土壤微形态研究在土地工程中的重要意义

土壤微形态研究在土地工程中的重要意义

段仓熊

陕西地建土地综合开发有限责任公司，陕西 西安  710000

摘要：土壤微形态学的研究可提供土壤成因的依据，演化分析奠定了基础，土地整治技术研发等，地质灾害成因分析等等，土壤质量退化机理研究。土壤微形态作为一种新概念，其内涵包括了宏观尺度上土壤物质组成和空间分布特征。土壤微形态学研究可以为土壤成因，演化分析提供依据，研究开发土地整治技术，地质灾害成因分析等，土壤质量退化的机制，对“人为土”的成土过程及材料变化进行了诸多研究。土壤微形态学作为一门新兴学科，在国内外还未引起足够重视。在仪器设备逐步发展的情况下扫描电镜、光学显微镜，扫描CT等仪器广泛应用于土壤微形态研究中。这些设备可以在原位上快速检测到土壤中微小颗粒组成及其空间分布状况，为土壤微结构特征研究提供新手段。

关键词：土壤微形态；扫描电镜；微观结构；土地整治

引言

在经济不断发展的今天，土地资源开发的力度和范围越来越明显，人地矛盾日益尖锐，对难利用地，退化用地进行改造，使其满足资源化开发与利用的现实需求，增加耕地面积，提高粮食生产量，确保粮食产出，是当前土地工程亟待解决的一个科学问题。因此，对地形复杂、地质条件差、水土流失严重的山地丘陵区开展土地质量评价研究具有重要意义。在各种地貌环境中，土壤性状难免有差异，土壤急待处理的问题各不相同，以及当地退化土地和难利用土地的整治，它的宗旨又是统一的，也就是针对这些难利用地和未利用地，采取科学的土地工程整治方法，将其建成可利用的高标准高产量农田。

一、土壤微形态学概念

土壤微形态学属于土壤学新分支学科，其目的是从微观上对土壤形成物及其结构进行研究，以高倍率仪器设备为主，观测土壤本来微观形貌，当前使用较多的装置是扫描电镜、光学显微镜和扫描CT。通过对不同类型土样进行显微图像采集与处理，可以得到各种形态的土壤样本。主要由土壤骨骼颗粒组成，辅以细粒物质、土壤垒结结构关系到土壤形成物的形态和各类粒子的组成配置、结构和空间分布等方面进行观测，在，并对土壤微形态发生，形成的机制进行了研究。通过不同类型土样在室内实验中获得各种参数数据，运用计算机图像处理技术获取图像信息，结合统计学方法处理相关数据资料，最终得出土壤微结构特征与宏观特性之间关系。这一研究手段现已在土地整治技术中得到了广泛的应用、地质灾害成因分析等、土壤质量退化的机制、对“人为土”的成土过程及材料变化的研究等等[1]。

二、土壤微形态学技术发展现状

土壤微结构在土壤质量中起着至关重要的作用，不同土壤结构对土壤水分储蓄量有直接作用、气体的容纳量和营养物的储存。在植物生长过程中根-土界面是最重要的水热传输通道之一。与此同时，水分在土壤微孔隙内的运动受到了一定的约束。植物根系是土壤中水和营养物质运输的主要载体之一，其分布状况决定了根际与非根区域之间水和肥运移过程。不同土壤微观结构特征对根系穿插能力亦有直接的影响，然后作用在植株和地下土壤的接触面上，土壤养分利用效率亦不统一。同时也说明土壤微观结构是一个复杂系统，受外界因素如温度、光照等影响很大，而植物生长所需营养则主要取决于其本身。因此，将土壤微结构作为研究对象，帮助进一步了解土壤的形成过程和变化规律，对于制定土地利用、管理与改良措施的制定提供了重要的依据。此外，通过分析土壤微观特征与植物生理之间的关系，也有助于更好地理解生态系统中物质循环与能量流动规律。

对于较优的土体构型，胶结物质是形成土壤的关键，更重要的是组成土壤团聚体的关键物质。本文研究了土壤团聚体中胶凝物质的组成、含量及形态特征，并探讨了影响土壤胶凝化的主要因素及其相互作用。这种团聚作用力体现于土壤颗粒之间是通过内聚力方式相结合，这一作用力的形成可以增强土壤颗粒之间的作用力，使土壤有足够的抗外力，在上述作用力下，最长颗粒间作用力为范德华力与库仑力、表面张力等作用力。因此，土壤结构稳定与否与土壤性质有着直接关系。由于胶体作用力对成壤起着至关重要作用，因此胶体组成，分布形式是土壤演替过程中最关键的因素。随着人类活动强度增大，环境恶化程度加剧，导致土壤侵蚀现象越来越严重，这主要是因为土壤受到人为破坏后产生大量的次生盐渍化土地。在土壤内部多种细微作用力的共同影响下，土壤不断得到开发与改良，渐趋稳定。随着现代科学技术的不断发展，越来越多的学者开始关注到土壤微细观结构特征对于土壤性质变化所产生的重要影响，特别是近年来分形几何的兴起使人们认识到土壤微结构对土壤肥力有着巨大的贡献。国内在土壤胶结物质和和微观结构方面的研究结果也逐步得到充实，不分段完善研究手段，就微观尺度而言，在扫描电镜的辅助下观察，光学，电子显微镜和其他技术手段对土壤垒结状态进行了研究，对胶结物质作用模式进行了分析，并且通过同步辐射，对有机碳官能团的构成进行了半定量分析。同时也可以运用各种方法来检测矿物元素含量及其分布状况。这些正是未来在这一领域中有待进一步研究的方向，而我国在该领域的相关工作还处在起步阶段。本文主要介绍国内外学者近年来针对不同种类的土壤胶体所开展的一系列研究。另外针对土壤结构体，应用计算机进行断层扫描、采用核磁共振技术及有关图像处理技术，以土壤团聚体为对象、胶结物质在土壤结构与功能及其他方面的作用，然而，因土壤类型及成土环境复杂，团聚体的生成过程和机制还没有普适性的理论

[2]。

拉曼光谱是散射光谱的一个类别，在最近几年，土壤学领域也采用该技术手段进行土地工程整治技术研究。该方法主要是将待测试样放入拉曼光谱仪内，激发产生光信号后，再经过一系列处理使其发生振动，并由传感器接收反射回来的微弱电信号，从而获得被测物体的化学成份及结构信息。对试样进行测试时，激光辐照样品，通过样品分子转动，激光，形成散射的激光，主要是瑞利散射、托克斯散射，反斯托克斯散射。这些散射光强可以反映土壤颗粒表面或内部微观特性，从而得到有关土壤质量及物理力学性质变化情况的重要参数，如含水率、孔隙度等指标。拉曼光谱仪器能够探测的大部分都是反斯托克斯散射。拉曼光谱是一种无损检测方法，能够反映出土壤颗粒表面的微观形态以及组成成分的变化。不同的物质均有各自独特的拉曼光谱线，特征峰在光谱中出现的部位，半峰全宽相等，峰强度等信息可以用于土壤结构研究、对状态及其特殊性质进行了分析。随着现代科学技术的发展，拉曼光谱技术已经成为一种重要而又先进的测试手段之一。拉曼光谱应用领域非常广泛，涉及材料、生物、环保、在地质等领域发挥了决定性作用。土壤样品采用拉曼光谱，可实现土壤结构微观研究、更深入，更细致的研究本质[3]。

总结：因土壤微观结构观测要求有仪器和制样条件，对于土体微形态的观察，一般只需少数几个样品即可完成，因此，对于采样是否有充分代表性，还需要进一步探讨，此外，根据少量样品点扫结果，对总体土壤概况进行了全面阐述，还要通过大量的观察工作才能进行对比，进而得出科学，客观研究结论。由于土壤微形态特性要求观察者在已观测到的成果基础上，综合专业知识并依据图像成果进行匹配以获取土壤微形态特定成果，所以观察者对于专业知识的控制，以及对于影像的识别技术，对于土壤微形态定性结论同样是非常关键的。

参考文献：

[1]曹明杰, 郝喆, 杨景帅, 向婷婷, 倪俊康, 许颖, 凯比. 不同改良措施对排土场土壤微形态的影响[J]. 有色金属工程, 2020, 10(5): 96-102.

[2]张保华, 陶宝先, 曹建荣, 刘子亭. 黄河下游冲积平原潮土土壤孔隙微形态特征[J]. 干旱区地理, 2020, 43(3): 687-693.

[3]杨建军, 王艺皓, Wang Jian, Hu Yongfeng. 微尺度重金属土壤化学研究进展与展望[J]. 土壤学报, 2020, 57(3): 530-539.