石灰土的特征

灰土有什么特性？为什么要用三七灰土？~

(1).其特点:剖面中有活性铁、铝、非晶质粘粒和腐殖质的淀积层；该层之上为漂白层；土体湿润或潮湿；质地为壤质或砂质；具有高的取决于pH的阳离子交换量和较低的盐基含量。灰土主要分布于湿润寒温带的粗质酸性母质上，包括灰壤、棕色灰化土及潜水灰壤等。消石灰粉与粘土按一定比例配合称为灰土。
(2).1m3的三七灰土中，白灰（生石灰粉）360kg,粘土1120kg. 这里，“三七”是指体积比，生石灰粉的自重按12KN/m3计算；粘土自重按16KN/m3计算。

石灰稳定土有良好的扳体性，但其水稳性、抗冻性以及早期强度不如水泥稳定土。温度低于5℃强度几乎不增长。
石灰稳定土的干缩和温缩特性十分明显，且都会导致裂缝。
严格禁止用于高等级路面的基层，只能用作高级路面的底基层。

2.2.1 风化成土速率慢，土壤侵蚀速率快

碳酸盐岩的风化成土过程首先是碳酸盐岩的化学溶蚀过程，通过对典型碳酸盐岩酸不溶物及上覆土壤的矿物学和微量元素地球化学的研究表明：发育于我国南方地区的土壤与下伏基岩具有继承性的演化关系（王世杰等，1999）。亦即碳酸盐岩风化成土的快慢除与碳酸盐岩溶蚀速率成正比之外，还与碳酸盐岩酸不溶物含量的高低成正比。据已有研究资料表明，广西碳酸盐岩的溶蚀，形成1m厚的土层需要25万～85万a（袁道先等，1988；王世杰等，1999）；贵州碳酸盐岩溶蚀风化形成1m厚的土层需要63万～788万a。若取石灰土的容重为1.7t/m³，则黔桂地区碳酸盐岩风化成土速率为6.8～0.21g/m²·a。而根据流经贵州、广西主要岩溶区河流的悬移质估算的土壤侵蚀模数为56～129t/km²·a（何腾兵，2000）。即土壤侵蚀量是岩石风化成土量的几十至几百倍。为此在评价岩溶区土壤侵蚀对土地危害程度时，不能仅从河流悬移质的多少来衡量（以水利部给出的判断土壤侵蚀强弱划分等级看，岩溶石山地区的土壤侵蚀很轻微）（卢耀如等，1996），而应从土壤侵蚀量与碳酸盐岩的风化成土速率和允许侵蚀量的对比中来认识岩溶山区土壤侵蚀对土地的危害性。土壤是陆地表层系统的基础，在岩溶生态系统中，维系土壤的总量平衡或增长是缓减其脆弱性的关键因素（万国江，1999）。

2.2.2 土壤有机碳易于积累，而营养元素供给速率慢

土壤腐殖质的形成与积累是土壤发育的重要特征之一，而土壤腐殖质的来源则是通过植物的新陈代谢及枯枝落叶分解和重新合成。对西南岩溶地区枯枝落叶的化学组分的测定可知，同为常绿落叶阔叶混交林下，石灰土中的CaO含量要比酸性土中的高3倍，而SiO₂含量则仅为酸性土上的1/3～1/5。富钙的枯枝落叶和富钙的土壤环境使土壤腐殖质的形成和特征也具有富钙性和其他相应的特征。与同纬度地带性土壤相比，石灰土的有机质含量高，根据贵州省的土壤调查统计（贵州省土壤普查办公室，1994）：黑色石灰土有机质的平均含量为5.425%；棕色石灰土有机质的平均含量为3.478%；黄色石灰土有机质的平均含量为3.193%；红色石灰土有机质的平均含量为3.444%；比对应的红壤（有机质平均含量为2.721%）、黄壤（有机质平均含量为2.945%）高（表2-6）。具有土壤特征的有机质是土壤腐殖质，土壤腐殖质可分为3大类：富里酸、胡敏酸和胡敏素。土壤腐殖质的类型划分与组成比例对植物养分的供给和元素的生物有效性具有重要的意义（易淑棨等，1993）。

表2-6 贵州石灰土与同纬度黄壤、红壤有机质含量的对比（w_B/%）

富里酸的分子小，分子量为670～1450，分散性强，即使有钙离子存在也不絮凝，放射性碳同位素的研究表明富里酸在土壤中的存留时间为200～630a；富里酸含有较多的羧基，能离解出较多的氢离子，呈强酸性反应，对岩石、矿物有强的破坏能力，在土壤形成过程中起重要作用；与富里酸结合的营养元素容易在微生物的作用下释放，供给植物生长所需，但它与铁、铝、铜、锌形成的络合物在中性或碱性的条件下产生沉淀。

胡敏酸分子大，分子量为890～2770，与钙、镁、铁、铝等形成的盐难溶于水，胡敏酸在土壤中存留的时间为780～3000a，它对土壤的物理性质的塑造有重要意义，同时对土壤离子态养分保蓄的能力较强。

胡敏素是土壤腐殖质中最不活跃的部分，它与土壤粘土矿物牢固结合，并可能含有未经充分腐殖化的植物残体，存储有相当多的N、P、S和其他元素，因此是土壤中极其缓慢地供给植物养分的仓库。

土壤腐殖质是亲水胶体，有很强的吸水力，其最大吸水量可达500%。

新形成的土壤有机质在土壤中的存留时间为4.7～9a，植物残体中易分解的部分在土壤中的存留时间仅0.25a。

石灰土中腐殖质的组成特征是：胡敏酸在土壤腐殖质中所占的比例高于富里酸，与同纬度黄壤、黄棕壤腐殖质相比，其胡敏酸/富里酸的比值较高（表2-7）。这是因为石灰土中的胡敏酸与钙结合生成不易分解的胡敏酸钙；而黄壤、黄棕壤中的腐殖质中的胡敏酸主要与R₂O₃结合，形成活性胡敏酸（全国土壤普查办公室，1998）。因此，石灰土具有高的有机碳积累，但营养成分的供给速率偏低。

表2-7 石灰土土壤腐殖质的组成与同纬度黄壤、黄棕壤的对比

2.2.3 营养元素供给的不平衡性

影响土壤微量元素的空间分布的因子主要是土壤母质（徐尚平等，2000）。岩溶地区土壤中营养元素的形态、迁移及生物有效性在很大程度上受富钙、镁的岩溶地球化学背景制约。在我国南方湿润地区，无论是白云岩、还是石灰岩风化形成的土壤，其土壤中的MgO与CaO接近，与母岩中钙、镁含量的比例不成比例，这主要是因为与钙相比，镁的风化产物除了可生成镁的氢氧化物、氧化物外，还能生成次生的粘土矿物。而据已有的研究表明，石灰岩中主要含云母类矿物，云母类矿物在分解过程中主要形成含镁的蛭石、伊利石及蒙脱石等粘土矿物（Spring A，1993；顾新运等，1963）。

对桂林岩溶试验场石灰土的分析表明，石灰土中钙主要以交换态形式为主，而且具有表聚性，这表明土壤中钙活跃的迁移状态和生物作用，而镁虽然交换态形式也是其迁移的主要形态，但其比例很小，且与有机质结合时也以紧结态形式为主，因而镁在土壤中相对积累（表2-8）。钙在石灰土中有很高的活度。从配位体的稳定性看，虽然钙、镁有机配合物的稳定性常数低于Fe/Al/Cu/Zn/Mn的，但当土壤中水溶态、交换态的钙含量较高时，尤其在pH值接近中性或中性以上时，钙表现出较强的与其他离子竞争有机配位体的能力，从而影响了其营养微量金属元素的迁移和植物有效性（杨继镐等，1995）。有资料表明在石灰土演化过程中随土壤中的钙、镁含量的降低，二氧化硅含量的增加，其土壤环境中微量元素Mn、Cu、Co、Mo的有效率显著提高（杨继镐等，1995），Zn元素的有效率变化不大（图2-6）。王景华（1987）在研究海南岛7种成土母质上发育的土壤中化学元素含量时，发现Zn、Cu、Cd 3种元素在石灰土中的含量最高（图2-7）。全国土壤环境背景值的调查研究结果也显示Zn元素在石灰土中的平均含量，在所有的土壤类型中也是处于最高的（中国环境监测总站，1990）。滕永忠（1996）对桂林岩溶试验场石灰土研究的结果显示，土壤中的锌总量为164～285mg/kg，这高于全国土壤中锌的平均含量（74.2mg/kg）和红壤锌的含量（80.1mg/kg），并以晶形铁结合态、碳酸盐岩结合态、紧结态有机态形式存在，其锌的主要迁移形态交换态锌与土壤pH值呈显著负相关。即碱性环境制约了锌的有效性。

图2-6 不同石灰土中微量元素的有效率动态

图2-7 海南岛7种成土母质上发育的土壤化学元素的对比

表2-8 桂林岩溶实验场石灰土中钙、镁存在的形态及所占的比例（w_B/%）

2.2.4 石灰土粘重，在有机质含量较低时团粒结构性差

由于碳酸盐岩多形成于洁净的海洋环境（刘志礼，1990），使与碳酸盐岩同时沉降的“杂质”多为细小的尘埃或胶体物质，因而现代岩溶作用中，碳酸盐岩风化溶蚀存留的成土酸不溶物多为粘土成分，这或许就是石灰土质地粘重的重要原因之一。石灰土＜0.05mm的粘粒成分达89.46%～96.81%，＜0.001mm的粘粒成分达47.49%～49.72%（贵州省土壤普查办公室，1994）（图2-8）。质地粘重的土壤对土壤许多性质会产生很大的影响：

图2-8 石灰土的颗粒组成及与红壤的对比

土壤水分的有效性：土壤水分的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。能被植物吸收利用的水称为有效水，它是指土壤田间持水量（土壤水势为-0.21MPa）与凋萎点土壤含水量（土壤水势为-1.5MPa）之间的差值；凋萎点以下的土壤水分为无效水。在土壤水分中，易被植物吸收利用的水分称为土壤速效水，它是田间持水量与毛细管水断裂量（土壤表面水分蒸发明显降低）之间的差值；毛管水断裂量与凋萎点土壤含水量的差值为土壤迟效水〔图2-9（a）〕。随土壤质地由砂变粘，田间持水量和凋萎点土壤含水量随之增高，但增高的比例不同。粘土的田间持水量虽高，但凋萎点土壤含水量也高，所以在相同条件下，壤土的抗旱能力最强（易淑棨等，1993；黄昌勇，2000）〔图2-9（b）〕。

土壤物理结构：由于粘粒具有很大的表面积，相互之间具有很强的吸附性，容易形成粘团，粘团在有机质较丰富时，稳定性好，粉粒、砂粒可以通过粘团和有机质团聚在一起形成团粒。团粒结构良好的土壤，其蓄水、透水、通气性能良好，且土壤微生物活性强，有效养分供应较多。但缺乏团粒结构的粘土，团粒结构不稳定，分散的粘粒随水流会使土壤孔隙堵塞，极大地降低土壤的通气、透水性能。这种土壤在干时硬结，湿时泥泞，很不利于耕作。而且在降雨稍多时即沿地表流走，造成水土流失，而土壤内部却不能吸足水分，在天晴时又会很快发生干旱。

图2-9 不同质地土壤有效水含量

2.2.5 石灰土是偏碱性土，具有高的阳离子交换量和盐基饱和度

土壤含有的交换性阳离子总量称为阳离子交换量（CEC），阳离子交换量的大小决定了土壤可能提供的速效养分容量和土壤保肥能力的大小。阳离子交换量大的土壤能保持较多的速效养分。交换性阳离子的种类可分为两类：一是盐基离子，如Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺、等；二是H⁺和致酸离子，如Al³⁺、Fe³⁺等在水溶液中能水解出H⁺，使土壤呈酸性。土壤交换性阳离子总量中盐基离子所占的百分率称为土壤的盐基饱和度（BSP），盐基饱和度与土壤酸度呈负相关，土壤盐基饱和度愈大，土壤酸度愈小，pH值愈高；盐基饱和度愈小，土壤酸度愈大，pH值愈低。

土壤阳离子交换量的大小取决于土壤负电荷量的大小。由于石灰土为质地细的黏性土壤，矿质胶体多；同时，石灰土的pH值多为大于6的偏碱性土壤（图2-10），当土壤pH值大于6时，土壤环境中的蒙脱石、高岭石等粘土矿物晶格表面的-OH群开始解离H⁺，增加土壤负电荷量和阳离子的交换量。因此石灰土具有高的阳离子交换量和盐基饱和度（表2-9），在盐基离子中Ca²⁺占据了90%以上。

表2-9 广西石灰土的钙镁交换量及盐基饱和度与地带性土壤的对比

图2-10 广西土壤pH值分布（a）与碳酸盐岩分布（b）对比图

2.2.6 石灰土的分布与演化

由于石灰土具有显著的岩性特征，因而石灰土在分类上被划为初育土，其发生系列为：黑色石灰土，剖面特征为A-R或A-C型，有机质含量高，颜色为黑色、深棕色；当土层增厚，B层发育，土体颜色呈棕色到棕黄色时，即发育为棕色石灰土、黄色石灰土；如土体进一步受到淋溶，并有弱的富铝化作用，土体呈红色，则演化成红色石灰土。

石灰土的空间分布特征：黑色石灰土多分布于较高的山峰上部的溶裂隙、溶洼、溶盆及凹洼处，土被斑块小，零星分布，土层很薄，常10～30cm；棕色石灰土、黄色石灰土分布位于黑色石灰土的下方，常出露在坡脚、洼地、平缓的山间谷地中，多为农用地，在土壤剖面中常见铁锰胶膜；红色石灰土多分布于峰林平原区、谷地及剥蚀阶地面上，受人为活动影响强烈，土壤剖面中常见铁锰结核，土层连续性好。

石灰土发育过程中的淋溶脱钙和复钙：发育初期的黑色石灰土位于较高的地貌部位，主要接受雨水的淋溶，因此在其向棕色、黄色石灰土演化过程中，土壤以淋溶脱钙过程为主；而处于低洼峰林平原及槽谷区的红色石灰土常常受到高处流下的富含钙离子的水溶液或洞穴水浇灌，使土壤中的钙含量再次增加（表2-10）（广西土壤肥料工作站，1990）。

表2-10 不同发育阶段石灰土的化学成分及与玄武岩发育的红壤、黄壤的对比（w_B/%）

2.2.7 对石灰土资源有效利用的三点认识

遏制水土流失是保持土壤总量、提高土壤抗旱能力的关键。无论是增加石灰岩地区成土速率，还是降低石灰土的侵蚀速率，提高植被覆盖率都是行之有效的，因为植被的存在可以提高土壤环境中的CO₂浓度、有机酸和土壤生物酶（尤其是碳酸酐酶）的浓度和活性，促进碳酸盐岩的侵蚀成土速率（易淑棨等，1993；Liu Zaihua，2001；曹建华等，2001）。同时水源林覆盖率的提高能增强岩溶表层带对水的调蓄功能，这不仅解决了缺水的岩溶石山区的人畜饮水困难，还能解决部分耕地的灌溉需要。

土壤有机质的保持和提高对土壤资源有重要意义。从上文论述的石灰土特征看，在自然状态条件，石灰土土层薄，但有机质含量、土壤肥力水平较高，有机质结构稳定、土壤肥力持久，团粒结构良好。在人类活动影响下，如果不关注石灰土的特征，导致石灰土有机质下降，石灰土的团粒结构失去稳定性，粘粒充填于土壤孔隙中，使土壤有效水分降低，抵御干旱的能力降低，并导致严重的水土流失。因此保持和提高石灰土有机质含量是使石灰土在利用过程中扬长避短的有效措施。

土壤资源开发与保护并重。石灰土成土速率缓慢与在人类不合理的开垦下很容易使原本良好的土壤资源优势失去，这就决定了石灰土资源的脆弱性。为使石灰土资源能有效地发挥生态、经济效应，在岩溶石山地区，应从岩溶学、土壤学与植物学相互协调的角度进行生态经济规划。

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