胡庚辛 李 高 謝 翔 王元洪

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局長(zhǎng)沙自然資源綜合調(diào)查中心 湖南長(zhǎng)沙 410600）

引言

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。地質(zhì)環(huán)境的變化必然引起生態(tài)的變化[1]，反之，生態(tài)環(huán)境的變化也反作用于地質(zhì)環(huán)境，生態(tài)環(huán)境變化的機(jī)理是生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的依據(jù)。近年來，國(guó)內(nèi)外開始從地質(zhì)建造的角度調(diào)查和研究生態(tài)的變化。張騰蛟[2]探討了不同地質(zhì)建造類型的生態(tài)環(huán)境功能特征；王京彬[3]基于地質(zhì)建造探討了承德市生態(tài)地質(zhì)調(diào)查的方法；衛(wèi)曉鋒[4]探討了基于地質(zhì)建造的土地利用優(yōu)化路徑等等。由此可知，地質(zhì)建造是搭建生態(tài)和不同環(huán)境條件的橋梁，是研究生態(tài)地質(zhì)過程和機(jī)理的重要基礎(chǔ)和手段。

羅山縣位于大別山區(qū)西側(cè)北緣，生態(tài)地質(zhì)特征及狀況較復(fù)雜，多年來一直存在水土流失、生態(tài)功能減弱等地質(zhì)問題[5][6]。地質(zhì)建造是土壤的載體，決定了土壤的保濕量，水份與營(yíng)養(yǎng)特征是生態(tài)特征發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步探析羅山縣生態(tài)特征與地質(zhì)建造的關(guān)系，本文以大別山區(qū)西段生態(tài)修復(fù)支撐項(xiàng)目調(diào)查為支撐，采用1∶2000 生態(tài)地質(zhì)剖面調(diào)查和1∶50000 生態(tài)地質(zhì)路線調(diào)查的研究方法，以羅山縣青山鎮(zhèn)和周黨鎮(zhèn)的張家大莊巖組為研究對(duì)象，從風(fēng)化殼、成土母質(zhì)、土壤、地形地貌四個(gè)角度查明了巖組的土壤結(jié)構(gòu)特征，從植被、水土流失等角度查明了該組的生態(tài)特征，并進(jìn)行了相關(guān)性探討，為研究區(qū)生態(tài)地保護(hù)和地質(zhì)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

羅山縣位于河南省信陽(yáng)市下轄縣，地處豫鄂兩省的結(jié)合部，位于河南省南部，大別山北麓，淮河南岸，總面積為2071km2。氣候?yàn)閬啛釒蚺瘻貛н^渡區(qū)域，屬北亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。地勢(shì)西南高、東北低，地形多樣，從南至北分別為山地、丘陵、壟崗和平原。羅山縣境內(nèi)水資源有淮河、浉河、小潢河從羅山穿境而過，水資源豐富[7][8]。羅山地區(qū)位于秦嶺－大別造山帶東段北側(cè)，橫跨桐柏-大別構(gòu)造帶、北淮陽(yáng)構(gòu)造帶及華北板塊南緣。出露古元古代以來不同時(shí)期物質(zhì)，歷經(jīng)長(zhǎng)期演化，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜。根據(jù)已有資料，該區(qū)大致經(jīng)歷了古元古代基底形成、中元古代裂解、新元古代匯聚、早古生代末裂解、晚古生代匯聚和中新生代陸內(nèi)造山演化等階段[9][10][11]。寒武系張家大莊巖組從涼亭至任樓呈北西南東向貫穿于整個(gè)羅山縣，北側(cè)與寒武系大栗樹巖組呈角度不整合接觸、南側(cè)與寒武系劉山巖組以韌性拆離斷層相分割，出露寬度1.5-7km，面積約96km2。

通過野外生態(tài)地質(zhì)剖面調(diào)查，張家大莊巖組主要巖性為斜長(zhǎng)角閃變粒巖、黑云斜長(zhǎng)變粒巖以及絹云斜長(zhǎng)片巖，巖性較豐富。根據(jù)野外生態(tài)地質(zhì)剖面調(diào)查結(jié)果可知，剖面巖性為斜長(zhǎng)角閃變粒巖和黑云斜長(zhǎng)變粒巖：斜長(zhǎng)角閃變粒巖新鮮面為灰白色，風(fēng)化面為黃褐色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物有角閃石、長(zhǎng)石、石英、斜長(zhǎng)石；黑云斜長(zhǎng)變粒巖大多為灰褐色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，平行粒狀構(gòu)造，主要礦物有黑云母、石榴石、斜長(zhǎng)石、石英等。

2 研究區(qū)生態(tài)地質(zhì)特征

2.1 地形地貌特點(diǎn)

羅山縣地區(qū)多為崗地、丘陵，經(jīng)過野外實(shí)測(cè)，海拔在50-150m，高程相差不超過100m，坡度相對(duì)平緩，工作區(qū)多處被人為改造成梯田、旱地及水塘等。而地形地貌是影響土壤和成土母質(zhì)厚度的重要因素，具體原因在2.3 節(jié)作進(jìn)一步分析。

2.2 植被及土壤層特征

張家大莊巖組三條剖面植被覆蓋率從50%-70%均有分布，植被多以喬木、灌木為主，喬木大多以杉木為主（圖1），局部發(fā)育少量草本植物。植被覆蓋率從坡腳到坡頂呈先加厚再降低現(xiàn)象，其中坡頂植被覆蓋率最低為50%，中坡覆蓋率最高達(dá)70%，整體覆蓋率相差較小。植被類型主要為喬木：杉木、落葉松、楊樹、櫟樹、馬尾松、板栗樹。其次為灌木：構(gòu)樹、牡荊等。草本植物以針毛蕨、白茅為主。張家大莊巖組土壤整體發(fā)育較好，促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)。植被從坡腳到坡頂均有分布，但坡頂較少，覆蓋率較低。其原因主要是靠近坡頂坡度較陡，不利于植被根部穩(wěn)固于土壤，且地表徑流不易匯聚于高地，不利于植被生長(zhǎng)。經(jīng)野外實(shí)測(cè)，現(xiàn)以常見的幾種喬木（杉木、楊樹、板栗樹）為例，簡(jiǎn)要介紹其基本概況，杉木：樹高7-10m，平均樹高約8m，胸徑12-25cm，平均胸徑約20cm；楊樹：樹高6-14m，平均樹高約9m，胸徑10-28cm，平均胸徑約16cm；板栗樹：樹高4-8m，平均樹高約5.5m，胸徑9-22cm，平均胸徑約14cm。可知，研究區(qū)喬木發(fā)育較粗壯，該地區(qū)適宜種植杉木、楊樹、板栗樹等喬木。

圖1 杉木

張家大莊巖組土壤以黃棕壤（圖2）為主，厚度0-57cm 不等，坡腳最厚達(dá)到57cm，土壤層整體較厚，局部地區(qū)因地形地貌影響導(dǎo)致土壤層發(fā)育較薄，坡頂最薄僅5cm，部分地區(qū)因林改園等因素導(dǎo)致水土流失，致使土壤層不發(fā)育。大部分地區(qū)以發(fā)育腐殖質(zhì)層、淋溶層為主。土壤巖性主要以砂質(zhì)壤土、粉質(zhì)壤土為主，其次為壤土。

圖2 土壤

從以上調(diào)查結(jié)果可知：土壤層發(fā)育時(shí)間越長(zhǎng)，養(yǎng)分越高，植被發(fā)育茂盛，且植被覆蓋率較高。土壤層從坡腳到坡頂厚度為先加厚再變薄，且坡頂最薄。土壤層厚度分布與坡度變化沒有明顯的一致性，但與微地貌、成土母質(zhì)厚度關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。土壤植被兩者相互適應(yīng)，關(guān)系緊密相聯(lián)，有機(jī)質(zhì)、水、土是土壤的重要組成部分，它包括腐殖質(zhì)和非腐殖質(zhì)兩大類。土壤為植被提供生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和養(yǎng)分的吸收，植被反過來保護(hù)土壤，防止土壤肥力流失，兩者相互依賴。植被生長(zhǎng)的過程中，能改造其生長(zhǎng)的土壤、水分等環(huán)境條件，土壤是植物生長(zhǎng)的基質(zhì)，為植物提供水分。

2.3 成土母質(zhì)發(fā)育現(xiàn)象

如圖3 所示，張家大莊巖組成土母質(zhì)類型以殘積物和坡積物為主，坡頂大多以殘積物為主，坡腳大多以坡積物為輔。成土母質(zhì)巖性以砂礫石土、砂質(zhì)壤土、粉質(zhì)壤土為主，其次為砂土。成土母質(zhì)中整體含有較多因基巖風(fēng)化而形成的砂礫石，其厚度為0-40cm。如圖4所示，成土母質(zhì)最厚可達(dá)40cm，整體厚度較厚，局部少量地區(qū)因地形地貌影響導(dǎo)致成土母質(zhì)層發(fā)育較薄，坡腳最薄僅16cm，部分地區(qū)因風(fēng)化程度低及地形地貌影響導(dǎo)致成土母質(zhì)層不發(fā)育。這是由于較陡的山坡或者斜坡上，在重力和地表徑流的侵蝕力的影響下，加速了疏松地表物質(zhì)的遷移，使得難以發(fā)育成深厚的土壤。而平坦的地形部位，地表疏松物質(zhì)的侵蝕速率較慢，使成土母質(zhì)得以在較穩(wěn)定的氣候、生物條件下逐漸發(fā)育成較深厚的土壤。此外，坡度和坡向也可改變土壤和成土母質(zhì)最原始的狀態(tài)，從而影響土壤的發(fā)育。

圖3 成土母質(zhì)類型發(fā)育情況

圖4 成土母質(zhì)厚度發(fā)育情況

根據(jù)野外實(shí)測(cè)，研究區(qū)成土母質(zhì)情況總體概況為：從坡腳到坡頂厚度逐漸變厚，其中部分坡頂不發(fā)育成土母質(zhì)，僅發(fā)育土壤層和基巖層，沒有一定的規(guī)律性。從總體情況來看，成土母質(zhì)層厚度起伏較大，有兩層較平穩(wěn)，坡脊最厚，坡腳最薄，其他部位起伏較小，由此可知，成土母質(zhì)與地形地貌相互影響，坡度的變化也是影響母質(zhì)層的原因之一。

2.4 風(fēng)化殼風(fēng)化特點(diǎn)

如圖5 所示，通過垂向剖面揭露，地層為寒武系張家大莊巖組，風(fēng)化殼巖性主要為斜長(zhǎng)角閃變粒巖，顏色為灰白色-黃褐色，粒裝變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物有角閃石、長(zhǎng)石、石英、斜長(zhǎng)石，風(fēng)化程度不一，跨度大。通過野外調(diào)查，張家大莊巖組風(fēng)化殼發(fā)育情況10 個(gè)垂向剖面僅有2 個(gè)為點(diǎn)為全風(fēng)化，2 個(gè)點(diǎn)為強(qiáng)風(fēng)化，1 個(gè)點(diǎn)為中風(fēng)化，5 個(gè)點(diǎn)為微風(fēng)化。

圖5 風(fēng)化殼特征

根據(jù)野外實(shí)測(cè)，研究區(qū)風(fēng)化殼風(fēng)化特點(diǎn)為：巖石整體的風(fēng)化程度為全風(fēng)化-微風(fēng)化，少部分點(diǎn)為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化，大多點(diǎn)都為微風(fēng)化、中風(fēng)化程度。風(fēng)化殼是巖石圈、生物圈、水圈和大氣圈相互作用的產(chǎn)物，從另一個(gè)角度來說也為植被和地底生物提供了一定的生存空間。

3 研究區(qū)生態(tài)地質(zhì)問題及對(duì)策

3.1 生態(tài)地質(zhì)問題

中國(guó)是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，由于特殊的自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，水土流失成為主要的環(huán)境問題。大規(guī)模開發(fā)建設(shè)導(dǎo)致的人為水土流失問題仍十分突出。嚴(yán)重的水土流失，是我國(guó)生態(tài)惡化的集中反映，威脅國(guó)家生態(tài)安全、飲水安全、防洪安全和糧食安全，制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

羅山縣張家大莊巖組位于羅山縣周黨鎮(zhèn)朱樓村到青山鎮(zhèn)黃家塆一帶，結(jié)合影像和地質(zhì)底圖算出高程大約在80-150m 之間，地形地貌主要為丘陵為主，張家大莊巖組區(qū)內(nèi)多見林改茶園地，致使研究區(qū)發(fā)生不同程度的水土流失現(xiàn)象（圖6）。

圖6 水土流失

導(dǎo)致水土流失的自然原因主要有地貌、水文、土壤質(zhì)地（地面組成物質(zhì)）、植被等因素，張家大莊巖組水土流失的主要類型為林改茶園地，原生的喬木林地遭到破壞，現(xiàn)有的植被少量種植，顯著降低了植被覆蓋率，林地開挖殘留土體，土壤疏松且無植被覆蓋，然后就是新填素土，土壤疏松，都易遭受沖刷侵蝕，有些地區(qū)土壤層整體較薄，基本裸露地表，土壤粘性不強(qiáng)，在坡度較陡（15-40°）的地方，植被覆蓋率25%-40%，水土流失程度為中度流失，植被覆蓋率5%-20%的地方，水土流失程度為強(qiáng)烈。張家大莊巖組大部分水土流失為面狀徑流侵蝕（圖7），少部分為溝狀徑流侵蝕。

圖7 土壤面狀徑流侵蝕

道路兩旁多見人為因素形成的切坡，人類活動(dòng)較頻繁，研究區(qū)也存在發(fā)生不同規(guī)模的滑坡等地質(zhì)災(zāi)害等現(xiàn)象（圖8）。經(jīng)過野外路線調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)地形坡度整體較陡（約25-35°），人為修建公路、開挖山體和依山建房，形成人工高陡邊坡，且?guī)r石風(fēng)化程度較劇烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石多成碎塊狀。工作區(qū)常年受持續(xù)降雨影響，土壤易被沖刷，導(dǎo)致滑坡災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)行人安全財(cái)產(chǎn)造成巨大影響。

圖8 滑坡災(zāi)害

3.2 生態(tài)問題對(duì)策

根據(jù)上述調(diào)查的水土流失特點(diǎn)，針對(duì)性的提出生態(tài)修復(fù)建議：

研究區(qū)需實(shí)施植樹種草、退耕還林還草等生物措施以及興修水庫(kù)、打壩淤地、修建梯田等工程措施，以小流域?yàn)閱挝贿M(jìn)行綜合治理，使工作區(qū)生態(tài)環(huán)境得以改善，區(qū)域經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展。其次針對(duì)農(nóng)田提出農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，其中包括深耕改土，科學(xué)施肥，選育良種，地膜覆蓋，輪作復(fù)種。

研究區(qū)位于大別山北麓，淮河南岸，地理位置極佳，土地構(gòu)成比例大致為五山一水四分田，適宜種植水稻、小麥、芝麻、油菜、麻薯、花生等農(nóng)作物，以改善研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境。研究區(qū)大多為人工種植的馬尾松、杉木林和松櫟混交林，果樹以板栗樹為主，生長(zhǎng)狀態(tài)比較好。但因人為因素導(dǎo)致小部分森林被砍伐，造成土壤流失較嚴(yán)重，破壞了生態(tài)平衡。建議進(jìn)一步種植高大喬木，以起到綠化環(huán)境、屏障、固定土壤作用，最終實(shí)現(xiàn)水土保持。

根據(jù)上述調(diào)查的滑坡等地質(zhì)災(zāi)害特征，針對(duì)性的提出災(zāi)害治理建議：針對(duì)研究區(qū)的滑坡防治基本方法主要是各種加固工程，如支檔、錨固、減載、固化等，并附以各種排水，例如地表排水、地下排水等工程。其次護(hù)坡，在易風(fēng)化剝落的邊坡地段，修建護(hù)墻，對(duì)緩坡進(jìn)行水泥護(hù)坡等。一般邊坡均可采用簡(jiǎn)易防治方法，用粘土填充滑坡體上的裂縫或修地表排水渠。

4 討論

基巖的巖性影響風(fēng)化殼，風(fēng)化殼風(fēng)化程度作用成土母質(zhì)，成土母質(zhì)又是土壤的初始狀態(tài)，土壤是植物生活的基質(zhì)，植物又能鞏固土壤且提升土壤肥力，從而形成一定的動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)然，它們還受一系列因子的影響：土壤是由母質(zhì)、氣候、生物、地形和時(shí)間五大自然因素綜合作用的產(chǎn)物，其中，因巖石裸露出地表風(fēng)化為疏松的碎屑物質(zhì)，在母質(zhì)不斷地同動(dòng)植物界與大氣進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的過程中形成了土壤[12]。植被生長(zhǎng)的過程中，能改造其生長(zhǎng)的土壤、水分等環(huán)境條件，土壤是植物生長(zhǎng)的基質(zhì)，為植物提供水分，土壤也能改變植被的生長(zhǎng)方向，土壤性質(zhì)的不同，可以造成植被分布的不同，所以說土壤和植被相互適應(yīng)、相互改造，二者關(guān)系緊密相聯(lián)，從另一方面也詮釋了土壤、成土母質(zhì)、風(fēng)化殼、植被缺一不可。

5 結(jié)論

就張家大莊巖組而言，基巖、風(fēng)化殼、成土母質(zhì)、土壤、植被相互聯(lián)系、相互作用共同維持了生態(tài)平衡，根據(jù)以上研究得出初步結(jié)果及結(jié)論如下：（1）人為影響生態(tài)在可控范圍內(nèi)，張家大莊巖組地層基巖風(fēng)化較弱，成土母質(zhì)層較厚，從而使得土壤相對(duì)較厚，提供充足養(yǎng)分，植被能生長(zhǎng)較好。植被及較緩坡度能充分保持土壤質(zhì)量，形成一個(gè)單向循環(huán)，保持生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定向好發(fā)展?？傮w而言，羅山縣地區(qū)張家大莊巖組區(qū)域生態(tài)地質(zhì)保持穩(wěn)定向好發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)了可持續(xù)發(fā)展。（2）張家大莊巖組原生植被覆蓋率在70%以上，生態(tài)環(huán)境相對(duì)平衡，朝著有利方向發(fā)展。但受人為發(fā)展經(jīng)濟(jì)的影響，部分區(qū)域因隨意進(jìn)行林改園修筑梯田，且不對(duì)梯田加以防護(hù)，造成了部分水土流失現(xiàn)象。另外，切坡修路等工程建設(shè)破壞了原有的生態(tài)平衡，引發(fā)了少量滑坡等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。（3）針對(duì)生態(tài)地質(zhì)問題建議在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)方面，改變坡面微小地形，增加植被覆蓋或增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)抗蝕力等方法，保土蓄水，改良土壤，以減少水土流失現(xiàn)象。在地質(zhì)災(zāi)害防治方面，建議削坡減載，用降低坡高或放緩坡角來改善邊坡的穩(wěn)定性。

結(jié)語

本文以羅山縣張家大莊巖組為研究對(duì)象，研究了張家大莊巖組的土壤結(jié)構(gòu)特征，并與生態(tài)特征相關(guān)性進(jìn)行了分析，進(jìn)一步為研究區(qū)生態(tài)地質(zhì)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。通過實(shí)測(cè)在野外進(jìn)行了剖面測(cè)量、地面調(diào)查，分別從風(fēng)化殼、成土母質(zhì)、土壤、植被等因子歸納其基本生態(tài)地質(zhì)特征。研究結(jié)果表明：研究區(qū)成土母質(zhì)是地表巖石經(jīng)風(fēng)化作用形成的松散風(fēng)化物。其中對(duì)研究區(qū)成土母質(zhì)影響最大的因子為地形地貌和土壤，且二者呈現(xiàn)相輔相成的特點(diǎn)。植被和土壤形成互饋?zhàn)饔?，土壤為植被提供充足養(yǎng)分，植被反過來保護(hù)土壤，防止土壤肥力流失。針對(duì)生態(tài)地質(zhì)問題，建議增加植被覆蓋或增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)抗蝕力等方法，保土蓄水。