温琰茂　曾水泉　潘樹榮　羅毓珍

　　中國石灰岩(包括其他碳酸鹽岩類)分佈面積200×104km,約占國土面積的五分之一，因此，石灰岩發育的土壤是廣泛分佈的。石灰岩土壤的成土過程比較特殊，化學風化是主要過程，即含有CO2的水對岩石的溶解和溶蝕。在石灰岩的成土過程中，岩石的礦物、化學組成，岩層産狀和搆造等對土壤元素組成、遷移、累積有重要影響，但生物、氣候等地帶性因素也産生重要作用。國内一些學者曾對我國石灰岩土壤的性質和化學組成做過研究一，但主要局限在亞熱帶、熱帶區域，元素也以常量元素爲主。本文擬通過對中國東部石灰岩土壤有代表性的常量和微量元素含量的測定，探討石灰岩土壤元素的分异規律，及地帶性成土因素對土壤元素遷移、累積的影響。

　　1　土壤類型和性質

　　本研究采集了28個石灰岩土壤的土壤剖面，其中東北地區3個，華北地區4個，長江中、下游3個，廣東、廣西、湖南及貴州東南部18個。按照我國目前土壤分類系統，採自貴州東南部、廣西的土壤屬於石灰岩土的棕色石灰土亞類；採自湖南南部和廣東的屬於石岩土的紅色石灰土亞類；在東北、華北和長江中、下游石灰岩發育的土壤没有歸入石灰岩土，而是分到其他土類中去。因此，我們按照土壤形成的生物、氣候特點，把在東北采集的3個石灰岩土壤歸入棕壤，華北4個土壤爲褐土，長江中、下游3個土壤爲黄棕壤。

　　棕壤是暖温帶濕潤地區的淋溶土。褐土是暖温帶半濕潤、半乾旱地區的半淋溶土。黄棕壤爲北亞熱帶濕潤地區的淋溶土。紅色石灰土是發育在熱帶、亞熱帶濕熱條件下的石灰岩土。棕色石灰土是發育在亞熱帶濕熱條件下的土壤，但降雨量比形成紅色石灰土的地區少，干濕交替也更明顯。可見這五類土壤形成的水熱條件是存在明顯差异的。各類石灰岩發育的土壤有機質含量、pH值、粘粒含量具有明顯的分异規律(表1)。褐土有機質含量最低，棕壤含量最高，含量順序爲：棕壤>黄棕壤>紅色石灰土>棕色石灰土>褐土；土壤pH值順序爲：棕壤>褐土>黄棕壤>紅色石灰土>棕色石灰土，基本上隨緯度降低而降低；但粘粒含量的變化規律則基本上與pH值相反，是隨緯度的降低而昇高，順序爲棕色石灰土>紅色石灰土>黄棕壤>棕壤>褐土。結果表明，石灰岩發育土壤的有機質累積、酸度變化和粘化程度與水熱條件的關系是符合基本規律的，即凉濕條件有利於有機質只累，濕熱條件有利於土壤酸化粘化。

　　x平均值（下同）;SD——標準差（下同）

　　2　土壤元素含量分异規律

　　2.1　土壤元素含量分异規律

　　 鈣、鎂　中國東部石灰岩發育土壤鈣、鎂平均含量爲0.925%和0.604%，比全國 土壤鈣、鎂平均含量1.54％和0.78％低。通常石灰石發育土壤的鈣、鎂含量是比較高的，但本研究的土壤樣品除褐土外，皆採自濕海地區,多數又採自長江以南的高温多雨的地區，土壤淋溶作用强烈，鈣、鎂殘留很少，從表2、圖1看出,從東北、華北的棕壤、褐土到南方的棕色石灰土、紅色石灰土，鈣、鎂含量明顯降低，這是降水自北向南增加，鈣、鎂淋溶加劇的結果。

　　    鐵、鋁、石灰岩發育土壤鐵的平均含量爲4.68％，比全國土壤鐵的平均含量2.94％，高得多。從北方到南方，石灰岩土壤鐵含量明顯昇高，但棕壤與褐土之間以及棕色石灰土與紅色石灰土之間鐵含量差异不甚明顯(表2、圖1)，土壤鋁的平均含量爲7.62％，比全國土壤鋁的平均值6.62%高一些。土壤鋁含量由北而南昇高的規律不如鐵明顯，從棕壤→褐土→黄棕壤，鋁含量稍有降低，但紅色石灰土與棕色石灰土鋁含量則明顯高於上述三種土壤(表2、圖1)。

　　    鋅、鉛、鎘、汞、石灰岩土壤鋅的平均含量爲109mg／kg，比全國土壤平均含量74.2mg／kg高m)。棕壤與褐土鋅含量低，紅色石灰土含量最高，從北向南有明顯的昇高趨勢。土壤鉛的平均含量41.6mg／kg，比全國土壤平均值26mg／kg高。南方石灰岩土壤鉛含量比北方石灰岩土高，但分异規律不如鋅好，棕壤鉛含量最低，黄棕壤最高。石灰岩土鎘的含量爲0.57mg／kg，比全國土壤鎘的平均值0.097mg／kg高得多。分佈在南方的黄棕壤、棕色石灰土和紅色石灰土中鎘的含量比北方的棕壤、褐土高得多。汞在各種石灰岩土壤中分异規律不明顯，棕壤最高；褐土最低。石灰岩土壤汞的平均含量爲0.131mg／kg，比全國土壤平均值(0.065mg／kg)，高一倍。石灰岩土壤鋅、鉛、鎘、汞含量及分异狀况見表2、圖1。

　　2.2　石灰岩土壤元素含量分异與地帶性成土因素的關系

　　爲了探討土壤元素含量對地帶性因素的響應及其與地帶性成土因素影響密切相關的土壤有機質積累、酸化、粘化過程的關系，本文對土壤元素含量與有機質含量、pH值、粘粒含量的關系進行了相關分析。結果表明：石灰岩發育土壤的鈣、鎂含量與土壤有機質含量呈正相關關系，鐵、鋁、鋅、鉛、鎘、汞含量與有機質呈負相關關系，但都不顯著，P>0.05。土壤鈣、鎂含量與pH呈極顯著的正相關關系，P<0.01；鐵、鋅、鎘與pH呈極顯著的負相關關系，P<0.01,鋁與pH有顯著的負相關關系，p<0.05；鉛、汞與pH也呈負相關關系，但不顯著，P>0.05。土壤鈣、鎂與土壤粘粒含量呈極顯著的負相關關系，P<0.01；鐵、鋁、鋅、鉛、鎘、汞與土壤粘粒含量呈極顯著的正相關關系，P<0.01(表3)。

　　上述相關分析結果表明石灰岩發育的土壤在成土過程中元素的分异與土壤有機質的累積過程無明顯的相關關系，但與土壤粘化過程的關系非常密切。大多數元素的含量與土壤酸化過程也有密切的關系。土壤鈣、鎂在粘化和酸化過程中受到劇烈淋溶，含量迅速减少；而鐵、鋁、鋅、鉛、鎘、汞在土壤粘化過程中則淋失緩慢，處於相對累積狀態，含量不斷增加；鐵、鋁、鋅、鎘在土壤酸化過程中含量顯著增加，處於明顯的累積狀態；但鉛、汞在土壤酸化過程中累積不甚明顯。

　　由此可見，隨着降水氣温的增加、土壤酸化與粘化過程加深，石灰岩發育土壤元素的含量存在明顯的分异，鈣、鎂含量迅速减少，鐵、鋁、鋅、鎘等含量明顯增加。

　　2.3　成土條件的差异對石灰岩土壤元素遷移累積特徵的影響

　　自然土壤中元素的主要來源是成土母岩、大氣和火山烟霧等。對大多數的土壤來説，成土母岩是元素最主要的來源。母岩的元素組成是土壤發育過程中最初的背景含量。在土壤形成過程中，成士條件的差异引起的成土過程差异會對土壤元素遷移累積特徵産生明顯的影響，從而改變土壤元素的背景含量及其在剖面中的分佈。中國東部石灰岩發育的土壤，由於緯度跨度大，地帶性成土因素差异大，成土過程也不同。爲了估價地帶性成土因素對石灰岩土壤在母岩演變成土壤過程中元素遷移累積的影響，本文選擇了成土條件反差大的褐土和紅色石灰土進行比較。在中國東部各類石灰岩土壤中，處在温帶半乾旱、半濕潤條件下的褐土的化學風化與淋溶是最弱的，而處在熱帶、亞熱帶濕潤條件下的紅色石灰土，化學風化與淋溶最爲强烈。

　　表4列出了褐土和紅色石灰土各發生層次和母岩的元素含量。從表中可見，各元素在兩種土壤各發生層次間的含量差异不太明顯，但土壤與母岩之間則有很大差异，而且各元素在土壤與母岩之間的差异程度也有所不同。這反映出從母岩發育成土壤過程中，各元素的遷移能力是不一樣的。鈣、鎂從母岩發育成土壤過程中含量大大减少，鈣减少的幅度又比鎂大；鐵、鋁、鋅、鉛、鎘、汞在母岩發育成土壤過程中含量則大爲昇高。

　　 爲了定量地比較褐土與紅色石灰土元素遷移累積狀况，對兩種土壤各元素的遷移累積糸數進行了計算，計算公式如下：

　　K=Cn/Cd

　　式中K爲遷移累積系數，Cn爲土層元素含量，Cd,爲母岩元素含量。K值小於1表示    純遷移，K值大於1時表示相對積累。

　　計算結果(表4)表明，褐土與紅色石灰土元素遷移累積狀况有明顯差异。鈣、鎂的K值在兩種土壤中都小於1，爲純遷移元素。褐土(A、B、C三層平均，下同)鈣的K值爲0.1，而紅色石灰土爲0.007，相差十幾倍，可見鈣在成土過程中隨温度昇高和降水增加遷移能力大爲增强。紅色石灰土鎂的K值也比褐土小，但差异不大，表明鎂在成土過程中對水熱條件的響應不如鈣明顯。鐵、鋁、鋅、鉛、鎘、汞在兩種土壤中的K值都大於1，爲相對累積元素。紅色石灰土汞、鋅、鐵的K值爲褐土的4.3～15.3倍，表明這些元素在成土過程中隨温度與降水的增加相對累積的傾向明顯增强。鉛、鋁、鎘相對累積能力的增强對温度、降水增加的響應比汞、鋅、鐵差，這三個元素在紅色石灰土中的K值僅爲褐土的1.8～2.0倍。

　　3　結　論

　　    中國東部石灰岩發育的土壤自北向南鈣、鎂含量迅速减少，鐵、鋁、鋅、鉛、鎘、汞不斷增加。    

　　    石灰岩土壤鈣、鎂含量與pH值呈極顯著的正相關關系，鐵、鋅、鎘與pH值呈極顯著的負相關關系；土壤鈣、鎂含量與粘粒含量呈極顯著的負相關關系，鐵、鋁、鋅、鉛、鎘、汞與粘粒含量呈極顯著的正相關關系。

　　隨着自北向南温度昇高、降水增加和土壤酸化、粘化過程的加深，石灰岩土壤的鈣、鎂迅速遷移，而鐵、鋁、鉛、鋅、鎘、汞則相對累積。

　　參考文獻(略)

　　原載：地理科學，1994，14（1）：16-21