紅壤地區(qū)土壤物理性質研究

潘俊 張毅 鄒芹

摘要：指出了紅壤主要分布于長江以南廣闊的低山丘陵區(qū)，其范圍大致自北緯24°～32°之間，涉及13個省，總面積約占全國土壤總面積6.5%，其中江西、湖南兩省分布最廣。以紅壤區(qū)土壤為研究對象，綜合分析了該區(qū)域土壤結構特征、水分特征及物理性質，為紅壤區(qū)抵御自然災害、土壤可持續(xù)發(fā)展以及生產生活活動提供重要的實踐參考作用。

關鍵詞：紅壤;物理性質;南方

中圖分類號：S152 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0045-02

1引言

紅壤區(qū)的地質和地形背景復雜。由于在地質時期中不斷抬升、褶曲、斷裂、湖凹沖積及剝蝕等作用影響，使整個地區(qū)的地勢呈現(xiàn)西高東低、中間較高、南北低的特點。區(qū)內主要地貌有山地、丘陵、高原、盆地。常見母巖類型有花崗巖、流紋巖、砂頁巖及石灰?guī)r等。丘陵區(qū)的母質多為紅色砂頁巖、砂礫巖風化物及第四紀紅色粘士。由于紅壤區(qū)南北地跨緯度，氣候、地形和母質變化復雜，紅壤發(fā)育具有明顯的地帶性、垂直性以及類型多樣性的特點。

2土壤結構特征

2.1土鑲的顆粒組成

土壤顆粒，是土壤結構體組成的基本單元，也是土壤質量評價的一個重要指標，土壤顆粒組成影響著土壤的生物學、化學、物理等方面的特性;例如，土壤的抗侵蝕能力、保肥性以及保水性受到土壤顆粒組成的影響。土壤對養(yǎng)分和污染物的吸附能力很大程度上取決于土壤顆粒的粒級分布狀況;在一般情況下，土壤顆粒的粒徑與比表面積呈負相關關系，顆粒越小其對土壤養(yǎng)分及其他物質的吸附能力就越強。土壤顆粒的粒級分布狀況主要取決于土壤母質的性質，除此之外，土壤所處地的地形、氣候、植被類型等因子也會對土壤顆粒的分布格局產生影響。

2.2土壤孔隙性

土壤屬于疏松的多孔體，土壤中空隙分為兩類，一類是土壤顆粒與土壤顆粒間的孔隙，另一類是結構性孔隙，即土壤團聚體與團聚體間的孔隙。土壤的孔隙指的是土壤中土壤顆粒、土壤團聚體之間形狀各異、大小不均的各種孔洞。土壤單位體積中孔隙所占比例的百分數(shù)被稱為土壤孔隙度。土壤的結構和質地對土壤的孔隙狀況起著決定性作用，土壤的孔隙度在同一類型土壤不同發(fā)生層和不同類型的土壤中不盡相同。土壤孔隙狀況的影響因子主要有：有機物質含量、土壤結構、土粒排列松緊程度和土壤松弛度等。

土壤孔隙度影響著土壤透水、通氣、根系伸展等特性。尤其在干旱和半干早和高溫多雨地區(qū)，孔隙度往往是防止表土水土流失，決定保水、滲水等的決定因素。

2.3土壤結構的穩(wěn)定性

良好發(fā)育的紅壤，常有一種特殊的穩(wěn)固結構，它與氧化鐵、鋁的膠結有關，一般為鐵鋁的三氧化二物。一般低丘紅壤（即發(fā)育度較好的紅壤），在未被人類耕作利用前，其表層O～5cm有機質含量較多，且存在團粒結構;隨著土層深度的增加逐漸變成核塊狀結構，大約50～60cm往下逐漸變成核狀結構，結構體表面的邊面隨著土層加深逐漸明顯。在人類活動或者耕作后，地表則會出現(xiàn)10～20cm疏松層，其容重約為1g/cm³，紅壤孔隙度可達到60%;疏松層的水穩(wěn)性大團聚體（>0.25mm）含量高達60%，因此疏松層不容易在雨水的沖刷下流失，而此時其有機質含量較低，與子熟化后的耕作層不同。這表明低丘紅壤的AB、B層存在大量的水穩(wěn)性結構，由于其在雨水沖刷下的狀況和砂粒類似，因此又稱其為“假砂”。這種紅壤結構以氧化鋁和氧化鐵為主要膠結物質，屬于紅壤區(qū)土壤的特殊性狀。

3土壤水分特征

紅壤大多處于亞熱帶、熱帶地區(qū)，年降雨量充沛，以贛中地區(qū)為例，年降雨量1500～1600mm。而由于紅壤地區(qū)不合理的開發(fā)利用以及雨量分配的不勻，紅壤區(qū)存在著嚴重干旱現(xiàn)象，這成為紅壤地區(qū)作物生產的主要影響因素。

3.1水分移動

熱帶、亞熱帶粘質紅壤由于具有較多的通氣孔隙以及穩(wěn)定性團聚體，因此透水性普遍較好，能夠容納較大強度的降水，土壤表面不易結殼，但由于紅壤細顆粒的下移和雨滴的沖刷會堵塞紅壤的孔隙，因而會降低滲透速度，減緩紅壤水分的移動速度。

3.2持水性

土壤的持水性影響因素可以分為土壤質地和土壤結構。一方面，土壤的持水能力和土壤質地密切相關，在一定吸力范圍內，質地越細，持水量越高，但是當吸力較低時，情況略有不同;這表明土壤質地并不能完全決定土壤的持水性，土壤的持水能力也會受到其它因素的影響，例如土壤孔隙的數(shù)量和特性。另一方面，土壤的結構對土壤的持水能力也有很大的影響。

一

土壤的特征性含水量又被稱為水分常數(shù)，主要包括：①飽和含水量。此時土壤水分吸力為零，土壤的孔隙中充滿了水分。②田間持水量。指的是土壤被灌溉水或者降水所飽和，經過一段時間后，土壤水分向下運移的速度幾乎為零時所保持的水量;通常用土壤在1/3標準大氣壓時的含水量作為田間持水量。③萎蔫系數(shù)。指的是當植物根系不能吸取到滿足自身蒸騰作用需要的水分時，植物出現(xiàn)永久萎蔫時土壤的含水量;通常取15個標準大氣壓下土壤含水量為代表。④吸濕系數(shù)。約等于吸力為31個標準大氣壓時土壤所保持的水量。各水分常數(shù)的水分對植物的有效性是不同的。

3.3土壤水分的供應

土壤水一般處于不斷的運動之中。灌溉水或者降水在基質和重力勢能等的作用下進入各土層。一方面當土壤水分飽和狀態(tài)時，在重力勢作用下其余的水分向下滲漏，進而補充地下水;另一方面當土壤水分處于不飽和狀態(tài)時，水分就在勢能的作用下向其它方向滲吸，從而補充土壤的水量。此外，當出現(xiàn)滲吸或者滲漏不良時，水分就會形成地表徑流進而流失。當灌溉、降水停止，滲吸結束后，水分仍向下運動，進行再分配。除了以上情況，土壤中的水也會通過植物葉面的蒸騰作用或者地表蒸發(fā)返回大氣中。此外，當?shù)叵滤}分濃度較高時，水分的向上運動常會導致鹽漬化。土壤水分的水流速度和容量決定著土壤水分對植物根系的供應。水分容量主要指土壤對植物根系吸收的比水容量、有效水含量，隨著土壤吸力的增加，土壤水的傳導度也急劇降低、水容量急劇下降。因此，紅壤，尤其對于風化程度高的磚紅壤，當土壤水處于有效水范圍的下限，且缺乏土壤深層的供水，易發(fā)生干旱。由此看來，對于亞熱帶、熱帶等多雨地區(qū)紅壤，水分的保持同樣重要。

4土壤物理性質

土壤物理性質主要指的是土壤固、液、氣三相體系中的各種物理過程和現(xiàn)象。土壤的物理性質除了對土壤肥力水平起著制約作用，還會影響植物的生長發(fā)育，因此土壤的物理性質是制訂合理灌溉和耕作等措施的重要依據。

4.1土壤結持度

在不同含水量下土壤表現(xiàn)出不同結持性、黏著性的物理狀態(tài)稱為土壤結持度。土壤結持度可分為酥性結持、粘滯性結持、可塑性結持和硬性結持等4種狀態(tài)，4種狀態(tài)的劃分界限包括：收縮限、塑性上限和下限。收縮限指的是土壤由明顯濕潤轉變?yōu)槊黠@干燥的交界點;土壤顆粒表面的水膜恰好能夠滿足土壤顆粒移動所需要的最低含水量稱為塑性下限;而塑性上限是指土壤顆粒剛好發(fā)生流動時的土壤含水量。酥軟指數(shù)是指收縮限與塑性下限含水量之差，而塑性指數(shù)是塑性上限和塑性下限含水量的之差。在土壤處于硬性結持度時，耕作時阻力較大且易形成大土塊狀或粉末狀;在土壤處于粘滯結持度時，土壤的承載強度較低且土壤物理結構易受到破壞;而在土壤處于塑性結持度時，土壤耕作過程時易發(fā)生粘閉。綜上所述，粘滯性結持、可塑性結持和硬性結持土壤均不適合土壤耕作，僅有酥性結持度土壤適宜耕作。

4.2土壤強度

土壤支持或者抵抗外加力的能力稱為土壤強度，通常以剪強度表示。剪強度由土壤內聚力（稱粘結力）、土壤內摩擦力等構成，剪強度與土壤顆粒間土體位移時斷裂界面上產生的摩擦力和粘結力有關。在砂質土壤中，土壤顆粒間沒有粘結力，在這種情況下抗剪強度就等于內摩擦力，且受到垂直負荷的影響，而粘質土壤抗剪強度往往取決于粘粒的含量，土壤顆粒間的粘結力大。

4.3土壤的流變性及壓縮性

土壤的流變性指土壤在流動時變量與應力之間的關系或在外力的作用下產生變形。這兩種情況分別為：①處于干燥狀態(tài)的有彈性性質的粘土;②稀薄的穩(wěn)定泥漿。應變量和應力無單值關系，隨著有效應力的增加，變形以較高的速度連續(xù)發(fā)生;變形速度與應力間成直線關系時的液體稱牛頓液體。一定濃度的土壤泥漿會產生結構，體系受到擾動時強度減低的現(xiàn)象稱為觸變，使其發(fā)生流動所必須施加的應力即為塑變值。

土壤的壓縮性指土壤容積在施加壓力下的變化。土壤壓縮產生的原因是粘粒吸附水減少以及土壤顆粒趨于定向排列，而土壤在水分飽和狀態(tài)下產生的排水壓縮稱之為固結。

5結語

研究紅壤的物理性質意義重大，對生產生活有著重要價值。首先，土壤的物理特征對自然災害起著關鍵作用，在南方紅壤丘陵區(qū)，山洪、泥石流、崩崗等自然災害時常發(fā)生，究其根本在于物理性質的變化，是一個從量變到質變的過程，因此，充分掌握紅壤的物理性質對防治水土流失及自然災害防治至關重要。此外，土壤的顆粒組成、孔隙性、持水性等對土壤保水保持養(yǎng)分有著根本影響，土壤是植物存活生長的基礎，除了自身水分養(yǎng)分的動態(tài)變化外，也影響著植物的水分養(yǎng)分供給變化。