温琰茂　曾水泉　潘树荣　罗毓珍

　　中国石灰岩(包括其他碳酸盐岩类)分布面积200×104km,约占国土面积的五分之一，因此，石灰岩发育的土壤是广泛分布的。石灰岩土壤的成土过程比较特殊，化学风化是主要过程，即含有CO2的水对岩石的溶解和溶蚀。在石灰岩的成土过程中，岩石的矿物、化学组成，岩层产状和构造等对土壤元素组成、迁移、累积有重要影响，但生物、气候等地带性因素也产生重要作用。国内一些学者曾对我国石灰岩土壤的性质和化学组成做过研究一，但主要局限在亚热带、热带区域，元素也以常量元素为主。本文拟通过对中国东部石灰岩土壤有代表性的常量和微量元素含量的测定，探讨石灰岩土壤元素的分异规律，及地带性成土因素对土壤元素迁移、累积的影响。

　　1　土壤类型和性质

　　本研究采集了28个石灰岩土壤的土壤剖面，其中东北地区3个，华北地区4个，长江中、下游3个，广东、广西、湖南及贵州东南部18个。按照我国目前土壤分类系统，采自贵州东南部、广西的土壤属于石灰岩土的棕色石灰土亚类；采自湖南南部和广东的属于石岩土的红色石灰土亚类；在东北、华北和长江中、下游石灰岩发育的土壤没有归入石灰岩土，而是分到其他土类中去。因此，我们按照土壤形成的生物、气候特点，把在东北采集的3个石灰岩土壤归入棕壤，华北4个土壤为褐土，长江中、下游3个土壤为黄棕壤。

　　棕壤是暖温带湿润地区的淋溶土。褐土是暖温带半湿润、半乾旱地区的半淋溶土。黄棕壤为北亚热带湿润地区的淋溶土。红色石灰土是发育在热带、亚热带湿热条件下的石灰岩土。棕色石灰土是发育在亚热带湿热条件下的土壤，但降雨量比形成红色石灰土的地区少，干湿交替也更明显。可见这五类土壤形成的水热条件是存在明显差异的。各类石灰岩发育的土壤有机质含量、pH值、粘粒含量具有明显的分异规律(表1)。褐土有机质含量最低，棕壤含量最高，含量顺序为：棕壤>黄棕壤>红色石灰土>棕色石灰土>褐土；土壤pH值顺序为：棕壤>褐土>黄棕壤>红色石灰土>棕色石灰土，基本上随纬度降低而降低；但粘粒含量的变化规律则基本上与pH值相反，是随纬度的降低而升高，顺序为棕色石灰土>红色石灰土>黄棕壤>棕壤>褐土。结果表明，石灰岩发育土壤的有机质累积、酸度变化和粘化程度与水热条件的关系是符合基本规律的，即凉湿条件有利于有机质只累，湿热条件有利于土壤酸化粘化。

　　x平均值（下同）;SD——标准差（下同）

　　2　土壤元素含量分异规律

　　2.1　土壤元素含量分异规律

　　 钙、镁　中国东部石灰岩发育土壤钙、镁平均含量为0.925%和0.604%，比全国 土壤钙、镁平均含量1.54％和0.78％低。通常石灰石发育土壤的钙、镁含量是比较高的，但本研究的土壤样品除褐土外，皆采自湿海地区,多数又采自长江以南的高温多雨的地区，土壤淋溶作用强烈，钙、镁残留很少，从表2、图1看出,从东北、华北的棕壤、褐土到南方的棕色石灰土、红色石灰土，钙、镁含量明显降低，这是降水自北向南增加，钙、镁淋溶加剧的结果。

　　    铁、铝、石灰岩发育土壤铁的平均含量为4.68％，比全国土壤铁的平均含量2.94％，高得多。从北方到南方，石灰岩土壤铁含量明显升高，但棕壤与褐土之间以及棕色石灰土与红色石灰土之间铁含量差异不甚明显(表2、图1)，土壤铝的平均含量为7.62％，比全国土壤铝的平均值6.62%高一些。土壤铝含量由北而南升高的规律不如铁明显，从棕壤→褐土→黄棕壤，铝含量稍有降低，但红色石灰土与棕色石灰土铝含量则明显高于上述三种土壤(表2、图1)。

　　    锌、铅、镉、汞、石灰岩土壤锌的平均含量为109mg／kg，比全国土壤平均含量74.2mg／kg高m)。棕壤与褐土锌含量低，红色石灰土含量最高，从北向南有明显的升高趋势。土壤铅的平均含量41.6mg／kg，比全国土壤平均值26mg／kg高。南方石灰岩土壤铅含量比北方石灰岩土高，但分异规律不如锌好，棕壤铅含量最低，黄棕壤最高。石灰岩土镉的含量为0.57mg／kg，比全国土壤镉的平均值0.097mg／kg高得多。分布在南方的黄棕壤、棕色石灰土和红色石灰土中镉的含量比北方的棕壤、褐土高得多。汞在各种石灰岩土壤中分异规律不明显，棕壤最高；褐土最低。石灰岩土壤汞的平均含量为0.131mg／kg，比全国土壤平均值(0.065mg／kg)，高一倍。石灰岩土壤锌、铅、镉、汞含量及分异状况见表2、图1。

　　2.2　石灰岩土壤元素含量分异与地带性成土因素的关系

　　为了探讨土壤元素含量对地带性因素的响应及其与地带性成土因素影响密切相关的土壤有机质积累、酸化、粘化过程的关系，本文对土壤元素含量与有机质含量、pH值、粘粒含量的关系进行了相关分析。结果表明：石灰岩发育土壤的钙、镁含量与土壤有机质含量呈正相关关系，铁、铝、锌、铅、镉、汞含量与有机质呈负相关关系，但都不显着，P>0.05。土壤钙、镁含量与pH呈极显着的正相关关系，P<0.01；铁、锌、镉与pH呈极显着的负相关关系，P<0.01,铝与pH有显着的负相关关系，p<0.05；铅、汞与pH也呈负相关关系，但不显着，P>0.05。土壤钙、镁与土壤粘粒含量呈极显着的负相关关系，P<0.01；铁、铝、锌、铅、镉、汞与土壤粘粒含量呈极显着的正相关关系，P<0.01(表3)。

　　上述相关分析结果表明石灰岩发育的土壤在成土过程中元素的分异与土壤有机质的累积过程无明显的相关关系，但与土壤粘化过程的关系非常密切。大多数元素的含量与土壤酸化过程也有密切的关系。土壤钙、镁在粘化和酸化过程中受到剧烈淋溶，含量迅速减少；而铁、铝、锌、铅、镉、汞在土壤粘化过程中则淋失缓慢，处于相对累积状态，含量不断增加；铁、铝、锌、镉在土壤酸化过程中含量显着增加，处于明显的累积状态；但铅、汞在土壤酸化过程中累积不甚明显。

　　由此可见，随着降水气温的增加、土壤酸化与粘化过程加深，石灰岩发育土壤元素的含量存在明显的分异，钙、镁含量迅速减少，铁、铝、锌、镉等含量明显增加。

　　2.3　成土条件的差异对石灰岩土壤元素迁移累积特征的影响

　　自然土壤中元素的主要来源是成土母岩、大气和火山烟雾等。对大多数的土壤来说，成土母岩是元素最主要的来源。母岩的元素组成是土壤发育过程中最初的背景含量。在土壤形成过程中，成士条件的差异引起的成土过程差异会对土壤元素迁移累积特征产生明显的影响，从而改变土壤元素的背景含量及其在剖面中的分布。中国东部石灰岩发育的土壤，由于纬度跨度大，地带性成土因素差异大，成土过程也不同。为了估价地带性成土因素对石灰岩土壤在母岩演变成土壤过程中元素迁移累积的影响，本文选择了成土条件反差大的褐土和红色石灰土进行比较。在中国东部各类石灰岩土壤中，处在温带半乾旱、半湿润条件下的褐土的化学风化与淋溶是最弱的，而处在热带、亚热带湿润条件下的红色石灰土，化学风化与淋溶最为强烈。

　　表4列出了褐土和红色石灰土各发生层次和母岩的元素含量。从表中可见，各元素在两种土壤各发生层次间的含量差异不太明显，但土壤与母岩之间则有很大差异，而且各元素在土壤与母岩之间的差异程度也有所不同。这反映出从母岩发育成土壤过程中，各元素的迁移能力是不一样的。钙、镁从母岩发育成土壤过程中含量大大减少，钙减少的幅度又比镁大；铁、铝、锌、铅、镉、汞在母岩发育成土壤过程中含量则大为升高。

　　 为了定量地比较褐土与红色石灰土元素迁移累积状况，对两种土壤各元素的迁移累积纟数进行了计算，计算公式如下：

　　K=Cn/Cd

　　式中K为迁移累积系数，Cn为土层元素含量，Cd,为母岩元素含量。K值小于1表示    纯迁移，K值大于1时表示相对积累。

　　计算结果(表4)表明，褐土与红色石灰土元素迁移累积状况有明显差异。钙、镁的K值在两种土壤中都小于1，为纯迁移元素。褐土(A、B、C三层平均，下同)钙的K值为0.1，而红色石灰土为0.007，相差十几倍，可见钙在成土过程中随温度升高和降水增加迁移能力大为增强。红色石灰土镁的K值也比褐土小，但差异不大，表明镁在成土过程中对水热条件的响应不如钙明显。铁、铝、锌、铅、镉、汞在两种土壤中的K值都大于1，为相对累积元素。红色石灰土汞、锌、铁的K值为褐土的4.3～15.3倍，表明这些元素在成土过程中随温度与降水的增加相对累积的倾向明显增强。铅、铝、镉相对累积能力的增强对温度、降水增加的响应比汞、锌、铁差，这三个元素在红色石灰土中的K值仅为褐土的1.8～2.0倍。

　　3　结　论

　　    中国东部石灰岩发育的土壤自北向南钙、镁含量迅速减少，铁、铝、锌、铅、镉、汞不断增加。    

　　    石灰岩土壤钙、镁含量与pH值呈极显着的正相关关系，铁、锌、镉与pH值呈极显着的负相关关系；土壤钙、镁含量与粘粒含量呈极显着的负相关关系，铁、铝、锌、铅、镉、汞与粘粒含量呈极显着的正相关关系。

　　随着自北向南温度升高、降水增加和土壤酸化、粘化过程的加深，石灰岩土壤的钙、镁迅速迁移，而铁、铝、铅、锌、镉、汞则相对累积。

　　参考文献(略)

　　原载：地理科学，1994，14（1）：16-21