红壤的形成与利用
_ 红壤在中亚热带湿热气候常绿阔叶林植被条件下,发生脱硅富铝过程和生物富集作用,发育成红色,铁铝聚集,酸性,盐基高度不饱和的铁铝土.
红壤,黄壤,砖红壤可统称之为铁铝性土壤(以下简称其为铁铝土),燥红土在我国土壤分类中属半淋溶土纲.
它们广泛分于我国的亚热带与热带,北起长江,南至南海诸岛,东起东南沿海和台湾诸岛,西到横断山脉南缘,包括粤,桂,闽,赣,湘,鄂,皖,江,浙,川,黔, 滇,台湾,海南及西藏的东南部,总面积113.3万km2,占全国总面积的13.39%,是我国热带与亚热带的稻,棉及经济作物,水果等重要产区.由于这些土壤的特殊气候条件,这些铁铝性土壤具有一系列其自身的共同形成与特征.
第一,铁铝土的形成特点:
由于其生物气候的特殊性,即高温与高湿的气候条件,使母岩进行彻底的地球化学风化,在土壤形成中即进行脱硅富铝化过程.
一般首先是原生矿物的强烈水解,形成一些简单的化合物.
第二阶段:由于水解风化中形成较大量的碱金属与碱土金属,使风化溶液呈中性至微碱性,因而形成碱性的所谓硅酸淋溶.
第三阶段,由于风化盐基的进一步淋溶而使土体上部酸化,因而使铁,铝胶体开始活动,在干湿交替的气候条件下,一方面是铁的氧化物胶体蒙覆于粘粒表面,在土壤干旱期变为针铁矿与赤铁矿,使土壤颗粒变红,即所谓红化过程;另一方面是粘土矿物的进一步破坏,形成高岭石,以至三水铝石,这就是富铝化过程的最后阶段.
根据以上这种亚热带和热带的土壤形成的富铝化特点,P·杜乔富尔将之分为三个风化相,即铁硅铝化过渡到铁红化,最后到铁铝化.
第二,铁铝土的基本特征:
1.化学风化过程强烈.矿物的水解,脱钾,脱盐基,脱硅等过程能迅速和彻底地进行,最后残留于土体中者仅以高岭石和铁,铝氧化物为主,土体中原生矿物和蚀变矿物很少.所以,它超出了生物化学风化所影响的范畴,而称之为地球化学风化.
2.剖面深厚.在正常条件下,真正的土体( A+ B)厚度仅1～2m,而这类土体下的风化壳层(包括运积风化壳)可达10～20m以上.
3.土壤肥力低.即所谓酸,粘,瘦,蚀等不良的物理性状与化学性状,与气候生产力不协调,因此,必须重视铁铝土的利用与改良._
4.由于高温,多湿,铁的氧化物在土体中表现突出的颜色,如赤铁矿,褐铁矿等水化度低,为红色;针铁矿水化度高,为黄色等.
第三,我国的铁铝土类型及其分布规律:
我国的铁铝土包括:
中亚热带的红壤
南亚热带的赤红壤
热带砖红壤
属于垂直带结构内的黄壤.
这都是以强烈富铁铝化成土作用作为其特征的.此外,还有分布于比较干旱地区的燥红土,它是属于半淋溶土纲,富铝化不明显.
一,分布与形成
红壤是我国铁铝土纲中位居最北,分布面积最广的土类,总面积5690万hm2,多在北纬25°～31°之间的中亚热带广大低山丘陵地区.
年平均气温16～20℃,>10 ℃积温5000～6500℃,年降水量800～2000mm,干燥度<1.0,无霜期225～350天,是湿热的海洋季风性典型亚热带气候区.
其代表性植被为常绿阔叶林,主要由壳斗科,樟科,茶科,冬青,山矾科,木兰科等构成,此外尚有竹类,藤本,蕨类植物.
成土母质主要有第四纪红色粘土,第三纪红沙岩,花岗岩,千枚岩,石灰岩,玄武岩等风化物,且较深厚.
第四纪红色粘土的四个层段:
均质红土层
焦斑层
砾石层
网纹层
国际上对红壤研究较多,我国第二次土壤普查确定为铁铝土纲中的一个土类,相当于美国土壤诊断分类中高岭湿润老成土,强发育湿润老成土,高岭弱发育湿润老成土.联合国土壤分类中的正常强淋溶土.在中国土壤系统分类(修订方案)中部分红壤相当于富铁土.
二,红壤的成土过程,剖面形态,基本性状与诊断特征 _
(-)红壤的形成过程
红壤是中亚热带生物气候旺盛的生物富集和脱硅富铁铝化风化过程相互作用的产物.
1.脱硅富铁铝化过程
2.生物富集过程
1.脱硅富铁铝化过程
在中亚热带生物气候条件下,风化淋溶作用强烈,首先是铝(铁)硅酸盐矿物遭到分解,除石英外,岩石中的矿物大部分形成各种氧化物.
开始由于K,Na,Ca,Mg等的氧化物存在而使土壤溶液呈微碱性至中性,所以硅酸开始移动.
由于各种风化物随水向下淋溶,土壤上部的pH值就逐渐变酸,含水氧化铁,铝则开始溶解,并具流动性,这种SiO2 ,Fe2O3 ,Al2O3 的溶解,淀积与pH的关系如图6-2所示.
从这当中也可以看出,当土壤溶液的pH值达6.5～7.0时,SiO2 的溶解度曲线明显上升.为了区别于灰化过程的酸性淋溶而将SiO2 的淋溶称之为碱性淋溶,或中性淋溶.这也是富铝化过程的实质之一,即脱硅富铝化.
旱季铁铝胶体可随毛管上升到表层,经过脱水以凝胶的形式形成铁铝积聚层,或铁铝结核体.含水铁,铝氧化物一般向下移动不深,因为土体上部由于植物残体的矿化所提供的盐基较丰富,酸性较弱,故含水铁,铝氧化物的活性也较弱,大多数沉积下来而形成铁铝残余积聚层.
因此,红壤的脱硅富铝化的特点是:硅和盐基遭到淋失,粘粒与次生粘土矿物不断形成,铁,铝氧化物明显积聚,如图6-3所示.据湖南省零陵地区的调查,红壤风化过程中硅的迁移量达20%～80%,钙的迁移量达77%～99%,镁的迁移量50%～80%,钠的迁移量40%～80%,铁,铝则有数倍的相对富集.红壤这种脱硅富铁铝化过程是红壤形成的一种地球化学过程.
2.生物富集过程
在中亚热带常绿阔叶林的作用下,红壤中物质的生物循环过程十分激烈,生物和土壤之间物质和能量的转化和交换极其快速.
表现特点是在土壤中形成了大量的凋落物和加速了养分循环的周转.在中亚热带高温多雨条件下,常绿阔叶林每年有大量有机质归还土壤.每年每公顷常绿阔叶林约40t,温带阔叶林8～10t.
同时,土壤中的微生物也以极快的速度对调落物矿化分解,使各种元素进入土壤,从而大大加速了生物和土壤的养分循环并维持较高水平而表现强烈的生物富集作用.
以上说明,红壤虽然进行着脱硅,盐基淋失和富铁铝化过程,但同时也进行着生物与土壤间物质,能量转化交换和强烈的生物富集,丰富了土壤养分物质来源,促进了土壤肥力发展.红壤就是在富铝化和生物富集过程相互作用下形成的.
(二)剖面形态
在生长比较茂密的植被情况下,红壤剖面以是均匀的红色(10R 5/8)为其主要特征.
Ah层:一般厚度为20～40cm,暗棕色( 10 YR 3/3),植被受到破坏,腐殖层厚度只10~ 20cm;
Bs层:为铁铝淀积层,厚度0.5～2m,呈均匀红色(10R5/8)或棕红色(10R5/6),紧实粘重,呈核块状结构,常有铁,锰胶膜和胶结层出现,因而分化为铁铝淋溶淀积(BS)与网纹层(Bsv)等亚层; (S铁铝_ v网纹层 )
Csv层:包括红色风化壳和各种岩石风化物,呈红色,橙红色(10R6/8),另外,在B层之下,有红色,橙黄色(10 YR7/8)与灰白色(10Y5/1)相互交织的"网纹层".
1随地下水升降氧化还原交替使铁质氧化物的还原和氧化而凝聚淀积而成;
2水分流动:在红色土层内,水分沿裂隙流动使铁,锰还原流失形成红,橙,灰白色条纹斑块而成;
3生物作用:生物呼吸作用产生二氧化碳,有机酸使铁锰溶解;
4地质时期湿热气候条件下形成,不均匀风化作用,不同岩石碎块形成不同颜色.
Csv网纹层成因:
(三)基本性状与诊断特征
花岗岩发育的红壤
1.红壤典型土体构型为: Ah-Bs-Csq型(q次生硅积聚层)或Ah-Bs-Bsv-Csv.
2.红壤有机质通常在20g kg-1以下,腐殖质H/F为0.3～0.4,胡敏酸分子结构简单,分散性强,不易絮凝,故红壤结构水稳性差,因富含铁铝氢氧化物胶体,临时性微团聚体较好.
3.红壤富铝化作用显著,风化程度深,质地较粘重,尤其在第四纪红色粘土上发育的红壤,粘粒可达40%以上.
4.红壤呈酸性一强酸性反应,表土与心土pH5.0～5.5,底土pH4.0;红壤交换性铝可达2～6cmol(+)kg-1,约占潜性酸的80%～95%以上;盐基饱和度在40%左右.
5. 粘粒SiO2 /AI2O3 为2.0～2.4,粘土矿物以高岭石为主,一般可占粘粒总量的80%～85%,赤铁矿5%～10%,少见三水铝石;阳离子交换量不高(15～25cmol (+)kg-1),与氢氧化铁结合的SO4 2-或PO4 3-可达100～150 cmol(+)kg-1,表现对磷的固定较强.
三,红壤的亚类划分及其特征
_ 根据红壤成土条件,附加成土过程,属性及利用特点划分为红壤,黄红壤,棕红壤,山原红壤,红壤性土等5个亚类.
(一)红壤
具有红壤土类中心概念及赋予的典型特征,大部分已开垦利用,是红壤地带重要的农林垦殖基地.表土有机质含量一般为10~15g kg-1,熟化度高的可达20g kg-1;一般养分含量不高,有效磷极少;pH在4.5～5.2之间;粘重,保水,保肥力强,耕性较差.在中国土壤系统分类(修订方案)中部分红壤相当于湿润富铁土.
(二)棕红壤
分布于中亚热带北部,气候温暖湿润,干湿交替四季分明,是红壤向黄棕壤过渡的一个红壤亚类.上层厚薄不一,主体构型多为Ah-Bst - Cs型.
A层暗棕(10YR3/3)至红棕色(5YR6/8);B层红棕色,少量铁锰斑,底土有铁锰胶膜;C层如为红色风化壳可达1米至数米;但如为基岩者则较薄.粘土矿物以高岭石为主伴生着水云母;粘粒硅铝率 SiO2/AI2 O3为2.8～3.0,SiO2 /R2O3为2.0～2.3,风化淋溶系数(ba值) 0.2～0.4(红壤<0.2);pH值6.0左右;铁的活化度30%～70%,盐基饱和度40%～60%;故而棕红壤的富铝化作用强度不如红壤, 但比黄棕壤强.在中国土壤系统分类(修订方案)中部分棕红壤相当于湿润富铁土.
(三)黄红壤
主要分布于红壤带边缘低山丘陵区,在山地垂直带中,上与黄壤相接,下与红壤相连,水分状况比红壤湿润;在较湿热条件下,盐基易淋失,氢铝累积,土呈酸性,pH4.9～5.8,比红壤略低;黄红壤的富铝化发育程度较红壤弱,土体中铁铝量稍低,硅量稍高,粘粒的硅铝率为2.5～3.5;粘粒矿物除高岭石,水云母外,尚有少量蒙脱石,粘粒较红壤低; 盐基饱和度和交换性钙镁较红壤低;剖面呈棕色(10YR7/6)或黄棕色(10YR7/8).在中国土壤系统分类(修订方案)中部分黄红壤相当于湿润富铁土.
(四)山原红壤
分布于云贵高原1800～2000m的高原面上,受古气候和下降气流焚风效应深刻影响,有别于江南丘陵上的红壤.
山原红壤土体干燥,土色暗红(2.5YR 4/8),土体内常见铁磐;粘土矿物以高岭石为主伴有三水铝石;粘粒的硅铝率为SiO2/AI2O3 2.2～2.3; pH5.5～6.0,盐基饱和度70%左右;铁的活化度60%～65%,富铝化程度不如红壤.在中国土壤系统分类(修订方案)中部分山原红壤相当于干润富铁土.
(五)红壤性土
分布于红壤地区低山丘陵,与铁铝质石质土及铁铝质粗骨土组成复区.其特点是:土层浅薄,具有A(B)C剖面,色泽较淡,有或无红棕或棕红色薄层(B)层.
四,与相关土类的区分
1. 与黄棕壤的区别:黄棕壤系北亚热带地带性淋溶土,淋溶粘化较红壤明显,但富铝化作用不如红壤强而具弱度富铝化过程.粘粒的SiO2 /AI2 O3 为2.5～3.3,粘土矿物既有高岭石,伊利石,也有少量蒙脱石, pH5～6.7,盐基饱和度30%～75%._
2. 与黄壤的区别:黄壤比红壤年平均气温低而潮湿,故水化氧化铁和铁活化度较高( 10%～25%),土呈黄色( 2.5Y8/6)或橙黄色( 2.5Y7/8),粘土矿物因风化度低,故以蛭石为主,高岭石,水云母次之,有较多的针铁矿,褐铁矿.且有机质含量亦较高(50 g kg-1～100g kg-1)._
五,红壤的利用和改良
不仅种植粮,棉,油,蔗,烟等农作物,而且是亚热带经济林木,果树的重要产区,可以农林结合,发展亚热带经济果木,如茶叶,油茶,油桐,桑树,漆树,油橄榄,柑桔,抽子,枇杷等.
_红壤地区雨量大,降雨集中,有时一次降雨可高达200-300毫米以上,当地面覆盖差时,暴雨就造成强烈的水土流失.
_针对红壤有机质含量很低的情况,可种植绿肥,以提高土壤的有机质含量和氮素肥力.红壤速效磷普遍缺乏,增施磷肥,并提高其利用率是一项重要的农业增产措施.红壤施用石灰,一般均能收到良好的效果.
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