贵州成土母岩类型及其与耕地土壤关系探讨

马义波，李龙波，张美雪，莫春虎，孟 伟

(1.贵州省耕地质量地球化学调查评价领导小组办公室，贵州 贵阳 550004；2.贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550081；3.贵州省地质环境监测院，贵州 贵阳 550081)

1 概述

贵州位于上扬子陆块，出露距今Ca.870 Ma以来的地质记录，厚达数千米的岩石基底不仅是构成贵州上地壳的物质基础，也是土壤圈、水圈和生物圈等的载体。新近纪至今的新构造运动使地壳不断隆升，岩石暴露地表，在外动力地质作用下，发生物理、化学和生物风化作用，经缓慢的水-岩反应形成土壤，成为人类赖以生存发展的重要物质基础之一。

2017—2020年，贵州耕地质量地球化学调查评价摸清了全省耕地地球化学质量“家底”(周琦，2020)。工作中获取了1000余件成土母岩样品和约50万件表层土壤样品的分析数据，为研究贵州成土母岩与土壤关系提供了关键数据支撑。本文将对贵州主要成土母岩进行分类的基础上，依托贵州省耕地质量地球化学调查评价的大量数据，探讨成土母岩对土壤性质及分布的影响和控制作用。

2 成土母岩类型

2.1 成土母岩分类

本文根据岩石学分类原理，在贵州岩石分为沉积岩、岩浆岩和变质岩的基础上，结合贵州耕地土壤实际与特点，综合考虑特殊岩性对非地带性土壤的影响，将贵州成土母岩分为碳酸盐岩、硅质陆源碎屑岩等6大类和灰岩、白云岩等14种成土母岩类型，如表1所示。

表1 贵州成土母岩(母质)分类表Table 1 Soil forming rock (parent material) classification of Guizhou

2.2 主要成土母岩类型特征

2.2.1 灰岩

灰岩分布广、厚度大，是贵州主要的成土母岩类型之一，除黔东南出露较少外，贵州广泛分布，是组成古生代和中生代下部地层的重要组分。灰岩主要由方解石组成，CaO含量高，形成的土壤结构好，盐基丰富，易受风化溶蚀，风化溶蚀后残留量少，形成土壤时间长，土层浅薄。通常纯灰岩等发育的土壤质地粘重，含钙丰富；不纯灰岩在地形平缓常形成地带性土壤，盐基含量少，土壤呈酸性。其风化残坡积物发育为相应的石灰土。

2.2.2 白云岩

白云岩也是贵州主要成土母岩类型之一，贵州分布较广，主要为震旦纪、寒武纪和早中三叠世地层组份。白云岩中主要矿石矿物为白云石，不易溶蚀，风化后常呈“砂糖状”，由其形成的土壤土层浅薄，砂性重。

2.2.3 紫红色砂岩

紫红色砂岩类包括紫红色砂岩、紫红色页岩、紫红色泥岩和紫红色砾岩等，主要为侏罗纪、白垩纪地层的组份，集中分布于赤水、习水地区。该类岩石为半干旱气候条件的内陆沉积，岩石矿物成分复杂，含盐基丰富，易于风化成土。不同时期形成的岩石，由于其沉积物质来源和沉积环境不同，其化学成分差别较大，由其发育的土壤肥力也有差异。风化程度较低，养分淋溶少，除个别岩组发育的土壤肥力贫瘠外，该类岩石发育的土壤大多肥力较高。

2.2.4 黑色页岩

黑色页岩包括炭质粘土岩、炭质页岩等，贵州均有分布。主要为寒武系渣拉沟组、牛蹄塘组，奥陶系-志留系龙马溪组和五峰组，石炭系打屋坝组的组份。岩石呈黑色，主要矿物有石英、长石和白云母等硅酸盐矿物、硫化物和有机质等。该类岩石有机质含量高，养分较丰富，富铁、铝、硒等元素，是富硒土地硒元素的主要来源之一，因其含硫较高，其发育的土壤多成酸性。

2.2.5 板岩

板岩的矿物以绢云母、绿泥石等为主，粒度细小，较致密，其原岩主要为泥页岩。主要集中分布于黔东南地区，是构成新元古代乌叶组二段、番召组二段和平略组等主要岩性。由板岩风化发育的土层浅薄，半风化层深厚，多岩石碎片。

3 成土母岩与耕地土壤关系探讨

成土母岩是土壤形成的原始物，其性状和分布对土壤的物质组成、理化性质和分布有重要影响。研究表明，土壤中微量元素的分布取决于成土母质类型及其地球化学性质，成土母质类型直接影响土壤微量元素在不同地域空间上的分布(付舜珍，1992；何亚琳，1992；吴次芳，1992；涂成龙 等，2011)。

3.1 成土母岩对耕地土壤性状的影响

耕地土壤性状受成土母岩、气候、降水和地形地貌等多种因素的影响。在成土过程中，土壤PH值和微量养分元素等与成土母岩息息相关。因此，选取二者来讨论成土母岩对土壤理化性质的影响。

3.1.1 成土母岩对土壤PH值的影响

本次调查发现，贵州酸性耕地土壤比例较高，达64.76%，并广泛分布，以黔东南州占比最高，达79.87%。强酸性土壤主要分布在黔南州、黔东南州和黔西南州，其成土母岩主要为浅变质岩、砂岩；碱性土壤占比小，为14.33%，主要分布在毕节、六盘水和安顺，强碱性土壤主要分布在六盘水，其成土母岩主要为碳酸盐岩等(蔡大为 等，2020；贵州省地质环境监测院，2020)。

贵州以碳酸盐岩为成土母岩的土壤颜色为黄色、黄棕色和灰棕色，因钙、镁含量较高，导致土壤呈弱酸性、中性或微碱性，全省均有分布；以砂岩为主要成土母岩的土壤颜色呈棕色或黄棕色，土壤多呈酸性，主要分布在黔南地区；以紫红色砂岩为成土母岩的土壤颜色表现为紫红色或红棕色，土壤呈酸性或中性。因此，贵州省耕地土壤酸碱度受成土母质影响较为明显。

3.1.2 成土母岩对土壤微量养分元素的影响

成土过程中，由于大量养分元素受施肥等因素的影响，人为因素干扰太大，故本文仅选择了受外界因素影响较小的Cu、Zn、Mn、Se等微量养分元素进行讨论。

成土母岩样品与耕地表层土壤样品中Cu、Zn等微量养分元素均值如表2、3所示可知，玄武岩及其发育的土壤中，Cu、Zn、Mn元素的均值很高，并高于其他成土母岩及其发育的土壤。

表2 不同成土母岩Cu、Zn等养分元素均值统计表Table 2 Average value statistics of Cu, Zn, etc in different soil forming rock

黑色页岩Se元素均值含量远高于其他成土母岩；在其发育的土壤中，Se元素含量也高于其他成土母岩发育的土壤。

表3 不同成土母岩发育的土壤Cu、Zn等养分元素均值统计表Table 3 Average value statistics of Cu, Zn, etc in different soil forming rock developed soil

从图1可知，①灰岩、白云岩在成土过程中都出现了Cu、Zn、Mn、Se元素的富集；②Zn元素在碳酸盐岩、碎屑岩和玄武岩的成土过程中均表现为富集；③玄武岩及其发育的土壤中，Cu、Zn、Mn元素的均值含量分布趋势基本一致；④Se元素均值含量在土壤中表现相差不大，但在成土母岩中，表现为黑色页岩最高值。

图1 不同成土母岩及其发育土壤中Cu、Zn等微量养分元素均值含量对比图Fig.1 Comparison of Cu, Zn and other trace nutrient in different soil forming rock and its developed soil

综上，在碳酸盐岩发育的耕地土壤分布区，土壤中Cu、Zn、Mn、Se等元素相对富集；在玄武岩发育的土壤分布区，耕地土壤中富集的元素有Zn、Se，亏损的元素有Cu、Mn。这与基岩中Cu、Zn、Mn高的地球化学背景有关；在黑色页岩和含煤岩系分布区，耕地土壤往往有机质含量较高，土壤肥力条件较好，土壤Se元素含量高。

3.2 成土母岩对耕地土壤分布的控制

本次调查发现，贵州成土母岩种类多，总体以碳酸盐岩和硅质陆源碎屑岩相间产出为主，另有黔北赤水紫红色砂岩、黔南册亨-罗甸砂岩、黔西毕节-六盘水峨眉山玄武岩和黔东南变质岩等四个典型分布区，如图2所示。

图2 贵州成土母岩(质)分布图Fig.2 Distribution of soil forming rock (parent material) in Guizhou1—灰岩；2—白云岩；3—砂岩；4—泥(页)岩；5—紫红色砂页岩；6—黑色页岩；7—玄武岩；8—其他基-超基性岩；9—花岗岩；10—板岩；11—变余砂岩；12—变余凝灰岩；13—千枚岩(片岩)；14—泥、砂、砾

贵州耕地土壤表现为地带性土壤与非地带性土壤相间分布的特征(贵州土壤，1994)。地质条件和岩石特征是控制土壤分布的基础(杨胜天，2000)。地带性土壤主要有黄壤、黄棕壤等；非地带性土壤包括紫色土、石灰土等。地带性土壤往往由多种成土母岩发育而成，其分布上除了受成土母岩影响外，还受到气候、地形等因素的影响。而非地带性土壤受成土母岩的影响较大，例如，黔北赤水紫红色砂岩分布区耕地土壤以紫色土为主；石灰土、粗骨土等非地带性土壤常发育在灰岩分布区。

4 结论

本文根据岩石学分类原理，在沉积岩、岩浆岩和变质岩三大岩类的基础上，结合贵州耕地土壤实际与特点对成土母岩类型进行划分，并通过贵州省耕地质量地球化学调查评价分析数据结果，对成土母岩与土壤之间的关系进行探讨，得出如下结论：

(1)贵州省耕地土壤成土母岩种类多，本次将贵州成土母岩划分为碳酸盐岩、硅质陆源碎屑岩、层状区域变质岩、火山岩、侵入岩和松散堆积物6大类，分为灰岩、白云岩、砂岩、泥(页)岩、板岩、玄武岩等14种成土母岩类型。

(2)贵州成土母岩控制着耕地土壤类型的分布，主要表现在非地带性土壤的分布上。例如石灰土分布在灰岩出露地区，紫色土分布在紫红色砂岩分布区。其分布特征表现为以碳酸盐岩和硅质陆源碎屑岩相间产出为主，另有，黔北赤水紫红色砂岩、黔南册亨-罗甸砂岩、黔西毕节-六盘水峨眉山玄武岩、黔东南变质岩等四个典型分布区。

(3)成土母岩影响着Cu、Zn等微量养分元素在耕地土壤中的含量分布。例如玄武岩及其发育的土壤中，Cu、Zn、Mn元素的均值含量很高，且高于其他成土母岩及其发育的土壤；黑色页岩Se元素均值含量远高于其他成土母岩，在其发育的土壤中，Se元素含量也高于其他成土母岩发育的土壤，这与基岩中Cu、Zn、Mn、Se等元素的高地球化学背景有关。

致谢：本文在编写过程中得到了王砚耕研究员的悉心指导，在此表示衷心感谢。