于 波，符加方，尤永春，明俊男，陳炳輝，陳 森

1.廣東省環(huán)境地質(zhì)勘查院，廣東 廣州 510080

2.南雄市自然資源局，韶關(guān) 南雄 512499

3.廣東省地質(zhì)建設(shè)工程集團(tuán)公司，廣東 廣州 510080

4.中山大學(xué)，廣東 廣州 510275

紅層是一種偏紅色的陸相碎屑巖的總稱，最早由李四光先生提出，一般指中生代以來的湖泊相、河流相、河湖交替相或山麓洪積相等陸相沉積的紅色碎屑巖層，世界各地均有出露。紅層的構(gòu)成復(fù)雜，一般包含（紫）紅色礫巖、砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)頁巖等，間或夾石膏等蒸發(fā)巖類，軟弱砂巖在紅層中占很大比重，巖層中普遍存在軟硬互層結(jié)構(gòu)。彭華等人提出紅層的界定依據(jù)：一是顏色一般為偏紅色調(diào)；二是絕大多數(shù)紅層形成于陸相沉積環(huán)境；三是紅層往往是碎屑沉積巖層。我國紅層出露面積達(dá)8.3×105km2，約占全國陸地面積的8.6%[1]，主要出露于四川、云南、湖南、江西、廣東等地。

廣東省境內(nèi)廣泛分布紅層盆地，大小總計(jì)108 個(gè)，分布面積約占廣東省總面積的16%，較大的有茂名市、東莞市和南雄盆地等，屬于紅層丘陵地貌。紅層盆地人口密集，土地開發(fā)利用強(qiáng)度大，人類活動(dòng)干擾嚴(yán)重，易導(dǎo)致植被退化、水土流失、土地狀況惡化，甚至發(fā)育類似干旱地區(qū)的荒漠景觀。其中南雄盆地尤為典型，其荒漠化面積近8×107m2，生態(tài)脆弱，極易退化，屬于生態(tài)高度敏感區(qū)域?；哪啻嬖谟诟珊瞪儆甑貐^(qū)，濕潤區(qū)荒漠化現(xiàn)象少有研究。彭華通過衛(wèi)星遙感以及實(shí)地調(diào)查，研究了南雄盆地土地退化的過程，并比對(duì)其與傳統(tǒng)荒漠化的異同，提出濕潤區(qū)也存在標(biāo)準(zhǔn)意義上的荒漠化現(xiàn)象[2]。

1 紅砂嶺典型特征

1.1 紅砂嶺類型

紅砂嶺分布在低矮丘陵或侵蝕崗地上，古近系的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖或白堊系的粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、黏土巖等軟巖為成土母巖，風(fēng)化作用形成紅色砂土為土層，侵蝕溝密集，紅色基巖（硬巖）或風(fēng)化殼（土層）裸露地表，局部發(fā)育為寸草不生的牛肝地，呈現(xiàn)生態(tài)脆弱的荒漠景觀（源自于波2019 年第二屆廣東省地球科學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)分會(huì)場(chǎng)報(bào)告《粵北南雄紅砂嶺生態(tài)保護(hù)修復(fù)初探》）。

根據(jù)地表特征，研究小組將南雄紅砂嶺分為裸巖式和劣地式兩大紅層荒漠化類型，此次研究主要以劣地式紅砂嶺為研究對(duì)象。

研究小組通過遙感影像配合實(shí)地調(diào)查，分析研究區(qū)荒漠化發(fā)育形態(tài)，將其劃分為團(tuán)塊狀、片狀、星點(diǎn)狀3 種形態(tài)。

（1）團(tuán)塊狀。由分布在丘陵和侵蝕崗地上的近水平厚層紅層軟巖發(fā)育形成，表現(xiàn)為密集侵蝕溝，侵蝕溝溝坡較陡，沿山脊向兩側(cè)發(fā)育；衛(wèi)星影像圖上呈密集褶皺形態(tài)，沒有植被覆蓋，呈“光板地”，顏色呈紅色且面積較大，當(dāng)?shù)厝朔Q牛肝地。牛肝地大多從中間向四周發(fā)展，荒漠化程度嚴(yán)重，且有快速擴(kuò)張的趨勢(shì)。

（2）片狀。一般分布在比較低矮的丘陵和山地上，荒漠化主要發(fā)育在山脊和山頂處，侵蝕溝發(fā)育不多且較小，也可能不發(fā)育。山谷處植被破壞程度較小，荒漠化區(qū)域被植被切割分散，發(fā)育不連續(xù)，面積一般為中等大小，但其擴(kuò)張速度較快。

（3）星點(diǎn)狀。一般出現(xiàn)在地勢(shì)起伏較小的低矮丘陵地區(qū)，在馬尾松林下或灌木草地等區(qū)域可能存在星點(diǎn)狀的紅色軟巖裸露，荒漠化面積小，呈擴(kuò)張趨勢(shì)；由于地形沒有較大起伏，且植被覆蓋率較高，荒漠化擴(kuò)張速度較慢。

1.2 紅砂嶺荒漠化特征

研究小組通過系統(tǒng)的野外調(diào)查以及資料分析，參考前人荒漠化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和分類依據(jù)的研究成果[3-4]，選取植被覆蓋度（VFC）、裸露地表面積占比、土壤厚度、荒漠化景觀典型特征等指標(biāo)作為評(píng)估因素，將南雄紅砂嶺的荒漠化程度劃分為極度、重度、中度和輕度4 種等級(jí)（見表1）。

2 紅砂嶺土壤物理性質(zhì)

2.1 成土母巖特性

南雄紅砂嶺的成土母巖主要為古近系或白堊系以紅色調(diào)為主的（泥質(zhì)）粉砂巖、（粉砂質(zhì)）泥巖、細(xì)砂巖和黏土巖等軟巖，其風(fēng)化極具特殊性。紅層軟巖膠結(jié)成熟度低、吸熱性好但導(dǎo)熱性極差，易物理風(fēng)化。在自然狀況下，塊徑60 cm 的巖塊僅40 d 便風(fēng)化為碎屑物，當(dāng)?shù)厝怂追Q風(fēng)見消。風(fēng)見消鈣質(zhì)含量較高，常發(fā)育石膏薄層，具有易失水、干裂遇水易溶解的特點(diǎn)，極易溶解風(fēng)化。風(fēng)化后以細(xì)粒砂為主，占總量的87%左右，結(jié)構(gòu)松散。盆地內(nèi)丘陵崗地起伏不平，地表裸露，植被稀疏，風(fēng)化碎屑物極易流失，難以形成土壤。

表1 南雄紅砂嶺荒漠化程度分類表

2.2 土壤特性

紅砂嶺土壤貧瘠，土地條件非常差，極易水土流失，導(dǎo)致部分地區(qū)無土壤層；土壤酸堿性從弱酸性到微堿性，由于母質(zhì)缺乏膠結(jié)物質(zhì)，顆粒較粗，形成的土壤較松透且風(fēng)化殼的持水率極差，下部為基巖，透水性差，滲透系數(shù)僅為0.02 mm/min[5]?；洷钡貐^(qū)多強(qiáng)降雨，極易產(chǎn)生地表徑流，原巖中的鈣質(zhì)加劇了風(fēng)化碎屑的淋溶作用，植被遭到破壞后，土壤流失十分迅速。坡頂?shù)耐寥酪坏┝魇?，極難恢復(fù)。南雄紅砂嶺區(qū)域由于自然演替、人類干預(yù)等原因，存在多種植被類型，不同植被類型下的土壤性質(zhì)各異，其物理性質(zhì)與荒漠化程度的關(guān)系亟待研究。

2.3 土壤采樣和物理性質(zhì)測(cè)試

研究小組在南雄紅砂嶺區(qū)域選取具有代表性的闊葉林、馬尾松林、灌叢、草地、牛肝地以及農(nóng)田6 個(gè)土壤采樣區(qū)，其植被情況參見陳金鳳等人[6]的研究論文，用環(huán)刀法采集原狀土，測(cè)定土壤的含水率和容重。每個(gè)類型分別設(shè)置3 個(gè)采樣區(qū)，每個(gè)采樣區(qū)采集不少于20 cm 土壤樣品5 個(gè)，共采集90 個(gè)土壤樣品。采樣區(qū)設(shè)置5 個(gè)采樣點(diǎn)（分別在四角和中間），每個(gè)采樣區(qū)的范圍為50 m×50 m。采集土樣時(shí)去除土壤表面的枯枝落葉等雜物，植被覆蓋區(qū)去除表層腐殖質(zhì)層，土壤樣品中不能含有礫石、樹根、草根、動(dòng)物尸骸等，同時(shí)確保每一個(gè)取樣點(diǎn)取樣土壤的深度一致。用專用的密封袋裝好，貼好標(biāo)簽，存放在保鮮盒中帶回實(shí)驗(yàn)室。土樣的土壤含水率和容重按照相關(guān)土壤標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定[7-8]。測(cè)定完成后，運(yùn)用Excel、SPSS 25.0 和Origin 2018 等軟件相結(jié)合的方法統(tǒng)計(jì)并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用單因素方差分析檢驗(yàn)不同植被類型之間土壤含水率和容重的差異性，并用Duncan多重比較法進(jìn)行比較分析。

3 土壤物理性質(zhì)描述性統(tǒng)計(jì)分析

土壤的物理性質(zhì)是反映土壤健康狀況和土壤肥力的重要指標(biāo)，對(duì)植被的生長和繁殖起著重要的作用。土壤的含水率、容重直接決定著土壤的酸堿性、土壤結(jié)構(gòu)和持水性等基本狀況，對(duì)植物的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，而植被生長也會(huì)改善土壤的物理性質(zhì)。

3.1 土壤含水率特征

南雄紅砂嶺土壤含水率平均值為12.89%，總體偏低。南雄紅砂嶺不同土地利用類型的土壤含水率大小順序?yàn)椋号８蔚兀?.35%）＜草地（7.98%）＜灌叢（10.51%）＜馬尾松林（13.27%）＜闊葉林（17.26%）＜農(nóng)田（23.98%）。采樣區(qū)內(nèi)土壤性質(zhì)偏砂質(zhì)，較同等植被類型土壤總體含水率偏低；農(nóng)田因管護(hù)而含水率較高，但仍處于較低水平。同類型地類的變異系數(shù)在18.19%～33.12%之間，變異程度為中等變異，差異最顯著的是牛肝地，其次為草地，灌叢、馬尾松林和闊葉林的差異較小，但總體來看變異程度較大。從方差分析來看（F=84.655，sig.=0），南雄紅砂嶺不同植被類型的土壤含水率差異達(dá)到極顯著的水平（P＜0.05）（見表2）。研究小組運(yùn)用Duncan 多重比較法進(jìn)行檢驗(yàn)分析，分析結(jié)果如表3 所示，農(nóng)田的土壤含水率極顯著高于其他5 種地類，這可能與農(nóng)業(yè)耕作有密切關(guān)系。總體來看，南雄紅砂嶺偏低的含水率致使植被生長受到限制，造成土地干旱，加快土地荒漠化進(jìn)程。由于采樣時(shí)間為7—8 月，南雄紅砂嶺處于伏旱時(shí)期，氣候炎熱，蒸發(fā)量大，因此此次采樣土壤的含水率總體偏低。

表2 土壤含水率方差分析表

3.2 土壤容重特征

土壤容重是描述土壤松緊程度及土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)，可反映土壤孔隙度、水分可利用度、水力傳導(dǎo)性等情況，其與成土母巖、當(dāng)?shù)貧夂?、土壤含水率、有機(jī)質(zhì)等密切相關(guān)，人為因素對(duì)其干擾作用極大。土壤容重過小或過大都不適宜植物的生長，均會(huì)加劇土壤退化。通常認(rèn)為，土壤容重在1.00 g/cm3以下為過松狀態(tài)，1.00～1.25 g/cm3為適宜狀態(tài)，超過1.25 g/cm3則為偏緊狀態(tài)[9]。

從表4、表5 和圖1 可知，南雄紅砂嶺土壤容重變化較大，隨著荒漠化程度加深，土壤容重呈增大趨勢(shì)。總體來看，南雄紅砂嶺平均土壤容重為1.31 g/cm3，土質(zhì)偏緊實(shí)；6 種土地利用類型的土壤容重為：牛肝地（1.53 g/cm3）＞草地（1.37 g/cm3）＞馬尾松林（1.33 g/cm3）＞灌叢（1.24 g/cm3）＞農(nóng)田（1.21 g/cm3）＞闊葉林（1.16 g/cm3）。闊葉林地類植被茂密，（微）生物活動(dòng)劇烈，但隨著土地荒漠化程度加深，土壤容重增大。馬尾松林地類土壤容重大于灌叢地類，這是由于馬尾松林耐受性強(qiáng)，地表多為風(fēng)化殼裸露，水土流失較嚴(yán)重，致使土壤容重較大。牛肝地為光板裸地，生物活動(dòng)極弱，且地表徑流和降雨侵蝕嚴(yán)重，致使其難以保留和形成土壤，導(dǎo)致土壤容重不斷加大，極端區(qū)域土壤容重達(dá)1.93 g/cm3，含水率極低，植物難以存活。農(nóng)田地類受人為干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致容重增大。從變異系數(shù)來看，不同荒漠化程度下，土壤容重差異顯著，變化范圍在9.68%～19.61%之間；除草地為輕度變異，其他地類均為中等變異程度。從方差分析來看（F=6.166；sig.=0），各地類之間的土壤容重存在極顯著差異。Duncan 多重比較法檢驗(yàn)分析結(jié)果顯示，牛肝地土壤容重（1.53 g/cm3）極顯著高于其他地類；闊葉林地類土壤容重（1.16 g/cm3）極顯著低于其他地類；牛肝地與不包含草地的其他地類土壤容重差異極顯著（P ＜0.05）；草地除與闊葉林（P=0.08）差異極顯著，與其他地類均無顯著差異（P ＞0.05）；灌叢、馬尾松林和農(nóng)田土壤容重兩兩均無顯著差異（P ＞0.05）。

表3 土壤含水率描述性統(tǒng)計(jì)表

表4 土壤容重方差分析表

表5 土壤容重描述性統(tǒng)計(jì)表

圖1 不同地類土壤含水率和容重特征變化圖

4 結(jié) 語

從南雄紅砂嶺土壤的調(diào)查分析可知，其土壤物理性質(zhì)有以下2 個(gè)特征。

（1）南雄紅砂嶺土壤含水率低，土壤的表土層含水率在4.35%～23.98%之間，整體含水率偏低，牛肝地顯著低于其他植被類型。南雄紅砂嶺雖處于濕潤地區(qū)，降雨充沛，但季節(jié)性分布不均，加上紅層的特殊性質(zhì)，造成物理性干旱嚴(yán)重，土壤保水性差。

（2）南雄紅砂嶺土壤容重過高，土質(zhì)偏砂質(zhì)，土壤容重變化較大。隨著荒漠化程度加深，土壤容重也呈增大趨勢(shì)，其中牛肝地的土壤容重最高。南雄紅砂嶺母巖多為松散、膠結(jié)性差的軟巖，抗侵蝕能力弱，風(fēng)化強(qiáng)烈，形成的土壤顆粒大小混雜，分選性差，砂質(zhì)含量高。土壤容重過大，含砂量高，會(huì)加重土壤荒漠化程度。

此次研究中，農(nóng)田、馬尾松林、闊葉林、灌叢、草地土壤含水率均顯著高于牛肝地，這主要與植被類型的差異有關(guān)。植被覆蓋度的增加，有利于改善土壤的空隙結(jié)構(gòu)，增加土壤入滲能力[10]。植物根系可以改變土壤的物理結(jié)構(gòu)，粗根系含量越多，容重越小[11]。此次研究中，闊葉林、馬尾松林和灌叢土壤容重低于草地，馬尾松林土壤容重卻高于灌叢地。這與當(dāng)?shù)厝罕姲疡R尾松林作為割取松脂、拾薪燒柴的場(chǎng)地有關(guān)，人為踐踏較強(qiáng)烈，導(dǎo)致馬尾松林土壤容重相對(duì)較高。牛肝地土壤含水率最低、土壤容重最大，與其植被覆蓋率＜10%有直接關(guān)系。

綜上分析，南雄紅砂嶺土壤物理性質(zhì)與紅層荒漠化發(fā)展有密切關(guān)系，南雄盆地從紅層母巖成土開始到荒漠化的演化過程為：紅層原巖風(fēng)化成土→土壤厚度過低養(yǎng)分不足→植被群落衰退→水土流失加劇→基巖裸露→荒漠化快速發(fā)展，這是一個(gè)非良性的生態(tài)系統(tǒng)演化。研究小組通過對(duì)不同土地利用類型與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，南雄紅砂嶺土壤理化性質(zhì)與其荒漠化發(fā)展呈線性關(guān)系。