南充市西河流域土壤粒度和磁化率特征及影响因素

熊泳 王海方 张渊 文星跃

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样品，分析土壤粒度组成和磁化率特性。结果表明，研究区土壤粉砂含量较高，平均值为66.84%；黏粒和砂粒含量较低，平均值分别为15.17%和17.74%，说明不同土地利用方式下土壤粒度组成存在差异。土壤样品的低频磁化率平均值为14.16×10-8 m3/kg，频率磁化率平均值为2.56%，不同土地利用方式下土壤磁化率存在差异，但总体上较低的磁化率表明研究区土壤未受污染。土壤磁化率与土壤粉砂含量成正相关，与砂粒含量成负相关，揭示出研究区土壤磁化率受人类活动干扰较少的特征，表明磁化率与粒度的相关性可作为反映土壤是否受到人类活动影响的环境指标。

关键词 土壤粒度；土壤磁化率；影响因素；西河流域；四川南充

中图分类号 S159 文献标识码 A 文章编号 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响土壤肥力的重要因素，风化成壤作用和人类活动均会对土壤粒度产生影响[1]。磁化率作为土壤磁学研究中的常用参数，能够反映土壤颗粒中所蕴含的磁性特征，进而指示环境变化及人类活动等综合信息[2]，如可用于古环境重建、坡面侵蚀、土壤污染等方面的研究[2-10]。土壤粒度反映了不同粒径范围的土壤所占百分比，是土壤的基本物理指标。前人研究表明，粒度与磁化率有显著的相关性[10-12]。嘉陵江流域侏罗系红色地层广泛出露，其上发育的紫色土是农业发展的重要基础资源。目前，对嘉陵江流域土壤的研究主要是运用遥感和GIS技术在宏观层面探讨土壤侵蚀与输沙[13-16]及植被类型与土壤微生物的关系[17-18]等，对不同土地利用方式下土壤基本性状的研究较少。有研究表明[19-22]，选择不同利用方式土地的土壤进行对比研究有助于了解土壤磁学参数与粒度含量的特征与空间变异规律。本文拟对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进行分析，讨论粒度与磁化率的特征变化及影响因素，期望为该区土壤资源合理利用提供基础数据和理论依据。

1 区域概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于嘉陵江流域南充段支流西河流域，属四川盆地东北部。区内出露地层为侏罗系遂宁组红色泥岩和砂岩，以中浅丘地形为主，河床平缓，两岸人口分布密集，耕地成片，流域面积约700 km2，流域土壤类型主要为紫色土、黄壤、水稻土和冲积土。气候属中亚热带湿润季风性气候，平均气温和降水量分别为17.6 ℃和1 000 mm左右。西河河段常年枯水位为260～262 m，河底高程258.5～261.5 m[23]。流域的植被类型属亚热带常绿阔叶林，主要为次生林和人工植被，多为柏木树种，也见次生灌丛与竹林等，人工栽培作物主要为水稻、小麦、玉米、洋芋、红薯等。

1.2 样品采集

在西河沿岸进行表土土样采集，按不同土地利用类型选择耕地、林地、园地、内陆滩涂、撂荒地等（由于水田样本数较少，和旱地统称为耕地），共39个样点。每个样品由样区内呈“S”形分布的8个样点的0～20 cm的表土均匀混合而成。本次共采39个土样，其中耕地15个（旱地12个，水田3个）、林地12个、园地3个、撂荒地4个、内陆滩涂5个（表1）。

1.3 试验方法

土壤的颗粒组成采用贝克曼库尔特LS 13 320系列激光粒度分析仪进行测定，测试前分别用双氧水和稀盐酸去除有机质和碳酸盐，并加入六偏磷酸钠用超声波分散。

磁化率采用B型双频探头的BartingtonMS2磁化率仪在仪器运作良好的情况下进行测定。称取10 g左右过10目塑料筛的土壤样品，并记录每个样品的质量；再放入体积约为1 cm3的盒子中装好并封闭，测定各个样品的磁化率，并换算成质量磁化率（低频磁化率和高频磁化率）；利用低频磁化率和高频磁化率计算出频率磁化率。本次试验的所有数据均是反复试验2次后取其平均值而获得，频率磁化率的具体计算公式如下[19]：

2 结果与分析

2.1 粒度特征

土壤粒度能反映土壤某些重要的农业特性，同时又受到许多人为因素的影响，如耕作、施肥、排灌、平整土地等，是土壤的一种十分稳定的自然属性，对土壤肥力有很大影响[24]。土壤样品中黏粒（<0.002 mm）、粉砂（0.002～0.05 mm）和砂粒（0.05～2.00 mm）的平均含量分别为15.17%、66.84%和17.74%，样品以粉砂质为主。从粒度组分的变异系数来看，粉砂的变异系数小于20%，变异强度较小；黏粒和砂粒的变异系数均介于30%～90%之间，属于中等变异[25]（表2）。土壤粒度的变异系数差异较大，说明不同粒级的土壤受外部环境的干扰作用不同。

黏粒、粉粒等细微颗粒具有增加土壤紧实度的作用，而且颗粒越细，这种作用越强；粗颗粒有降低土壤紧实度和增强土体分散性的作用[26]。研究区土壤中粉砂含量较高，砂粒和黏粒含量较低，土壤以粉砂质为主，总体上土壤颗粒较细，土壤较紧实，易于保水保肥。但土壤粒度受土地利用方式的影响，黏粒含量表现为内陆滩涂>园地>撂荒地>耕地>林地，内陆滩涂的黏粒含量变幅较大；粉砂含量表现为园地>撂荒地>耕地>内陆滩涂>林地，内陆滩涂的粉砂含量变幅较大；砂粒含量表现为内陆滩涂>耕地>林地>撂荒地>园地，林地的砂粒含量变幅较大（图1、表3）。

2.2 磁化率特征

土壤磁化率作为环境磁学的一个常用参数，受到磁性矿物的含量、种类与聚合状态的影响，能综合反映土壤样品中亚铁磁性矿物的含量[27-28]。研究区土壤样品低频磁化率分布在7.86×10-8～26.81×10-8 m3/kg之间，平均14.16×10-8 m3/kg，变异系数为34%；频率磁化率范围在0.16%～6.45%之间，平均2.56%，变异系数为65%。二者的变异系数均介于30%～90%之间，属于中等变异。

不同土地利用方式下的土壤磁化率差异较大，土壤低频磁化率表现为园地>耕地>撂荒地>林地>内陆滩涂；频率磁化率表现为园地>耕地>林地>内陆滩涂>撂荒地（表4）。耕地和园地的磁化率相对较高，说明人类耕作活动会影响土壤磁化率，可能跟人类活动的扰动促进了成壤作用有关[29]。有研究表明，长期施农家肥和化肥，也可以增加土壤的磁化率[30]。此外，耕地中的水田和内陆滩涂的磁化率较低，其原因是该类土壤长期被水淹没，处于还原性条件，可引起亚铁磁性矿物的破坏分解，因而具有较低的磁化率[31]。

XFD在2%～10%之间的样品占所有样品的54%，根据Dearing[32]提出的XFD估算超顺磁颗粒（SP）浓度模型，表明大部分土壤样品中含有超顺磁颗粒，同时表明受人为作用影响较小。相较其他地区土壤磁化率[21，33]，该区土壤磁化率较低。有研究表明，受机动车尾气、工业灰尘等污染的土壤，其磁化率会增大，且低频磁化率与频率磁化率成显著负相关[34-35]，而本文土壤样品的低频磁化率与频率磁化率成显著正相关（图2），考虑到样品采集地无工厂、远离交通要道等因素，表明研究区土壤磁化率受人类活动的影响相对较小，未受重金属污染。

2.3 磁化率与粒度相关性

总体上看，土壤样品低频磁化率与粉砂含量成显著正相关，与砂粒含量成显著负相关，而与黏粒含量成弱正相关（图3），表明土壤磁性矿物主要由颗粒较细的粉砂提供。进一步选取样品相对较多的耕地和林地土壤分析磁化率与粒度相关性（图4、5），发现林地相较耕地，土壤磁化率与粒度的相关性更为显著，很可能跟林地较少受到耕作活动的影响有关。黄 讯等[19]认为在人类活动干扰较小的情况下，土壤磁化率与砂粒含量成負相关。进一步证实前述土壤磁化率较少受到人类活动干扰的认识，且表明土壤磁化率与粒度相关性可用于揭示土壤受人类活动的影响强度。

3 结论

（1）研究区土壤粉砂含量较高，黏粒含量较低，土壤属粉质壤土。不同土地利用方式下土壤粒度存在差异，黏粒含量表现为内陆滩涂>园地>撂荒地>耕地>林地；粉砂含量表现为园地>撂荒地>耕地>内陆滩涂>林地；砂粒含量表现为内陆滩涂>耕地>林地>撂荒地>园地。

（2）研究区土壤磁化率值较低，人为作用对该区土壤磁化率贡献较小，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变化幅度较大，变化特征与土地利用方式存在一定的联系，低频磁化率表现为园地>耕地>撂荒地>林地>内陆滩涂；频率磁化率表现为园地>耕地>林地>内陆滩涂>撂荒地。

（3）土壤磁化率与粉砂含量成正相关，而与砂粒含量成负相关。磁化率与粒度的相关性可用于揭示土壤受人类活动干扰的强度。

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