導語：如何才能寫好一篇土壤的形態特征，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：土壤剖面野外形態；發育綜合指數；建模方法

中圖分類號：S151+.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）21-5182-04

Modeling Method of the Wild Morphalogical Development Integrated Index of Soil Profile

JIANG Ying-ying，ZHOU Chong-jun，SUN Zhong-xiu，ZHANG Guang-cai，LIU Yang，GAO Hua

（College of Land and Environment，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China）

Abstract： Based on the soil morphological properties of 17 representative soil profiles in Chaoyang of western Liaoning， a soil morphological index system was measured for evaluating the development of paleosol. The wild soil profile development integrated index model was established.

Key words： soil profile morphology； development integrated index； modeling method

成土母質在各種自然因素和人為因素的影響下，發育成為具有不同屬性的土壤。這些土壤屬性的內在表現為土壤物質的轉化及其遷移，而這些土壤屬性的外在表現則反映于土壤剖面形態和土體構造上。為了用簡單的數量方法來表達復雜的歷史自然體——土壤的發育狀況，多年來，人們進行了不斷的探索。土壤學家和地質學家需要一種指數來定量評價土壤的發育程度，通過量化土壤野外形態如土壤顏色、膠膜、質地和其他隨時間發生變化的性質來實現性質的量化和比較。

很多學者用土壤中微量元素間的比值作為判別土壤發育程度的手段，如黃成敏等[1]利用土壤中微量元素間的比值對海南島北部玄武巖上土壤發育進行了研究；Dasch[2]曾對各種母巖在風化作用下Rb、Sr遷移規律進行了較詳細的研究，指出Rb/Sr反映了母巖風化作用強度。Gallet等[3]也對洛川黃土剖面中的Rb/Sr分布進行了初步研究，發現該比值可識別古土壤地層單元。國內一些學者通過對我國北方黃土和長江下游地區下蜀黃土典型剖面的Rb和Rb/Sr研究發現，它們能更精確地反映古氣候環境的變化，是區域環境演變研究中較理想的替代指標[4，5]。

土壤發育指數是將量化的土壤野外屬性轉化成一個綜合指數來對整個土壤的發育程度進行評價。土壤剖面野外形態發育綜合指數是評價、比較不同土壤發育程度的一種方法，是量化土壤野外屬性以便在野外研究成土過程的方法。這種方法對于土壤發生學、土壤形態學、土壤系統分類學、地貌學、地層學的研究都有十分重要的應用價值。例如，當時間序列缺失時，土壤發育指數可以初步指示土壤的相對年齡，而應用土壤剖面形態發育綜合指數可以在野外方便、高效、相對準確地鑒別古土壤[6]。

1977年Bilzi等[7]根據土層和母質之間性質的差異對土壤屬性賦分。Leamy等[8]提出土壤形態指數這一概念，是一種應用幾個土壤屬性賦分平均值來評價土壤發育程度的方法。他們用這種方法對奧塔戈部分地區的古土壤的特征進行了初步量化。何磊等[9]研究認為剖面發育指數（PDI）和加權平均剖面發育指數（WPDI）作為剖面累積發育指標，可以用于不同土壤序列的發育速率比較。隋玉柱[10]在確認“黃土也是古土壤”的前提下，采用統一的半定量指標（主要包括反映成土強度的Munsell色調、彩度、明度、結構、粒度、色度、 CaCO3含量等）來確定古土壤的發育強度。

土壤剖面中土壤的形態屬性含有豐富的成土環境信息，是環境變化與恢復和重建氣候的重要依據，如基于古土壤的形態觀測推斷了洛川古土壤發育時期的古環境[11]。

總之，目前的研究主要集中于土壤發育程度方面，對應用土壤發育指數來鑒別古土壤的研究資料較少。古土壤的鑒別是利用黃土—古土壤序列研究氣候與環境變化的重要手段。在野外識別古土壤有一定困難，尤其是識別弱發育的古土壤極其困難。李敘勇[12]用土壤發育指數來鑒別古土壤取得了令人滿意的結果。本研究借鑒Harden[6]和Bilzi等[7]的思想，通過對土壤的紅化作用、黑化作用、膠膜、結構、干時結持性、潤時結持性、總質地、發生層邊界等綜合狀況進行評價，建立土壤剖面野外形態發育綜合指數模型，反映土壤的發育程度，以期為遼西朝陽古土壤鑒別研究奠定基礎。

1 研究方法

研究剖面位于朝陽市鳳凰山、建平縣富山鄉馬家溝村、喀左縣公營子鎮端正溝梁村東大梁和北票市桃花吐4個地點。這4個采樣點均有古土壤分布，并且存在一個從上到下紅土與黃土相互交錯的大剖面，并在其周圍分布著由于上層被剝蝕掉而出露于地表（殘遺、剝露）的古土壤剖面。

在4個采樣點分別找到符合標準的剖面進行采挖，挖好剖面后進行土壤發生層的劃分。根據中國科學院南京土壤研究所土壤系統分類課題組《土壤剖面描述規范》進行系統、規范的土壤剖面野外形態特征描述和記錄。最后根據發生層進行土樣采集，共采集70個土壤發生層，17個土壤剖面的土樣。觀測的主要項目有顏色、結構、質地、膠膜、結持性、發生層邊界等。

2 土壤剖面野外形態發育綜合指數模型的建立

2.1 土壤剖面野外形態發育綜合指數的公式及確定

土地評價研究中，常用指數法和土地潛力分級法來評價土壤的生產力或農業潛力。土壤剖面野外形態發育綜合指數的計算公式為：

PI=■ （1）

式中PI為某土壤剖面的野外形態發育綜合指數，Xjn為某層某個土壤形態屬性賦分后的標準化值，k為所選指標數，hi為某土層的厚度。確定土壤剖面野外形態發育綜合指數的步驟如圖1所示。

2.2 土壤剖面野外形態發育指標體系的確定

眾所周知，野外調查作為土壤學研究的傳統有效方法之一具有不可替代性，土壤剖面野外形態發育描述指標不能定量制約了其應用；土壤微形態的古環境意義雖然明確，但直觀性較低，形態描述與表達繁瑣，術語晦澀難懂，不能進行定量等問題仍然制約其應用[13]。此次研究嘗試建立綜合量化指標——土壤剖面野外形態發育綜合指數，以期解決這一矛盾，并且具有土壤發生學的理論依據[14]。反映土壤發育的土壤剖面野外形態發育指標有很多，關鍵是所用指標能反映成土強度，并能進行定量或半定量研究。為了在野外方便、高效、相對準確完成古土壤鑒別，結合研究剖面的具體情況，盡量選取通過野外觀察就能夠直接獲得的土壤剖面野外形態發育的指標。在眾多反映成土強度的指標中，土壤形態特征較好地反映了成土過程中成土母質的累積變化。但土壤形態特征很多（如土壤顏色、土層厚度、質地、膠膜、結持性、發生層邊界等），僅以某一特征不能全面反映土壤的發育狀況，也不能進行土壤發育的定量評價。研究所建立的土壤野外形態發育指標體系見表1。對表1的各單項野外形態發育指標作以下說明，并著重從土壤發生學角度作出解釋：

1）土壤顏色（Soil color）。土壤顏色是土壤對太陽輻射在視覺器官能夠感受到的光譜范圍內（280～760 nm）的選擇吸收和漫反射的結果。土壤反射的那部分可見光的顏色決定土壤的顏色。影響土壤顏色的因素有很多，如土壤中的腐殖質含量、水分含量、暗色礦物（如氧化鐵、氧化錳、黑云母等）含量、淺色礦物（如二氧化硅、氧化鋁、碳酸鈣等）含量，因此，顏色是表征許多性質的重要形態特征，它是人們認識土壤最直接的依據之一。土壤發育程度通常以顏色變化為特征[15]。伴隨土壤發育，土壤中赤鐵礦增加，導致土壤色調變紅和土壤彩度增加[1]。土壤顏色跟土壤的成分和壘結狀態直接相關，劃分剖面發生層，顏色是首要的形態特征，顏色的各種變化是土壤內在性質變化的反映。土壤顏色的剖面變化對診斷土壤具有重要意義。根據土壤顏色也可以對土壤的形成過程、發育程度進行初步判斷。研究將土壤顏色屬性分解為紅化作用和黑化作用兩個指標，隨著土壤發育的增強，色調變紅、彩度變鮮艷的變化稱為紅化作用，黑化作用是指由于土壤有機質累積而使土壤變暗的作用，它是用芒賽爾顏色值中的明度來表示的，隨明度的增加而降低。紅化作用和黑化作用的賦分參照Harden[6]的方法，但為了排除在低彩度時有機質染色對彩度的干擾，將彩度為1～4時賦分的增值減小為5分。

2）土壤膠膜。土壤膠膜是在土壤形成發育過程中由土壤中的細粒物質（如黏粒、游離氧化物、碳酸鹽、腐殖質等）通過濃聚、淀積或析離等作用，在土壤裂隙或孔隙壁表面以及土壤結構體或顆粒表面形成的膜狀物。它是與土壤孔隙、裂隙、孔道、土胚（Ped）和骨骼碎屑顆粒在自然表面相結合的一種可識別的土壤形成物。若將土壤物質分為骨骼顆粒和細土物質，黏粒膠膜是細土物質中黏粒組分的擴散、移動或淀積形成的聚合物，或是黏粒組分原地變化形成的分離物。黏粒膠膜被認為是“土壤顆粒或土塊的皮膚”，表示土壤表面或孔隙在經過懸濁液淋洗后被沉淀的黏粒所覆蓋[16]。

土壤膠膜是土壤長期演化過程中逐漸形成的，其物質多來源于本體土壤的淋溶和淀積。膠膜的形態、結構和元素組成特點等是相應成土過程和環境條件的產物，記錄著土壤的發生過程，包含了成土的氣候變化和環境變遷的信息，可作為識別土壤在不同時期的發生過程和環境變化的重要依據[17]。

3）土壤結構。土壤結構是指土壤顆粒（包括團聚體）的排列與組合形式。主要功能是使土體中同一空間里同時存在固、液、氣三相，并且具有調節水、肥、氣、熱的作用。土壤結構是土粒有規律性的結合體。結構體內部與結構體之間有著截然不同的孔隙狀況，土壤結構的功能就是靠它形成不同的孔隙及其分布密度的差異來實現的。

土壤結構是土壤中各種過程進行的物理框架。觀察土壤剖面中的結構類型，可大致判別土壤的成土過程。如具有團粒結構的剖面與生草過程有關；淀積層中有柱狀或圓柱狀結構則與堿化過程有關。土壤結構影響土壤中水、氣、熱以及養分的保持和移動，也直接影響植物根系的生長發育。土壤結構的定量化對土壤水、氣、熱和土壤生物、化學過程定量化研究具有重要意義。

4）干時結持性（硬結性）、潤時結持性（堅實性）。結持性是指土粒（

5）土壤質地。土壤質地是指土壤中各粒級重量占土壤重量的百分比組合。質地野外判別采用Shaw的簡易質地類型進行快速判定。土壤質地是土壤的最基本物理性質之一，對土壤的各種性狀都有很大的影響。因為野外鑒定的質地類型無法對黏粒含量作出較準確的估計，所以通過采用包括質地類型、黏著性、可塑性在內的綜合指標即總質地來評價某些質地類型黏粒含量的較大差異性[6]。

6）發生層邊界。發生層邊界是指相鄰發生層之間的過渡狀況。土體是以土壤性質側向變化的最大均一性為界限的土壤地理個體，它是土壤在空間上一個立體的單元。在土體內由于物質的重力和張力以及溶解和沉淀等影響，在垂直方向上產生了自然的質地分異形成土層。因此，發生層邊界的類型可以很好地指示土壤的發育狀況[17]。

土壤剖面野外形態發育各項指標分級賦分中，紅化作用、黑化作用參照李敘勇[12]的方案，總質地、干時結持性、潤時結持性參照Harden[6]的方案，發生層邊界參照Bilzi等[7]的方案。由此構建了評價遼西朝陽第四紀古土壤剖面野外形態發育的指標體系（表1）。

2.3 土壤剖面野外形態發育綜合指數的計算

2.3.1 土壤剖面野外形態屬性的量化和標準化 經詳細描述的土壤剖面野外形態發育各項屬性，按照表1中的標準賦予分值即是其數量化。標準化的目的是使各項土壤屬性的量化值在同一個數量級范圍之內，使不同土壤之間具有可比性，其計算公式為表1中所列各標準化公式。

2.3.2 土壤剖面野外形態發育綜合指數的計算 土壤剖面野外形態發育綜合指數的計算按公式（1）進行，計算步驟見圖1。據此計算了遼西朝陽挖掘的具有代表性的17個土壤剖面的野外形態發育綜合發育指數。

3 小結

通過研究確定了評價古土壤發育的8項土壤剖面野外形態發育指標體系，建立了土壤剖面野外形態發育綜合指數模型。土壤剖面野外形態發育綜合指數模型雖然已經建立，但需要進一步研究來驗證其適用范圍和準確性。

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1實驗方法

1.1實驗儀器與試劑

1.1.1主要實驗儀器ZD-85氣浴恒溫振蕩器，天津市歐諾儀器儀表有限公司；FA1004電子分析天平，上海天平儀器廠；DH-101電熱恒溫鼓風干燥箱，天津市中環實驗電爐有限公司；LD-2A離心機，北京醫用離心機廠；SB-4型可調式電熱板，北京科偉永興儀器有限公司；ELAN電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）。

1.1.2主要藥品試劑硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鎂、氯化銨、硝酸銨、硫酸銨、碳酸氨、氯化鎂、醋酸鈉、醋酸、鹽酸羥氨、鹽酸、雙氧水、氫氟酸、高氯酸、硝酸鎘均為分析純試劑（生產廠家：天津市北方化學試劑廠）；實驗用水為三蒸水。

1.2土壤樣品的采集與制備

1.2.1土壤樣品的采集土壤樣品選自天津市農用耕地中的土壤。采用對角線布點采樣法取表層土(深度0~20cm)，該深度正是農作物根系所在深度且容易受周圍環境影響，混合均勻后采用四分法分取3kg左右土壤帶回實驗室。采樣過程均使用木制工具，樣品用塑料袋盛裝。

1.2.2土壤樣品的制備土壤樣品經自然風干、磨細、篩分等常規處理，進行土壤質地、pH值、有機質、鹽度等理化性質等分析，得出土壤理化性質——土壤為灰棕色，重壤質，塊狀結構，石灰反應中等，pH值為8.4，弱堿性，有機質含量為2%，鹽度為0.3%，屬于輕度氯化物型鹽化濕潮土。將制備好的土壤樣品準確稱取2kg，均勻地加入的Cd(NO3)2溶液，平攤放在塑料薄膜上，按一定時間間隔加入適量去離子水，讓Cd(NO3)2與土壤充分反應。實驗表明，外源Cd進入土壤后，由于各種因素作用，鎘發生各種形態轉化，老化時間為35d左右，土壤中鎘的各種形態基本保持相對穩定。因此將加入外源鎘的土壤自然風干至40d，破碎、篩分。用ICP-OES法測試，土壤中鎘的含量為0.72mg•kg-1。將處理后的土壤樣品待之自然老化。土壤老化40d后，風干，破碎，篩分備用。取制備好的供試土壤，每個樣品按50g稱量，分別加入NaNO3、KNO3、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2溶液。溶液濃度分別為0.0、0.04、0.08mol•L-1。NaNO3、KNO3、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2溶液的加入量各為50mL，以保證被加入的Na+、K+、Ca2+、Mg2+的濃度相同。室溫下穩定30d。待自然風干后將樣品破碎篩分，從每個樣品中采樣1g，利用Tessier連續提取技術，采用ICP-MS測試土壤樣品Cd的形態特征變化，特別是由水溶態和可交換態組成的生物效應明顯的有效態特征，同時利用空白試驗進行對比，分析土壤鹽堿化過程中陽離子Na+、K+、Ca2+、Mg2+對土壤中Cd的形態特征變化影響。每個實驗設3個重復。

1.3測定方法土壤中鎘形態采用改進后的Tessiers連續提取法[17]，將其分為有效態(Exc)、碳酸鹽結合態(CARB)、鐵錳氧化物結合態(oxFe-Mn)、有機結合態(BO)、殘渣態(Res)五種形態。提取后采用ICP-MS測試。

2結果及討論

2.1陽離子種類對土壤鎘形態分布的影響以陽離子0.04mol/L濃度為例，分析陽離子種類對土壤鎘形態分布的影響（圖1）。從圖1可知，隨著Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽離子的加入，土壤中鎘的有效態含量發生了明顯的增加，增加的幅度達到了52.71%~65.97%，其中Ca2+使土壤中有效態鎘增加的幅度最大，Mg2+次之，Na+、K+對鎘有效態的影響最小，二者大致相同。隨著Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽離子的加入，鎘的其它形態含量普遍減少。鎘的碳酸鹽態含量減少的幅度為28.90%~63.14%，其中Na+的影響最大，Ca的影響最少；鎘的鐵錳態含量減少的幅度為13.66%~25.11%，其中Ca2+的影響最大，Na+的影響最少；鎘的有機態含量減少的幅度為21.89%~43.95%，其中Na+的影響最大，Ca2+的影響最少；鎘的殘渣態含量的減少幅度為4.44%~11.63%，其中Ca2+的影響最大，Mg2+的影響最少。土壤中鎘的有效態有明顯增加可能是由于金屬陽離子與鎘離子競爭土壤吸附位點，使得一部分鎘離子被添加進的金屬離子所替代，使得其他各形態的鎘含量有所下降，而有效態則增加。對于不同的陽離子，由于其所帶電荷數的多少以及離子半徑的大小等因素，也能影響吸附效果Na+是一價離子且離子半徑較小，影響較小；K+雖然也是一價離子，但其離子半徑相對大一些，影響比Na+大一些[18]。Ca2+與Cd2+半徑相近，且都是二價離子，其影響要比K+、Na+都大[19-20]。Ca2+半徑與Cd2+相近，故表現出了最大吸附競爭作用，而Mg2+與Ca2+性質相近，也表現出了與之類似的作用。它們的作用要強于K+和Na+。

2.2陽離子濃度對土壤鎘形態分布的影響圖2顯示了各陽離子濃度變化對土壤鎘形態分布的影響。從圖2可知，對于Na+，隨著離子濃度從0.02mol•L-1增大到0.08mol•L-1，有效態鎘含量逐漸增加；碳酸鹽態鎘在0.02mol•L-1時含量最大，0.04mol•L-1時含量最小；鐵錳氧化態、有機態和殘渣態鎘含量都隨著離子濃度的增大在逐漸減少。對于K+，隨著離子濃度從0.02mol•L-1增大到0.08mol•L-1，有效態鎘含量逐漸增加；碳酸鹽態鎘在0.08mol•L-1時含量最大，0.04mol•L-1時含量最小；鐵錳氧化態鎘隨著離子濃度的增大在逐漸減少；有機態鎘含量在離子濃度為0.04mol•L-1時最大，0.02mol•L-1時最小；殘渣態鎘含量在離子濃度為0.02mol•L-1時最大，在0.04mol•L-1和0.08mol•L-1時相當；對于Ca2+，隨著離子濃度從0.02mol•L-1增大到0.08mol•L-1，有效態鎘含量增加；碳酸鹽態和鐵錳氧化態鎘含量隨著離子濃度的增大逐漸減小；有效態鎘含量在離子濃度為0.08mol•L-1時最大，0.02mol•L-1時次之，0.04mol•L-1時最小；殘渣態鎘含量在0.04mol•L-1時最大，0.08mol•L-1次之，0.02mol•L-1最少；對于Mg2+，隨著離子濃度從0.02mol•L-1增大到0.08mol•L-1，有效態鎘含量增加；碳酸鹽態鎘含量在0.04mol•L-1時最大，0.02mol•L-1和0.08mol•L-1時相當；鐵錳氧化態、有機態、殘渣態鎘含量隨著離子濃度的增大，均有不同程度的下降。土壤中的陽離子通過影響土壤溶液的離子強度、土壤pH值、土壤有機質等土壤性質，改變土壤鎘的吸附特性，使土壤膠體和粘土礦物對重金屬離子的吸附能力降低。陽離子作為鎘的競爭因子，與鎘競爭土壤的吸附位點，主要是與鎘競爭粘土礦物、氧化物和有機質的陽離子交換吸附位點，減弱土壤對鎘離子的吸附。陽離子的含量增加，造成金屬陽離子與Cd2+兩者對吸附劑表面空位的競爭，從而降低了對鎘的吸附[21-22]。

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1文化遺址區古土壤環境研究進展

1.1土壤粒度粒度組成對于查明沉積物的物質來源、搬運介質和動力、沉積環境及其變化均有重要的意義［7］，且兼有相對完善的實驗原理和技術方法，被廣泛應用于古土壤沉積成因的環境研究中，是分析古土壤成因的有效途徑［8］。楊用釗［9］通過系統的環境研究江蘇綽墩古土壤不同粒徑土壤粒度的平均含量及眾數粒度，并與附近的鎮江下蜀黃土剖面的粒度特征進行比較，初步認定綽墩古土壤母質為下蜀黃土。周華等［10］通過分析江蘇連云港藤花落遺址土壤粒度發現，遺址文明存在期間曾發生過大規模或長時間水患事件，農業生產條件被破壞，最終導致整個文明走向衰落，同時，結合重金屬環境研究結果，發現龍山文化時期人類社會的出現與繁榮恰逢自然環境相對良好時期，并且文明衰落與消亡正好對應自然環境發生變遷階段，環境研究表明自然環境變遷是通過影響農業生產的興衰而導致文明的興盛與湮滅。張俊娜和夏正楷［11］運用河南洛陽二里頭南沉積剖面的粒度特征的分析結果指示了水動力條件的強弱，并與氣候的暖濕變化相對應，結合光釋光測年及磁化率環境研究結果，最終確定該剖面沉積過程經歷了3個階段，其中剖面中部地層曾經歷了一場河流階地被淹沒的特大洪水事件。

1.2土壤微形態土壤微形態是土壤組構在微觀-超微觀尺度上的具體表現，包含有大量在宏觀上用肉眼無法觀察到的細微現象，因此長期被作為環境研究土壤發展演替的重要途徑［12］。通過環境研究文化遺址內土壤微形態特征來恢復歷史時期人類的活動方式和環境特征是一種有效手段，近些年來在歐洲、中亞、中美洲等地的考古環境研究中開展了大量土壤微形態環境研究工作，并取得了豐富的成果［12］。Cornwall［13］首次根據考古遺址中土壤微形態分析的結果重建古環境變化的歷史，并解釋了灰燼、居住面等人類活動遺跡的特征;Biagi等［14］通過觀察土壤微形態對史前遺址周圍土地利用情況的影響進行了環境研究，為認識史前農業和畜牧業等經濟生活方式提供了重要信息;Courty等［15］在出版的《SoilMicromorphologyinArchaeology》中建立了一套相對獨立的土壤微形態環境研究方法，并通過對約旦河下游NetivHagdud和Salibiya前陶新石器遺址建筑遺存的土壤微形態進行分析，發現所有用來建筑房屋的土坯均是采用從附近的河流沖積物中專門挑選的原料制成，但不同地面所用的材料有所區別;Kemp等［16］通過土壤微形態環境研究，初步恢復了古耕作土壤特征及農耕方式;董廣輝等［17］對青海喇家遺址內外砂壤土進行顯微鏡觀察和土壤微結構分析，認為喇家遺址內成壤環境較穩定，受生物擾動較少，局部淋溶作用較強和有人類作用的痕跡，而遺址外土壤微形態受到生物強烈的擾動，并且經歷了古水流的作用。

1.3土壤元素自然環境變化引起的土壤環境變化是造成土壤中元素遷移轉化的根本原因，因此土壤中元素含量的多少及變化能很好地反映環境變化［18］。人類在某個地區定居下來，并進行各種人類活動必然會對周圍的環境造成影響，并改變周圍土壤中的地球化學元素組成［4］。不同的人類活動對周圍環境中的土壤會造成不同的地球化學元素改變，而土壤中化學元素組成的空間并不會因為房屋或者遺址的廢棄而改變，能更準確地反映遺址過去的空間分布［19］。當僅僅依靠發現的古器物不足以解釋某一區域問題的時候，土壤的元素組成能夠提供古人活動的重要線索［20-23］。Barba和Bello［24］在美國中部以及瑪雅地區，環境研究驗證了在中美洲可以運用化學元素推測古人類活動;Sandra和Christopher等［25］將衛星遙感影像分析和空間統計相結合，對多種化學元素進行疊加，用以鑒定馬拉納圣盧卡斯考古遺址的空間化學組合，結果表明當時的土壤條件難以生長自然植被，而地表化學富集受其他過程的影響。環境研究土壤元素在不同土層的富集和虧損可判斷遺址的殘留與遷移，可反映古人類對土壤的利用活動。元素磷在古遺址的尋找和解釋中占有非常重要的席位［26-27］。1911年，埃及農學家Hughes注意到古人類居住地土壤磷含量高于周圍相同時期自然土壤磷含量［28］，但最早系統地將土壤磷分析用作考古環境研究的是瑞典的Arrhenius，他于1929年發現包含維京農場和居民點遺骸地區的土壤中磷的含量高［29］，采用富磷指示古人類活動這一結論運用于北國遺址環境研究中，證明此地3名婦女曾因使用巫術而被焚燒，此后，考古學家開始考慮通過環境研究土壤化學元素來反映人類活動;1963年，Arrhenius［30］證實富磷指示結論同樣適用于美國西南部考古遺址，跨文化跨地區卻相近的環境研究結論確立了富磷可作為重要指標指示人類定居點，同時也證明了環境研究土壤元素對考古具有一定的價值。董廣輝等［31］對河南大陽河遺址古土壤化學性質進行環境研究，發現文明起源時期的人類活動對古土壤化學性質產生了明顯的影響，土壤中有機碳、全氮和有機磷質量分數明顯增加，人類活動還使古土壤中元素質量分數的比值發生了明顯的變化，由此說明環境研究地點的人類活動方式是生活和居住，而不是農作。與王灣三期相比，二里頭時期土壤中有機碳、全氮和有機磷質量分數明顯升高，這也說明環境研究地點二里頭時期人類活動強度較王灣三期有所增強。查理思等［32］環境研究了河南洛陽二里頭文化遺址區古人類活動對土壤化學成分的影響，結果表明古人類活動使土壤有機碳、全磷和有機磷含量顯著增加，還使土壤中元素含量的比值發生了明顯的變化，有機磷含量與全磷含量的比值明顯增加，元素含量和比值變化特征說明環境研究地點為古人類的生活居住區。其他元素的分析也可以為古人類空間利用模式提供有效的線索，特別是一些重要的金屬元素［4］。土壤中高含量Fe與古人類加工龍舌蘭或者屠宰動物以及廚房區域有關［33］;Ca、Sr含量的高值與利用貝殼沙作肥料的農田、靠近爐邊的位置密切相關［26，34］;Hg的含量與手工制作區有關［35］、并且辰砂(HgS)常被瑪雅人用來作為裝飾或者進行某種儀式(比如葬禮)時的大紅顏料［36］，Hg的含量與宗教儀式或葬禮有關［37］;而Ba、La、Ce、Pr、K、Cs、Th和Rb在原先的小村落地區高度富集，可以指示當地古人的居住區域［26］;Ca、Ba、Sr、Zn、P和Pb可以反映古人類不同的活動方式［34］;而軟錳礦(MnO2)、孔雀石(CuCO3•Cu(OH)2)、藍銅礦也常被用作顏料［36］。李中軒等［38］對湖北遼瓦店遺址地層樣品的氧化物含量和地球化學元素含量的分析結果表明，K、Mn、Sr、Ba含量驟降地層說明該時期人類活動減少，其原因可能為自然災害，Pb含量的異常和Cu含量高值暗示遺址有青銅器制作活動，此外，Mg和Ca含量的高值與耕作區、墻壁灰漿、生活垃圾堆積等人類活動相關。周群英和黃春長［39］對陜西西周灃鎬遺址區土壤樣品中的Fe、Rb、和Se的含量進行分析，其結果揭示了與全新世環境變化相對應的成壤過程，土壤發育表現為邊沉積邊成壤，同時發現人類農業耕作活動主要是從西周人遷都至灃河岸邊時開始的。高華中等［40］通過分析三峽庫區中壩遺址(位于重慶市于忠縣境內)土壤中有機碳含量及其與周圍環境的關系，推測當人類活動強度大，地表自然植被破壞嚴重時，有機質的輸入量減少，土壤侵蝕量增大，土壤有機碳含量隨之降低;當氣溫下降時，往往降水隨之減少，對植被生長不利，從而造成有機質輸入量減少。

1.4土壤磁化率土壤磁化率是土壤各組分的磁性反映，是物質磁化性能的量度［41］。土壤磁性受環境控制，在評價氣候、母質、生物、地形和時間等主要成土因子的基礎上，能夠反映全球環境變化、氣候變遷和人類活動等綜合信息。有關土壤磁化率特征與土壤性質的關系及影響因素已有大量環境研究報道，特別是在一些文化遺址區內，環境研究結果顯示在土壤發生學、古氣候和環境變化等方面的應用已經取得較大進展，為相關考古環境研究提供了具有價值的依據。磁化率在黃土高原地區古氣候環境研究中被作為一種代用氣候指標［42］。安芷生等［43］指出:古土壤的較高磁化率值在一定程度上反映了溫濕氣候條件下濕度增大促使植被密度增大、成壤作用增強;反之，低磁化率則指示了濕度較小、植被稀疏、發育黃土的干冷氣候狀況。霍俊杰等［44］對陜西大荔人遺址剖面進行了系統的巖石磁學性質環境研究，結果表明黃土-古土壤樣品的頻率磁化率曲線，古里雅冰芯氧同位素、細微粒濃度曲線，岐山五里鋪剖面有機質含量曲線在古氣候記錄方面具有一致性，均展示出至少從MIS5以來，氣候從冰期到間冰期的變化是漸變的，反之則表現了突變特征。洛陽盆地內二里頭遺址南沉積剖面位于遺址所在二級階地的前緣，屬于河流堆積，張俊娜和夏正楷［11］對剖面的沉積物樣品進行磁化率分析，發現磁化率的大小與水動力和氣候條件相關，環境研究發現該沉積剖面記錄了4000aBP前后龍山晚期發生的一次異常洪水事件，這次洪水事件對二里頭城址的選擇具有重要的影響。馬春梅等［45］結合磁化率和地球化學元素提取出安徽尉遲寺遺址地層記錄的環境演變信息，認為該區5050aBP以前即新石器時期為暖濕氣候，大汶口文化階段氣候偏干冷且波動頻繁，大汶口至龍山文化期間，氣候由冷轉向溫濕，為水稻生產提供了有利條件，促進了龍山文化的繁榮。張振卿等［46］對河南安陽殷墟地區3個土壤剖面的巖性分析和磁化率測試，發現巖性和磁化率變化之間均存在較好的一致性。磁化率從地表向下均有明顯降低的趨勢，黃土-古土壤序列的磁化率埋藏效應在殷墟地區河流相沉積物中同樣存在;土壤剖面中古土壤層磁化率相對其他層位明顯降低，且波動幅度較小，這種規律有別于目前已被廣泛接受的黃土中古土壤磁化率增強的土壤成因模式;殷墟地區土壤剖面磁化率在古土壤層上部急劇升高且波動劇烈，該層位年代和殷墟文化產生的年代相吻合。受人類干擾強烈的土壤，特別是文化層土壤，人類活動對磁化率起到了主要作用。史威等［47］對重慶中壩考古遺址多剖面地層進行高分辨率的質量磁化率(SI)分析，環境研究表明:磁化率分布表現異常，在很大程度上已掩蓋了氣候變化、成土作用等因素對地層磁化率分布的貢獻，反映出遺址堆積物曾受到人類長期異常強烈的改造，而堆積物來源主要以文化器物碎片、人為帶入的自然碎屑物和頻繁的洪水沉積物為主。碎陶片集中(尤其紅陶)的文化層表現為高磁化率，其中多次異常高值的出現可能與當時高強度用火、大規模燃燒等事件致使土層磁性礦物增加有關;而“洪水擾動層”則表現為低磁化率。

1.5多環芳烴多環芳烴(PAHs)是包括化石燃料煤、石油、煤焦油等有機化合物的熱解或不完全燃燒的產物，廣泛分布于大氣、土壤、古土壤、沉積物、有機生物體中［48］，是人類活動的良好指示物［49］。曹志洪［50］在環境研究新石器時期水稻土時發現含有較高的多環芳烴(PAHs)等有機污染物，并通過實驗證明其主要來源于古人焚燒的稻草秸稈，其中有少量也可能是還原條件下的生物自然合成的［51］。Ramdahl［52］認為惹烯也能通過松類樹脂在低溫燃燒下降解形成，鄒勝利等［49］在金羅家遺址考古土壤中檢測到了卡達烯和惹烯兩種多環芳烴化合物，可推測高等植被是古人類生活用火的主要薪材。李久海等［53］運用聚類分析和主成分分析環境研究了多環芳烴(PAHs)在含6000a(馬家浜文化時期)古水稻土剖面中的分布特征，環境研究表明、苯并(k)熒蒽、苯并(a)蒽、茚并(1，2，3-cd)芘、苯并(b)熒蒽、芘、苯并(a)芘、二苯并(a，h)蒽和熒蒽等化合物主要是人為產生，芴和菲由生物合成，而萘、二萘嵌苯和蒽則可能來源于人為產生和生物合成的共同作用。此外，熒蒽/菲、苯并(a)蒽/菲和苯并(a)芘/菲等可以作為與陸生植物和化石燃料燃燒有關的芳烴產物的標志，這些多環芳烴可能與人類活動有一定的關系，說明考古遺址土壤中的多環芳烴記錄能夠反映生活在該遺址上一些人類社會經濟發展和活動的信息［49］。

1.6土壤植物遺存植物考古的環境研究不僅可以探索與人類文化活動相關的植物遺存，如食物生產的起源與發展過程、人類利用其他植物的活動等;同時能復原古代生態環境。植物考古旨在解決考古學環境研究中的全面復原人類社會的歷史問題。通常在考古遺址中發現的植物遺存可歸納為三大類［54］:大植物遺存(Macroremains)、孢粉(PollenandSpores)和植物硅酸體(Phytolith，Plantopal)。大植物遺存主要包括木材、種子、果實、果核及外殼、莖稈等。由于植物產生大量的具有顯著形態學特征的種子并廣泛傳播，且易于保存，所以最為醒目和可靠的當屬能在遺址中找到較多的種子和果實［35］。考古遺址中的大植物遺存主要針對炭化過的植物遺存而言［55］。炭化的大植物遺存目前主要通過浮選的方法獲得，可以作為標本來鑒定植物來源種屬，并且方便進行直接的14C測年。如，閆雪等［56］通過浮選結果的量化分析，推測商代鄭家壩地區經營以粟為主的旱作農業，并且有豐富的野生核果、漿果類以及其他植物資源。王育茜等［57］通過分析遼寧查海遺址的炭化植物遺存，初步了解到該遺址聚落周圍廣泛分布闊葉落葉林，且其植被組合可能與全新世初期溫暖濕潤的氣候有關，聚落居民在房屋建筑材料和薪柴獲取活動中利用了聚落周圍的森林資源，而遺存的山杏、核桃楸、榛子和一些禾本科、豆科植物的發現說明采集是獲取植物性食物的主要方式。孢粉形體微小、形態各異、廣泛分布、易于保存，有助于環境研究史前時期地區較廣范圍的區域性植被的植物組成［54］。孢粉與遺址的各階段氣候、古環境變化和古人類的活動密切相關，而且顯示了古人生產活動的程度和能力。利用孢粉分析結果分析古代的植被狀況，推測當時的環境背景，有助于了解環境變化和人類文化演變之間的關系［58］。李珍等［59］在環境研究上海馬橋遺址時，利用文化層中各孢粉組合的差異反映了古人類活動環境的變遷，孢粉組合特征說明從良諸文化時期農業已有發展，由出土的錛、鏟刀等也可證實;孫雄偉和夏正楷［58］以土壤剖面為環境研究對象，通過高分辨率的孢粉分析表明該地區中全新世以來的孢粉組合以草本植物占絕對優勢，并根據孢粉組合的變化將剖面分為5個孢粉組合帶，探討了各個時期的古植被和古環境變化;張玉蘭［60］通過環境研究上海廣富林遺址、馬橋遺址探方樣品的孢粉、藻類，并結合前人已有的資料推測太湖地區良渚文化突然消亡的原因是水泛。植硅體是土壤中生物硅的一種［61］。考古遺址文化層在堆積過程中，由于人類使用植物的活動，有可能積聚較多的植物莖和葉，莖和葉腐爛后，其中的硅化細胞和組織———植硅體能夠得以保存，而且數量很大，在考古土壤、容器內含物、灰堆、陶器碎片、干糞中常可大量地發現。植硅體作為考古土壤中的原地腐爛的植物殘余，能夠反映細微的環境變化和過去人類對植物的選擇以及利用有關的文化活動［49，62］。姜欽華［63］通過測定河南潁陽遺址區土壤樣品中禾草類植硅石含量和花粉含量，結果表明在五千年前的仰韶文化中、晚期，登封地區的氣候溫暖濕潤，并且當時登封地區可能已經有一定規模的水稻種植。吳妍等［64］對湖北鄖西黃龍洞遺址區土壤中植硅體進行分析，發現地層中禾本科和木本科的植硅體特征顯示遺址古植被環境較好;較多海綿狀骨針反映古人類活動時期遺址周圍有較好的水源條件;洞內遺址活動層中較多碳屑樣品則反映鄖西人在洞穴內可能曾有過對火的控制和利用。結果表明當時氣候類型總體為溫暖型，鄖西人生活居住的洞內氣候較溫暖干燥，而洞外相對炎熱濕潤。

1.7土壤動物遺存動物考古旨在通過對遺址內動物的化石遺存環境研究，尋找人類與動物之間的關系。李新偉等［65］對河南靈寶西坡M27墓主腹部的土樣進行提取并進行顯微鏡觀測，發現有圓圓的寄生蟲卵，這種寄生蟲卵通常與食用豬肉有關;通過對骨骼內15N的分析同樣也可以反映出墓主的食肉情況，15N的含量高一般就表明使用豬肉較多;此外，對墓主人頭骨的環境研究，發現他的頭骨形態與西坡聚落另一座大型墓葬M8的頭骨形態非常相似，以此推測墓主極可能是一個當時社會上層家族的一員。國內外一些學者通過環境研究遺址出土動物牙釉質及骨骼來推測古環境。國際考古學界一般以出土的當地動物骨骼和牙釉質的鍶同位素比值建立遺址當地的鍶同位素比值標準。Ezzo和Price［66］測定了遺址出土嚙齒動物的牙釉質及骨骼的鍶同位素比值和同一遺址史前人類牙釉質的鍶同位素比值，環境研究表明二者非常接近。Bentley等［67］對出土動物牙釉質的鍶同位素比值的統計分析，得出豬的鍶同位素標準偏差遠遠小于其他動物，而且由于豬吃的食物主要是人類食物的剩余，所以可以用豬骨骼和牙齒中鍶同位素比值代表當地的鍶同位素水平。國內學者在環境研究遺址出土動物骨骼的基礎上推測當時的自然環境及生業模式，如，趙春燕等［68］通過測定河南瓦店遺址龍山文化晚期出土的鼠骨及豬、黃牛、綿羊牙釉質的鍶同位素比值，推斷由當地出產鼠的可能性最大，由出土鼠骨的鍶同位素修正得到瓦店遺址當地的鍶同位素比值范圍，并根據該范圍確定了出土的豬、綿羊和黃牛是否在當地出生;胡松梅等［69］對陜北橫山楊界沙遺址出土的所有動物骨骼進行了科學的收集和分類鑒定，環境研究表明至少代表3綱7目10科11個屬種，并推測遺址周圍的自然景觀以草原為主，草原上有草兔、綿羊等食草動物，不遠處的沙漠曾有鵝喉羚出沒，草原和沙漠間分布著一定面積的水域且有蚌類出現，飼養家畜和捕獵野生動物是當時人們的肉食來源，其中家養動物豬的肉量比例占到了整個食用動物群的87.9%;趙瑩［70］通過鑒定、環境研究銀梭島遺址出土的動物骨骼標本，探討了骨骼標本痕跡、骨角器的制作工藝以及該遺址先民的生存環境、生業模式、風俗習慣等;李永憲［71］通過環境研究卡諾遺址新出土的動物骨骼和生產工具，結果表明其用于“狩獵”、“畜牧”的石質工具從早到晚呈遞增趨勢，晚期狩獵業仍占有重要地位，農耕作物在很大程度上受到地理條件的限制。綜上，目前能夠反映古環境信息的土壤特性如表1所示。

2文化遺址區古土壤環境研究展望

2.1借鑒相關環境研究指標近年來文化遺址區古土壤的環境研究取得了很大的進展，但其環境研究方法主要是通過分析土壤粒度、土壤元素和土壤中的動植物遺存等方面來推測其所處時期的土壤條件、氣候環境以及人類活動情況，而幾乎沒有運用第四紀古土壤環境研究中常用于反映古氣候古環境的指標，如土壤顏色、土壤礦物、土壤黑碳等。

2.1.1土壤顏色土壤顏色是其在可見光波段的反射光譜特性，與土壤有機質含量、氧化鐵含量、質地、黏粒含量、水分、主導黏土礦物類型等理化性狀密切相關［72］。已有環境研究結果表明［72-78］，土壤的顏色記錄在千萬年尺度上，土壤顏度指標中的紅度、黃度和亮度與氣候變化指標磁化率、粒度和碳酸鹽均有很好的相關性，能很好地再現氣候變化的特征，并能指示成土過程。比如，土壤紅化率指數可推斷古紅土成土母質風化成土作用［72］;土壤紅度值與年降水量有一定的定量關系［73］;土壤顏色的空間變化則可以反映氣候要素對土壤性狀的制約性［74］。因此，在環境研究文化遺址區古土壤時，土壤顏色作為氣候變化的代用指標是完全可行的［75］，通過其顏度指標中的紅度、黃度、亮度及其與磁化率、粒度等的關系來反映遺址區的氣候狀況，從而推測當時的生業方式及農耕條件;亦可運用紅化率指數推斷成土母質風化成土作用。此外，若遺址區土壤中發現紅燒土［79］、灰燼［80］等顏色明顯的古土壤，可推斷古人類居住點的空間變化情況。

2.1.2土壤黏土礦物、土壤氧化物類礦物黏土礦物的沉積分異、組合特征，礦物含量及礦物結晶度均從不同方面記錄了環境變化的信息，使黏土礦物成為了環境變化信息的載體［81］。不少國內外學者［78，82-84］通過對黏土礦物的環境研究，解釋了沉積物的來源、古氣候變化以及古環境特征。此外，還有一些學者探討了總有機碳與黏粒含量及黏土礦物含量的相關性［85］，或結合黏土礦物參數指標與土壤粒度特征、CH測年數據進行分析［86］，提取沉積物記錄的古環境信息。因此，在環境研究文化遺址區古土壤的黏土礦物特征時，若發現由相同母質發育形成的古土壤中黏土礦物不同，可以推測其可能受到了古人類或古環境的擾動，進而對黏土礦物與有機碳、黏粒含量、粒度、測年數據等指標進行相關性分析，從而推測古氣候及古環境狀況。土壤中的氧化物常作為反映成土過程和成土環境的指示物，可以通過分析不同氧化物、氧化物分子比值特征來說明地層所反映的氧化-還原條件、古氣候的冷(暖)-干(濕)變化情況［87］。如全氧化鐵(TFe2O3)指標反映相對降水量變化，硅鋁鐵率(SiO2/(Al2O3+Fe2O3))指示風化強度變化，氧化度(Fe3+/Fe2+)指示古溫度變化，殘積系數((Al2O3+Fe2O3)/(CaO+M+Na2O))、化學蝕變指數(CIA)、硅鋁率(SiO2/Al2O3)、退堿系數((Na2O+CaO)/Al2O3)等風化參數也可以指示古氣候變化［87］。此外，鐵能夠很好地反映自然土壤和有人為擾動的農田土壤的特征［88］;在相同或相近的降雨量、氣溫、排水狀況等成土環境下，氧化鐵可用于評價和推斷土壤發育程度和相對成土年齡［89］。上述實例說明，土壤氧化物可以作為一個良好的指標來分析文化遺址區古土壤特性及其反映的古環境信息。

2.1.3蝸牛蝸牛是黃土地層中一類最為豐富的生物化石，對氣候環境的變化十分敏感，能夠提供較物理、化學指標更為詳細的古氣候、古環境信息［90］。已有學者［91，92］根據蝸牛化石組合推測氣候環境的波動情況，如粉華蝸牛代表耐干旱、寒冷氣候的生態特征，而齒螺代表喜潮濕、溫暖的生態學特征［93］。因此，環境研究文化遺址區古土壤時，可通過蝸牛化石的環境研究來推測古氣候、古環境信息，進而結合其他指標推導古人類活動。

2.1.4土壤黑碳目前黑碳仍沒有統一的定義［94-96］，唐揚等［94］總結國內外學者關于黑碳的環境研究，認為黑碳是有機物不完全燃燒產生的具有較高熱穩定性的焦炭、木炭、煙灰和高度聚集的多環芳烴類物質，此外包括生物體自然降解的殘余物以及微小的有機碎屑。土壤黑碳可用于推斷特定區域內較大尺度時間(10000a)內所發生的大火事件，也可用于人類活動對土壤黑碳組分的影響［94］，并且何躍等［97-98］環境研究發現土壤黑碳與有機碳比值可以反映不同燃燒活動的物質來源。此外，Wang等［99］通過對全新世土壤的黑碳記錄環境研究顯示，表層土壤的質量沉積速率相對于下層土壤有大幅度的增加，可能與人類活動的影響有關。因此，通過測定文化遺址區的土壤黑碳濃度，可以重建古火災事件，進而反映歷史氣候干濕變化及化石燃料的使用歷史。

2.2進一步加強土壤學與考古學的結合考古地層學環境研究是現代文化遺址區時空界定的重要標尺，也是考古學中最為重要的理論。在發掘過程中，根據土質土色來判斷層位關系，是考古發掘過程中最常用的方法。但是對土壤缺乏科學系統的認識是目前考古學不可回避的事實。如果能在考古發掘過程中引入土壤學的相關知識，以其理論和方法統一考古對土壤的描述，加深土壤的系統環境研究，不僅可以促進考古學的規范化，同時也方便學科間的交流;并且可利用土壤特性分析成土時期周邊的氣候環境狀況，從而為我們環境研究古代文化提供便利。例如文化層的年代順序主要根據考古器物的(如陶片、瓷片、磚瓦塊等)顏色、圖案、花紋和形態類型與已確定年代的考古器物特征進行對比分析來確定，其結果可輔證土壤14C、熱釋光等測年結果，也可為大致判斷對應自然層的年代提供參考。程鵬和宋誠［100］在環境研究良渚文化時指出，考古遺址的環境研究包括對考古遺址的時空位置和遺址自身的環境研究，前者主要通過分析古人類居住點的空間變化，后者則是通過對遺址的地層堆積的環境研究，從全局到局部的環境研究思路，同樣可運用到土壤學環境研究中，從全局土壤一般性質到局部土壤特殊性質，變化差異可印證區域性和地方性環境演變與古人類生存活動的關系。王建新［6］通過對河南澠池縣班村遺址及周圍地區地層堆積情況的環境研究，確認了四種不同的地層，從遺址中心到遺址以外，人的作用越來越小，自然的作用越來越大，從而總結了將遺址邊緣區作為紐帶連接文化層與自然層的環境研究思路，再通過人工制品遺物和土色土質這兩種標準的對應和結合，就可以找到自然層與文化層之間的關系，將遺址及其周圍地區的環境與氣候的變遷環境研究與考古學文化的分期環境研究對應起來，從而準確地為考古學文化變遷的環境研究提供環境與氣候的背景。此外，農耕土層和文化斷層值得特別注意［6］，農耕土層往往與自然土層相似，但其堆積的原始書理被破壞，可通過檢測其中植物孢粉和硅酸體等的種類及數量予以確認，將農耕土層與遺址內外的自然層和文化層對應起來，進而推測農耕土層的文化時期;而文化斷層是自然災害的指示物，可以通過尋找文化斷層來尋找自然災害信息［101］。

2.3建立文化遺址區古土壤的診斷技術指標曹志洪［50］通過對中國史前灌溉稻田和古水稻土連續4年多的環境研究，提出了一套診斷古水稻田和古水稻土的技術指標，并獲得了新石器時期“火耕水溽”———原始灌溉稻作技術的科學證據，以揭示7000a以來我國稻作農業的興衰與全球氣候變化的關系以及灌溉稻田和水耕人為土起源及其對世界文明的貢獻。古人類活動在土壤中留下了許多的肉眼看得見和看不見的信息，事實上，土壤是我們環境研究古人類活動信息最主要的來源，在我們能夠破譯這些信息之前，土壤也是保護這些珍貴古人類信息的最好載體。因此建議建立文化遺址區古土壤的定性與定量化診斷技術指標體系，通過土壤結構、元素、微形態、動植物遺存、遺物遺跡等具體指標來推測古土壤特性及其所反映的古環境信息，并進一步推測古人類活動，以此對文化遺址區古土壤環境研究提供技術支持，同時有助于更明確地保護和環境研究古文化遺產。

2.4豐富文化遺址區古土壤的環境研究方法過程—響應關系是一種確定的土壤過程和由此產生的土壤特性之間的因果關系［102］。土壤過程會導致不同的、可量化的屬性，如黏土淀積作用，并且這些特征是可診斷的［103-104］。考古土壤學的主要目標是以此聯系某種土壤診斷指標和單一的因果過程或整套流程，下一步的環境研究目標則是量化這種關系［102］。這是因為文化遺址區考古土壤的過程—響應關系具有殊途同歸性，即不同影響因素的組合可以產生相同的最終結果［105-106］。如Carter和Da-vidson［107］、Usai［108］通過土壤微形態探討粉質黏粒膠膜與古耕作活動的關系，結果表明二者沒有直接的相關關系，其形成可能與耕作，也可能與繼承母質等非人為因素有關;Macphail的實驗表明，經踐踏和凍融過程后的粉質黏粒具有相似的特性;Courty［109］甚至對這種粉質黏粒膠膜給出了至少六種解釋，以此例證了可能性解釋的多樣性。2014年9月在波蘭托倫召開的第十三屆古土壤大會上，主要由來自俄羅斯、墨西哥和中國的土壤學家介紹了遺址區古土壤環境研究新進展。TamaraCruz-y-Cruz在墨西哥北部和中部含有動物化石遺址區通過分析土壤中有機質、大型土壤動物骨骼化石、動物膠原蛋白和牙釉質的穩定碳同位素(δ13C)含量，還原出C3和C4植物含量比例，從而推導出古氣候特征。Sycheva在舊石器文化Divnorie遺址運用土壤發生學推導古成土過程，并結合有機質、炭屑、連二亞硫酸鹽和草酸鹽含量分析以及孢粉譜測試結果，相互之間印證推導出古土壤成土環境。吳克寧在河南仰韶村文化遺址通過分析土壤的粒度、質地、磁化率、色度、孢粉和植硅體從而還原古環境特征，并推論出仰韶文化演變和氣候變化的耦合關系。因此，可進一步探索運用新的氣候替代指標和古人類活動檢測方法來環境研究文化遺址區的古土壤，獲取更多受古人類活動直接或間接影響的特殊指標數值，并分析各影響指標之間的相關關系，進而豐富文化遺址區古土壤的環境研究方法。

2.5加強對文化遺址區土壤的分類環境研究中國是歷史悠久、文化輝煌的國家，其寶貴的文化遺產中蘊含著深厚的歷史文化信息。對于文化遺址土壤這一特殊環境研究對象，土壤學家可通過考古資料推導不同時間尺度下古人類土地利用方式以及古氣候環境;而考古專家在推測古人類生產生活方式需考慮土壤肥力、土地利用、土壤發育過程對遺存物含量及位置變化的影響。土壤學家和考古學家相互合作，有助于還原文化遺址區的景觀環境和古人類活動，逐步加強土壤學和考古學的結合，不僅可以促進考古學的規范化，使環境研究成果更加科學，同時也方便學科之間的交流。環境研究古土壤已成為國際土壤學界新的環境研究熱點，2006年在美國費城召開的世界土壤學大會上將“古土壤”增列為“土壤的時空演變(Division-1)”大專業下的“第6專業委員會”。

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關鍵詞：水黃皮；半紅樹植物；培育習性

中圖分類號 S723.1，S725.71 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）12-0102-04

Abstract：In order to enrich coastal shelterbelt species and landscape planting species in Fujian Province. Semi-mangrove Pongamia pinnata which was introduced from Taiwen Province was planted at Zhangpu County in 2004.The morphological feature and the growth characteristics of Pongamia pinnata were observed. Seeds of Pongamia pinnata which were introduced from Taiwan were collected and were cultivated in nursery in 2008. And the planting experiment were tried in mudflat and landscape in Zhangpu County.Success on planting had been achieved.The result showed that Pongamia pinnata might be planted in coastal shelterbelt and landscape.The technique of seedling and planting of semi-mangrove Pongamia pinnata，which is summarized in this paper，can be used for reference.

Key words：Pongamia pinnata；Semi-mangrove plant；Seedling and planting habit

水S皮（Pongamia pinnata（L.）Merr.）原產于廣東、廣西、海南和臺灣。印度、日本、馬來西亞、新幾內亞、波利尼西亞群島、澳大利亞、馬斯卡群島等地也有分布[1]。是一個既能在潮間帶生存，并可在海灘上成為優勢樹種，又能在陸地環境自然繁殖的兩棲木本植物，是典型的半紅樹植物。國內外對半紅樹植物的研究還較少[2]，在水黃皮研究中主要是探索其化學成分及藥用價值的開發利用，有關水黃皮的種植有如下幾篇報道；呂武杭等（2007）進行了水黃皮的引種栽培試驗，韓靜等（2010）開展了水黃皮發芽試驗，林武星等（2010）闡述了水黃皮苗期生長特性和育苗技術，邱鳳英等（2010）研究了水黃皮幼苗的耐鹽性，劉濱爾等（2011）報道了不同基質對水黃皮幼苗生長及生理生化指標的影響。水黃皮具備獨特的形態結構和生態功能，具有抗風、耐鹽堿、抗旱和耐水浸的特性，它不僅是一個可做為沿海防護林樹種栽培的濱海植物，也是重要的工業原料和藥用原料，推廣種植水黃皮，不僅能夠給林產工業和醫藥行業提供原料來源，而且對豐富沿海防護林樹種、特別是對紅樹林濕地的物種多樣性具有重要的生態意義。2004年福建省漳浦縣從臺灣引種水黃皮，2007年開始開花結果，2008年從引種的水黃皮樹上采種育苗、并應用于沿海灘T地帶造林和陸地園林綠化，取得了良好的效果。針對于目前尚未對半紅樹植物水黃皮較為全面的總結報道，現依據多年來的栽培觀測、著重對水黃皮的形態特征、生物學特性、主要用途、苗木培育及造林方法方面進行闡述，以便為水黃皮作為沿海防護林樹種推廣栽培及其他方面的利用提供較為全面的資料參考。

1 水黃皮的特征特性

1.1 形態特征 水黃皮屬豆科Leguminosae（蝶形花科Papilionaceae）水黃皮屬Pongamia的常綠或半落葉喬木，通常樹高8～15m，奇數羽狀復葉，長20～25cm，小葉對生5～7片，單片小葉長5～10cm，寬4～8cm，近革質，卵形至長橢圓形，托葉早落。總狀花序腋生，花冠白色或淡紅色。每年開2次花，首次花期4-6月，果期8-10月。木質莢果矩形扁平，長4～6cm，寬約1.5～2.5cm，種子單粒，腎形。因為果實能在水面上漂浮傳播，也稱“水流豆”。根系發達，能深扎于土壤之中，枝條韌性大，抗風性強，還有“九重吹”之別稱。

1.2 生物學特性 水黃皮為中性植物，對光照要求不高，比較耐陰；生育適溫在22～33℃，具有耐熱之特性；對土壤要求不嚴，可在瘠薄的立地條件下生長，其根部的根瘤菌具固氮作用，能改良土壤，有利于提高土壤肥力；在水分需求上具有其耐旱性；水黃皮幼苗在鹽度為5～8g?kg-1處理下生長較好，鹽度超過8g?kg-1后，不適生長，可見半紅樹植物水黃皮對土壤鹽度具有一定的耐受性，可在鹽度適合的沿海岸邊造林生長[3]；水黃皮還有良好的耐風及抗污染能力。

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關鍵詞：城市；地質環境；重金屬含量；關系

Abstract: distribution and migration of heavy metal content in definite extent, reflect the change of geological environment situation, in view of the urban geological environment change, from the land of city, source and distribution of heavy metals in the changes of heavy metals in the geological environment and geological environment, and heavy metal elements in geologic environment three aspects discusses the significance of their relation to contain heavy metals, to offer some reference to improve the urban geological environment.

Key words: the city; Geological environment; Heavy metal content; Relationship between

中圖分類號：F407.1 文獻標識碼：A

隨著人類經濟的發展，城市化成為必然的過程，而我國正處于快速城市化時期，相應對城市地質環境的研究日益增多。加強城市地質環境的研究是實現城市可持續發展的重要工作，而針對重金屬與城市環境變化的聯系的研究則較少見，本文將嘗試闡述二者的關系，為城市地質環境的研究提供一些參考。

一、城市地質中重金屬元素來源與分布

明晰城市地質環境變化與重金屬元素關系首先要了解地質環境中的重金屬元素的來源與分布。地質環境中的重金屬元素來源廣泛，首先是成土母質本身含有的重金屬元素，不同的母質、成土所含有的重金屬種類及含量均有較大的差異性。而城市人類活動頻繁，也加重了重金屬的元素對大氣、水土的污染。

（一）大氣中重金屬沉降

大氣中重金屬主要來源于工業生產、汽車尾氣排放及輪胎磨損，其載體為有害氣體及粉塵。這些金屬元素通過自然沉降或雨水沉降的方式，進入城市表層土壤，隨著時間的延長而進入土壤深層或經雨水和風作用進入到河流或重入空氣中。大氣中主要的重金屬元素主要是鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鈷（Co）及銅（Cu）等，它們來自元含鉛汽油及汽車輪胎磨損。重金屬主要分布在以工業區為中心周邊區域和公路兩側，大氣重金屬沉降是隨著城市人口增多、土地利用率增大及機動車數量而增大的。工業越是發達，所帶來的重金屬也就越多。

（二）污水灌溉

在城市中，污水灌溉主要是指城市綠化地的用水。城市灌溉用水雖然經過了簡單處理，而從實質上而言仍舊屬于污水，水中含有多種重金屬元素，如：汞（Hg）、鎘（Cd）、砷（As），灌溉用水的初始來源仍舊是是工業廢水。此類重金屬元素主要分布在綠化地的土壤中。

(三)含重金屬廢棄物的堆積

重金屬廢棄物包含的范圍極為廣泛，有電子元件、電池、設備、生活垃圾等等。其主要含有的金屬有鎘（Cd）、汞（Hg）、鉻（Cr）、鋅（Zn）、銻（Sb）、鉛（Pb）等，主要污染范圍是以廢棄堆為中心，向四周擴散。而由于廢棄物的多樣性，導致各重金屬元素的含量污染程度不相同，例如以鉻渣堆放區則鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）為重度污染，而鋅（Zn）、銅（Cu）等污染程度相對較輕。

（四） 其他間接性污染

其他間接性的污染主要是重金屬元素的遷移而進入城市地質環境中，如隨著河流、地下水、空氣粉塵及人類交通運輸的材料等。由于此類重金屬元素一般具有很好的遷移性，污染分布的范圍極為廣泛，并且包括了以上提及的各類重金屬元素。

二、地質環境中重金屬形態與地質環境變化

重金屬元素的遷移性質與地質環境的水污染，土壤污染變化相關。而重金屬的形態直接決定著其遷移性質，從而產生不同的環境效應，同時也直接影響到重金屬的毒性和在自然界中的循環。重金屬的形態分類較多，所以本文只選取幾種共有和較為重要的形態進行論述。

（一） 可交換態重金屬

可交換態重金屬是指吸附在你粘土、腐殖質及其他成分上的金屬，它對環境變化敏感，易于遷移轉化，能被植物吸收。由于具有良好的可遷移性質，故能在某段時期內反映出人類近期排污及對生物的毒性強弱，間接的能反映出地質環境的變化。

（二）碳酸鹽結合態重金屬

碳酸鹽結合態重金屬是指地質中重金屬元素在碳酸鹽礦物上形成的共沉淀結合態。一般情況下，該形態能夠穩定的存在，而當土壤條件發生變化時，容易從重新釋放進入到環境當中，尤其容易受到pH值的影響。所以此類重金屬元素的遷移釋放表明了城市地質環境的變化。

（三）鐵錳氧化物結合態重金屬

礦物質外囊物和細小粉塵是鐵錳氧化物結合態重金屬主要存在的地方，重金屬主要通過吸附或共沉淀陰離子的方式而形成。它對土壤中的pH值和氧化還原電位敏感，在pH值和氧化還原電位較高時，有利于形成鐵錳氧化物，其主要反映的人文活動對地質環境的影響。

（四）有機結合態重金屬

有機結合態重金屬是土壤中各種有機物與土壤中的重金屬螯合而成，如植物殘體、腐殖質及礦物質顆粒等。在城市此類重金屬形態主要存在與河流當中，反映地質環境中有機物污水或污染土的情況。

（五） 殘渣態重金屬

殘渣態金屬是在自然地質風化過程中產生的，一般存在與硅酸鹽、原生和次生礦物中。此形態的重金屬能夠長期穩定的存在，自然條件下，需要經過漫長風化、侵蝕過程才能夠釋放到環境當中。其遷移情況反映的是地質環境的長期變化的情況，而在城市地質環境中相對少見。

三、重金屬元素對城市地質環境的意義

重金屬元素的分布規律是與土壤發生過程和/或其他過程的綜合作用有關。研究表明，風化成壤的過程中土壤各層重金屬元素含量特點基本上與母質的地球化學特征相似。而對于具體環境而言，對比不同層次的重金屬含量與背景值的差異，可以反映出外源性重金屬是否有加入和富集。地質土壤中金屬元素主要以殘渣態存在，短時期內能夠保持穩定的狀態，所以當存在人類活動作用時，重金屬元素的變化就反映在了地質地層上，某些情況下，檢測不同地層的重金屬變化，還可以推斷或預測地質變化歷史和趨勢。

四、結語

總體而言，重金屬元素的分布不同及存在形態的不同反映了城市地質環境中水文，礦產資源以及人類活動的情況，重金屬元素的分布越是廣泛越表明地質環境污染變化越嚴重，而形態的多樣性則進一步表明城市地質環境的多樣性與多變性。檢測城市地質中重金屬元素的變化情況，有利于更為清楚了解城市地質所發生的變化。

參考文獻

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關鍵詞：非光滑表面 工程仿生 幾何形態 減粘脫附

引言

仿生被認為是原始創新的不竭動力和源泉，是一個無止境的科技前沿。仿生摩擦學是工程仿生的重要領域，是仿生學的一個重要分支。仿生摩擦學技術建立于生物摩擦學行為的認識和深入理解之上，仿生摩擦學研究內容包括仿生減摩（減阻）、仿生增摩（增阻）、仿生附著、仿生防粘（仿生自清潔）、仿生耐磨、仿生等。生物所具有的各種摩擦學行為是其生存所需要的。就防粘與附著而言，若生物體表面需要防粘，其表面即進化出有利于防粘的結構表面和物質構成，典型的如荷葉效應、土壤洞穴動物的防粘脫土功能，這種防粘結構和功能被用于多種人工表面的仿生防粘乃至減阻設計中。

1生物表面粘附性的仿生學研究

生物表面的粘附是生物進化出來的適應生存環境的功能，生物的一些部位需求粘附，因而在這些部位進化出強的粘附功能，典型的生物粘附或稱附著，發生在昆蟲、壁虎等動物足上。最近若干年對粘附的研究有明顯的進展。許多動物能夠利用各種附著裝置附著或行走在光滑或粗糙表面如垂直壁面和天棚上，顯示出優良的附著功能。許多動物爪上具有爪墊，對光滑表面以及各種粗糙表面有很強的附著能力。

按照附著方式可大致將動物足分為三類：爪子、光滑爪墊和剛毛爪墊。動物爪子能夠在粗糙表面上附著，其附著能力與表面粗糙度、爪子尖端幾何形狀和尺寸及摩擦系數有關。動物的光滑爪墊軟且可變形，能夠在光滑表面上附著，如蟑螂、蜜蜂、蝗蟲和臭蟲的爪墊。動物(如壁虎、蒼蠅、甲蟲和蜘蛛)的剛毛爪墊覆蓋有較長的可變形剛毛，如圖1所示。由于這些剛毛易彎曲而與表面接觸形成一系列接觸微區，Peressadko和Gorb認為剛毛尖端部位總體上是平的，構成端部接觸單元，端部單元承擔著與表面的接觸，爪墊的附著力取決于接觸單元的數量和與外物表面產生緊密接觸的能力。

仿生附著技術還在發展中，預計通過有效的應用基礎研究，仿生附著技術將會在較多領域獲得應用。

2生物表面防粘性的仿生學研究

粘濕的松散物料對機械部件的粘附現象在工程中具有普遍性，尤其是土壤粘附具有較為廣泛的代表性。松軟土壤與地面機械觸土部件接觸過程中產生的粘附現象有兩種表現形式：一是表現為土壤與固體表面之間形成的粘附力，二是表現為因土壤粘附力的作用而導致土壤在觸土部件上形成嚴重的粘附積留現象。土壤粘附嚴重降低地面機械的作業效率和作業質量，增大能耗，甚至使機械無法作業。

柔性是土壤動物體表乃至生物界存在的力學現象。螻蛄、螞蚱、蟋蟀、蜣螂、步甲、田鼠等土壤洞穴動物的許多部位生長著剛毛。土壤動物體表柔性主要體現在非光滑結構單元上，因此，稱之為生物柔性非光滑。這種柔性非光滑除具有非光滑表面減粘作用外，單元體的柔性對來自土壤的作用力具有緩沖作用，并通過柔性單元體的相互位移、扭曲等動作使與其接觸的土壤被脫掉。土壤動物體壁、節肢的柔性性質對它們的脫土功能也有貢獻。基于土壤動物體表柔性非光滑特征設計的仿生裝置用于鏟斗、輪斗、挖斗、自卸車車廂等觸土部件上取得了顯著的脫附效果。

3生物表面摩擦的仿生學研究

生物表面摩擦性能及機理研究受到較大關注，吸引了較多的研究者從事生物摩擦及其仿生摩擦研究。摩擦研究關注兩個不同的目標，一個是增大表面摩擦力，一個是減小表面摩擦力，而在許多情況下又需要將摩擦力或摩擦系數控制在一定的范圍而滿足于相應的技術需求（如制動摩擦技術）。通過研究生物摩擦，創造仿生摩擦技術及裝置是仿生摩擦學研究和技術開發的發展方向之一。

流體介質中運動表面的仿生減阻技術得到了較多的研究，在流體中運動的表面與流體之間產生摩擦力，構成運動表面的前進阻力。Carpenter詳細分析了運動表面幾何形態對流體運動阻力的影響。鯊魚皮膚的減阻功能被人們用作流體減阻技術研究與開發的仿效對象，鯊魚皮表面排布著一系列的鱗片，鯊魚鱗片具有肋條形態，如圖2所示。受鯊魚皮膚結構表面特征及其減阻機理的啟發，發明了多種流體減阻結構表面。具有這種相同仿生微觀表面形態的透明塑料薄膜，可使飛機阻力減小8%，這意味著節省燃油消耗約1.5%。

Sirovich和Karlsson的研究表明：對機飛行、燃料管道輸送等高雷諾數情況下，渦流阻力是一個制約性能的重要因素。對于這種情況，當表面呈V-型突起形態(見圖3)且為隨機分布時，其阻力比光滑表面的阻力小，然而，其阻力會因V-型突起分布的微小的變化對阻力特性影響明顯。表面突起減阻方法在飛機上應用涉及成本問題，對于巡航飛行的亞音速飛機而言，表面摩擦阻力是飛機全部阻力的30%，隨機突起能夠減阻3%左右，可使單個飛機的運行成本減小0.3%左右，就全世界而言這應該是巨大的節約技術，但考慮維修、安全因素，總體上可能會導致成本的增大，因此，這類仿生結構表面被認為在商業飛機上的應用前景不大。

水生動物和飛行動物中還有大量的未被認識的減阻結構，因此，可以推斷流體減阻仿生結構表面還有廣闊的研究空間。流體減阻仿生表面在車輛、水下航行器、各種飛行器上應用將有更大更快的發展，是國際科技領域競爭的熱點，是值得我國重視和發展的高技術。目前，流體減阻研究還僅限于減阻及其與防粘相綜合的研究，尚缺少可能導致新的先進的綜合仿生技術的基礎研究和技術開發。

4結束語

隨著經濟、社會和科技的發展，仿生摩擦學研究及其應用領域將會不斷拓寬和深入。仿生摩擦學是典型的工程科學與生命科學交叉的技術領域之一，需要多學科人員的合作。國內一些研究機構在降低粘附和減小摩擦方面做了很好的工作，研制的仿生非光滑表面在防粘、減阻方面取得了顯著進展并獲得一定應用。流體減阻的仿生技術已經得到了廣泛的關注。仿生粘附和仿生增阻研究有了一定的基礎。但與國外的研究相比，在許多方面還有不小的差距，需要更多的原始創新研究工作。結合我國工業現代化和面向以精確農業為代表的新的農業科技革命及國防科技的需求，應對仿生摩擦學領域的國際競爭，大力開展仿生摩擦學的基礎研究、應用基礎研究和仿生摩擦學產品的產業化開發，這是仿生摩擦學的總體發展方向。

參考文獻：

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關鍵詞：佳木斯地區；百里香；引種栽培；園林應用

中圖分類號 S688 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）16-29-02

百里香屬（Thymus Linn.）為唇形科重要的8個屬之一，該屬植物花型優美，植株低矮，芳香四溢，是優良的觀花地被植物。其生于沙質坡地、礫石坡地、沙質草地等瘠薄土壤，對于固土護坡和水土保持具有一定的作用，而且還具有很強的適應性，如抗寒、抗旱、耐瘠薄土壤等特性，應用于園林前景廣闊。相關文獻表明[1-3]，目前對百里香屬植物的研究大多集中于揮發油成分以及提取物抑菌特性等方面，未見在北方高寒地區引種栽培的報道。筆者在佳木斯地區引種栽培芳香植物百里香（Thymus mongolicus Ronn.），探討其在北方高寒地區的生長表現以及園林應用前景，為進一步研究和開發利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 佳木斯市（N45°56'～48°28'，E129°29'～135°05'）地處中溫帶濕潤氣候區，屬大陸性季風氣候，歷年平均氣溫2.9℃，最低氣溫-41.1℃，最高氣溫38.1℃，年有效積溫2 521℃，年平均降水量510.7mm，年平均日照2 525h[4]。冬長夏短，無霜期約131d[5]。試驗地位于佳木斯大學校園內，周圍為人工栽植的喬木和草坪，包括紅皮云杉（Picea koraiensis）、青（Picea wilsonii）以及草地早熟禾（Poa pratensis）等草坪植物。試驗地為黑土，光照充足、土壤疏松、通風透氣性較好。

1.2 試驗材料與方法 試驗材料為2005年引自寧夏六盤山主峰亭的野生百里香，該種生于山頂坡地，喜光。引種的百里香定植于試驗地內，定植前進行整地。為防止根部脫水，試驗材料在運輸過程中應用塑料布包好。選取典型植株作為觀察材料，觀察形態特征、物候期、生長狀況等。定期進行澆水、中耕除草、病蟲害防治等田間管理。

2 試驗實施與結果

2.1 形態特征 百里香為半灌木，莖多數匍匐或上升，不育枝被短柔毛，由莖末端或基部生出，匍匐或上升。花枝高2～10cm；花序下密被向下曲或稍平展的疏柔毛。花序頭狀，花具短梗。花萼管狀鐘形或狹鐘形，長4～4.5mm，內面在喉部有白色毛環；上唇具3齒，齒三角形，具緣毛或無毛，下唇較上唇長或近相等。花冠紫色，長6.5～8mm，被疏短柔毛，上唇直伸，微凹，下唇開展，3裂，中裂片較長。葉2～4對，基部有脫落的先出葉。葉片卵形，長4～10mm，寬2～4.5mm，先端鈍或稍銳尖，基部楔形或漸狹，全緣或稀有1～2對小鋸齒，兩面無毛，側脈2～3對，下面微突起，腺點明顯；葉柄明顯，下部葉柄長約為葉片的1/2，上部葉柄變短；苞葉與葉同形，邊緣在下部1/3處具緣毛。堅果近圓形或卵圓形，壓扁狀，光滑。

2.3 栽培試驗 百里香耐瘠薄、耐干旱、喜光、怕澇，對土壤的要求不很嚴格。百里香最好選擇栽培在排水條件和透氣性較好的土壤之中。故在選擇試驗樣地時，盡量營造與其原生境相似的環境條件。

露地移栽前進行整地，苗床要適當加高15～20cm。移栽前3d，將苗床澆透水。百里香移栽至苗床時，應斜栽，盡量使植株的枝條接近地面，將土壤壓實后，澆透水。引種后，百里香在引種地生長茁壯、長勢良好，能夠完成整個生活史。可露地越冬，第二年萌生新芽，長勢較好。

2.4 田間管理 引種試驗所用的百里香為野生地被植物，故管理較為粗放。為防止植株脫水和日灼，植于露地的植株，移栽初期1～4d覆蓋遮蔭網。植株移栽初期，每1～2d澆水1次，澆水時間以傍晚為宜。百里香抗旱性較強，移植1個月后，無需澆水，主要依靠自然降水。定期進行松土除草，以利于植株的生長。

2.5 病蟲害防治 2006年6月，部分移栽的植株受到蚜蟲、菜青蟲危害，影響植株的生長。受蟲害后，植株的根、莖、葉受損并萎蔫，有的甚至枯萎。遭受蟲害與植株根、莖、葉皆具有芳香氣味有一定的關系。用50%避蚜霧可濕性粉劑或抗蚜威可濕性粉劑防治蚜蟲；用生物殺蟲劑高效Bt可濕性粉劑800倍液或0.2%阿維蟲清乳油3 000倍液噴霧防治菜青蟲。

3 園林應用

結合百里香的形態特征、抗逆性以及生長表現，進一步探討百里香的園林應用方式。其應用方式可分為群植和獨植。百里香群植可作為觀賞地被，其枝葉可遮蓋的地面，且花期時，豐富了園林的色彩。將百里香栽植于林緣、巖石園或園路兩側，可豐富景觀的層次和多樣性。百里香還可獨植作為盆栽觀賞，其莖、葉、花所散發的芳香氣味，在色、形、韻之外，又增添了嗅覺效果。

參考文獻

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關鍵詞：城市；土壤；綠色植物；影響

中圖分類號：F291.1 文獻標識碼：A 文章編號：

前言

城市土壤是城市生態系統中必不可少的一部分，是城市綠化的根本。城市土壤質量的好壞，將直接對城市生態環境以及城市綠化建設產生影響，甚至對社會經濟及人民生活也會產生影響。因此，研究城市土壤的特征以及做好城市土壤的開發和利用，不僅可以加強城市綠化建設，而且對提高城市的生態環境質量，提升城市人民的生活質量有著重要的作用。

城市土壤的特點

城市土壤是自然土壤在城市發展及人為干擾下發育形成的，其特征與自然土壤相比已經發生了明顯的變化，其特征如下：

1.1土壤的形態和剖面結構混亂

城市在建設過程中往往需要進行挖掘、搬運、堆積和混合，同時還有大量的廢棄物進行填充，因此，城市土壤的發育層次非常混亂，大多土層之間完全沒有聯系，其分異不連續，也沒有統一的規律，甚至因為人為原因發生很多土層倒置的現象，比如新土壤層在下，古土壤層在上等情況。

1.2人工附加物含量高，土壤質地變性

城市中，由于居民生活、建設施工、工業生產等人類活動，給城市土壤帶來了許多外來物，像碎石、煤渣、玻璃、磚塊、塑料以及生活垃圾、工業廢棄物等。因此，城市土壤的結構多為土、礫石和垃圾的混合物，顆粒組成中以砂粒和礫石居多，有些土壤中砂和礫石含量竟可高達80%~90%，粘粒及細粒少，土壤質地多為砂質和石質，其質地較粗，持水性差，不利于綠色植物的生長。

1.3土壤孔隙度小，容重大

城市人口比較密集，車流及人流量大，經過不斷地人為踐踏以及車輛的軋壓，破壞了土壤本身的結構。因此，城市土壤的結構相對緊實，孔隙度小，容重大。一般來說，人流對土壤的影響深度為3~10厘米，土壤硬度為l4～18 kg／cm2；車輛的影響深度約30~35厘米，土壤硬度為l0~70 kg／cm2；而在機械反復碾壓的區域，其深度則可達到1米以上，嚴重影響植物的生長。

1.4PH值偏高，主要偏堿性

在城市中，常常有不少的磚塊、水泥等堿性廢棄物混入土壤，導致城市土壤的PH值升高，大多呈堿性。據檢測，南京市城區的土壤PH值變幅為5.19~9.15，幾乎都呈堿性，而且有部分為強堿性，而在南京周邊，其自然土壤的PH值變幅則為4.51~7.4，基本以酸性為主。因此，城市土壤PH值明顯高于自然土壤，而且在土層的不同剖面中，PH值分布無規律。

1.5城市土壤養分少，肥力低

城市土壤中的養分元素主要來源有：廢物、降雨、少量的生物殘體以及土壤母質等，元素輸入比較單一，而養分元素的主要輸出有：淋溶流失、氧化揮發和植物吸收等，屬于高輸出、低輸入的養分循環模式，容易導致植物生長所必需的元素含量低，肥力不足。

1.6城市土壤污染比較嚴重

城市土壤大多為零星、孤立分布，面積都比較小，其物質能量的代謝和循環轉化單一而緩慢，生物種類少，環境容量小，對污染的自凈能力小；而城市又屬于重污染源，其工業三廢、汽車尾氣、生活及醫藥垃圾等都會帶來土壤污染。因此，城市土壤污染的現象比較嚴重，尤其是重金屬污染，其銅、鉛的含量很高。

2.城市土壤對綠化栽植的影響

2.1植物的正常生長受到影響

城市土壤中養分低、透氣性差、附加物多、物質循環的干擾因素多、結構緊實、污染嚴重等原因，將直接導致綠化植物營養缺失、長勢不良；而且，由于城市土壤硬度高，影響了植物根系的發育，甚至根系死亡，繼而影響植物地面部分的生長。

2.2城市的園林景觀受到影響

以綠色植物為基礎的城市園林景觀將因植物的長勢不同而展現不同的景象。若園林植物長勢好，發育旺盛，形態優美，葉色光亮，則園林綠化就顯得生機盎然，其景觀效果好；若因為城市土壤狀況不佳而導致園林植物長勢不良，植株低矮、葉色暗淡，甚至葉焦花枯，則直接影響了園林景觀的觀賞性。

2.3增加城市園林綠化的建設及維護成本

城市土壤的土質不能充分滿足植物的生長需求，因此，在綠化施工時必須對土壤進行處理，有的填充客土，有的則要全面換土，喬木種植時還要進行樹穴換土，并對土壤進行施肥和消毒；由于城市土壤中的磚塊、礫石多，植物根系不易下扎，導致樹木穩定性差，易倒伏，因此往往需要搭設支撐；而城市路面多數封閉，自然降水很少能直接供給植物，需要人工補水；同時，由于城市土壤的肥力低，需要定期進行人工給肥等。以上這些，都將直接增加城市園林綠化的建設及維護成本。

3.做好城市土壤的利用及保護

為了促進城市的發展，滿足人民的生活需要，滿足城市園林植物正常生長的需要，我們必須科學地利用和保護城市土壤。

3.1 合理規劃城市用地、充分保護利用土壤資源

如果土壤受到環境破壞，其恢復和治理均有一定的困難，導致經濟增長，也不利于植物成長，所以在進行用地建設和規劃的時候，應預先確定綠化位置并給予保護。對于城市建設中所占用的農田，需在施工前用推土機將肥沃土堆積存儲，供綠化所用，或者由綠化部門運走。在城市的規劃和建設初期，就應該綜合考慮這些因素，將城市綠化區的位置確定，以避免該位置的土壤受到破壞難以恢復。

3.2 城市土壤監測與控制

要加強城市土壤資源的管理，防止城市的建設和生活中的有害垃圾混入土壤造成土壤污染；做好土壤污染的監測和控制工作，控制好三廢的排放，提倡廢物再回收及無害化處理，加強宣傳和教育，提高公眾的土壤保護意識，普及土壤保護知識，使大家能夠更自覺有效地保護城市土壤。

3.3 城市土壤的調查和研究

城市土壤資源是城市綠地系統規劃的基礎資料，是決定城市綠化的重要依據，所以城市土壤和人為因素有非常大的影響。城市土壤是污染物匯集地，了解城市土壤的特征及其污染情況，對其進行科學的統計，以便更好地對綠地系統進行規劃，才能根據不同的土質栽培不同的綠植品種。

3.4 要加強城市土壤的治理和改良

運用現代生物及生態工程技術，對已受污染或退化的土壤進行重建及生態恢復，通過摻入腐葉土或混入粗砂等措施改善土壤結構，增加通透性，此外，還可以通過人工施肥、化學方法治理、覆蓋栽培等途徑來增加土壤肥分，改善土壤結構，使其能夠適合植物的生長。

4.結語

做好城市土壤的保護功在當代，利在千秋。通過加強對城市土壤的研究，進一步了解城市土壤特性，提高人們的土壤環境保護意識，一方面可以促進社會不斷減少污染和破壞，另一方面對已破壞的土壤加強治理，為城市綠色植物的生長提供保障，也為城市人民生活提供優質的環境。

參考文獻：

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無

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1植物根系護坡的作用

植物根系在增加邊坡穩定、減少水土流失等方面有著很大的作用。通過根系吸水、植物的蒸騰作用，能有效降低坡體孔隙水壓力；對坡體表面，縱橫交錯的根網將土顆粒緊緊束縛住，能有效抑制坡體表面土壤侵蝕；對坡體內部,根系和土體相互作用，形成根土復合體，增加土體的遷移阻力,提高土層對滑移的抵抗力，有效增加了含根土層的抗剪強度，粗根對土體中張拉裂縫的橋連作用，阻止了裂縫的繁衍，有效增加了邊坡的穩定性。此外，根系與土壤接觸發生有機物質的膠結作用，具有生理活性的吸收性根分解產生的糖類等物質與土壤接觸面的黏粒礦物發生生物化學作用，能提高根土界面的摩擦作用，提高土體的黏聚力[4]。植物根系還具有“生物反饋”作用，能通過增加土壤有機膠結物質及團粒結構等，強化土壤通透入滲性能，提高土壤結構及孔隙的穩定性[5]，為生物的生存和繁衍提供了有利的場所，還能改善土壤的污染。

2根系固土護坡的機理

2.1水文效應

2.1.1根系提高土壤抗沖性的作用根系在其生長發育過程中，分泌大量高分子粘膠物質和多糖類物質，這些物質存在巨大的粘結作用，能將土顆粒纏繞連接起來；同時，數量眾多發達的須根系統形成縱橫交錯的根網，將土顆粒緊緊束縛包裹住，猶如施加了層層套箍作用，能有效保護土粒免于被沖蝕。國內外學者對植物根系增強土壤抗沖性方面的作用進行了較為深入的理論研究，指出根系強化土壤抗侵蝕能力主要通過根徑<1mm的須根發揮作用，土壤的抗沖性與根系(根徑≤1mm)的分布密度呈指數關系[6-7]。

2.1.2根系的水分運移作用植物根系具有吸收土壤中的水分、降低土壤含水量、減小土壤孔隙水壓力的作用。土壤有效水的消耗主要通過根系吸水，再由植物的蒸騰作用使水分消失掉，能有效降低土壤的含水量。根據Reynolds的報道，在亞馬遜流域熱帶雨林區的2個典型盆地中，植被蒸騰量分別占到當地2000mm降水量的62%~48%，高人等對遼東山區5種主要森林植被的研究表明，生長季植物的蒸騰耗水量為240~369mm，占同期降雨量的32%~45%[8]。植物根系能深入地表以下的深度從幾厘米到幾米，甚至十幾米，能穿過具有不同含水狀態的土層，這樣，通過根系吸水及植物的蒸騰作用，滲進土體內的雨水甚至很深土層中的有效滲水都能被消耗掉，從而降低土體的含水量，減小孔隙水壓力，致使土體粘聚力增加，土體的抗剪強度提高，邊坡的穩定安全系數提高。

2.2力學效應

2.2.1根增強理論由于根系相對土體具有較大的抗拉強度，在對土體加載的過程中，土體中的剪應力通過根土間的相互作用，逐漸轉移到根系中，而使根系受拉，從而增加了土體的抗剪強度，已得到廣泛認可。然而，根系對土增強效果的量化卻存在一定的困難，尚處于前期研究階段，有待發展。分布在土中的根系構成復雜混雜的生物網絡，它們的幾何特征、力學特征都隨著時間和空間不斷的發展進化著，要在野外對根系特征進行測量是有困難的，根對土增強作用的模擬也增加了挑戰性。雖然已有眾多學者對此進行了廣泛研究，但最初的Wu[9]和Waldron[10]根增強模型幾十年以來一直受到廣泛應用，其原因也就在于此。

2.2.1.1Wu和Waldron根增強模型早在上世紀70年代，1976年Wu[9]和1977年Waldron[10]先后建立了根增強土的先驅模型，形成了根系固土的理論基礎——加筋土理論。該模型以摩爾-庫倫強度理論為基礎來說明根的增強效果，假定所有根系垂直穿過剪切面，當受剪切時，根土之間發生相對錯動，根系發生變形產生拉應力，通過根土之間的相互作用，土中的剪應力逐漸向根系轉移，增加了土體的抗剪強度。該模型將根系對土的貢獻模擬成增加土的視凝聚力Rc，即土的抗剪強度為'''Rτ=c+σtanφ+c。并指出抗剪強度的增量主要取決于根的平均抗拉強度Tr和根的面積比(Ar/A)。Wu和Waldron模型假定當土受剪切時，穿過剪切面的所有根在同一時刻全部達到抗拉強度，即同時被拉斷。然而，2004年Pollen等[11]在對河岸含根土的室內和野外的強度測試中發現河岸可能在所有的根在理論上達到抗拉強度之前就已破壞。1994年Reinstenberg[12]、2005年Norris[13]在根的拉拔試驗，2008年Docker等[14]在根的拉拔測試和含根土的直接剪切測試中也證實了根系的逐漸破壞現象。由此，Wu和Waldron模型假設所有的根同時破壞，使視凝聚力計算值Rc偏高。2005年Fannin等[15]對無粘性土進行了一系列的原位剪切測試，以探索在淺層平面滑動的過程中土體抵抗強度的調動情況，其中得到的一個含根土的原位剪切測試結果如圖1所示。圖1顯示了根對土應力-應變關系的影響，圖中黑色方點代表被測量的含根土的應力-應變關系，如果將土體和根的強度單獨分開，則綠色曲線代表不含根土的應力-應變，而棕色曲線表示根的影響。從圖中可以看出含根土有2個明顯分離的剪切應力峰值，出現的第一個峰值是由土體本身的抗剪強度提供的，第二個峰值是由根的抗拉抗力提供的，且這2個峰值發生在不同的位移處，故如果僅簡單地把根的抗拉抗力S加到土體的剪切強度上，則將高估土體的抗剪強度，將高估在滑坡中所調動的抗力。由此，Wu和Waldron模型將由根引起的視凝聚力Rc直接加到土的抗剪強度τ上，便高估了根的增強效果。美國農業部農業研究服務署（USDA-ARS）國家沉降實驗室的Pollen等[16]（2005）用纖維模擬根，測試了一纖維束所承受的最大荷載值，結果得到的值比所有單根強度相加之和（按照Wu和Waldron模型所有根同時斷的假定）要小得多。于是Pollen和Simon對Wu和Waldron增強模型進行了改進，建立了一種動態纖維束模型（theFiberBundleModel）來考慮剪切過程中根系逐漸斷裂的行為。并且2010年Schwarz等[17]在對根束原位測試中發現，將實測的結果同Wu和Waldron模型計算的結果相比，Wu和Waldron模型高估根系的抗力達到60%~100%。

2.2.1.2纖維束根增強模型（FBM）纖維束模型假定不同直徑的根具有不同的抗拉強度，每個根將在不同的位移處產生斷裂。FBM模擬以一個應力加載步驟對一束含N根平行纖維的纖維束施加載荷，荷載被分配給束中的每根纖維，當載荷增加到其值超過了某單根的抗拉強度時，該根被拉斷，而被該根分擔的載荷被重新分配到剩下的（N-1）個完好的根中，接著，剩下的根中被分配到更多的載荷，更有可能被拉斷，如果這次的載荷重新分配導致更多的根拉斷，再一次的載荷重新分配將發生，直到沒有更多的根拉斷。如果重新分配后的荷載值不能引起更多的根拉斷，最初施加的荷載必須增加，這個過程被重復，直到所有的根都拉斷[16]。FBM模型在將整個載荷分配給纖維束中的每個平行纖維后，監測每根纖維所承受的荷載是否超過其抗拉強度，因此纖維束模型的控制方程能夠寫成：第n根纖維的拉斷力=總的加載值×分配函數因此，確定總的載荷在根束中的分配函數是關鍵。2010年ino等[18]提出了根束中載荷相等均分的分配標準，也即根束中每個完好的單根將承受相等的載荷。也有學者提出考慮根直徑的大小，按應力相等來分配總的載荷給根束中的每個單根。但是根據1996年Gray等[19]、2005年Genet等[20]提出的根的抗拉強度和根直徑之間存在反冪函數關系，如果按應力相等分配總的載荷給根束中的每個單根，則最大的根將最先斷，而最小的根將最后斷。而且，2005年Pollen等[16]在野外和室內的剪切測試中發現最小的根趨于在土剪切開始時先斷，2010年Thomas等[21]在剪切模擬中也發現當載荷被平均分配給穿過破壞面的每1個根時，最小的根最先斷，而最大的根最后斷。因此，在根束中考慮載荷相等均分的分配標準能更加恰當地模擬含根土體的受力破壞特征。然而受力過程中，根漸進破壞的特征主要依靠土變形及根的直徑分布、幾何性質、力學性質之間的相互作用和綜合影響，而這些方面在FBM模型中沒有被考慮。另外，FBM模擬中使用應力控制的加載過程，則根束的力-位移關系曲線在超過最大的載荷峰值后是不能得到的，這樣將不能得到完整的力-位移關系曲線，同時也將妨礙對殘余強度的評價。為了克服上述缺陷和進一步深入研究根的增強效應，2010年Schwarz等[22-24]在FBM模型的基礎上，提出了根束模型（theRootBundleModel）來評價根的增強效應。

2.2.1.3根束增強模型（RBM）RBM模型是一個以位移控制加載過程的纖維束模型。在RBM模型中，根的強度、直徑、長度、彎曲、分支，土的含水量、根土間的摩擦作用都被明確地考慮。通過以位移控制的加載代替以應力控制的加載過程，RBM模擬避免了同荷載重分配原則之間存在任何聯系，產生了包括達到荷載峰值后根殘余拉力在內的完整的力-位移關系曲線[22-24]。RBM模型考慮整個根束的拔出力是位移的函數，并被表示成單根的拔出力之和，如下所示[17]：?=Δ=ΔNjjjFxFxn1()()根束F(Δx)根束為整個根束的拔出力；F(x)jΔ為屬于根徑j類的單根的拔出力；nj為根束中屬于根徑j類的單根數量；N為根直徑的分類數量。故RBM模型的關鍵在于探索拔出過程中根束中的每個單根沿根長的根強度的漸進積累過程，探索單根拔出力與位移間關系。

2.2.2根-土相互作用

2.2.2.1根系拔出機理根-土間的相互作用機理是決定根對土增強的關鍵。這里以根的拔出過程來分析根-土間的相互作用。1981年Waldron等[25]提出根要么被拔出，要么被拉斷，2005年Norris[26]在對嵌入土中的單根的拔出測試的試驗中也發現，根在經過一非線性彈性拉伸階段后，要么被拔出，要么被拉斷，其取決于根的幾何和力學特征。根拔出時力與位移間的非線性關系也被1990年Ennos[27]、2007年Hamza等[28]在野外和室內試驗中觀察到。根系拔出的過程如圖2所示。圖2(a)顯示了單根拔出時的力-位移關系，①代表根拔出的力-位移曲線的第一個階段—根的拉伸階段，為非線彈性，因為根土界面上的摩擦力沿著根的長度方向逐漸被激活，被調動的根長逐漸增加，見圖2(b)中①所示，表示僅部分界面摩擦被激活，僅部分根長被調動。圖2(a)中②點代表拔出力的峰值，②~③段代表所有根長被激活，達到最大的拔出力（對應圖2(b)中②），而沿根長的根截面的最大抗拉強度卻始終沒有達到，根逐漸被拔出，見圖2(b)中③所示；②~④虛線段代表在某一臨界位移處，根長中某一截面上產生的拉力超過了其抗拉強度，根被拉斷。根一旦被拉斷，其上的荷載要么為零，要么因根土界面間的滑動摩擦而保持一個殘余的載荷，其大小與仍然正在被拔出的根長成正比。根的幾何特征對根系拔出力具有重要的影響作用。2011年Schwarz等[17]在根系拔出的原位和室內試驗中發現，根長、根彎曲、根分支點是影響根系拔出力的關鍵參數，有分支點的根比無分支點的根拔出拉力要大得多，因為沿根分支錨固長度上的根的抗拉強度也被調動起來。分支點被定義成其側根的直徑>0.5mm，如圖3所示，紅色標記點即為分支點。彎曲根同直根相比，最大的拔出力及其相應位移值都要更大。而在根束的原位拔出測試中發現，多種情況下，在拔出力開始逐漸減小之前可能存在多個峰值點。

2.2.2.2根土界面摩擦根土間的摩擦作用隨土類型、含水量而改變，并影響根拔出力-位移關系曲線。自然土中，根毛、根分泌物、根生長產生的壓力和根對土的毛孔結構的適應性等都將增加根土間剪切強度。界面摩擦作用由根拉拔時拉伸階段的靜摩擦逐漸向根滑出階段的動摩擦而變化。2010年Schwarz等[23]把根土間摩擦作用分成2部分：根土界面間的摩擦、分支點的摩擦。因為在分支點處，沿根分支錨固長度上的根土界面上的摩擦作用也被激活。Schwarz等[23]通過n個分支點將根長化分為n+1段，從根尾開始分別為0段、1段…n段，得到根系的總拔出力為：根土界面靜摩擦力：

2.2.3根系的地下分布狀況植物根系的形態決定了根對邊坡加固作用的發揮。Green-way、Operstein等[29]先后總結指出根系密度、直徑、長度及根的地下分布形態是影響根增強土的主要因素，地下生物量越大，根系分布越深，保持水土能力越強，植物的抗逆性也越強。2011年Schwarz等[17]在對根束拔出的原位測試和室內模擬試驗中發現根束中根直徑的分布形態、根長等將極大地影響根束的最大拔出力。Kozlowski對根的水平延伸規律作了探索，發現樹根最少能延伸樹冠半徑的1.5倍。2010年Hubble等[30]對河岸植物的根系分布進行研究發現許多樹種已進化了根，為了尋求夏季的低水位以便在干旱季節里能幸存更長久，根深度常大于5m，甚至超過20m，對土體失敗的緩解更有效。早期，Nilaweera、Rutherfurd就發現根系數量在土壤表層0~50cm分布最多,在該深度范圍以下根系密度隨著垂直深度和水平距離增加而減少的規律[31-32]。近年來，許多學者也對根的形態分布及模型構建進行了一定的探索，如2004年Preston等[33]、2003年Vercambre等[34]、2004年Pages等[35]。2010年Scanlan等[36]、2011年Cohen等[37]還對根直徑的密度分布規律進行了研究，發現利用Web分布和正態分布函數來分析根直徑的分布形態，同實際測量的數據相比較，具有很好的適合性。

2.2.4邊坡穩定分析根系對邊坡的穩定增強通常通過以下2種途徑進行：（1）將根系看成類似于土釘的桿件直接加入土體中進行分析；（2）將含根土層看成復合土體，用一個相當的增強層（具有根增強量Δs、根分布相同厚度）來代替含根土層而進行分析。在邊坡的穩定分析中，數值模擬方法得到了廣泛的應用。Robbin建立了所謂的無限邊坡模型用于邊坡穩定分析。Ekanayake等[38]研究了植被護坡與斜坡穩定極限問題。2005年Greenwood[39]以Wu和Waldron模型為基礎建立了計算機程序—SLIP4EX，來綜合考慮植物的力學效應和水文學效應對邊坡穩定性的影響。2010年Der等[40]通過3D有限元程序，采用c?φ逐步遞減方法，分析了不同根系分布深度分別對不同坡角的邊坡安全穩定性的影響，發現邊坡坡度在25°~40°之間，根系增強效果最好，能調動邊坡最大的安全儲備。國內學者陳麗華、姜志強、宋維峰等也采用有限元數值模擬的方法就根系增加邊坡安全穩定性進行了分析，指出隨著根系的加密,邊坡的穩定安全系數在增加，并指出根系密度對邊坡整體穩定性的貢獻存在一上限值[3,41]。