O3(巖)的比值得到。

（7）孔隙度(%)：是指巖樣中所有孔隙空間體積之和與該巖樣體積的比值，以比值的百分比來(lái)表示。

（8）吸水率(%)：是指巖石或風(fēng)化殼在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下吸水的能力，用百分率來(lái)表示。

（9）巖石裂隙率(%)：巖石中裂隙的體積與包括裂隙在內(nèi)的巖石體積之比（即體積裂隙率）。它不僅關(guān)系著地下水儲(chǔ)量和巖體的力學(xué)特征，而且影響巖石風(fēng)化方式和風(fēng)化速度。其類(lèi)型有3 種，即構(gòu)造裂隙、成巖裂隙和風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙。

2.2 數(shù)據(jù)集組成

本數(shù)據(jù)集包含11 個(gè)數(shù)據(jù)表。內(nèi)容包括4 個(gè)部分：（1）紫色土成土巖層和母質(zhì)的一般特征和性狀；（2）紫色巖的地球化學(xué)特征；（3）紫色風(fēng)化殼的組成、地球化學(xué)特征及風(fēng)化特征等；（4）四川盆地紫色風(fēng)化殼分類(lèi)及其診斷指標(biāo)。以下對(duì)11 個(gè)表的名稱(chēng)以及數(shù)據(jù)內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 數(shù)據(jù)集Sheet 列表及內(nèi)容

序號(hào) 表名稱(chēng) 表內(nèi)容簡(jiǎn)述8 紫色風(fēng)化殼化學(xué)組成的區(qū)域差別 不同區(qū)域紫色風(fēng)化殼的化學(xué)組成9 紫色巖石-風(fēng)化殼的風(fēng)化特征 不同紫色巖石及其風(fēng)化體的風(fēng)化特征10 紫色巖-風(fēng)化殼-土壤粘粒化學(xué)組成 不同紫色巖層、風(fēng)化體及其對(duì)應(yīng)土壤的粘?；瘜W(xué)組成11 四川盆地紫色風(fēng)化殼類(lèi)型及其診斷指標(biāo)根據(jù)四川盆地紫色風(fēng)化殼分布的地理景觀，風(fēng)化體剖面特征、物理化學(xué)和地球化學(xué)等性質(zhì)，取得的一些量化指標(biāo)，形成四川盆地紫色風(fēng)化殼的初步分類(lèi)結(jié)果

2.3 數(shù)據(jù)集各列表包含字段名

數(shù)據(jù)集各表單中所含字段名見(jiàn)表2。

表2 數(shù)據(jù)集Sheet 列表所含字段名

序號(hào) 表名稱(chēng) 包含列字段名10 11紫色巖-風(fēng)化殼-土壤粘?；瘜W(xué)組成四川盆地紫色風(fēng)化殼類(lèi)型及其診斷指標(biāo)地質(zhì)期；母巖巖層名稱(chēng)；母巖巖層代碼；層次代碼或風(fēng)化殼類(lèi)型；地點(diǎn)；土壤-pH；土壤-CaCO3(%)；粘粒-SiO2(%)；粘粒-Al2O3(%)；粘粒-Fe2O3(%)；粘粒-SiO2/Al2O3；粘粒-SiO2/R2O3；粘粒-SiO2/Fe2O3；風(fēng)化殼名稱(chēng)；風(fēng)化殼類(lèi)型；分布區(qū)域和母巖巖層； pH； CaCO3(%)；淋溶系數(shù)相對(duì)值；殘積系數(shù)相對(duì)值；粘粒-SiO2/Al2O3；粘粒-SiO2/R2O3；主要粘土礦物；主要營(yíng)養(yǎng)成分-K(%)；主要營(yíng)養(yǎng)成分-Mg(%)；主要營(yíng)養(yǎng)成分-P(%)

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

3.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

在充分閱讀理解專(zhuān)著編寫(xiě)內(nèi)容的邏輯上，設(shè)計(jì)了提取信息數(shù)據(jù)的字段名、數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，并編寫(xiě)數(shù)據(jù)集說(shuō)明文檔。數(shù)據(jù)錄入后，逐一進(jìn)行核對(duì)校正，并人工抽查保證數(shù)據(jù)的完整性。在進(jìn)行數(shù)據(jù)提取過(guò)程中，重新復(fù)核各數(shù)據(jù)字段、單位和數(shù)值，集成為有內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表，同時(shí)依據(jù)法定計(jì)量單位進(jìn)行了校正；對(duì)縣市名進(jìn)行了修正。

此外，紫色巖層在不同的分布地區(qū)有不同的叫法，比如自流井組在盆北叫千佛巖組，蓬萊鎮(zhèn)組在盆北郊蓮花口組，飛仙關(guān)組在下川東叫大冶組，還有夾關(guān)組有叫正陽(yáng)組、窩頭山組等等，在應(yīng)用數(shù)據(jù)時(shí)給予關(guān)注。

3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估

早在上世紀(jì)三十年代初期，朱蓮青、陸發(fā)熹、余皓等老一輩土壤學(xué)家曾調(diào)查研究過(guò)紫色土。到上世紀(jì)九十年代，50 年來(lái)研究紫色土的曲折過(guò)程，包含了基礎(chǔ)研究、理論研究和應(yīng)用研究三個(gè)階段。《中國(guó)紫色土》（上篇）是中國(guó)科學(xué)院成都分院土壤研究室成立十周年（1980-1990 年）來(lái)的成果總結(jié)，主要以紫色土研究的成果編寫(xiě)而成，是集體智慧的結(jié)晶[1]。科學(xué)是發(fā)展的，由于研究手段和方法的限制，在研究的深度和廣度上都還有很多可以繼續(xù)努力的方面。后續(xù)會(huì)將其余部分的研究成果數(shù)據(jù)進(jìn)行整編，形成完整的紫色土階段研究成果的數(shù)據(jù)集。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值和使用方法

4.1 數(shù)據(jù)價(jià)值

《中國(guó)紫色土》分上下兩篇出版，上篇以四川盆地的紫色土為對(duì)象，內(nèi)容涉及紫色土的發(fā)生分類(lèi)、基本組成、肥力因素和農(nóng)業(yè)生態(tài)等方面，共分為18 章。在中國(guó)古代文獻(xiàn)中，四川被稱(chēng)為“天府之國(guó)”。其原因是，這里有生產(chǎn)力很高的紫色土。鑒于紫色土與母巖的密切關(guān)系，本數(shù)據(jù)集整理集成了專(zhuān)門(mén)討論紫色土的成土條件、紫色母巖和風(fēng)化殼的特征及其分類(lèi)的第二、第三和第四章研究成果，形成了具有邏輯結(jié)構(gòu)的11 個(gè)數(shù)據(jù)表，為科學(xué)的認(rèn)識(shí)紫色土、研究紫色土發(fā)生分類(lèi)、肥力評(píng)價(jià)和農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)等提供科學(xué)依據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)使用方法

在對(duì)該專(zhuān)著數(shù)據(jù)的提取和整編過(guò)程中，也將該書(shū)進(jìn)行了掃描電子化保存，讀者如需進(jìn)一步文本方面的資料，也可與本文的通信作者聯(lián)系。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

高美榮（1969—），女，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橥寥缹W(xué)，土壤信息管理。主要承擔(dān)數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)校正和部分質(zhì)量控制工作。

唐家良（1974—），男，博士，研究員，研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)水文。主要承擔(dān)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和質(zhì)量控制。

況福虹（1981—），女，博士，助理研究員，研究方向?yàn)檗r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤氮利用及損失。主要承擔(dān)數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。