一、紫色土
(一)地理分布和形成条件
紫色土是我国湿润热带、亚热带地区由紫色岩类风化而成的幼年岩性土。它集中分布于四川盆地,也见于滇、黔、湘、鄂、浙、赣、闽、粤、桂等省区,而与红壤、黄壤等地带性土壤呈复区分布。
紫色岩层主要为中生代陆相沉积岩。在四川盆地出露的紫色岩层中,侏罗系和白垩系陆地河湖相分别占77.6%和21.0%,其余少部分为三叠系陆缘浅海相和第三系河湖相,一般为砂岩与泥(页)岩互层,少数含砾岩或灰岩,但砂、泥岩的比例随不同的地层而有很大的变化(表y.6.1)。紫色岩的矿物组成:砂岩以石英(占40~90%)和长石(占10~50%)为主;泥岩以粘土矿物为主(占50~90%),次为石英、长石等;碳酸钙含量一般为100~320克/千克。粘土矿物以水云母为主,伴有一定比例的绿泥石、蒙脱石或高岭石等。紫色岩实际上并非单一的紫色,而是呈暗紫、灰紫、紫红、棕红、砖红等多种颜色,地质上统称为“红层”,四川“赤色盆地”即由此而得名,紫色岩的胶结物以钙质、泥质为主,固结性较差,岩性软,裂隙发达,抗蚀能力弱,易于发生机械破碎风化。
紫色土区的地形以丘陵、低山为主。由于岩层组合和倾角的差异,往往形成不同的地貌类型及其水文特征。例如以泥岩为主的遂宁组,在岩层近水平时形成馒头状浅丘,透水性和储水性均较差。紫色土上的植被稀少,目前大部分为稀疏的草本群落,散生少量乔木、灌木,只在局部地段有柏木、麻栋等成林的植被。
地层系统 | 岩组名称 | 露头分布 | 古 沉 积 环境 概 况 | 地层 | 岩类 | 泥岩比例 | 颜 色 | 主要地 | 风化壳 | 水文特征 |
| | | | 产状 | 组合 | (%) | | 貌类型 | 类型 | 透水性 | 储水性 |
白 | 上统 | 灌口组(Kgg) | 盆地西部 | 日趋干旱的河流—盐湖沉积 | 多近水平,倾角1。~3。居多 | 粗粒砂质与泥岩互层 | 40 | 砖红、 棕红、紫红 | 丘陵(局部窄谷) | 微弱硅铝化碳酸 | 较好 | 中 |
垩 | | 夹关组(K2i) | 南部 | 日趋干旱的沙漠间河流 | | | 5~30 平均10 | | 块状低山 | 盐型 | | |
系 | 下统 | 城墙岩群(K1c) | 盆地西北及中部 | 河流冲积相,物源来自大巴山、龙门山 | 多近水平,倾角1。~5。居多 | 砂岩、砾岩与泥岩互层 | 25~45 平均34 | 棕红及紫红 | 深丘低 山为主 | 碳酸盐型 | 中 | 中-差 |
| 上 | 莲莱镇组(J3p) | 盆地中偏北,带状 | 河流冲积平原,物源来自大巴山及黔中山地 | 多近水平,倾角1。~ 5。,局部较大 | 砂岩与泥岩频繁互层 | 40~70平均66 | 灰紫、紫红夹暗紫 | 浅丘-深丘 | 碳酸盐型 | 较好 | |
侏 | 统 | 遂宁组(J3s) | 盆地中部为主 | 干旱性气候的河流—湖泊,沉积,物源以东为主 | 多近水平,倾角1。~5。 | 泥岩夹少许细砂岩 | 80-95平均90 | 紫红及鲜红 | 馒头状浅丘 | 碳酸盐型 | 最差 | 较差, 局部好 |
罗 | 中 | 沙溪庙组 (J2s) | 盆中及 盆南 | 较湿润的河流泛滥平原沉积,物源以东为主 | 平缓,倾角2。~ 10。居多 | 砂岩与泥岩互 层 | 60~75 平均67 | 灰紫、紫红 | 浅丘为 主 | 弱碳酸 盐型 | 中-较差 | 中-较差 |
系 | 统 | 新田沟组(J2x) | 盆地西南为主 | 湖泊及河流沉积物源以西、北为主 | 较平缓,倾角7。~15。居多 | 泥岩夹砂岩、泥灰岩 | 40~60平均55 | 紫红夹暗紫灰 | 浅丘或凹地 | 碳酸盐型 | 差 | 中-较差 |
| 下统 | 自流井组(J1z) | | | | | | | | | | |
(二)形成特点
紫色土的形成过程,主要表现为母岩的快速物理崩解和频繁侵蚀堆积作用,以及碳酸钙的不断淋失,而生物积累作用则较弱。因此,它虽然处在湿热气候下,却仍一直停留于幼年土的发育阶段。
1.快速物理崩解和频繁的侵蚀堆积作用
成土过程以母岩快速物理风化为主,并交叉发生侵蚀过程。由于紫色岩以钙、泥质胶结为主,岩性软,裂隙发达,颜色暗,吸热性强,在冷热、干湿变化时易于发生机械破碎和入渗水溶蚀崩散,而表现快速风化成土的特点。紫色岩不仅含有较丰富的磷、钾等矿质养分,还含有少量的有机质和氮素,因此其新的风化物便可在养分种类上满足作物生长的起码要求,即具备了原始的肥力。群众“啄石骨”,即挖出紫色泥岩稍加打碎,经过短时间日晒雨淋后,种上豌豆、甘薯等耐瘠作物,就可获得一定的收成。紫色土区雨水充沛,降雨集中,地形又以坡地为主,加上母岩抗蚀力弱,雨季常造成强烈的水土流失,同时,紫色土垦殖程度高,植被覆盖度低,又加剧了侵蚀过程,但地表泥土流失后,又不断为母岩快速崩解的新风化物所补充。因此,在这风化与侵蚀堆积循环中频繁更新的地表物质,不能形成稳定的土层,缺乏足够的成土时间,以致始终停留于初育状态而强烈地继承母岩的特性。
2.风化淋溶程度浅,基本保持母岩原色
紫色土风化成土的有效时间短暂,并因母岩中碳酸盐的阻碍,其矿物的化学风化弱,物质淋溶主要表现为碳酸钙的淋溶即脱钙作用。但由于母岩岩性和区域地貌、气候等条件的差异,各种紫色土的脱钙程度有较大的变化。如以富含钙质的泥岩为主的遂宁组岩层,由于透水性差,侵蚀强烈,脱钙作用甚弱,因而土壤与母质、母岩的碳酸钙含量几乎没有差异。而以砂岩为主的夹关组,透水性良好,脱钙作用强,因此土壤的碳酸钙淋失殆尽,并已发生明显的酸化,但其粘粒的化学组成仍变化不大。土壤层中的粘土矿物与母岩的基本一致,有时部分水云母可转化为蒙脱石,表现轻度的脱钾现象。紫色土大多保持母岩的原色,也是其矿物风化度低的一个重要反映。
3.生物积累作用较弱
紫色土上的植被一般较稀疏,每年向土壤提供的植物残体有限,在土壤矿质养分较丰富和酸碱性适中的条件下,有利于微生物的活动,有机残体的分解矿化作用较强烈,加上水土流失的影响,使土壤中有机质和氮素的积累量少,耕地土壤的就更少。例如在四川紫色土耕地中,耕层有机质含量低于20克/千克和10克/千克的面积分别占92%和36%,全氮量相应亦低,两者均显著地低于同地带的黄壤或红壤。