酸性硫酸盐土的景观诊断及时空分布与演替模式

土壤与环境1999,8(2):144~147ISSN1008－181XSoilandEnvironmentalSciencesCN44－1441/P*中澳国际合作项目“酸性硫酸盐土的环境影响及其可持续利用”的部分内容。收稿日期：1998－11－13酸性硫酸盐土的景观诊断及时空分布与演替模式*章家恩（华南农业大学热带亚热带生态研究所，广州510642）摘要酸性硫酸盐土的发育与分布存在着较大的时空变异，表现为空间分布的不连续性、发育时间的间断性、环境影响的级联性以及开发利用的风险性，因此往往给实际利用带来较大的困难。本文对酸性硫酸盐土的形成与发育特点、野外景观生态诊断以及酸性硫酸盐土的时空分布与演替模式等方面进行探讨，旨在使人们正确地认识酸性硫酸盐土，以便更有效地利用这类土地资源。关键词酸性硫酸盐土；景观生态；诊断特征；演替模式TheLandscapeDiagnosisandTheirSpatialandTemporalPatternsofDistributionandSuccessionofSulphateAcidSoils.ZhangJia’en(InstituteofTropicalandSubtropicalEcology,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou,510642).Soil&EnvironSci,1999,8(2):144~147Acidsulfatesoils(ASS)areoftendevelopedanddistributedwithobviousspatialandtemporaldifferentiation.Thereexistmanydifficultiesinutilizingacidsulfatesoilsduetotheirdiscontinuityofformation,scattereddistribution,frequentenvironmentalimpacts,andtheriskoflanduse.So,theformationfeatures,landscapeecologicaldiagnosisandthespatialandtemporalpatternofdistributionandsuccessionofASSarediscussedinthispaperwithanattempttohelplocalpeopletoidentifyASSinthefieldandexploititeffectively.Keywordsacidsulfatesoils;landscapeecology;diagnosticfeature;successionpattern酸性硫酸盐土（acidsulphatesoil）是含铁硫化物（FeS2）或其不完全氧化产物的土壤的统称，一般包括实际酸性硫酸盐土（如咸酸田和反酸田）和潜在酸性硫酸盐土（如红树林盐渍沼泽土）两大类。它广泛分布于亚洲、欧洲、澳洲、美洲和非洲的热带亚热带滨海地区。我国也有大约11.2万hm2的酸性硫酸盐土。由于自然环境变化及海陆变迁的影响，加上人类的开发利用与干扰，酸性硫酸盐土中的硫铁矿物质便不断与空气接触发生氧化而形成酸害，从而可导致土壤、水、大气环境乃至区域生态系统的破坏，最终对动植物生长发育和人类健康产生影响。由于酸性硫酸盐土分布的潜在性、非连续性和环境危害性，加上人们认识的局限性和利用的盲目性，因而常造成意想不到的环境危害和不必要的经济损失。基于此，本文拟对酸性硫酸盐土的野外景观诊断特征、时空分布及其演替规律加以探讨，旨在为酸性硫酸盐土区的工农业生产与开发利用提供指导。Vol.8No.2章家恩：酸性硫酸盐土的景观诊断及时空分布与演替模式1451酸性硫酸盐土的景观生态诊断特征1.1酸性硫酸盐土的形成与发生特点酸性硫酸盐土是在特定的地质地貌、气候和水文等环境条件下形成的。当海平面上升淹没陆地时，富含硫酸盐的海水与富含铁氧化物和有机质的沉积物混合，在淹水条件下导致大量铁硫化物的形成。该过程一般需要以下几个条件：（1）丰富的SO42-；（2）易分解有机质的积累；（3）足够的铁源；（4）无氧条件；（5）易溶解反应产物的移走。热带、亚热带和温带的某些滨海地区，海水中含有大量的硫酸盐物质，而入海河流、湖泊又带来丰富的含铁沉积物，加上温暖的气候，十分有利于酸性硫酸盐土的形成。由于酸性硫酸盐土形成环境的特殊性，因此其分布及酸害暴发存在着明显的时空变异，主要表现为酸性硫酸盐土发育与形成时间的间断性和空间分布的非连续性。酸性硫酸盐土的时空变异性使其利用显得较为复杂和困难，因此在实际工作中，正确地认识、鉴别酸性硫酸盐土是十分必要的。1.2酸性硫酸盐土的野外景观诊断系统酸性硫酸盐土虽然存在着较大的区域变异，但它仍具有一定的景观诊断特征。作者建立了一套景观生态诊断系统。该系统分为三级诊断子系统，第一级为海拔高度与地形地貌诊断子系统，第二级为植被、水体与水生生物诊断子系统，第三级为土壤诊断子系统，另外还有一个建筑设施辅助子系统。每一个子系统又包含一系列相应的诊断指标和指示因子（表1）。具体诊断方法如下：首先根据海拔高度和特殊的地貌形态初略地判定酸性硫酸盐土的分布范围，然后根据地表植物种类及植被景观、水体景观及水生生物的生长状况进表1酸性硫酸盐土的野外景观生态诊断系统级别景观诊断系统诊断特征与指示因子一级海拔高度与地貌诊断子系统冲积平原、沼泽、滩地、人工稻田、河流阶地、江心洲、盐湖沼、湖泊、水道、泻湖、溺谷、牛轭湖、洼地、海堤、岛屿、潮间带、海湾、河口等二级植被水体与水生生物景观子系统植被诊断指标：植被稀疏，生长迟缓；红树林及其它耐酸指示植物；水稻枯黄、烂根；作物低产水体与水生生物诊断指标：水体异常清澈；蓝绿色；排水沟中多出现红棕色的水体；水中耐酸植物疯长；鱼病发生（红斑病）；死鱼现象；水生生物少三级土壤诊断子系统黄色黄钾铁矾的出现；红树林残体（即木屎层的出现）；黑灰色的FeS2层；铁锰淀积体；臭鸡蛋味；地表易干裂、松软；地面裸露辅助系统建筑物、地下管道子系统地下管道堵塞；钢筋水泥土结构腐蚀、生锈；建筑物倾斜、开裂、地基不稳146土壤与环境Vol.8No.21）WhiteI,MelvilleMD.Acidsulphatesoils:facingthechallenges.EarthFoundationAustralia,1996:1~5行二级诊断，在此基础上再根据土壤的表层特征与剖面特征进行深入诊断。同时，还可根据一些建筑设施的外观及其状况进行辅助诊断。这里需要说明的是，该诊断系统一般只适用于大面积的野外土壤考察与采样，以及土地利用规划与决策等方面，而准确地鉴别酸性硫酸盐土还需进行细致的土壤理化分析。1.2.1海拔高度与地形地貌诊断子系统海拔高度与地貌形态是一类重要的诊断因子。酸性硫酸盐土多出现在沿海一些特定的地貌部位上。一般在海拔高度不超过5m或10m的滨海地区多见酸性硫酸盐土的分布1）。沿海的一些红树林地区、盐沼、泻湖和冲积沉积平原在历史时期曾是或目前仍是硫铁矿形成和累积的有利环境，这些地区多为酸性硫酸盐土的集中分布地带。另外在沿海的一些山麓或山谷地带（曾经是古海湾和古海岛）或古河流阶地上一般也有酸性硫酸盐土的分布，这是在野外调查和取样时易被忽视的地方。1.2.2植被、水体与水生生物诊断子系统植被种类及其覆盖状况也是重要诊断因素之一。在酸性硫酸盐土分布地区，常出现一些耐酸的指示植物，如红树林、睡莲、灯心草等1）。植被单一稀疏，覆盖率低，多以灌木、草本植物为主，且生长缓慢、变态。对作物（如水稻）而言，多出现烂根，叶片焦黄乃至发红，象火烧过一样，长势差，空壳率高，产量低。对水生系统而言，在酸性硫酸盐土分布区，一些湖泊水面异常清澈透明，水体通常呈奶绿色；而在一些河流或排水渠，又可见到呈桔红色带有铁锈的浑浊水体。水生生物也会产生明显的反应。耐酸水生草本植物增多或疯长，鱼类和贝类生物数量减少1），鱼病（如红斑病）频繁，且常有死鱼现象。1.2.3土壤诊断子系统酸性硫酸盐土的表面和剖面也会呈现出明显的诊断特征。酸性硫酸盐土地表松软，易渍水又易干裂，常出现裸露景观。从土壤剖面来看，潜在酸性硫酸盐土土体多有青灰色的带臭鸡蛋味的硫铁矿土层以及红树林残体，剖面分异不明显。而实际酸性硫酸盐土通常呈现出一定剖面分异，在土壤中上部多出现淡黄色的土壤新生体——黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]，它是酸性硫酸盐土的重要诊断特征之一；在中下部出现桔红色的铁氧化物淀积层和铁锈斑纹与结核等；在土壤下部或底层尚有一定厚度的硫铁矿埋藏层[1~2]。1.2.4辅助诊断系统由于酸性硫酸盐土的熟化程度低，而且它产生的酸对钢筋水泥制品和地下金属材料具有腐蚀作用[1]，因此可以根据建筑物和地下管道的状况来对酸性硫酸盐土进行辅助诊断。通常，酸性硫酸盐土分布区的建筑物与高速公路易出现地基不稳，倾斜、开裂甚至坍塌；Vol.8No.2章家恩：酸性硫酸盐土的景观诊断及时空分布与演替模式147地下管道出现腐蚀生锈、堵塞乃至报废等现象。2酸性硫酸盐土的时空分布与演替模式在沿海酸性硫酸盐土集中分布地区，由于距海远近、耕垦时间和土地利用方式的差异，酸性硫酸盐土通常呈现出一定的时空演替模式。2.1分布模式2.1.1陆相孤岛状分布模式这些地区大多远离大海约20~50km，在一些低洼地、谷盆和山脚常可发现酸性硫酸盐土呈斑块状与其它土壤镶嵌分布。这类地区在地貌形态上多属于古滨海湖泊、泻湖、古海盆、古海岛山麓，在地质历史时期曾沉积了一定数量的硫铁矿，由于海退作用，现已脱离海相环境。大部分地区目前已遭受过人类活动干扰，土地利用方式多为稻田、旱地和鱼塘。酸性硫酸盐土处于脱盐反酸阶段，局部地区酸害十分严重。2.1.2环岛分布模式在热带亚热带地区，一些近海岛屿（如我国的海南岛、台湾岛、上下川岛等）四周均可发现有酸性硫酸盐土的分布与发育。环岛的静水海湾、河流出海口以及潮间带、红树林生长区为酸性硫酸盐土提供了较为适宜的环境条件，某些地区目前仍在进行硫铁矿的积累与沉积。这些地区频繁受到海水潮汐作用，酸性硫酸盐土处于渍水的潜在发育状态，酸害不很严重。土地利用景观多为红树林自然生长区、咸围和咸淡水养殖等类型。2.1.3流域带状梯度分布模式在沿海的许多小流域，酸性硫酸盐土大面积发育而呈带状分布。这些地区多为古河流及其支流作用，现已发育为冲积、沉积平原和河流三角洲。在稳定的海陆进退过程中，连续地发育和形成了一定厚度的硫铁矿层。由于脱离海相环境时间的长短和人类活动强度的不同，酸性硫酸盐土的理化性状与利用景观自海向陆不断发生分异而呈现出一定的梯度变化。这类地区土地利用方式多样，如水田、旱地、鱼塘和城镇建设用地等。2.1.4沿海港湾分布模式通常，在一些大河的入海口，由于较高的沉积速率和河水的冲淡作用（致使SO42-含量降低），硫铁矿的累积速率普遍较弱。相反，在沿海的一些港湾地区，风平浪静，潮汐作用促使硫铁矿在港湾沉积物中强烈累积，其沉积厚度一般较大。而且该类地区极有利于红树植物的生长，因而在一定程度上会加剧酸性硫酸盐土的形成。2.2时空演替模式在自然环境变化和人类活动共同作用下，酸性硫酸盐土的发育过程及其性质会随着时间的推移和空间的变化而发生演替。一般而言，自然状态下形成的潜在酸性硫酸盐土（如滨海红树林盐渍沼泽土）在人为干扰（如围垦、土壤翻耕）作用下，原来以还原态存在的148土壤与环境Vol.8No.21）WhiteI,MelvilleMD.Acidsulphatesoils:facingthechallenges.EarthFoundationAustralia,1996:1~5硫铁矿物质由于地下水位的降低或因直接曝露地表而发生氧化产生硫酸，土壤变酸。但在开始阶段，由于受到海水的浸渍作用，土壤含盐量较高，因此，土壤“既咸且酸”，这类土壤在我国称为“咸酸田”，土壤pH值一般在5~7之间，酸害相对较轻。随着耕垦时间的加长和长期的灌排冲淡作用，土壤逐渐脱沼脱盐，咸害已不是主