皖北地區砂姜土的成因探討

陳根

摘 要：皖北的砂姜土，主要分布于臨泉、渦陽、宿州及泗縣以南，沿淮崗洼地以北的河間平原地區。砂姜土所處河間平原地區，地表水和地下水流動不暢，加之粘土成分含量高，孔隙較小，蓄水能力弱，通氣透水性差，膨脹收縮性大，耕作不良，干時龜裂，濕時泥濘。由于經濟發展蒸蒸日上，工程建設的日益增多，遇到的工程地質條件千差萬別，特別是近年來，皖北地區的工程越來越多，如何合理的利用地層特征，因地制宜的利用淺層砂姜土的工程特性，為工程服務，節約資源，了解砂姜土的成因成為擺在面前的一道難題。該文從自然條件及地質歷史和物質組成及結構特征來探討砂姜土的成因。

關鍵詞：砂姜黑土 皖北地區 碳酸鈣結核

中圖分類號：S155 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（c）-0047-02

安徽淮北平原的砂姜土，主要分布于臨泉、渦陽、宿州及泗縣以南，沿淮崗洼地以北的河間平原地區。約占地區總耕地面積的53%。砂姜土所處河間平原地區，地表水和地下水流動不暢，加之粘土成分含量高，孔隙較小，蓄水能力弱，通氣透水性差，膨脹收縮性大（有人成為膨脹土），耕作不良，干時龜裂，濕時泥濘。

由于經濟發展蒸蒸日上，工程建設的日益增多，遇到的工程地質條件千差萬別，特別是近年來，皖北地區的工程越來越多，如何合理的利用地層特征，因地制宜的利用淺層砂姜土的工程特性，為工程服務，節約資源，成為擺在面前的一道難題。

1990年出版的《中國土壤》（第二版）中將其作為一個獨立的土類“砂姜黑土”加以命名。砂姜黑土的母質多為老的河流湖相沉積物以及近代河流沉積物等，以石灰性母質為主，富含粘粒，粘土礦物以2∶1型蒙脫石類型膨脹性次生礦物為主，在低洼的富含Ca/Mg環境下粘粒表面被Ca、Mg飽和，從而可能會發育成具有高度的脹縮和擾動性，旱季容易出現裂縫，具有楔形結構和滑擦面[1]。

1 自然條件及地質歷史

皖北地區屬于暖溫帶半濕潤氣候區，全年平均降雨量850～900 mm，平均氣溫14℃～15℃，無霜期207～217天，年均土溫16～18℃，日平均氣溫在0℃以下的天數一般不到15天。同時，皖北地區作為古老的河湖沉積平原，地形廣闊平緩，地面坡降1/7 000～1/10 000，雖然地形起伏不大，但是分布著大大小小的很多蝶形洼地。天然河溝不發育，排水不暢，地面徑流在田間滯留時間長，造成雨季和豐水季節內澇成災。

以上諸多原因，加上人工修建的水利施設不完善，就土壤性質而言，有效蓄水能力差，通氣性能差，易澇易旱，另外，此地位于河道中下游，部分地區屬于泄洪區，遇到洪水期，一片汪洋。地下水位高，一般埋深在地面下1.5～2.0 m，100～200 mm降雨就容易升到地面，其毛細管性能較弱，供水能力較小。土層50 cm以上土壤的水分損失很快，而50 cm以下土層的水分向上運動及其緩慢，遠遠不能及時不急上層土蒸發而短缺的水量，容易干旱。

從地質年代上看，全新世中期，皖北地區地殼繼續下沉，在淮北平原上普遍堆積了一層青黃雜色、棕黃色粉質粘土和粉砂、粉土。富含游離的碳酸鈣，由于沉積時間長，在漫長的成土過程中，經過季節性積水時期，碳酸鈣已被淋洗到地層，加上地下水位的影響，即在此種老沖擊母質上發育成砂姜土。

根據劉良梧對蒙城縣砂姜的年齡進行的研究，0.76～1.06 m深處的砂姜形成于全新世（Q4），距今約6 892年；1.06～1.55 m深處的砂姜和2.6 m以下的砂姜盤，形成于晚更新世，年齡分布為15 250年和27 851年左右。可見，隨著砂姜的分布越深，地質年齡越大。可得出的結果是，同一剖面黑土層的年齡，其形成晚于剛砂姜，更晚于砂姜盤[2]。

砂姜土的成土年齡比發育于沿河的黃泛物質的黃潮土早的多，是古老的耕作土壤，在公元前132年，距今2147年黃河多淮以前，砂姜土曾遍于淮北平原全境。公元983年、1017年、1079年、1194年黃河多次南泛，自1194年到1855年，其間661年黃河主要奪淮時期。自公元1194年黃河大取南泛以來，至今821年，所以黃泛物質可以覆蓋在砂姜土之上。

2 物質組成及結構特征

砂姜即石灰結核，又稱碳酸鈣結核。砂姜一般在0.7～1.0 m出現，局部洼地0.2～0.3 m即可見，更有甚者直接出露地面。而砂姜盤一般在3.0 m出現[3]。

砂姜土的主要特點是，具有雙層性，可以分為“黑土層”和“砂姜層”。由于天然排水條件較差，積水時間較長，但是積水不深，生長的喜濕性草本植物死后，在積水和濕潤條件下進行分解，土壤表層積累部分有機質，待到春季雨水到來前，積水退干，氣溫升高，又進行氣性分解，如此，往復循環，由于生物累積和積水作用的共同影響，形成了黑土層，層厚一般在0.5～1.0 m，多為灰色或黑色。黑土層的顏色雖然偏黑，但是有機質含量不高，一般在1%左右，超過1.5%的不多，加上粘粒含量高，粘粒含量高達30%～40%，粉砂的含量比粘粒高，多在40%～50%。粘土礦物以蒙脫石為主，脹縮系數大，具有一定的“變性”特征，但是變性特征沒有普遍性。

皖北地區的砂姜土層，剖面比較明顯，從上往下次序一般為：耕土層-梨底層-殘留黑土層-脫潛砂姜層-砂姜層。黑土層棱柱狀結構發育明顯，結構面上有膠膜。這種膠膜，不是粘粒膠膜，而是在干濕交替條件下，結構面相互擠壓錯動，形成光滑而密實的結構面。這種結構既不利于保水，也不利于抗旱（干旱時毛管水被切斷），還會影響作物根系生長。耕土層經過冰凍后會形成有棱角的碎粒狀結構，這種結構，并非團粒結構，水穩性不強。

砂姜土按其形態可分為面砂姜（未硬化的砂姜）、剛砂姜（硬化的砂姜）和砂姜盤（硬結成盤的砂姜）。面砂姜和剛砂姜一般在剖面的0.6～0.7 m深處出現，剛砂姜存在面廣，而面砂姜只在局部低洼的地段和靠近古河道的地方存在。剛砂姜一般隨著深度加深而增大增多。

3 結語

（1）砂姜是在生物作用下產生的二氧化碳加大了土壤上層碳酸鈣的溶解度，使之成為水溶性的碳酸鈣向下淋溶，但地下水排泄不暢，水位較高，淋漓不深；旱季，重碳酸鈣又變成碳酸鈣，在土層局部積累起來而形成。

（2）砂姜土剖面比較明顯，從上往下次序一般為：耕土層-梨底層-殘留黑土層-脫潛砂姜層-砂姜層。

（3）砂姜土具有雙層性，可以分為“黑土層”和“砂姜層”。

（4）砂姜土按其形態可分為面砂姜、剛砂姜和砂姜盤。

參考文獻

[1] 李德成，張甘霖，龔子同.我國砂姜黑土土種的系統分類歸屬研究[J].土壤，2011，43（4）：623-629.

[2] 張俊民，過興度.蒙城縣砂姜黑土基本特征的研究[J].安徽農業科學，1988（1）：54-60.

[3] 蘇亞.砂姜黑土成因與綜合治理的途徑[J].安徽農業科學，1984（3）：60-65.